Σύνθεση φθοριζόντων νανοσωματιδίων με υπερήχους

Τα τεχνητά συνθετικά φθορίζοντα νανοσωματίδια και τα κβαντικά σημεία έχουν αναδειχθεί ως υλικά που φέρνουν ριζικές αλλαγές, με πολλαπλές εφαρμογές που εκτείνονται από την ηλεκτροοπτική, την οπτική αποθήκευση δεδομένων, τη βιοχημική ανάλυση έως και την προηγμένη ιατρική διαγνωστική. Οι παραδοσιακές μέθοδοι σύνθεσης συχνά αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην επίτευξη σταθερού μεγέθους σωματιδίων, κολλοειδούς σταθερότητας και υψηλής κβαντικής απόδοσης, ιδίως σε βιομηχανική κλίμακα. Η υπερηχητική σύνθεση (ηχοχημική σύνθεση) αποτελεί μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη εναλλακτική λύση, προσφέροντας μια απλή, ασφαλή, αναπαραγώγιμη και εύκολα κλιμακώσιμη προσέγγιση για την παραγωγή φθοριζόντων νανοϋλικών υψηλής ποιότητας.

Υπερήχων προετοιμασία φθορισμού νανο σωματιδίων

Με την εφαρμογή ισχυρών υπερήχων σε υγρά και πολτούς, τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν έντονες τοπικές δυνάμεις διάτμησης και μικρο-πίδακες που ελέγχουν με ακρίβεια τη δυναμική πυρήνωσης και ανάπτυξης, παράγοντας μονοδιασπαρτά νανοσωματίδια με ανώτερες οπτικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, μια μονοβάθμια υπερηχητική επεξεργασία φυσικών προδρόμων όπως η γλυκόζη παράγει εξαιρετικά μικρά, υδατοδιαλυτά νανοσωματίδια άνθρακα που παρουσιάζουν έντονη φωτοφωταύγεια από το ορατό έως το εγγύς υπέρυθρο, ισχυρές δυνατότητες ανύψωσης συχνότητας και εξαιρετική μακροπρόθεσμη σταθερότητα χωρίς πυρήνες τοξικών μετάλλων. Ομοίως, ο συνδυασμός της υπερηχητικής επεξεργασίας με ελεγχόμενη καταβύθιση επιτρέπει την παρασκευή σταθερών, μη συσσωματωμένων οργανικών νανοσωματιδίων πορφυρίνης που παρουσιάζουν βελτιωμένη ανάλυση φθορισμού και σημαντικές βαθοχρωμικές μετατοπίσεις στα φάσματα απορρόφησής τους. Πέρα από τη σύνθεση, τα υπερήχοι παραμένουν η προτιμώμενη τεχνική για την αξιόπιστη διασπορά και αποσυσσωμάτωση των νανοεναιωρημάτων, ενώ παράλληλα διευκολύνουν την ήπια λειτουργικοποίηση και τροποποίηση της επιφάνειας. Σε συνδυασμό με την ικανότητά της να λειτουργεί υπό ήπιες, φιλικές προς το περιβάλλον συνθήκες, η σύνθεση με υπερήχους αποτελεί μια τεχνολογία-ακρογωνιαίο λίθο για την προώθηση φθοριζόντων νανοϋλικών επόμενης γενιάς τόσο σε βιομηχανικές όσο και σε βιοϊατρικές εφαρμογές.

Υπερήχων προετοιμασία φθορισμού νανοσωματιδίων

Υπερήχους είναι ένα αποδεδειγμένο εργαλείο που βελτιώνει την κολλοειδή σύνθεση ομοιόμορφων και εξαιρετικά κρυσταλλικών νανοσωματιδίων με φθορίζουσες ιδιότητες, υψηλή κβαντική απόδοση και σταθερότητα.
Η υπερηχητική επεξεργασία συμβάλλει:

• σύνθεση
• λειτουργικότητα
• τροποποίηση
• διασπορά
• αποσυσσωμάτωση & Ξεμπέρδεμα

