Ултразвукова синтеза на флуоресцентни наночастици

Изкуствено синтезираните флуоресцентни наночастици и квантови точки се очертават като революционни материали с многобройни приложения, обхващащи електрооптиката, оптичното съхранение на данни, биохимичния анализ и съвременната медицинска диагностика. Традиционните методи за синтез често срещат затруднения при постигането на постоянен размер на частиците, колоидна стабилност и висок квантов добив, особено в промишлен мащаб. Ултразвуковата синтеза (сонохимична синтеза) е изключително ефективна и надеждна алтернатива, която предлага прост, безопасен, възпроизводим и лесно мащабируем подход за производството на висококачествени флуоресцентни наноматериали.

Ултразвукова подготовка на флуоресцентни наночастици

При прилагането на мощен ултразвук върху течности и суспензии ултразвуковите вълни генерират интензивни локализирани срязващи сили и микроструи, които прецизно контролират динамиката на нуклеацията и растежа, като се получават монодисперсни наночастици с превъзходни оптични свойства. Например, едноетапна ултразвукова обработка на естествени прекурсори като глюкозата води до получаването на ултрамалки, водоразтворими въглеродни наночастици, които проявяват ярка фотолуминесценция в диапазона от видимата до близката инфрачервена светлина, силни способности за преобразуване нагоре по спектъра и отлична дългосрочна стабилност без ядра от токсични метали. По подобен начин комбинирането на ултразвукова обработка с контролирано утаяване позволява получаването на стабилни, неагрегиращи органични порфиринови наночастици, които проявяват подобрена флуоресцентна разделителна способност и значителни батохромни смени в абсорбционните си спектри. Освен за синтез, ултразвукът остава предпочитаната техника за надеждното диспергиране и деагломерация на наносуспензии, като същевременно улеснява щадящата функционализация и модификация на повърхността. В съчетание със способността си да работи при меки, екологично чисти условия, ултразвуковият синтез се явява ключова технология за развитието на флуоресцентни наноматериали от ново поколение както в промишлени, така и в биомедицински приложения.

Ултразвукова подготовка на флуоресцентни наночастици

Ултразвукът е доказан инструмент, подобряващ колоидния синтез на еднородни и висококристални наночастици с флуоресцентни свойства, висока квантова ефективност и стабилност.
Ултразвуковото третиране спомага за:

• Синтез
• функционализация
• промяна
• дисперсия
• деагломерация & Разплитане

Водоразтворими въглеродни наночастици с флуоресцентно преобразуване

Ли и др. (2010) разработиха високоефективен едноетапен метод за ултразвукова синтеза за получаване на монодисперсни, водоразтворими флуоресцентни въглеродни наночастици (CNPs) директно от глюкоза. Чрез прилагане на ултразвукова обработка в присъствието на киселинен или алкален катализатор, процесът използва акустичната кавитация за генериране на интензивни хидродинамични срязващи сили и локализирани зони с високо налягане. Тези сили стимулират полимеризацията и карбонизацията на глюкозата, съгласно класическия модел на ЛаМер за ядрена формация, като се получават сферични наночастици с диаметър под 5 nm.

Ключово предимство на този подход е, че получените CNP са по своята същност хидрофилни благодарение на повърхностите си, богати на хидроксилни групи, което им позволява да се разпръскват свободно във вода, без да се налагат допълнителни повърхностни модификации или токсични покривни агенти. Това “зелен” Този синтез се различава коренно от традиционните квантови точки на метална основа, като предлага по-висока фотостабилност, биосъвместимост и екологична безопасност.

От оптична гледна точка тези ултрамалки CNP проявяват ярка, регулируема фотолуминесценция в спектъра от видимата до близката инфрачервена (NIR) област. Забележително е, че те демонстрират силна флуоресценция с преобразуване на по-висока честота и могат да излъчват близкоинфрачервена светлина, когато бъдат възбудени от близкоинфрачервено лъчение, което ги прави изключително подходящи за биологично изобразяване на дълбоки тъкани и неинвазивна диагностика. Наночастиците поддържат квантов добив от приблизително 7% и запазват оптичните си свойства за повече от шест месеца при стайна температура. Предвид отличната си диспергируемост във вода, ниската токсичност и стабилната флуоресценция, CNP представляват обещаваща алтернатива за биосензори от ново поколение, системи за целево доставяне на лекарства и агенти за биомедицинско изобразяване.

а) TEM изображение на CNP, получено чрез ултразвук от глюкоза с диаметър, по-малък от 5 nm; б), в) снимки на дисперсии на CNP във вода със слънчева светлина и UV (365 nm, център) осветление, съответно; (г-ж) Флуоресцентни микроскопски изображения на CNP при различно възбуждане: d, e, f и g съответно за 360, 390, 470 и 540 nm. [Li et al. 2010]

Ултразвукова синтеза на флуоресцентни порфиринови наночастици

В изследването на Кашани-Мотлаг и др. (2010) успешно беше въведен един “ултразвуков метод” която съчетава контролирано утаяване с ултразвукова обработка с висока интензивност за синтезиране на флуоресцентни органични порфиринови наночастици. Използвайки [тетракис(пара-хлорофенил)порфирин] (TClPP) като прекурсор, екипът получи сферични наночастици със среден диаметър от приблизително 200 nm. Ултразвуковата енергия ефективно предотвратява самоагрегацията на порфириновите хромофори, което води до стабилна колоидна суспензия, която остава без утаяване в продължение на поне 30 дни при стайни условия на тъмнина. Частиците са физически стабилизирани чрез комбинация от хидрофобни взаимодействия, π-π наслагване и водородни връзки.

Ултразвуковата обработка оказва значително влияние както върху морфологията, така и върху оптичните характеристики на получените наночастици. Характерна оптична особеност е значителното батохромно (червено) изместване в абсорбционните спектри в сравнение с разтвора на мономерния порфирин, което се дължи на изравняването на молекулите и променените електронни взаимодействия в рамките на наноструктурата. Освен това флуоресцентните спектри запазват първоначалната си форма без гасене, но показват подобрена спектрална разделителна способност.

Продължителността на ултразвуковата обработка служи като ключов контролен параметър за сглобяването на наночастиците. По-кратките периоди на ултразвукова обработка водят до получаването на частици с по-остри абсорбционни пикове и по-висока моларна абсорбция, което показва по-малки и по-малко агрегирани структури. Обратно, удължаването на времето за ултразвукова обработка увеличава общия брой на образуваните наночастици, като едновременно с това увеличава броя на агрегираните порфиринови молекули на частица. Този регулируем синтетичен метод предлага ценен подход за разработване на усъвършенствани оптични сензори, фотокатализатори за окислителни реакции и функционални фотонни материали, които превъзхождат традиционните молекулни порфирини.

Изследователската група на Кашани-Мотлаг (2010) откри прост метод за синтез чрез ултразвуково утаяване на флуоресцентни наночастици от профирин.

Синтез на магнитни/флуоресцентни нанокомпозити

Ултразвукът подпомага синтеза на нанокомпозити, състоящи се от магнитни наночастици и флуоресцентни квантови точки (QDs) с покритие от силициева обвивка. Тези композити са бифункционални и притежават предимствата както на квантовите точки, така и на магнитните наночастици. Квантовите точки от CdS бяха синтезирани по следната процедура: първо, 2 мл от подслоя на нуклеационния филм, съдържащ феромагнитна течност, и 0,5 мл 1 mol/L квантови точки от CdS бяха смесени при ултразвуково разбъркване, след това към получената смес бяха добавени 2 мл PTEOS (предполимеризиран тетраетилортосиликат), а накрая бяха добавени 5 мл амоняк.
Освен това ултразвуковата емулгиране позволява получаването на нови многоцветни наночастици с висока флуоресценция и суперпарамагнитни свойства, като се използват квантови точки (QDS), наночастици от магнетит и амфифилен поли(терт-бутилакрилат-ко-етилакрилат-ко-метакрилова киселина) триблоков кополимер за капсулирането.

Мощен соникатор UP200Ht с мощност 200 вата

Литература / Препратки