كفاءة والتحكم في تركيب الجسيمات النانوية الذهب

يمكن تصنيع الجسيمات النانوية الذهبية ذات الشكل الموحد والمورفولوجيا بكفاءة عبر الطريق السونوتشييميائي. يمكن التحكم في التفاعل الكيميائي المروج بالموجات فوق الصوتية لتركيب الجسيمات النانوية الذهبية بدقة لحجم الجسيمات والشكل (على سبيل المثال ، النانوسفير ، النانورود ، النوبيلت وما إلى ذلك) ومورفولوجيا. الإجراء الكيميائي فعال وبسيط وسريع والأخضر يسمح لإنتاج موثوق بها من الهياكل النانوية الذهب على نطاق صناعي.

الجسيمات النانوية الذهبية والهياكل النانوية

يتم تنفيذ الجسيمات النانوية الذهبية والهياكل نانو الحجم على نطاق واسع في R&دال والعمليات الصناعية بسبب خصائص فريدة من الذهب نانو الحجم بما في ذلك الخصائص الإلكترونية والمغناطيسية والبصرية، وآثار حجم الكم، وصدى البلازمون السطح، والنشاط الحفاز عالية، والتجميع الذاتي من بين خصائص أخرى. وتتراوح مجالات تطبيق جزيئات النانو الذهبية (Au-NPs) من الاستخدام كمحفز إلى تصنيع الأجهزة الإلكترونية النانوية ، وكذلك الاستخدام في التصوير ، والضوئيات النانوية ، والمغناطيسية النانوية ، وأجهزة الاستشعار الحيوية ، وأجهزة الاستشعار الكيميائية ، للتطبيقات البصرية والثيرانوستيكية ، وتسليم الأدوية ، فضلا عن الاستخدامات الأخرى.

طرق توليف الجسيمات النانوية الذهبية

يمكن توليف جزيئات الذهب نانو منظم عبر طرق مختلفة باستخدام ultrasonication عالية الأداء. Ultrasonication ليست مجرد تقنية بسيطة وفعالة وموثوق بها ، وعلاوة على ذلك sonication يخلق الظروف للحد الكيميائي من أيونات الذهب دون عوامل كيميائية سامة أو قاسية وتمكن من تشكيل الجسيمات النانوية المعدنية النبيلة من مورفولوجيا مختلفة. اختيار الطريق والعلاج سونوتشيميكال (المعروف أيضا باسم التمثيل السونوسومي) يسمح لإنتاج الهياكل النانوية الذهب مثل nanosheres الذهب، nanorods، نانوبيلتس الخ مع حجم موحد ومورفولوجيا.
أدناه يمكنك العثور على مسارات سونوتشيميكال مختارة لإعداد الجسيمات النانوية الذهب.

Ultrasonically تحسين طريقة Turkevich

يتم استخدام Sonication لتكثيف رد فعل Turkevich خفض سيترات فضلا عن تعديل إجراءات Turkevich.
تنتج طريقة Turkevich جسيمات نانوية ذهبية كروية أحادية التشتت متواضعة يبلغ قطرها حوالي 10-20 نانومتر. يمكن إنتاج جزيئات أكبر ، ولكن على حساب التشتت والشكل. في هذه الطريقة ، يتم التعامل مع حمض الكلورواريك الساخن بمحلول سيترات الصوديوم ، مما ينتج الذهب الغرواني. رد فعل Turkevich يمضي عبر تشكيل أسلاك نانوية ذهبية عابرة. هذه الأسلاك النانوية الذهبية هي المسؤولة عن المظهر المظلم لمحلول التفاعل قبل أن يتحول إلى روبي الأحمر.
فوينتس غارسيا وآخرون (2020)، الذين سونوتشيميكال توليفها الجسيمات النانوية الذهب، التقرير أنه من الممكن لتصنيع الجسيمات النانوية الذهب مع التفاعل امتصاص عالية باستخدام ultrasonication كمصدر للطاقة الوحيد، والحد من متطلبات المختبر والسيطرة على خصائص تعديل المعلمات البسيطة.
لي وآخرون (2012) أظهرت أن الطاقة بالموجات فوق الصوتية هو المعلمة الرئيسية لإنتاج الجسيمات النانوية الذهبية الكروية (AuNPs) من أحجام غير قادرة من 20 إلى 50 نانومتر. ينتج التمثيل السونوسومي عن طريق تقليل سيترات الصوديوم جسيمات نانوية ذهبية كروية أحادية التشتت في محلول مائي في ظل الظروف الجوية.

