Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschall-Synthese fluoreszierender Nanopartikel

  • Künstlich synthetisierte fluoreszierende Nanopartikel haben vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Herstellung von elektro-optischen Modulen, optischen Datenspeichern sowie in biochemischen, bioanalytischen und medizinischen Anwendungen.
  • Ultraschall ist eine effektive und zuverlässige Methode, um qualitativ hochwertige fluoreszierende Nanopartikel im industriellen Maßstab zu synthetisieren.
  • Die ultraschall-gestützte Synthese fluoreszierender Nanopartikel ist einfach & sicher sowie reproduzierbar und skalierbar.

Ultraschall für die Synthese fluoreszierender Nanopartikel

Ultraschall ist eine bewährte, und oftmals die einzig effiziente Methode, um Nanomaterialien zu verarbeiten. Zu den Anwendungen zählen die sonochemische Synthese von Nanopartikeln sowie ihre Funktionalisierung. Neben den sonochemischen Anwendungen ist Ultraschall zudem das bevorzugte Verfahren für die zuverlässige und effektive Dispersion und Desagglomeration stabiler Nano-Suspensionen.

Ultraschall-Verarbeitung fluoreszierender Nanopartikel

Ultraschall ist eine bewährte Technologie, welche die kolloidale Synthese von uniformen und kristallinen Nanopartikeln mit fluoreszierenden Eigenschaften verbessert. Die mit Ultraschall synthetisierten Nanopartikel weisen eine hohe Quanteneffizienz und Stabilität auf.
Ultraschall unterstützt die:

Wasserlösliche Kohlenstoff-Nanopartikel mit Fluoreszenz Up-Conversion

Li et al. (2010) haben einen einstufigen Das ultraschall-gestützte Prozess entwickelt, um mono-disperse, wasserlösliche fluoreszierende Kohlenstoff-Nanopartikel (CNPs) zu synthetisieren. Die fluoreszierenden Partikel wurden direkt aus Glukose in einem einstufigen alkalischen oder säure-basierten Ultraschallprozess synthetisiert. Die Partikeloberfläche waren wies zahlreiche Hydroxylgruppen auf, wodurch eine hohe Hydrophilieder Partikel erreicht wird. Die CNPs konnten eine helle und bunte Photolumineszenz für den gesamten sichtbaren und nahezu bis zum Infrarot (NIR) Spektralbereich emittieren. Darüber hinaus haben diese CNPs eine ausgezeichnete Up-Conversion-Fluoreszenz .
Diese einstufige Ultraschallreaktion ist ein umweltfreundlicher und einfacher Prozess, um ultrakleine CNPs herzustellen. Glukose dient als Kohlenstoffquelle. Die CNPs sind stabil (> 6 Monate) und stark photolumineszent (Quantenausbeute ∼7 %), mit zwei besonders ausgezeichneten Photolumineszenz-Eigenschaften: NIR-Emission und Up-Conversion-Photoluminiszenz. Die einfache Dispergierbarkeit in Wasser (ohne Oberflächenmodifikationen) und die hohe Photoluminiszenz machen diese CNPs zu einer vielversprechenden neuen Art fluoreszierender Nanopartikel. Fluoreszierende Nanopartikel kommen als Fluoreszenzmarker, Bio-Sensoren, in der biomedizinischen Bildgebung und Drug Delivery in der Bioscience und Nano-Biotechnologie zum Einsatz.

Die Herstellung von wasserlöslichen fluoreszierenden Kohlenstoff-Nanopartikel aus Glucose durch ein einstufiges Alkali oder Säure unterstützte Ultraschallbehandlung. (Klicken um zu vergrößern!)

(a) TEM-Aufnahme der ultraschall-synthetisierten CNPs; Durchmesser <5 nm; (b), (c) Fotos der CNP-Dispersionen in Wasser mit Sonnenlicht und UV (365 nm, Center) beleuchtet; (d-g) Fluoreszierende Mikroskopbilder der CNPs bei verschiedenen Wellenlängen: d, e, f und g bei 360, 390, 470 und 540 nm. [Li et al. 2010]

Fluoreszierende Porphyrin-Nanopartikel

Die Forschungsgruppe um Kashani-Motlagh hat erfolgreich fluoreszierende Porphyrin Nanopartikel mittels Ultraschall synthetisiert. Hierzu kombinierten sie eine Fällung mit Ultraschall. Die daraus resultierenden [Tetrakis(para-chlorophenyl) Porphyrin] TClPP Nanopartikel waren in einer Lösung stabil für mindestens 30 Tage, ohne dass sich Agglomerate bildeten. Es konnte keine Aggregation der Porphyrin-Chromophoren beobachtet werden. Die TClPP-Nanopartikel zeigten interessante optische Eigenschaften, insbesondere eine große bathochrome Verschiebung der Absorptionsspektren.
Die Dauer der Das ultraschall-gestützte Behandlung beeinflusst die Partikelgröße der Porphyrin-Nanopartikeln erheblich. Bei kürzerer Beschallungsdauer haben die Porphyrin-Nanopartikel schärfere Peaks und einen stärkeren Absorptionsgrad. Daraus lässt sich schließen, dass durch sich durch eine längere Beschallung die Anzahl der Porphyrin- Nanopartikel erhöht und dadurch Porphyrinmenge im Verhältnis zu den Nanopartikeln zunimmt.

Ultraschall Herstellung von fluoreszierenden Nanopartikeln. (Klicken um zu vergrößern!)

Die Forschungsgruppe von Kashani-Motlagh (2010) entwickelte eine einfache Ultraschall- Fällung , um fluoreszierenden Prophyrin-Nanopartikel zu synthetisieren.

Ultraschall-Homogenisatoren sind für die Synthese von fluoreszierenden Nanopartikeln verwendet

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Synthese von magnetischen/fluoreszierenden Nanokompositen

Mit Ultraschall können Nanokomposite synthetisiert werden, welche aus magnetischen Nanopartikeln und fluoreszierenden Quantenpunkten (quantum dots QDs) bestehen, die mit einer Silica ummantelt sind. Diese Komposite sind bifunktionell und vereinen die Vorteile von QDs und magnetischen Nanopartikeln. CdS-Quantenpunkte wurden mit dem folgendem Verfahren synthetisiert: Zunächst wurden 2 mL der keimbildenden Filmunterschicht mit Ferro-Magnetofluid und 0,5mL 1Mol/L CdS Quantenpunkten mittels Das ultraschall-gestützte Homogenisierung gemischt. Anschließend wurden 2mL PTEOS (vorpolymerisierte Tetraethylorthosilicate) hinzugefügt. Danach wurde 5mL Ammoniak zugegeben.
Zudem wird es durch das ultraschall-gestützte Emulgierung möglich, neue hochfluoreszierende, superparamagnetische Multicolor-Nanopartikeln herzustellen, indem Quantenpunkte (QDs), Magnetit-Nanoparticles und amphiphile Poly(Tert Butyl-Acrylat-co-Ethylacrylat-co-Methacrylsäure) Triblock-Copolymer für die Verkapselung genutzt wurden.

Fluoreszierende Nanopartikel in der Schwebe

Literatur

  • Li, Jimmy Kuan-Jung; Ke, Cherng-Jyh; Lin, Cheng-An J.; Cai, Zhi-Hua; Chen, Ching-Yun; Chang, Walter H. (2011): Facile Method for Gold Nanocluster Synthesis and Fluorescence Control Using Toluene and Ultrasound. Journal of Medical and Biological Engineering, 33/1, 2011. 23-28.
  • Li, Haitao; He, Xiaodie; Liu, Yang; Huang, Hui; Lian, Suoyuan; Lee, Shuit-Tong; Kang, Zhenhui (2011): One-step ultrasonic synthesis of water-soluble carbon nanoparticles with excellent photoluminescent properties. Carbon 49, 2011. 605-609.
  • Kashani-Motlagh, Mohamad Mehdi; Rahimi, Rahmatollah; Kachousangi, Marziye Javaheri (2010): Ultrasonic Method for the Preparation of Organic Porphyrin Nanoparticles. Molecules 15, 2010. 280-287.
  • Zhang, Ri-Chen; Liu, Ling, Liu; Xiao-Liang, Xu (2011): Synthesis and characteristics of multifunctional Fe3O4-SiO2-CdS magnetic-fluorescent nanocomposites. Chinese Physics B 20/8, 2011.

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Wissenswertes

Ultraschall-Homogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lysegerät, Ultraschall-Disruptor, Ultraschall-Labormühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Zell-Disruptor, Ultraschall-Dispergierer oder Ultraschallemulgiergerät bezeichnet. Die unterschiedlichen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für die Ultraschallgeräte eingesetzt werden.