Υδατοδιαλυτά νανοσωματίδια άνθρακα με μετατροπή φθορισμού προς τα πάνω

Οι Li et al. (2010) ανέπτυξαν μια εξαιρετικά αποδοτική μέθοδο σύνθεσης με υπερήχους σε ένα στάδιο, για την παραγωγή μονοδιασπαρτών, υδατοδιαλυτών φθορίζοντων νανοσωματιδίων άνθρακα (CNPs) απευθείας από τη γλυκόζη. Με την εφαρμογή υπερηχητικής επεξεργασίας παρουσία είτε όξινου είτε αλκαλικού καταλύτη, η διαδικασία αξιοποιεί την ακουστική σπηλαίωση για τη δημιουργία έντονων υδροδυναμικών δυνάμεων διάτμησης και τοπικών ζωνών υψηλής πίεσης. Αυτές οι δυνάμεις προκαλούν τον πολυμερισμό και την ανθρακοποίηση της γλυκόζης, σύμφωνα με το κλασικό μοντέλο πυρήνωσης του LaMer, με αποτέλεσμα τη δημιουργία σφαιρικών νανοσωματιδίων διαμέτρου μικρότερης των 5 nm.

Ένα βασικό πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι τα CNP που προκύπτουν είναι εγγενώς υδρόφιλα λόγω των επιφανειών τους που είναι πλούσιες σε υδροξυλικές ομάδες, γεγονός που τους επιτρέπει να διασκορπίζονται ελεύθερα στο νερό χωρίς να απαιτούνται πρόσθετες επιφανειακές τροποποιήσεις ή τοξικοί παράγοντες κάλυψης. Αυτό “πράσινος” Η σύνθεση αυτή διαφέρει σημαντικά από τα παραδοσιακά κβαντικά σωματίδια με βάση τα μέταλλα, προσφέροντας ανώτερη φωτοσταθερότητα, βιοσυμβατότητα και περιβαλλοντική ασφάλεια.

Από οπτική άποψη, αυτά τα εξαιρετικά μικρά CNPs παρουσιάζουν έντονη, ρυθμιζόμενη φωτοφωταύγεια σε όλο το φάσμα από το ορατό έως το εγγύς υπέρυθρο (NIR). Αξίζει να σημειωθεί ότι παρουσιάζουν ισχυρό φθορισμό ανύψωσης συχνότητας και μπορούν να εκπέμπουν φως NIR όταν διεγείρονται από ακτινοβολία NIR, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλα για βιολογική απεικόνιση βαθιών ιστών και μη επεμβατική διάγνωση. Τα νανοσωματίδια διατηρούν κβαντική απόδοση περίπου 7% και διατηρούν τις οπτικές τους ιδιότητες για πάνω από έξι μήνες σε θερμοκρασία δωματίου. Λόγω της εξαιρετικής τους ικανότητας διασποράς στο νερό, της χαμηλής τοξικότητάς τους και του ισχυρού φθορισμού τους, τα CNPs αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για βιοαισθητήρες επόμενης γενιάς, συστήματα στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων και παράγοντες βιοϊατρικής απεικόνισης.

α) εικόνα TEM των CNPs που παρασκευάζονται μέσω υπερήχων από γλυκόζη με διάμετρο μικρότερη από 5 nm· (β), (γ) Φωτογραφίες διασπορών CNP στο νερό με ηλιακό φως και UV (365 nm, κέντρο) φωτισμό, αντίστοιχα. δ-ζ) Εικόνες φθορισμού μικροσκοπίου CNP υπό διαφορετική διέγερση: d, e, f και g για 360, 390, 470 και 540 nm, αντίστοιχα. [Li et al. 2010]

Ηχοσύνθεση νανοσωματιδίων φθορίζουσας πορφυρίνης

Σε έρευνα των Kashani-Motlagh κ.ά. (2010) εισήχθη με επιτυχία ένα “Μέθοδος υπερήχων” η οποία συνδυάζει την ελεγχόμενη καθίζηση με υπερήχους υψηλής έντασης για τη σύνθεση φθοριζόντων οργανικών νανοσωματιδίων πορφυρίνης. Χρησιμοποιώντας [τετρακισ(παρα-χλωροφαινυλ)πορφυρίνη] (TClPP) ως πρόδρομο, η ομάδα παρήγαγε σφαιρικά νανοσωματίδια με μέση διάμετρο περίπου 200 nm. Η υπερηχητική ενέργεια αποτρέπει αποτελεσματικά την αυτοσυσσωμάτωση των χρωμοφόρων της πορφυρίνης, με αποτέλεσμα ένα σταθερό κολλοειδές εναιώρημα που παραμένει χωρίς καθίζηση για τουλάχιστον 30 ημέρες σε συνθήκες περιβάλλοντος και σκοταδιού. Τα σωματίδια σταθεροποιούνται φυσικά μέσω ενός συνδυασμού υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων, στοίβαξης π-π και δεσμών υδρογόνου.

