Maqnit nanohissəciklərinin sintezi: laboratoriyadan istehsala
Maqnit nanohissəcikləri (MNPs) biotibbi görüntüləmə, dərmanların hədəfə çatdırılması, kataliz və ətraf mühitin bərpası daxil olmaqla müxtəlif elmi və sənaye tətbiqlərinin mühüm komponentidir. Maqnit nanohissəciklərinin ölçü, forma, maqnit davranışı və səth funksionallığı kimi xüsusiyyətlərinə dəqiq nəzarət bu tətbiqlərin xüsusi tələblərini ödəmək üçün vacibdir. Hielscher zond tipli sonikatorları ilə həyata keçirilən ultrasəs sintezi yüksək keyfiyyətli maqnit nanohissəciklərinin istehsalı üçün çoxşaxəli və miqyaslandırıla bilən üsul təklif edir.
Nanohissəciklərin sintezində sonikasiya
Ultrasəs emalı akustik kavitasiya vasitəsilə maye mühitdə lokal yüksək enerjili zonalar yaratmaq üçün yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarından istifadə edir. Bu hadisə güclü kəsilmə qüvvələri, yüksək təzyiqlər və yüksək temperaturlar yaradaraq nanohissəciklərin idarə olunan nüvələnməsi və böyüməsi üçün əlverişli mühit formalaşdırır. Ultrasəs emalının üstünlüklərinə bərabər qarışdırma, gücləndirilmiş kütlə ötürülməsi, reaksiya kinetikasına təsir etmək və hissəcikləri funksionallaşdırmaq imkanı daxildir; bu da onu eynicinsli maqnit nanohissəciklərinin sintezi üçün xüsusilə effektiv edir.
Sənaye ultrasəs prosessoru UIP16000hdT (16kW) maqnit nanohissəciklərinin genişmiqyaslı sintezi üçün.
Maqnit nanohissəciklərinin sintezi: laboratoriyadan genişmiqyaslı istehsala
Laboratoriya miqyasında maqnit nanohissəciklərinin sintezi
Laboratoriya şəraitində Hielscher zond tipli sonikatorları birgə çökdürmə, termik parçalanma və ya solvotermal üsullarla maqnit nanohissəciklərini sintez etmək üçün geniş istifadə olunur. Amplituda, sonikasiya müddəti, impuls rejimi və temperatur kimi ultrasəs parametrlərinə nəzarət etməklə tədqiqatçılar eynicinsli hissəcik ölçüləri və dar ölçü paylanmaları əldə edə bilirlər.
Məsələn, birgə çökdürmə üsulu ultrasəs kavitasiyasından əhəmiyyətli dərəcədə faydalanır: kavitasiya dəmir(II) və dəmir(III) prekursorlarının qələvi məhlullarla qarışmasını gücləndirərək homogen nüvələnmiş maqnetit (Fe₃O₄) nanohissəciklərinin yaranmasına gətirib çıxarır. Bundan əlavə, ultrasəs emalı reaksiya müddətini azaldır və nanohissəciklərin maqnit və struktur xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır.
Ultrasəslə maqnetit sintezi haqqında daha ətraflı oxuyun!
Pilot və sənaye miqyasında istehsal
Hielscher sonikatorlarının miqyaslandırıla bilməsi laboratoriya miqyaslı tədqiqatlardan sənaye miqyaslı istehsala keçərkən mühüm üstünlükdür. Pilot miqyaslı sistemlərdə daha böyük ultrasəs zondları (sonotrodlar) və axınlı reaktorlar sabit keyfiyyətli maqnit nanohissəciklərinin fasiləsiz istehsalını mümkün edir. Yüksək təzyiq şəraitində işləmək və proses parametrlərinə nəzarət etmək imkanı təkrarlana bilməni və miqyaslandırıla bilməni təmin edir.
Sənaye istehsalı üçün Hielscher ultrasəs reaktorları arzu olunan hissəcik xüsusiyyətlərini qoruyaraq böyük həcmdə prekursor məhlullarını emal edə bilir. Bu miqyaslandırma imkanı maqnit ayırma texnologiyaları və ya dərman çatdırma sistemləri kimi böyük miqdarda maqnit nanohissəcikləri tələb edən tətbiqlər üçün vacibdir.
Tədqiqat nümunəsi: ultrasəslə maqnit nanohissəciklərinin sintezi
Ilosvai və b. (2020) ultrasəs homogenləşdirməsi ilə polietilenqlikolda (PEG 400) dispersləşdirilmiş dəmir(II) asetat və dəmir(III) sitrat prekursorlarından istifadə edərək maqnit nanohissəciklərini sintez etmək üçün sonokimyanı yanma ilə birləşdirmişlər. Bu nanohissəciklər E. coli-dən alınmış plazmid DNT-si istifadə olunmaqla DNT-nin ayrılması üçün sınaqdan keçirilmişdir. Xarakterizə üsulları FTIR ilə müəyyən edilmiş, hidroksil qrupları ilə funksionallaşdırılmış səthə malik, yaxşı dispersləşdirilmiş nanohissəcikləri və XRD ilə təsdiqlənmiş maqnetit, maqhemit və hematitin maqnit fazalarını aşkar etmişdir. Elektrokinetik potensial ölçmələrinin göstərdiyi kimi, nanohissəciklər suda yaxşı dispersləşmə qabiliyyəti nümayiş etdirmişdir ki, bu da onları bioayırma tətbiqləri üçün uyğun edir.
Ultrasəslə maqnit nanohissəciklərinin sintezi protokolu
Maqnit nanohissəcikləri iki fərqli prekursorla sonokimyəvi yanma üsulundan istifadə edilərək sintez edilmişdir: dəmir(II) asetat (A1 nümunəsi) və dəmir(III) sitrat (D1 nümunəsi). Hər iki nümunə üçün eyni prosedur tətbiq edilmiş, yalnız istifadə olunan prekursor fərqlənmişdir. A1 nümunəsi üçün 2 g dəmir(II) asetat 20 g polietilenqlikolda (PEG 400) dispersləşdirilmiş, D1 nümunəsi üçün isə 3,47 g dəmir(III) sitrat istifadə edilmişdir. Dispersləşdirmə Hielscher yüksək səmərəli UIP1000hdT sonikatoru ilə həyata keçirilmişdir (soldakı şəklə baxın).
Sonokimyəvi emaldan sonra maqnit dəmir oksidi nanohissəciklərini əldə etmək üçün PEG Bunsen odluğu ilə yandırılmışdır.
Nəticələr
Əldə edilən nanohissəciklər XRD, TEM, DLS və FTIR üsulları ilə xarakterizə edilmişdir. Sintez sonokimyəvi və yanma texnikalarını uğurla birləşdirərək maqnit nanohissəciklərinin əldə olunmasına gətirib çıxarmışdır. Xüsusilə, A1 nümunəsinin DNT-nin təmizlənməsi üçün uyğun olduğu müəyyən edilmiş və o, mövcud kommersiya variantlarına nisbətən daha qənaətli alternativ təqdim etmişdir.
Ultrasəslə sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərinin TEM görüntüsü: solda: dəmir(II) asetat (A1 nümunəsi); sağda: dəmir(III) sitrat (D1 nümunəsi).
Tədqiqat və şəkil: ©Ilosvai və b. 2020.
UP400St ultrasəs cihazı maqnit nanohissəciklərinin sonokimyəvi sintezi üçün
Hielscher sonikatorları: nanohissəciklərin sintezində texnoloji üstünlük
Hielscher Ultrasonics ultrasəs emalı texnologiyasında liderdir və laboratoriya miqyaslı təcrübələrdən sənaye istehsalına qədər uzanan tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş, hər sonikator üzrə 16.000 vata qədər gücə malik zond tipli sonikatorlar təklif edir. Bu cihazlar yüksək intensivlikli ultrasəs gücü, amplitudaya dəqiq nəzarət və temperaturun monitorinqini təmin edərək onları maqnit nanohissəciklərinin sintezi kimi həssas proseslər üçün ideal edir.
Hielscher sonikatorlarının əsas xüsusiyyətlərinə daxildir:
- Dəqiq tənzimlənən amplituda: Optimal nanohissəcik sintezi üçün kavitasiya intensivliyinin incə tənzimlənməsini mümkün edir.
- Miqyaslandırıla bilmə: Modul konstruksiyalar kiçikmiqyaslı tədqiqat və işləmələrdən genişmiqyaslı istehsala rəvan keçidi mümkün edir.
- İnteqrasiya olunmuş temperatur nəzarəti: Həddindən artıq qızmanın qarşısını alır və sabit reaksiya şəraitini təmin edir.
- Davamlılıq və çoxşaxəlilik: Sulu və üzvi fazalar daxil olmaqla müxtəlif həlledicilər və prekursor sistemləri üçün uyğundur.
- Dəqiqlik və təkrarlana bilmə: Partiyalar arasında sabit nəticələr maqnit nanohissəciklərinin xüsusiyyətlərinin etibarlılığını təmin edir.
- Enerji səmərəliliyi: Enerjinin səmərəli ötürülməsi israfı minimuma endirir və istehsal xərclərini azaldır.
- Fərdiləşdirilə bilən konfiqurasiyalar: Çevik konstruksiyalar müxtəlif reaksiya miqyaslarına və kimyəvi sistemlərə uyğunlaşır.
- Ətraf mühitə uyğunluq: Aqressiv kimyəvi maddələrdən asılılığın azalması və daha qısa reaksiya müddətləri ətraf mühitə təsiri azaldır.
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istifadə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rəvan inteqrasiyasını mümkün edir. Hielscher ultrasəs cihazları sərt şəraitdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə asanlıqla işləyir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya malik, istifadəsi rahat olan yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini ödəyir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal məhsuldarlığı haqqında məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Həcm axını sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | klaster şəklində birləşdirilmiş UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma, dispersləşdirmə, emulsiya hazırlama və ekstraksiya tətbiqləri üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ultrasəslə sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərinin tətbiqləri
Hielscher sonikatorları ilə sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərinin üstün keyfiyyəti onların yüksək performans tələb edən tətbiqlərdə istifadə imkanlarını genişləndirir:
- Biotibb: Dəqiq layihələndirilmiş maqnit nanohissəcikləri maqnit rezonans görüntüləməsinin (MRI) kontrastını artırır və dərmanların hədəfə çatdırılmasını mümkün edir.
- Kataliz: Böyük səth sahəsinə malik maqnit nanohissəcikləri kimyəvi reaksiyalarda səmərəli katalizator kimi çıxış edir.
- Ətraf mühit elmi: Funksionallaşdırılmış maqnit nanohissəcikləri suyun təmizlənməsi və çirkləndiricilərin kənarlaşdırılması üçün istifadə olunur.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Ilosvai, Á.M.; Szőri-Dorogházi, E.; Prebob, A.; Vanyorek, L. (2020): Synthesis And Characterization Of Magnetic Nanoparticles For Biological Separation Methods. Materials Science and Engineering, Volume 45, No. 1; 2020. 163–170.
- Kis-Csitári, J.; Kónya, Zoltán; Kiricsi, I. (2008): Sonochemical Synthesis of Inorganic Nanoparticles. In book: Functionalized Nanoscale Materials, Devices and Systems, 2008.
- Ilosvai, A.M.; Dojcsak, D.; Váradi, C.; Nagy, M.; Kristály, F.; Fiser, B.; Viskolcz, B.; Vanyorek, L. (2022): Sonochemical Combined Synthesis of Nickel Ferrite and Cobalt Ferrite Magnetic Nanoparticles and Their Application in Glycan Analysis. International Journal of Molecular Sciiences. 2022, 23, 5081.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.
