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Il percorso proposto mira ad introdurre le metodologie per la sintesi chimica di nanoparticelle di argento e mostrare le loro proprietà ottiche in termini di diffusione della luce

L'attività che verrà svolta ha come obiettivo principale quello di mostrare agli studenti una metodologia di produzione di nanomateriali attraverso sintesi chimica. In particolare nel corso dell'esperienza saranno sintetizzare delle nanoparticelle (NP) di Argento e si osserveranno alcuni fenomeni ottici legati all'interazione di tali particelle con la luce. I nanomateriali possono essere prodotti con diverse tecnologie; in questo percorso si vuole mostrare una metodologia che fa parte della classe nota come "bottom up". In tale approccio le nanostrutture sono prodotte a partire da singoli elementi atomici o molecolari, in questo casi ioni Argento.

Per la sintesi di NP di argento puro occorre preparare una soluzione di $AgNO_3$ 0,2M ossia sciogliere 340 mg di nitrato d'argento in 10 ml di acqua distillata.

L'argento sciolto in acqua si dissocia nei suoi ioni componenti secondo l'equilibrio: $$AgNO_3 \longrightarrow Ag^+ + NO_3^-$$ Prepariamo ora una soluzione di $NaOH$ (idrossido di sodio) 0,5M che agirà come catalizzatore, ossia accelererà la reazione chimica (figura 2).

Attenzione: Aggiungiamo 5g di soda a 250 ml di acqua, MAI il contrario.

Prepariamo in un altro becker da 50 ml una soluzione 1M di glucosio sciogliendo 1,8 gr di glucosio in 10 ml di acqua (figura 3).

Nella soluzione di $AgNO_3$ (trasparente) si aggiunge la soluzione di glucosio 1M, quindi la gelatina e poi l' $NaOH$ e si osserva un viraggio al colore marrone, segno che è avvenuta una reazione (figura 4).

Gli ioni argento in soluzione hanno reagito con il glucosio portando ad una reazione redox.
Il glucosio si comporta da agente riducente: il gruppo aldeidico del glucosio si ossida ad acido carbossilico formando l'acido gluconico. Ciò fornisce elettroni all' $Ag^+$ per trasformarlo in $Ag^0$ ossia argento metallico secondo le due semireazioni redox: $$C_6H_{12}O_6 + H_2O \longrightarrow C_6H_{12}O_7 + 2e + 2H^+$$ $$Ag^+ + e \longrightarrow Ag^0$$ La gelatina impedisce in parte l'aggregazione delle particelle di argento disperse in soluzione. In questo modo le nanoparticelle non vanno a fondo come succederebbe se la reazione avvenisse in soluzione acquosa dato che l'argento ha densità maggiore dell'acqua (densità dell'argento=10,49 gr/cm3). Si forma perciò una sospensione.

Il passo successivo consiste nella filtrazione della sospensione di particelle di argento per rimuovere gli aggregati di dimensioni maggiori, che conferiscono la colorazione scura alla soluzione. Allo scopo si può utilizzare della carta da filtro, come mostrato nella foto di figura 5.

Si ottiene una soluzione trasparente, leggermente colorata, che può essere utilizzata per l'analisi della diffusione della luce dalle particelle. Allo scopo è utile per confronto un becker contenente solo acqua.

Si posiziona un laser sul banco di lavoro, con il fascio laser orizzontale.

ATTENZIONE: quando si utilizza il laser occorre indossare gli occhiali di protezione e far riferimento a tutte le procedure per l'utilizzo in sicurezza del dispositivo.

Si indirizza il fascio laser in modo che passi sia all'interno della sospensione di nanoparticelle di $Ag$ e nell'acqua come mostrato in figura 6.

Gli studenti sono quindi invitati ad osservare il comportamento della luce nei due campioni e a formulare ipotesi sul fenomeno osservato.

Mentre il fascio che attraversa l'aria e l'acqua non è visibile, nella sospensione con le nanoparticelle è possibile distinguere un fascio luminoso. L'effetto è dovuto alla diffusione della luce da parte delle nanoparticelle, che deviano la luce dal loro percorso rettilineo, permettendo di raggiungere l'occhio dell'osservatore. Tale metodo costituisce anche un approccio per visualizzare la presenza di nanoparticelle nella soluzione. La diffusione della luce da nanoparticelle metalliche ha molte applicazioni, basti pensare per esempio alla colorazione dei vetri.

