ألماس نانوي مشتت في معلق مائي بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية

يمكن تحضير مشتتات الألماس النانوي بسرعة وكفاءة باستخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher. وفي المعلقات المائية، يضمن تفكيك التجمعات بالموجات فوق الصوتية تفتيت التجمعات بصورة موثوقة وتكوين غرويات مستقرة. وعند الجمع بين هذه الطريقة وإضافة بسيطة للملح لضبط الأس الهيدروجيني، فإنها توفر نهجًا سهلًا ومنخفض التكلفة وخاليًا من الملوثات. وبفضل قابليتها للتوسع وسهولة تنفيذها، يُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية مناسبًا للغاية للبحوث المختبرية وكذلك لمعالجة الألماس النانوي على النطاق الصناعي.

تفكيك تجمعات الألماس النانوي بكفاءة ودون تلوث

يتزايد استخدام الألماس النانوي في الطب الحيوي، والتقنيات الكمومية، وعلم الاحتكاك والتآكل والتزييت، والمواد المركبة المتقدمة، إلا أن ميله الطبيعي إلى تكوين تجمعات صلبة غالبًا ما يحد من أدائه. ولذلك، يُعد الحصول على غرويات مستقرة من جسيمات منفصلة شرطًا أساسيًا للتوصيف الدقيق والتطبيق الموثوق. وتعتمد طرق تفكيك التجمعات التقليدية كثيرًا على تقنيات طحن قاسية تُدخل الزركونيا أو شوائب أخرى، مما يعقد التنقية ويحد من الاستخدامات الطبية الحيوية. ويوفر التشتيت بالموجات فوق الصوتية بديلًا سريعًا وقابلًا للتوسع وخاليًا من الملوثات. فمن خلال تطبيق التجويف الصوتي في الأوساط المائية، تعمل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المزودة بمسبار على تفكيك التجمعات بكفاءة إلى جسيمات ألماس نانوي ذات أحجام من رقم واحد. وعند الجمع بين هذه الطريقة والتعديل البسيط للأس الهيدروجيني بمساعدة الملح، فإنها تنتج غرويات مستقرة عبر نطاق واسع من الأس الهيدروجيني دون إدخال نواتج ثانوية سامة، مما يجعلها جذابة للغاية للبحوث المختبرية والإنتاج على النطاق الصناعي.

يمكن تشتيت الألماس النانوي بكفاءة وموثوقية باستخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher.

كيف يعمل طحن الألماس النانوي وتشتيته بالموجات فوق الصوتية؟

يستخدم التشتيت بالموجات فوق الصوتية الألماس النانوي نفسه كوسط للطحن. ويولد التجويف الصوتي الناتج عن الموجات فوق الصوتية عالية القدرة تيارات سائلة عالية السرعة. وتعمل هذه التيارات السائلة على تسريع الجسيمات (مثل الألماس) في المعلق بحيث تتصادم الجسيمات بسرعات تصل إلى 280km/s وتتحطم إلى جسيمات دقيقة ذات حجم نانوي. وهذا يجعل الطحن والتشتيت بالموجات فوق الصوتية تقنية سهلة ومنخفضة التكلفة وخالية من الملوثات، تفكك تكتلات الألماس النانوي بصورة موثوقة إلى جسيمات ذات حجم نانوي مستقرة في محلول غروي مائي ضمن نطاق واسع من الأس الهيدروجيني. ويُستخدم الملح (كلوريد الصوديوم) لتثبيت الألماس النانوي في معلق مائي.
 

 
تعرف على المزيد حول تفكيك تجمعات الألماس النانوي بالموجات فوق الصوتية لتحضير العينات قبل التحليل!
 