طريقة Turkevich-Frens باستخدام الموجات فوق الصوتية

تعديل مسار رد الفعل المذكور أعلاه هو طريقة Turkevich-Frens ، وهي عملية بسيطة متعددة الخطوات لتركيب الجسيمات النانوية الذهبية. Ultrasonication يعزز مسار رد فعل Turkevich-Frens بنفس الطريقة التي يسلكها طريق Turkevich. الخطوة الأولى من عملية Turkevich-Frens متعددة الخطوات ، حيث تحدث ردود الفعل في سلسلة وبالتوازي ، هي أكسدة سيترات التي تنتج الأسيتون ديكاربوكسي. ثم، يتم تقليل ملح اليوريك إلى ملح أوروس وأو⁰، ويتم تجميع الملح اللطاز على الاتحاد الافريقي⁰ ذرات لتشكيل AuNP (انظر المخطط أدناه).

تخليق الجسيمات النانوية الذهبية عن طريق طريقة Turkevich.
المخطط والدراسة: ©شاو وآخرون، 2013

وهذا يعني أن الأسيتون ديكاربوكسي الناتجة عن أكسدة سيترات بدلا من سيترات نفسها تعمل بمثابة استقرار AUNP الفعلية في رد فعل Turkevich-Frens. الملح سيترات بالإضافة إلى ذلك بتعديل الأس الحموضة للنظام، مما يؤثر على حجم وحجم توزيع الجسيمات النانوية الذهب (AuNPs). هذه الشروط من رد فعل Turkevich-Frens تنتج ما يقرب من الجسيمات النانوية الذهب أحادية الانشجار مع أحجام الجسيمات بين 20 إلى 40nm. يمكن تعديل حجم الجسيمات الدقيقة على اختلاف في رقم الحموضة للمحلول وكذلك بواسطة معلمات الموجات فوق الصوتية. النيترات استقرت AuNPs هي دائما أكبر من 10 نانومتر، وذلك بسبب القدرة المحدودة على الحد من ثلاثي الصوديوم سيترات ديهيدرات. ومع ذلك، باستخدام D₂O كمذيب بدلا من H₂O أثناء تركيب أوانبس يسمح لتجميع أونبس مع حجم الجسيمات من 5 نانومتر. كما إضافة D₂O زيادة قوة خفض سيترات، والجمع بين D₂O و C₆ح₉نا₃ال₉. (راجع: Zhao et al., 2013)

بروتوكول لطريق توركيفيتش-فرينز الكيميائي

من أجل توليف الجسيمات النانوية الذهبية في إجراء من أسفل إلى أعلى عن طريق طريقة Turkevich-Frens ، 50mL من حمض الكلورواريك (HAuCl₄), 0.025 م م يصب في كوب زجاجي 100 مل, في الذي 1 مل من 1.5٪ (ث / v) محلول مائي من سيترات ثلاثي الصوديوم (Na₃Ct) يضاف تحت ultrasonication في درجة حرارة الغرفة. تم تنفيذ Ultrasonication في 60W، 150W، و 210W. النا₃Ct/HAuCl₄ النسبة المستخدمة في العينات هي 3:1 (ث / 5). بعد ultrasonication، وأظهرت الحلول الغروية ألوان مختلفة، البنفسجي ل60 واط وروبي الأحمر لعينات 150 و 210 W. تم إنتاج أحجام أصغر ومجموعات كروية أكثر من الجسيمات النانوية الذهبية عن طريق زيادة قوة سونيكيشن ، وفقا لتوصيف الهيكلية. فوينتس غارسيا وآخرون (2021) تظهر في تحقيقاتها التأثير القوي لزيادة سونيكيشن على حجم الجسيمات، وهيكل متعدد الهديرات والخصائص البصرية للجسيمات النانوية الذهب توليفها كيميائيا وحركية التفاعل لتشكيلها. ويمكن إنتاج كل من الجسيمات النانوية الذهبية التي تبلغ مساحتها 16 نانومتر و12 نانومتر مع إجراء سونوتشيميكال مصمم خصيصا. (فوينتس غارسيا وآخرون، 2021)