Già nel IV secolo troviamo un'applicazione dell'uso delle nanoparticelle nella coppa di Licurgo. E' una coppa diatreta di vetro (consiste di un contenitore interno e di un guscio decorativo esterno che si distacca dal corpo della coppa, al quale resta attaccato tramite corti supporti) di epoca romana costruita con vetro dicroico e che mostra un colore diverso a seconda del modo in cui la luce passa attraverso di essa: rosso quando illuminata da dietro e verde quando illuminata frontalmente. L'effetto dicroico è realizzato contaminando il vetro con piccole proporzioni di nanoparticelle di oro e argento disperse in forma colloidale in tutto il volume vetroso. Probabilmente l'effetto è stato prodotto accidentalmente in seguito alla contaminazione con nanoparticelle di oro e di argento. I vetrai potrebbero non essere stati a conoscenza della presenza di questi metalli nella preparazione, date le quantità in gioco estremamente piccole. È possibile che le tracce di oro e argento provenissero da residui di lavorazioni precedenti lasciati nel laboratorio da altri lavoratori. Le particelle hanno le dimensioni di circa 70 nanometri e sono visibili solo con un microscopio elettronico a trasmissione.

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Le nanotecnologie:sintesi e proprietà ottiche di nanoparticelle di Ag

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Il percorso proposto mira ad introdurre le metodologie per la sintesi chimica di nanoparticelle di argento e mostrare le loro proprietà ottiche in termini di diffusione della luce L'attività che verrà svolta ha come obiettivo principale quello di mostrare agli studenti una metodologia di produzione di nanomateriali attraverso sintesi chimica.

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Una didattica attiva realizzata con materiali innovativi e facilmente reperibili per coinvolgere ed appassionare allo studio delle scienze.

Protocolli sperimentali quantitativi e di facile implementazione indirizzati a diverse fasce di età: dalle scuole secondarie all'università.

Didattica per competenze; Hands-on, Inquiry Based e cooperative learning: il learning-by-doing per sviluppare skills e soft skills.

Dimostrazioni qualitative adatte anche per un pubblico generico o per avvicinare i più giovani alle materie scientifiche in modo curioso e divertente.

Tutti gli esperimenti sono corredati di guide per i docenti e di schede didattiche per gli studenti.

Aree tematiche legate alle big Ideas delle nanoscienze (Briefly 2007) .

Le nanotecnologie sono una delle aree strategiche per lo sviluppo sciale ed economico futuro . "Solo programmi educativi adeguati, in grado di allenare i giovani alle sfide scientifiche, potranno fare la differenza per la società di domani e guidare, attraverso la ricerca e l'innovazione, la creazione di tecnologie di grande impatto e di lavori ad alto grado di specializzazione, basati sulla conoscenza". Nanotechnology Education for the Global World: Training the Leaders of Tomorrow"- ACS Nano

I materiali didattici, le lezioni, i protocolli di laboratorio Nanolab sono pubblicati da Zanichelli in un eBook multimediale + libro di testo.

La scienza raccontata dai protagonisti: conferenze, video lezioni, scienziati che raccontano il loro lavoro o giovani ricercatori che illustrano il sogno che vogliono realizzare.

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Una didattica attiva realizzata con materiali innovativi e facilmente reperibili per coinvolgere ed appassionare allo studio delle scienze. Protocolli sperimentali quantitativi e di facile implementazione indirizzati a diverse fasce di età: dalle scuole secondarie all'università. Didattica per competenze; Hands-on, Inquiry Based e cooperative learning: il learning-by-doing per sviluppare skills e soft skills.

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cianobatteri come spirulina (coltivazione)anche educazione civica, ficobiliproteine (colorate e fluorescenti)
ficocianina è il principale pigmento (blu e viene usata in alternativa ai coloranti artificiali E133 e E131)

proteina nativa 625 colore blu - 370 nm incolore
fluorescenza
estrazione e purificazione della ficocianina lisi cellulare (2,5g + 30ml) congelamento e scongelamento di 24-48 ore e spirulina+silice in 100ml di acqua  40minuti in ultrasuoni)
centrifugazione  4000 giri per 40 minuti (surnatante blu con fluorescenza viola) il surnatante continene la proteina e altri elementi
lampada di wood
spettro di assorbimento da 300 a 700nm A max 618nm

Saggi di denaturazione 2,5 ml di estratto con etanolo 15%,30%, 50%, 96%(diminuisce la polarità) e urea (si sostituisce alle molecole di acqua e...) spetto estratto acquosi 1:5

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Questo esperimento è tremendamente semplice. Sebbene ciò che si forma effettivamente non sia una plastica, ma la caseina, una proteina del latte, ma il risultato dell'esperimento sembra una plastica ;) Qualcuno lo chiama Bioplastica.

Come curiosità, commenta che questa sostanza è stata brevettata nel 1898 e anni dopo Coco Chanel Userei il " pietra di latte"O Galalith per loro Gioielli fantasy.