طحن الألماس النانوي بالموجات فوق الصوتية يتفوق على مطاحن الخرز

تُعد أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المزودة بمسبار مطاحن عالية الفعالية، وهي تقنية طحن راسخة لإنتاج معلقات الألماس النانوي بكميات كبيرة على النطاق الصناعي. ولأن المطاحن بالموجات فوق الصوتية تستخدم الألماس النانوي كوسط للطحن، فإن التلوث الناتج عن أوساط الطحن، مثل خرز الزركونيا، يُتجنب تمامًا. وبدلًا من ذلك، تعمل قوى التجويف بالموجات فوق الصوتية على تسريع الجسيمات بحيث تتصادم جسيمات الألماس النانوي بعنف بعضها مع بعض وتتفتت إلى حجم نانوي موحد. ويُعد هذا التصادم بين الجسيمات، المستحث بالموجات فوق الصوتية، طريقة عالية الكفاءة والموثوقية لإنتاج مشتتات نانوية موزعة بالتساوي.
تستخدم طريقة التشتيت وتفكيك التجمعات بالموجات فوق الصوتية إضافات قابلة للذوبان في الماء وغير سامة ولا تسبب التلوث، مثل كلوريد الصوديوم أو السكروز، لتنظيم الأس الهيدروجيني وتثبيت المشتت الناتج عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وتعمل هذه البنى البلورية لكلوريد الصوديوم أو السكروز أيضًا كأوساط للطحن، مما يدعم إجراء الطحن بالموجات فوق الصوتية. وعند اكتمال عملية الطحن، يمكن إزالة هذه الإضافات بسهولة بمجرد الشطف بالماء، وهي ميزة بارزة مقارنة بعملية تستخدم الخرز الخزفي. ويستخدم الطحن التقليدي بالخرز، مثل مطاحن الاحتكاك، أوساط طحن خزفية غير قابلة للذوبان (مثل الكرات أو الخرز أو الحبيبات اللؤلؤية)، وتلوث بقاياها الناتجة عن التآكل المشتت النهائي. وتتطلب إزالة التلوث الناجم عن أوساط الطحن معالجة لاحقة معقدة وتستغرق وقتًا طويلًا وتكون مكلفة.

تنتج تقنية التشتيت بالموجات فوق الصوتية بفعالية معلقات مائية من الألماس النانوي ذات توزيع ضيق لأحجام الجسيمات.
(الدراسة والرسم: ©Turcheniuk et al., 2016)

بروتوكول نموذجي لتشتيت الألماس النانوي بالموجات فوق الصوتية

تفكيك تجمعات الألماس النانوي في الماء بالموجات فوق الصوتية بمساعدة الملح:
طُحن مزيج من 10 g من كلوريد الصوديوم و0.250 g من مسحوق الألماس النانوي يدويًا لفترة وجيزة باستخدام هاون ومدقة من الخزف، ثم وُضع في قارورة زجاجية بسعة 20 mL مع 5 mL من الماء منزوع الأيونات. وعولجت العينة المحضرة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مزود بمسبار لمدة 100 min عند قدرة خرج تبلغ 60% ودورة تشغيل تبلغ 50%. وبعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية، قُسمت العينة بالتساوي بين أنبوبَي طرد مركزي بلاستيكيين من Falcon بسعة 50 mL لكل منهما، وشُتتت في الماء المقطر حتى بلغ الحجم الإجمالي 100 mL ‏(2 × 50 mL). ثم خضعت كل عينة للطرد المركزي باستخدام جهاز الطرد المركزي Eppendorf 5810-R بسرعة 4000 rpm وعند 25°C لمدة 10 min، وتُخلص من السائل الفوقاني الصافي. ثم أُعيد تشتيت رواسب الألماس النانوي الرطبة (ND) في الماء المقطر (بحجم إجمالي 100 mL)، وخضعت للطرد المركزي مرة ثانية بسرعة 12,000 rpm وعند 25 °C لمدة 1 h. ومرة أخرى، تُخلص من السائل الفوقاني الصافي وأُعيد تشتيت رواسب الألماس النانوي الرطبة، هذه المرة في 5 mL من الماء المقطر لأغراض التوصيف. وأظهر اختبار قياسي باستخدام AgNO3 غيابًا تامًا لأيونات Cl⁻ في الألماس النانوي الذي فُككت تجمعاته بالموجات فوق الصوتية بمساعدة الملح وغُسل بالماء المقطر مرتين كما وُصف أعلاه. وبعد تبخر الماء من العينات، لوحظ تكوّن «رقائق» سوداء صلبة من الألماس النانوي بمردود يبلغ ∼200 mg أو 80% من كتلة الألماس النانوي الأولية. (انظر الصورة أدناه)
(راجع Turcheniuk et al., 2016)

