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:

• Synthese
• Funktionalisierung
• Modifizierung
• Dispersion
• Desagglomeration & Ausrichtung

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 .
Der einstufige Ultraschallreaktionsprozess ist eine umweltfreundliche und bequeme Methode, bei der natürliche Vorläufer zur Herstellung ultrakleiner CNPs unter Verwendung von Glukose als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden. Die CNPs weisen eine stabile (>6 Monate) und ein starkes PL (Quantenausbeute ∼7%), insbesondere zwei hervorragende photolumineszente Eigenschaften: NIR-Emission und photolumineszente Aufwärtskonversion. Durch die Kombination von freier Dispersion in Wasser (ohne jegliche Oberflächenmodifikation) und attraktiven photolumineszenten Eigenschaften sind diese CNPs vielversprechend für eine neue Art von Fluoreszenzmarkern, Biosensoren, biomedizinischer Bildgebung und Medikamentenverabreichung für Anwendungen in Biowissenschaften und Nanobiotechnologie.

(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.

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

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.