Ultrazvuková syntéza nanovloček SnOx

Dvourozměrné (2D) nanomateriály stále přitahují značný zájem materiálové vědy díky svému vysokému povrchu, laditelným elektronickým vlastnostem a jedinečným interakcím se světlem a hmotou. Mezi nimi jsou obzvláště zajímavé systémy na bázi oxidu cínu (obecně SnO₂ nebo smíšené fáze SnO/SnO₂) díky své polovodičové povaze, chemické stabilitě a kompatibilitě s vodným zpracováním. Při sonochemické syntéze umožňuje sonikace shora dolů výrobu nanorozměrných vloček oxidu cíničitého (SnOx nanoflakes) s vynikajícími strukturními/morfologickými vlastnostmi. – a jsou tak vhodné pro pokročilé aplikace, jako je fototermální terapie (PTT).

Mechanismus a zdůvodnění ultrazvukové exfoliace pro nanovločky

Ultrazvukové zpracování (sonikace o vysoké intenzitě) je dobře zavedená vysoce účinná technika pro syntézu nanomateriálů. Ústředními fyzikálními jevy jsou akustická kavitace – tj. cykly tvorby, růstu a kolapsu bublin v kapalném prostředí. – které vytvářejí lokální extrémní podmínky (teploty ~5 000 K, tlaky ~1 000 barů a rychlé ochlazování/ohřívání), které zvyšují fragmentaci, exfoliaci a chemickou transformaci pevných prekurzorů.

V kontextu vrstevnatých nebo polovrstevnatých sloučenin cínu (např. SnS₂, SnO, SnO₂) usnadňuje ultrazvuk:

• Delaminace nebo exfoliace vrstevnatých struktur na tenké šupinky;
• Mechanická fragmentace zmenšující boční velikost;
• Zlepšený přenos hmoty a reaktivita ve vodném prostředí, potenciálně generující defektní struktury nebo fázové konverze;
• Zlepšená disperze nanovrstev v roztoku pro další zpracování.

Například monokrystalické nanopláště SnO byly vyrobeny pomocí ultrazvukové vodné syntézy v přítomnosti PVP (polyvinylpyrolidonu), který napomáhá exfoliaci a inhibuje růst mikrokrystalů. V širším měřítku byl ultrazvuk použit k přípravě porézního SnO₂ s vysokým specifickým povrchem pomocí sonochemických cest.
Pokud tedy chceme vyrábět nanovločky oxidu cínu (SnOx) metodami shora dolů, je sonikace logickou volbou. – zejména v kombinaci s vodným prostředím, mírným chemickým ošetřením nebo elektrochemickou exfoliací.

 

 

Syntéza nanovloček SnOx - přehled procesu

Syntéza nanočástic oxidu cínu (SnO) začíná rozpuštěním cínového prekurzoru (SnCl₂) v 36 ml destilované vody za mírného míchání. Poté se pH roztoku opatrně upraví na hodnotu 9 až 10 pomalým přidáním 4 ml hydroxidu amonného během ultrazvukové úpravy. Sonda typu sonikátor – jako je UIP500hdT (500 W, 20 kHz) vybavený 18mm titanovou sondou (BS4d18). – směs se sonikuje po dobu 60 minut při teplotě přibližně 80-90 °C. Nepřetržitá sonikace podporuje nukleaci a rovnoměrný růst nanočástic oxidu cíničitého, čímž se přibližně po jedné hodině zpracování získá homogenní, průhledný koloidní roztok. (viz Ullah et al., 2017)

Tento přístup je pozoruhodný tím, že využívá pouze vodná média. – což zvyšuje kompatibilitu s následným biomedicínským zpracováním. – a jedná se o škálovatelný a ekologický proces.

 

 

Vzorová aplikace: NIR fototermální terapie (PTT)

Fototermální terapie (PTT) v blízké infračervené oblasti (NIR) s využitím nanomateriálů je slibnou strategií selektivní léčby rakoviny. V práci Changa a spol. (2025) dosáhly nanovločky SnOx účinnosti fototermické konverze ~93 % (pro disperzi 0,25 mg/ml) při ozáření LED diodou o vlnové délce 810 nm. Disperze o koncentraci 3 mg/ml způsobila nárůst teploty o ~19 °C za 30 min. Studie in vitro navíc prokázaly selektivní cytotoxicitu: například při 100-200 µg/ml a 30minutovém ozařování při 115,2 mW/cm² došlo ke snížení životaschopnosti buněk o ~50 % u buněk kolorektálního karcinomu SW837 a o ~92 % u buněk kožního karcinomu A431, přičemž nebyla pozorována žádná cytotoxicita vůči lidským kožním fibroblastům.
Tento výsledek je obzvláště zajímavý, protože využívá levné LED zdroje (namísto drahých laserů) a vodní zpracování, což zlepšuje škálovatelnost a translační potenciál. Ukazuje, jak morfologie nanomateriálu, defektní inženýrství a způsob zpracování (sonikace + oxidace) mohou otevřít nové cesty v biomedicínských aplikacích.

Vysoce výkonné sonikátory pro syntézu nanovloček

Ultrazvukové procesory Hielscher jsou vysoce výkonné sonikátory německé konstrukce určené pro laboratorní i průmyslové aplikace, které nabízejí přesné řízení amplitudy, příkonu energie a teploty. – klíčové parametry pro reprodukovatelnou syntézu nanomateriálů. Při výrobě nanovloček poskytují jejich systémy typu sondy (např. UP400St, UIP500hdT, UIP1000hdT) intenzivní akustickou kavitaci, která umožňuje účinnou exfoliaci, delaminaci a dispergaci vrstevnatých materiálů, jako jsou oxidy kovů nebo dichalkogenidy. Laditelná amplituda (až 200 µm), možnost nepřetržitého provozu a integrované digitální monitorování zajišťují konzistentní přenos energie a vynikající škálovatelnost od mililitrových po litrové objemy. Díky těmto vlastnostem jsou sonikátory Hielscher zvláště výhodné pro syntézu rovnoměrných nanovloček s kontrolovatelnou velikostí, tloušťkou a fázovým složením v ekologicky nezávadných vodných podmínkách.
Sonikátory Hielscher umožňují přesné nastavení amplitudy, času, pulzního režimu a teploty. – umožňující inženýrské řešení velikosti, morfologie a funkcionalizace.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.