Réz nanorészecske - Copper nanoparticle
| Cikk cikksorozat része |
| Nanoanyagok |
|---|
 |
| Szén nanocsövek |
| Fullerenes |
| Egyéb nanorészecskék |
| Nanostrukturált anyagok |
A réz nanorészecske 1–100 nm méretű réz alapú részecske. A nanorészecskék sok más formájához hasonlóan a réz nanorészecske természetes folyamatokkal vagy kémiai szintézissel is kialakulhat. Ezek a nanorészecskék különösen érdekesek színezékként és biomedicinális, valamint antimikrobiális anyagként való történeti alkalmazásuk miatt .
Történelmi felhasználások
A réz nanorészecskék egyik legkorábbi felhasználása az üveg és kerámia színezése volt a 9. században Mezopotámiában . Ezt úgy készítették el, hogy réz- és ezüst-sókkal készített mázat készítettek, és azt agyagkerámiára tették. Amikor a kerámiát magas hőmérsékleten, redukáló körülmények között sütötték, a fémionok a máz külső részére vándoroltak, és fémekké redukálódtak. A végeredmény egy dupla réteg fém nanorészecske volt, köztük kis mennyiségű máz. Amikor a kész kerámiát fénynek tesszük ki, a fény behatol és visszaverődik az első rétegről. Az első rétegbe behatoló fény visszaverődik a nanorészecskék második rétegéből, és interferenciahatást vált ki az első rétegről visszaverődő fény hatására, ezáltal fényes hatást hoz létre, amely mind a konstruktív, mind a destruktív interferencia következménye.
Szintézis
Különböző módszereket írtak le a réz nanorészecskék kémiai szintetizálására. Egy régebbi módszer szerint a réz-hidrazin-karboxilátot vizes oldatban visszafolyató hűtő alkalmazásával vagy ultrahanggal inert argon atmoszférában végzett melegítéssel redukálják . Ennek eredményeként réz-oxid és tiszta réz nanorészecske-klaszterek jönnek létre, az alkalmazott módszertől függően. A korszerűbb szintézis során a réz-kloridot szobahőmérsékleten nátrium-citráttal vagy mirisztinsavval reagáltatják nátrium-formaldehid-szulfoxilátot tartalmazó vizes oldatban, így tiszta réz nanorészecske port kapnak. Míg ezek a szintézisek meglehetősen konzisztens réz nanorészecskéket hoznak létre, a réz nanorészecskék méretének és alakjának szabályozásának lehetőségéről is beszámoltak. A réz (II) -acetil-acetonát szerves oldószerben történő oleil-aminnal és olajsavval történő redukciója rúd és kocka alakú nanorészecskék képződését idézi elő, míg a reakció hőmérsékletének változása befolyásolja a szintetizált részecskék méretét.
A szintézis másik módszere magában foglalja a réz (II) hidrazin-karboxilát-só ultrahanggal vagy vízben történő melegítésével való radikális reakció létrehozását, amint azt a jobb oldali ábra mutatja. A réz nanorészecskék szintetizálhatók zöld kémia alkalmazásával is, hogy csökkentsék a reakció környezeti hatását. A réz-klorid redukálható csak L-aszkorbinsav alkalmazásával melegített vizes oldatban stabil réz nanorészecskék előállításához.
Jellemzők
A réz nanorészecskék egyedülálló jellemzőkkel rendelkeznek, beleértve a katalitikus és gombaellenes / antibakteriális aktivitásokat, amelyek a kereskedelmi rézben nem figyelhetők meg. Először is, a réz nanorészecskék nagyon erős katalitikus aktivitást mutatnak, ez a tulajdonság nagy katalitikus felületüknek tulajdonítható. Kis méretük és nagy porozitásuk mellett a nanorészecskék nagyobb reakcióhozamot és rövidebb reakcióidőt képesek elérni, ha reagensként alkalmazzák őket szerves és szerves fémszintézisben. Valójában a réz nanorészecskék, amelyeket a jodobenzol kondenzációs reakciójában használnak, körülbelül 88% -os bifenil-átalakulást értek el, míg a kereskedelmi célú réz csak 43% -os átalakulást ért el.
A rendkívül kicsi és nagy felület / térfogat arányú réz nanorészecskék gombaellenes / antibakteriális szerként is szolgálhatnak. Az antimikrobiális aktivitást a mikrobiális membránokkal és az oldatokban felszabaduló fémionjaikkal való szoros kölcsönhatásuk váltja ki. Mivel a nanorészecskék lassan oxidálódnak az oldatokban, rézionok szabadulnak fel belőlük, és mérgező hidroxil szabad gyököket hozhatnak létre, amikor a lipidmembrán a közelben van. Ezután a szabad gyökök oxidáció útján szétbontják a lipideket a sejtmembránokban, hogy degenerálják a membránokat. Ennek eredményeként az intracelluláris anyagok a roncsolódott membránokon keresztül szivárognak ki a sejtekből; a sejtek már nem képesek fenntartani az alapvető biokémiai folyamatokat. Végül mindezek a sejt belsejében a szabad gyökök által okozott változások sejtpusztuláshoz vezetnek.
Alkalmazások
A nagy katalitikus aktivitású réz nanorészecskék alkalmazhatók bioszenzorokra és elektrokémiai érzékelőkre. Az ezekben az érzékelőkben alkalmazott redox-reakciók általában visszafordíthatatlanok, és nagy túlpotenciálra (több energiára) is szükségük van a futtatáshoz. Valójában a nanorészecskék képesek a redox reakciókat reverzibilissé tenni és csökkenteni a túlpotenciálokat, amikor az érzékelőkre alkalmazzák őket.
Az egyik példa a glükózérzékelő. Réz nanorészecskék alkalmazásával az érzékelőnek nincs szüksége enzimre, ezért nincs szüksége az enzim lebontására és denaturálására. Amint a 3. ábrán leírtuk, a glükóz szintjétől függően az érzékelő nanorészecskéi különböző szögben szórják a beeső fényt. Következésképpen a kapott diffrakcionált fény más színt ad a glükózszint alapján. Valójában a nanorészecskék lehetővé teszik, hogy az érzékelő stabilabb legyen magas hőmérsékleten és változó pH-érték mellett, és ellenállóbb legyen a mérgező vegyi anyagokkal szemben. Sőt, nanorészecskék felhasználásával natív aminosavak detektálhatók. Egy réz nanorészecskével bevont szitanyomott szénelektróda stabil és hatékony érzékelő rendszerként működik mind a 20 aminosav kimutatásához.