(أ) ب) صورة TEM و (ج) توزيع حجم الجسيمات النانوية الذهبية المركبة كيميائيا (AuNPs)
الصورة والدراسة: © ذياب وآخرون، 2020.

التحلل من الجسيمات النانوية الذهبية

طريقة أخرى للجيل التجريبي من جزيئات الذهب هي عن طريق التحليل السونوليسيس ، حيث يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية لتركيب جزيئات الذهب التي يبلغ قطرها أقل من 10 نانومتر. اعتمادا على الكواشف ، يمكن تشغيل رد الفعل السونوليك في آداب مختلفة. على سبيل المثال ، سونيكيشن من محلول مائي من HAuCl₄ مع الجلوكوز، والجذور الهيدروكسيل والسكر التحلل الراديكاليين بمثابة وكلاء الحد. تتشكل هذه الجذور في المنطقة بين التخصصات المنهارة التي تم إنشاؤها بواسطة الموجات فوق الصوتية المكثفة والمياه السائبة. مورفولوجيا الهياكل النانوية الذهبية هي نانوريبونات بعرض 30-50 نانومتر وطول عدة ميكرومترات. هذه الأشرطة مرنة جدا ويمكن أن ينحني مع زوايا أكبر من 90 درجة. عندما يتم استبدال الجلوكوز بالسيكلوديكسترين، وهو أوليغومر الجلوكوز، يتم الحصول على جزيئات الذهب الكروية فقط، مما يشير إلى أن الجلوكوز ضروري في توجيه مورفولوجيا نحو الشريط.

البروتوكول المثالي لتركيب سونوكيمياء نانو الذهب

وتشمل المواد السلائف المستخدمة لتوليف AuNPs المغلفة بالسيترات HAuCl₄، سيترات الصوديوم والماء المقطر. من أجل إعداد العينة ، شملت الخطوة الأولى حل HAuCl₄ في الماء المقطر بتركيز 0.03 م. في وقت لاحق ، حل HAuCl₄ (2 مل) أضيفت دروبوايز إلى 20 مل من محلول سيترات الصوديوم 0.03 M مائي. خلال مرحلة الاختلاط، تم إدخال مسبار بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة (20 كيلوهرتز) مع قرن بالموجات فوق الصوتية في الحل لمدة 5 دقائق في قوة السبر من 17.9 W·cm²
(راجع دبي في al. 2020)

توليف الحزام النانوي الذهب باستخدام سونيكيشن

يمكن توليفها واحدة النوبيلات كريستالين (انظر صورة TEM اليسار) عن طريق سونيكيشن من محلول مائي من HAuCl₄ في وجود α-D-الجلوكوز كما reagens. النوبيلات النانوية الذهبية المركبة كيميائيا تظهر متوسط عرض 30 إلى 50 نانومتر وطول عدة ميكرومترات. رد فعل بالموجات فوق الصوتية لإنتاج النوبيلات الذهب بسيط وسريع ويتجنب استخدام المواد السامة. (راجع تشانغ وآخرون، 2006)

السطحي للتأثير على التوليف سونوتشيميكال من NPs الذهب

تطبيق الموجات فوق الصوتية مكثفة على التفاعلات الكيميائية يبدأ ويعزز التحويل والعوائد. من أجل الحصول على حجم الجسيمات موحدة وبعض الأشكال المستهدفة / مورفولوجيا، واختيار السطحي هو عامل حاسم. إضافة الكحول يساعد أيضا على السيطرة على شكل الجسيمات وحجمها. على سبيل المثال ، في وجود a-d-الجلوكوز ، وردود الفعل الرئيسية في عملية التحلل المائي HAuCl₄ كما هو مبين في المعادلات التالية (1-4):
(1) ح₂ O - > H∙ + OH∙
(2) السكر — > الجذور الانحلال الحراري
(3) أالثالث + الحد من الجذور -> الاتحاد الافريقي⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (النوبيلات)
(راجع تشاو وآخرون، 2014)