عينة مجففة من الألماس النانوي المشتت بالموجات فوق الصوتية.
(الدراسة والرسم: ©Turcheniuk et al., 2016)

أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمشتتات الألماس النانوي

تصمم Hielscher Ultrasonics معدات طحن وتشتيت بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء وتصنعها وتوزعها للتطبيقات الشاقة، مثل تصنيع معلقات الألماس النانوي وأوساط التلميع والمركبات النانوية. وتُستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في جميع أنحاء العالم لتشتيت المواد النانوية في المعلقات الغروية المائية والبوليمرات والراتنجات والطلاءات وغيرها من المواد عالية الأداء.
تتميز أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بالموثوقية والكفاءة في معالجة المواد ذات اللزوجة المنخفضة إلى العالية. وبحسب المواد الداخلة وحجم الجسيمات النهائي المستهدف، يمكن ضبط شدة الموجات فوق الصوتية بدقة للحصول على نتائج مثلى للعملية.
ولمعالجة العجائن اللزجة والمواد النانوية والتركيزات العالية من المواد الصلبة، يجب أن يكون جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية قادرًا على توليد سعات اهتزاز عالية باستمرار. ويمكن لمعالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا في التشغيل المستمر تحت الحمل الكامل. ويمكن تشغيلها بسهولة بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وتُعد إمكانية تشغيل جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية بسعات اهتزاز عالية وضبط السعة بدقة ضرورية لتكييف ظروف المعالجة بالموجات فوق الصوتية للحصول على التركيبة المثلى للمعلقات النانوية ذات المحتوى العالي من المواد الصلبة، وخلائط البوليمرات المعززة بالمواد النانوية، والمركبات النانوية.
وإلى جانب سعة الاهتزاز فوق الصوتي، يُعد الضغط معلمة أخرى بالغة الأهمية للعملية. ففي ظل الضغوط المرتفعة، تزداد شدة التجويف بالموجات فوق الصوتية وقوى القص الناتجة عنه. ويمكن إخضاع مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية للضغط، مما يؤدي إلى تعزيز نتائج المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
تُعد مراقبة العملية وتسجيل البيانات مهمين لاستمرار توحيد معايير العملية وجودة المنتج. وتُوصل مستشعرات الضغط ودرجة الحرارة القابلة للتوصيل بمولد الموجات فوق الصوتية لمراقبة عملية التشتيت بالموجات فوق الصوتية والتحكم فيها. وتُسجل جميع معلمات المعالجة المهمة، مثل الطاقة فوق الصوتية (الصافية + الإجمالية) ودرجة الحرارة والضغط والزمن، تلقائيًا وتُخزن على بطاقة SD مدمجة. ومن خلال الوصول إلى بيانات العملية المسجلة تلقائيًا، يمكنك مراجعة دورات المعالجة بالموجات فوق الصوتية السابقة وتقييم نتائج العملية.
ومن الميزات الأخرى سهلة الاستخدام التحكم عن بُعد عبر المتصفح في أنظمتنا الرقمية للموجات فوق الصوتية. ويتيح لك التحكم عن بُعد عبر المتصفح بدء تشغيل معالج الموجات فوق الصوتية وإيقافه وضبطه ومراقبته عن بُعد من أي مكان.
اتصل بنا الآن لمعرفة المزيد عن المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي نوفرها للطحن والمشتتات النانوية!
يعطيك الجدول أدناه فكرة عن قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي نوفرها: