การเตรียมอนุภาคนาโนเงินที่ทำให้เสถียรโดยพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ ด้วยการฉายรังสีแกมมา Preparation of PVA Stabilized Silver Nanoparticles by Gamma Irradiation |
พิริยาธร สุวรรณมาลา และ เกศินี เหมวิเชียร
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
|
ปัจจุบันอนุภาคนาโนเงินได้รับได้ความสนใจในการศึกษาวิจัยเป็นจำนวนมาก เนื่องจากอนุภาคดังกล่าวมีคุณสมบัติหลาย ๆ ประการที่น่าสนใจ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย เช่น ในทางการแพทย์ สามารถนำไปใช้สำหรับฆ่าเชื้อและผลิตเครื่องมือสำหรับการผ่าตัด [1,2] ทางอุตสาหกรรมใช้อนุภาคนาโนเงินเป็นสารเร่งปฏิกิริยา [3] นอกจากนี้แล้วยังสามารถนำอนุภาคนาโนเงินไปใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ [4] และในทางการเกษตรได้อีกด้วย [5] การสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงินสามารถทำได้หลายวิธี เช่น การรีดิวซ์ทางเคมี (chemical reduction) การปล่อยประจุสปาร์ก (spark discharge) การฉายรังสีสารละลาย (solution irradiation) และ การสังเคราะห์เชิงอติสีตเคมี (cryochemical synthesis) |
 |
 |
รูปที่ 1: สำหรับอนุภาคที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร ความแตกต่างเพียงเล็กน้อยของขนาดอนุภาค
ส่งผลให้สารละลายมีสีที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด |
|
| การเตรียมอนุภาคนาโนเงินโดยการฉายรังสีมีข้อดี เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นตรงที่ว่า |
- เป็นกระบวนการที่ง่าย สะดวก ประหยัดพลังงาน สามารถทำปฏิกิริยาได้ที่อุณหภูมิห้อง
- สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ดีกว่ากระบวนการทางเคมี โดยอาศัยการควบคุมปริมาณปริมาณรังสี (total dose)
- การแจกแจงขนาด (size distribution) ของอนุภาคนาโนเงินน้อยกว่าการเตรียมโดยวิธีทางเคมี
- เป็นกระบวนการที่สะอาดปราศจากการปนเปื้อนของตัวรีดิวซ์ (reducing agent) และผลผลิตที่เกิดจากการเกิดออกซิเดชันของตัวรีดิวซ์
- อนุภาคนาโนเงินที่ได้ถูกรีดิวซ์อย่างสมบูรณ์และอยู่ในสภาวะที่เสถียรสูงสุด
|
| |
|
| |
รูปที่ 2: ผลของความแตกต่างขนาดอนุภาคนาโนเงิน (Ag nanoparticles)
และอนุภาคนาโนทอง (Au nanoparticles) ที่มีต่อสีของสารละลาย |
|
| งานวิจัยนี้จึงนำประโยชน์ของการใช้รังสีแกมมาจากต้นกำเนิด 60CO มาใช้ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงินโดยใช้พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (polyvinyl alcohol, PVA) เป็นตัวทำให้เสถียร (stabilizer) ร่วมกับเอทานอล (ethanol) ซึ่งเป็นตัวจับอนุมูลอิสระไฮดรอกซี (hydroxy free radical, OH.) อนุภาคนาโนเงินที่สังเคราะห์ได้สามารถนำไปใช้ในการเตรียมแผ่นเจลปิดแผล กลไกในการเกิดอนุภาคนาโนเงินที่เตรียมโดยการฉายรังสีนี้ ขึ้นอยู่กับการรีดิวซ์ไอออนเงิน (Ag+) โดย hydrated electron (e-aq) และอนุมูลอิสระไฮโดรเจน (hydrogen free radical, H.) ที่เกิดในสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลายดังแสดงในสมการที่ (1) |
| |
H2O |
|
e-aq , H. , OH. , H2O2 , H2 , H3O+,... |
(1) |
|
| e-aq และ H. เป็นตัวรีดิวซ์ที่ดีสามารถรีดิวซ์ Ag+ ให้เป็น Ag0 ซึ่งแสดงในรูปสมการได้ดังนี้ |
Ag+ + e-aq |
|
Ag0 |
(2) |
Ag+ + H. |
|
Ag0 + H+ |
(3) |
Ag0 + Ag+ |
|
Ag+2 +
.  Ag+ n+1 |
(4) |
|
| OH. ที่เกิดขึ้นระหว่างการฉายรังสีเป็นตัวออกซิไดส์ที่ดี ซึ่งจะต้องเปลี่ยนเป็นตัวรีดิวซ์ โดยการทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ (เช่น ethanol หรือ isopropanol) เกิดเป็น อนุมูลเชิงแอลกอฮอล์ (alcoholic radicals) ดังแสดงในรูปสมการดังนี้ |
RCH2OH(R2CHOH) + OH. |
|
R.CHOH(R2.COH) + H2O |
(5) |
R.CHOH(R2.COH) + Ag+n+1 |
|
Ag0n+1 + RCHO(R2CO) + H+ |
(6) |
|
แอลกอฮอล์เป็นตัวจับอนุมูลอิสระไฮดรอกซี (OH.) และอนุมูลอิสระ R.CHOH ไม่สามารถรีดิวซ์ Ag+ ในสารละลายแต่สามารถรีดิวซ์ Ag+ ในกลุ่มของ Ag+ n+1
PVA สามารถป้องกันการรวมมวล (agglomeration) หรือการที่อนุภาคนาโนรวมกันเป็นก้อน เนื่องจากอนุภาคขนาดเล็กสามารถเคลื่อนย้ายและชนกันและทำให้เกิดการรวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อน การมี PVA ในระบบเมื่อฉายรังสี PVA เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันทำให้ระบบมีความหนืดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ลดความเร็วของการเคลื่อนย้ายของอนุภาคนาโน และลดโอกาสในการชนของอนุภาคนาโนทำให้ขนาดของอนุภาคนาโนเล็กลง และการที่ PVA ดูดซับบนผิวของอนุภาคนาโนสามารถลด พลังงานที่ผิว (surface energy) และลดการรวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อน [6]
References |
[1] Silver, S., et al., 2006. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 33, 627.
[2] Wright, J.B., et al., 1999. Am. J. Infect. Control 27, 344.
[3] Daniel, M.C., Astruc D., 2004. Chem. Rev. 104, 293.
[4] Kesow, A., et al., 2003. J. Appl. Phys. 94, 6988.
[5] Park, H. J., et al ., 2006. Plant Pathology J. 22, 295.
[6] Zhou, F., et al., 2008. Radiat. Phys. Chem. 77, 169.
|
| |