Altri nomi dati a Galalith sono: Galalite, Milk Stone, Milkstone.
Ingredienti
Bisogno:

1 tazza di latte

4 cucchiaini di aceto

colorante alimentare (opzionale)

Ricetta passo dopo passo

Adesso dobbiamo scaldare il latte ma senza farlo bollire. Una volta caldo lo versiamo in una tazza o in una ciotola.

Aggiungiamo l'aceto e mescoliamo per 1 minuto.

È fatta!! Versiamo il latte in uno scolapasta e teniamo l'impasto che si è formato.

Adesso non resta che modellarlo o metterlo in uno stampo e lasciarlo raffreddare per un paio di giorni.

Ma seguirla non ottiene buoni risultati, almeno non quelli previsti per ottenere un gioiello per Coco Chanel.

Primo test facendo Galalith

Ho testato la ricetta per la Galalith o la plastica del latte ei risultati sono stati un po 'deludenti.

È chiaro che sintonizzando il processo e premendo il tasto, o il trucco, possiamo ottenere pezzi interessanti, ma per il momento non è stato così.

La ricetta è stata commentata. Ho scaldato il latte e prima di bollirlo l'ho messo in un bicchiere, ho messo in alcuni casi il colorante alimentare e poi l'aceto. I grumi si formano quasi istantaneamente, fiocchi da una pasta che è la caseina.

Questo deve essere filtrato, se usiamo un colino normale si spreca molta caseina. Meglio usare un colino cinese, uno di quelli in tessuto che tratterrà molta più quantità e ci permetterà anche di espellere meglio l'acqua.

La colorazione con colorante alimentare funziona bene. Certo, lasciarlo in uno stampo non è sufficiente.

I pezzi in cui abbiamo semplicemente depositato la plastica sono finiti fragili. Come quello nella foto.

D'altra parte, nei pezzi in cui ho applicato una certa pressione, i risultati sono stati molto migliori.

E soprattutto questo pezzo

Rimane una plastica rigida e leggera. Dopo una settimana emana ancora "olio" ma sebbene dia ancora una sensazione di fragilità, si potrebbe già fare qualcosa con questa qualità.

Nei miei pezzi è rimasto l'odore dell'aceto, forse a causa di un abuso, il Galalith dovrebbe essere inodore

Per esperimenti futuri

Punti da migliorare nei seguenti test:

isolando meglio l'acqua dalla caseina e facendo pressione sui pezzi.

Prova a usare il succo di limone invece dell'aceto come discusso in questo Istruibile

usa la formaldeide per finire la parte e vedere cosa succede

Proprietà della caseina

La caseina è insolubile in acqua e acido, sebbene il contatto con loro o con alcali possa causare screpolature. È inodore, biodegradabile, anallergico, antistatico e praticamente ininfiammabile (brucia lentamente e brillantemente all'aria, ma brucia con la rimozione della fonte della fiamma. Brucia con l'odore dei capelli bruciati).

Fonti e riferimenti

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Come fare la plastica dal latte o dalla galalite - Ikkaro

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Questo esperimento è tremendamente semplice. Sebbene ciò che si forma effettivamente non sia una plastica, ma la caseina, una proteina del latte, ma il risultato dell'esperimento sembra una plastica ;) Qualcuno lo chiama Bioplastica. Come curiosità, commenta che questa sostanza è stata brevettata nel 1898 e anni dopo Coco Chanel Userei il " pietra di latte"O Galalith per loro Gioielli fantasy.

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Processi avanzati per la separazione e purificazione di ficobiliproteine (2021)

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Grazie alla collaborazione tra CNR-IRSA, CNR-IBE e la società Plastica Alfa SpA in seno al progetto POC-MISE - Natural-Blu (Proof Of Concept - Ministero dello Sviluppo Economico-Programma di incentivo e sostegno alle attività di Applicazione, MIglioramento e COstruzione dei trovati brevettati" (Programma AMICO) - Natural-Blu) è in atto lo scale-up del processo di purificazione della ficocianina (pigmento fotosintetico del sistema antenna dei cianobatteri e di alcune alghe, avente numerose applicazioni biotecnologiche) attraverso la progettazione e realizzazione di prototipi basati sulla tecnologia brevettata oggetto del progetto Natural Blu.

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1GH0: CRYSTAL STRUCTURE OF C-PHYCOCYANIN FROM SPIRULINA PLATENSIS

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Preparazione soluzioni AgNp e preparazione terreni con soluzioni colloidali

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Preparazione soluzioni AgNp e preparazione terreni con soluzioni colloidali