قوة الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار

تحقيقات بالموجات فوق الصوتية أو سونوتروديس (وتسمى أيضا قرون الموجات فوق الصوتية) تقديم عالية الكثافة الموجات فوق الصوتية والتجويف الصوتي في شكل مركزة جدا في الحلول الكيميائية. هذا انتقال الموجات فوق الصوتية السلطة يمكن التحكم فيها على وجه التحديد وفعالة يسمح لظروف موثوق بها، يمكن السيطرة عليها بدقة واستنساخها، حيث يمكن بدء مسارات التفاعل الكيميائي، وتكثيفها والتبديل. في المقابل، حمام بالموجات فوق الصوتية (المعروف أيضا باسم نظافة بالموجات فوق الصوتية أو خزان) يسلم الموجات فوق الصوتية مع كثافة الطاقة منخفضة جدا والمواقع التجويف التي تحدث بشكل عشوائي في حجم سائل كبير. وهذا يجعل الحمامات بالموجات فوق الصوتية لا يمكن الاعتماد عليها لأي التفاعلات سونوتشيميكال.
"حمامات التنظيف بالموجات فوق الصوتية لديها كثافة الطاقة التي تتوافق مع نسبة صغيرة من تلك التي تم إنشاؤها بواسطة قرن الموجات فوق الصوتية. استخدام حمامات التنظيف في سونوتشيميستري محدودة، بالنظر إلى أن حجم الجسيمات متجانسة تماما ومورفولوجيا لا يتم التوصل دائما. ويرجع ذلك إلى الآثار الفيزيائية للموجات فوق الصوتية على النوى والعمليات المتنامية". (غونزاليس ميندوزا وآخرون 2015)

الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتركيب الجسيمات النانوية الذهبية

Hielscher الفوق صوتيات لوازم المعالجات بالموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها لتوليف سونوتشيميكال (سونو توليف) من الجسيمات النانوية مثل الذهب وغيرها من الهياكل النانوية المعدنية النبيلة. الهياج بالموجات فوق الصوتية والتشتت يزيد من نقل الكتلة في النظم غير المتجانسة ويعزز التبول والنوى اللاحقة لمجموعات الذرة من أجل التعجيل جزيئات النانو. التوليف بالموجات فوق الصوتية من جزيئات نانو هو بسيط وفعال من حيث التكلفة، متوافقة بيولوجيا، استنساخها، سريعة، وطريقة آمنة.
Hielscher الفوق صوتيات الإمدادات المعالجات بالموجات فوق الصوتية قوية ويمكن التحكم فيها بدقة لتشكيل هياكل نانو الحجم مثل nanosheres، nanorods، nanobelts، نانو شرائط، nanoclusters، جزيئات قذيفة الأساسية الخ.
يقدر عملاؤنا الميزات الذكية للأجهزة الرقمية Hielscher ، والتي تم تجهيزها ببرامج ذكية ، وشاشة لمس ملونة ، وبروتوكول بيانات تلقائي على بطاقة SD مدمجة وتتميز بقائمة بديهية للعملية سهلة الاستخدام وآمنة.
تغطي مجموعة كاملة من الطاقة 50 واط بالموجات فوق الصوتية باليد للمختبر تصل إلى 16،000 واط أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية القوية، Hielscher لديه الإعداد بالموجات فوق الصوتية المثالي للتطبيق الخاص بك. المعدات سونوتشيميكال لإنتاج دفعة ومستمرة مضمنة في تدفق من خلال المفاعلات متاحة بسهولة في أي مقاعد البدلاء أعلى وحجم الصناعية. قوة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا: