Maqnetik nanohissəciklərin sintezi: laboratoriyadan istehsala
Maqnetik nanohissəciklər (MNPs) müxtəlif elmi və sənaye tətbiqlərində, o cümlədən biotibbi görüntüləmə, dərmanların məqsədyönlü çatdırılması, kataliz və ətraf mühitin bərpası üçün mühüm komponentdir. Ölçü, forma, maqnit davranışı və səth funksionallığı kimi maqnit nanohissəcik xüsusiyyətlərinə dəqiq nəzarət bu tətbiqlərin xüsusi tələblərinə cavab vermək üçün vacibdir. Hielscher zond tipli sonikatorlar tərəfindən asanlaşdırılan ultrasəs sintezi yüksək keyfiyyətli maqnit nanohissəcikləri istehsal etmək üçün çox yönlü və genişlənə bilən bir üsul təklif edir.
Nanohissəciklərin sintezində sonikasiya
Ultrasonication akustik kavitasiya vasitəsilə maye mühitdə lokallaşdırılmış yüksək enerjili zonalar yaratmaq üçün yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarından istifadə edir. Bu fenomen güclü kəsmə qüvvələri, yüksək təzyiqlər və yüksək temperatur yaradır və nanohissəciklərin idarə olunan nüvələşməsi və böyüməsi üçün əlverişli mühit yaradır. Ultrasonication üstünlükləri vahid maqnit nanohissəciklərin sintezi üçün xüsusilə effektiv edilməsi, vahid qarışdırma, gücləndirilmiş kütləvi transfer, reaksiya kinetika təsir və hissəciklər funksionallaşdırmaq imkanı daxildir.
Sənaye ultrasəs prosessoru UIP16000hdT (16kW) maqnit nanohissəciklərin genişmiqyaslı sintezi üçün.
Maqnit Nanohissəciklərin Sintezi: Laboratoriyadan Böyük İstehsala qədər
Laboratoriya Ölçüsü Maqnit Nanohissəciklərin Sintezi
Laboratoriya parametrlərində Hielscher zond tipli sonikatorlar ümumi çökmə, termal parçalanma və ya solvotermal üsullarla maqnit nanohissəcikləri sintez etmək üçün istifadə olunur. Amplituda, sonikasiya müddəti, nəbz rejimi və temperatur kimi ultrasəs parametrlərinə nəzarət etməklə tədqiqatçılar vahid hissəcik ölçülərinə və dar ölçülü paylamalara nail ola bilərlər.
Məsələn, birgə çökdürmə üsulu ultrasəs kavitasiyasından əhəmiyyətli dərəcədə faydalanır, bu da dəmir və dəmir prekursorlarının qələvi məhlullarla qarışmasını gücləndirir, nəticədə homojen nüvəli maqnetit (Fe₃O₄) nanohissəcikləri yaranır. Bundan əlavə, ultrasəs reaksiya vaxtını azaldır və nanohissəciklərin maqnit və struktur xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır.
Ultrasəs maqnit sintezi haqqında daha çox oxuyun!
Pilot və sənaye miqyaslı istehsal
Hielscher sonicatorlarının miqyaslılığı laboratoriya miqyaslı tədqiqatdan sənaye miqyaslı istehsala keçid zamanı mühüm üstünlükdür. Pilot miqyaslı sistemlərdə daha böyük ultrasəs zondları (sonotrotlar) və axın reaktorları ardıcıl keyfiyyətlə maqnit nanohissəciklərin davamlı istehsalına imkan verir. Yüksək təzyiq şəraitində işləmək qabiliyyəti və proses parametrlərinə nəzarət təkrar istehsal və miqyaslılığı təmin edir.
Sənaye istehsalı üçün Hielscher ultrasəs reaktorları istənilən hissəcik xüsusiyyətlərini saxlayaraq böyük həcmdə prekursor məhlullarını emal edə bilər. Bu miqyaslılıq maqnit ayırma texnologiyaları və ya dərman daşıma sistemləri kimi böyük miqdarda maqnit nanohissəcikləri tələb edən tətbiqlər üçün vacibdir.
Case Study: Ultrasonik Maqnit Nanohissəciklərin Sintezi
İlosvai və başqaları. (2020) ultrasəs homogenləşdirmə ilə polietilen qlikolda (PEG 400) səpələnmiş dəmir (II) - asetat və dəmir (III) - sitrat prekursorlarından istifadə edərək maqnit nanohissəcikləri sintez etmək üçün yanma ilə sonokimyanı birləşdirdi. Bu nanohissəciklər E. coli-dən plazmid DNT istifadə edərək DNT-nin ayrılması üçün sınaqdan keçirilib. Xarakterizasiya üsulları FTIR ilə müəyyən edilmiş hidroksil-funksional səthə malik yaxşı dispers nanohissəcikləri və XRD ilə təsdiqlənmiş maqnit, maqhemit və hematitin maqnit fazalarını aşkar etdi. Nanohissəciklər elektrokinetik potensial ölçmələri ilə göstərildiyi kimi suda yaxşı disperslik göstərdi və bu da onları bioseparasiya tətbiqləri üçün uyğun etdi.
Ultrasonik Maqnit Nanohissəciklərin Sintezi Protokolu
Maqnit nanohissəciklər iki müxtəlif prekursorla sonokimyəvi yanma üsulu ilə sintez edilmişdir: dəmir (II) asetat (nümunə A1) və dəmir (III) sitrat (nümunə D1). Hər iki nümunə eyni prosedura əməl etdi, yalnız istifadə olunan prekursorda fərqləndi. A1 nümunəsi üçün 2 q dəmir (II) asetat 20 q polietilen qlikolda (PEG 400) səpildi, D1 nümunəsi üçün isə 3,47 q dəmir (III) sitrat istifadə edildi. Dispersiya Hielscher yüksək effektiv sonikator UIP1000hdT istifadə edərək əldə edilmişdir (soldakı şəklə bax).
Sonokimyəvi müalicədən sonra PEG maqnit dəmir oksidi nanohissəcikləri istehsal etmək üçün Bunsen ocağı ilə yandırıldı.
Nəticələr
Nəticədə yaranan nanohissəciklər XRD, TEM, DLS və FTIR metodlarından istifadə etməklə xarakterizə edilmişdir. Sintez sonokimyəvi və yanma üsullarını uğurla birləşdirərək maqnit nanohissəcikləri əldə etdi. Qeyd edək ki, A1 nümunəsi DNT-nin təmizlənməsi üçün uyğun olub və mövcud kommersiya variantlarına daha sərfəli alternativ təklif edib.
Ultrasəslə sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərinin TEM-i: Sol: dəmir(II) asetat (nümunə A1); sağda: dəmir (III) sitrat (nümunə D1).
Tədqiqat və şəkil: ©Ilosvai et al. 2020.
Ultrasonikator UP400St maqnit nanohissəciklərin sonokimyəvi sintezi üçün
Hielscher Sonicators: Nanohissəciklərin Sintezində Texnoloji Üstünlük
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya miqyaslı təcrübələrdən sənaye istehsalına qədər tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş sonikator başına 16.000 vata qədər olan zond tipli sonikatorlar təklif edən ultrasəs emal texnologiyasında liderdir. Bu cihazlar yüksək intensivlikli ultrasəs enerjisini, dəqiq amplituda nəzarəti və temperaturun monitorinqini təmin edərək, onları maqnit nanohissəciklərin sintezi kimi həssas proseslər üçün ideal hala gətirir.
Hielscher sonicatorlarının əsas xüsusiyyətləri bunlardır:
- Dəqiq tənzimlənən amplituda: Optimal nanohissəciklərin sintezi üçün kavitasiya intensivliyinin dəqiq tənzimlənməsinə imkan verir.
- Ölçeklenebilirlik: Modul dizaynlar kiçik ölçülü R-dən problemsiz keçidə imkan verir&D geniş miqyaslı istehsala.
- İnteqrasiya edilmiş Temperatur Nəzarəti: Həddindən artıq istiləşmənin qarşısını alır və sabit reaksiya şəraitini təmin edir.
- Davamlılıq və çox yönlülük: Sulu və üzvi fazalar da daxil olmaqla müxtəlif həlledicilər və prekursor sistemlər üçün uyğundur.
- Dəqiqlik və təkrar istehsal: Partiyalar üzrə ardıcıl nəticələr maqnit nanohissəciklərin xüsusiyyətlərinin etibarlılığını təmin edir.
- Enerji səmərəliliyi: Effektiv enerji ötürülməsi tullantıları minimuma endirir və istehsal xərclərini azaldır.
- Özelleştirilebilir Konfiqurasiyalar: Çevik dizaynlar bir sıra reaksiya miqyası və kimyasını özündə cəmləşdirir.
- Ətraf mühitə uyğunluq: Sərt kimyəvi maddələrdən asılılığın azaldılması və daha qısa reaksiya müddətləri ətraf mühitin izlərini azaldır.
Dizayn, İstehsalat və Konsaltinq – Keyfiyyətli Almaniya istehsalı
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Sağlamlıq və asan əməliyyat ultrasəs aparatlarımızın sənaye obyektlərinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Kobud şərtlər və tələbkar mühitlər Hielscher ultrasəs cihazları tərəfindən asanlıqla idarə olunur.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikatlı bir şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadəçi dostu olan yüksək performanslı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə ki, Hielscher ultrasəs cihazları CE-yə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| 15-150 l | 3 ilə 15 L/dəq | UIP6000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ultrasonik sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərin tətbiqi
Hielscher sonikatorlarından istifadə edərək sintez edilmiş maqnit nanohissəciklərin üstün keyfiyyəti onların yüksək performanslı tətbiqlər üçün tətbiq imkanlarını genişləndirir:
- Biotibb: Dəqiq şəkildə işlənmiş maqnit nanohissəciklər maqnit rezonans görüntüləmə (MRT) kontrastını artırır və dərmanların məqsədyönlü çatdırılmasını təmin edir.
- Kataliz: Yüksək səth sahəsinə malik maqnit nanohissəcikləri kimyəvi reaksiyalarda effektiv katalizator kimi xidmət edir.
- Ətraf Mühit Elmi: Funksionallaşdırılmış maqnit nanohissəcikləri suyun təmizlənməsi və çirkləndiricilərin çıxarılması 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 soruşulan suallar
Maqnetik nanohissəciklər nədir?
Maqnit nanohissəciklər adətən 1-100 nm nanoölçülü ölçüdə dəyişən hissəciklərdir və dəmir, kobalt, nikel və ya onların oksidləri (məsələn, maqnetit və ya maqemit) kimi maqnit materiallarından ibarətdir. Bu hissəciklər xarici maqnit sahələri tərəfindən idarə oluna bilən maqnit xüsusiyyətləri nümayiş etdirir. Ölçüsündən, quruluşundan və tərkibindən asılı olaraq maqnit nanohissəcikləri ferromaqnetizm, ferrimaqnetizm və ya superparamaqnetizm kimi müxtəlif maqnit davranışları nümayiş etdirə bilər.
Kiçik ölçüləri və maqnit tənzimləmə qabiliyyətinə görə, onlar da daxil olmaqla geniş tətbiqlərdə istifadə olunur
biotibbi, ətraf mühit və sənaye tətbiqləri.
Supra-Paramaqnit Nanohissəciklər nədir?
Superparamaqnit nanohissəciklər dəmir oksidi (məsələn, maqnetit və ya maqhemit) kimi maqnit materiallardan hazırlanmış nanoölçülü hissəciklərdir (adətən 50 nm-dən az). Onlar yalnız xarici maqnit sahəsinin mövcudluğunda maqnit davranışını nümayiş etdirirlər və sahə çıxarıldıqda maqnitliyini itirirlər. Bu, kiçik ölçüdə istilik enerjisi hissəciklərin birləşmədən qaçaraq daimi maqnit momentini saxlamasına mane olduğu üçün baş verir.
Bu xüsusiyyətlər onları məqsədyönlü dərman çatdırılması, maqnit rezonans görüntüləmə (MRT) və hipertermiya terapiyası kimi biotibbi tətbiqlərdə, eləcə də ətraf mühit və sənaye tətbiqlərində çox faydalı edir.
Ferromaqnetizm, Ferrimaqnetizm və Superparamaqnetizm arasındakı fərq nədir?
Ferromaqnetizm, güclü mübadilə qarşılıqlı təsirləri səbəbindən bir materialda maqnit momentləri bir-birinə paralel olaraq düzləndikdə baş verir və xarici maqnit sahəsi olmadıqda belə böyük bir xalis maqnitləşmə ilə nəticələnir.
Ferrimaqnetizm də nizamlı maqnit momentlərini əhatə edir, lakin onlar qeyri-bərabər böyüklüklərlə əks istiqamətlərdə düzülür və xalis maqnitləşməyə səbəb olur.
Superparamaqnetizm çox kiçik nanohissəciklərdə müşahidə edilir və istilik enerjisi maqnit nizamını aşdıqda, maqnit momentlərinin təsadüfi dalğalanmasına səbəb olduqda yaranır; lakin xarici maqnit sahəsi altında anlar birləşərək güclü maqnit reaksiyası yaradır.
Hansı nanohissəciklər tez-tez sonokimyəvi yolla sintez olunur?
Sonokimyəvi sintez, akustik kavitasiya vasitəsilə lokallaşdırılmış yüksək temperatur, təzyiq və reaktiv növlər yaratmaq qabiliyyətinə görə müxtəlif nanohissəciklərin istehsalı üçün geniş istifadə olunur. Ümumi sintez edilən nanohissəciklərə metal nanohissəciklər, metal oksid nanohissəcikləri, xalkogenid nanohissəcikləri, Perovskit nanohissəcikləri, polimer nanohissəciklər və karbon əsaslı nanohissəciklər daxildir.
Bir neçə seçilmiş nanohissəciklər və nanostrukturlar haqqında ultrasəs sintezi və protokollar haqqında ətraflı məlumatı burada tapa bilərsiniz:
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.