Tez-tez verilən suallar
Maqnit nanohissəcikləri nədir?
Maqnit nanohissəcikləri adətən 1–100 nm nanoölçü diapazonunda olan və dəmir, kobalt, nikel və ya onların oksidləri (məsələn, maqnetit və ya maqhemit) kimi maqnit materiallarından ibarət hissəciklərdir. Bu hissəciklər xarici maqnit sahələri ilə idarə oluna bilən maqnit xüsusiyyətləri nümayiş etdirir. Ölçü, struktur və tərkibindən asılı olaraq maqnit nanohissəcikləri ferromaqnetizm, ferrimaqnetizm və ya superparamaqnetizm kimi müxtəlif maqnit davranışları göstərə bilər.
Kiçik ölçüləri və maqnit xüsusiyyətlərinin tənzimlənə bilməsi sayəsində onlar biotibbi, ekoloji və sənaye tətbiqləri daxil olmaqla
geniş tətbiq sahələrində istifadə olunur.
Supraparamaqnit nanohissəcikləri nədir?
Superparamaqnit nanohissəcikləri dəmir oksidi (məsələn, maqnetit və ya maqhemit) kimi maqnit materiallarından hazırlanmış nanoölçülü hissəciklərdir (adətən 50 nm-dən kiçik). Onlar yalnız xarici maqnit sahəsi mövcud olduqda maqnit davranışı nümayiş etdirir və sahə aradan qaldırıldıqda maqnitliyini itirir. Bu ona görə baş verir ki, belə kiçik ölçüdə istilik enerjisi hissəciklərin daimi maqnit momentini saxlamasına mane olur və aqreqasiyanın qarşısını alır.
Bu xüsusiyyətlər onları dərmanların hədəfə çatdırılması, maqnit rezonans görüntüləməsi (MRI) və hipertermiya müalicəsi kimi biotibbi tətbiqlərdə, eləcə də ekoloji və sənaye tətbiqlərində olduqca faydalı edir.
Ferromaqnetizm, ferrimaqnetizm və superparamaqnetizm arasında fərq nədir?
Ferromaqnetizm materialdakı maqnit momentləri güclü mübadilə qarşılıqlı təsirləri nəticəsində bir-birinə paralel istiqamətləndikdə baş verir və hətta xarici maqnit sahəsi olmadıqda belə böyük nəticəvi maqnitlənmə yaradır.
Ferrimaqnetizm də nizamlanmış maqnit momentlərini ehtiva edir, lakin bu momentlər qeyri-bərabər qiymətlərlə əks istiqamətlərdə yönəlir və nəticəvi maqnitlənməyə gətirib çıxarır.
Superparamaqnetizm çox kiçik nanohissəciklərdə müşahidə olunur və istilik enerjisi maqnit nizamlanmasını üstələdikdə yaranır; bu, maqnit momentlərinin təsadüfi dəyişməsinə səbəb olur. Lakin xarici maqnit sahəsinin təsiri altında momentlər eyni istiqamətə yönələrək güclü maqnit reaksiyası yaradır.
Hansı nanohissəciklər tez-tez sonokimyəvi üsulla sintez edilir?
Sonokimyəvi sintez akustik kavitasiya vasitəsilə lokal yüksək temperaturlar, təzyiqlər və reaktiv hissəciklər yaratmaq qabiliyyətinə görə müxtəlif nanohissəciklərin istehsalında geniş istifadə olunur. Tez-tez sintez edilən nanohissəciklərə metal nanohissəcikləri, metal oksidi nanohissəcikləri, xalkogenid nanohissəcikləri, perovskit nanohissəcikləri, polimer nanohissəcikləri və karbon əsaslı nanomateriallar daxildir.
Seçilmiş bəzi nanohissəciklərin və nanostrukturların ultrasəslə sintezi və protokolları haqqında daha ətraflı məlumatı burada tapa bilərsiniz:
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir – bu homogenizatorların ölçüləri laboratoriya miqyasından başlayaraq sənaye miqyasına qədər uzanır.