Η υπερηχητική επεξεργασία επηρεάζει σημαντικά τόσο τη μορφολογία όσο και τα οπτικά χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων που προκύπτουν. Ένα καθοριστικό οπτικό χαρακτηριστικό είναι η σημαντική βαθοχρωμική (προς το κόκκινο) μετατόπιση στα φάσματα απορρόφησης σε σύγκριση με το διάλυμα μονομερούς πορφυρίνης, η οποία αποδίδεται στην επιπεδοποίηση των μορίων και στις μεταβαλλόμενες ηλεκτρονικές αλληλεπιδράσεις εντός της νανοδομής. Επιπλέον, τα φάσματα φθορισμού διατηρούν το αρχικό τους σχήμα χωρίς απόσβεση, αλλά παρουσιάζουν βελτιωμένη φασματική ανάλυση.

Η διάρκεια της επεξεργασίας με υπερήχους αποτελεί κρίσιμη παράμετρο ελέγχου για τη συναρμολόγηση των νανοσωματιδίων. Οι συντομότεροι χρόνοι υπερηχητικής επεξεργασίας παράγουν σωματίδια με πιο ευκρινείς κορυφές απορρόφησης και υψηλότερη μοριακή απορροφητικότητα, γεγονός που υποδηλώνει μικρότερες δομές με λιγότερη συσσωμάτωση. Αντίθετα, η παράταση του χρόνου υπερηχητικής επεξεργασίας αυξάνει τον συνολικό αριθμό των νανοσωματιδίων που σχηματίζονται, ενώ ταυτόχρονα αυξάνει τον αριθμό συσσωμάτωσης των μορίων πορφυρίνης ανά σωματίδιο. Αυτή η ρυθμιζόμενη μέθοδος σύνθεσης προσφέρει μια πολύτιμη οδό για την ανάπτυξη προηγμένων οπτικών αισθητήρων, φωτοκαταλυτών για οξειδωτικές αντιδράσεις και λειτουργικών φωτονικών υλικών που ξεπερνούν σε απόδοση τις παραδοσιακές μοριακές πορφυρίνες.

Η ερευνητική ομάδα των Kashani-Motlagh (2010) ανακάλυψε μια απλή μέθοδο καταβύθισης με υπερήχους για τη σύνθεση νανοσωματιδίων φθορίζουσας προφυρίνης.

Σύνθεση μαγνητικών/φθοριζόντων νανοσύνθετων υλικών

Η χρήση υπερήχων διευκολύνει τη σύνθεση νανοσύνθετων υλικών που αποτελούνται από μαγνητικά νανοσωματίδια και φθορίζοντα κβαντικά σημεία (QDs) με επικάλυψη από κέλυφος διοξειδίου του πυριτίου. Τα σύνθετα αυτά υλικά είναι διλειτουργικά, συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα τόσο των QDs όσο και των μαγνητικών νανοσωματιδίων. Τα κβαντικά σημεία CdS συντέθηκαν με την ακόλουθη διαδικασία: Αρχικά, 2 mL του υποστρώματος μεμβράνης πυρήνωσης που περιείχε σιδηρομαγνητικό υγρό και 0,5 mL κβαντικών σημείων CdS συγκέντρωσης 1 mol/L αναμίχθηκαν υπό υπερηχητική ανάδευση, Στη συνέχεια, προστέθηκαν 2 mL PTEOS (προπολυμερισμένο τετρααιθυλοορθοπυριτικό) στο προηγούμενο μείγμα και, τέλος, προστέθηκαν 5 mL αμμωνίας.
Επιπλέον, η γαλακτωματοποίηση με υπερήχους επιτρέπει την παρασκευή νέων πολύχρωμων νανοσωματιδίων υψηλής φθορισμού και υπερπαραμαγνητικών ιδιοτήτων, χρησιμοποιώντας κβαντικά σημεία (QDS), νανοσωματίδια μαγνητίτη και αμφίφιλο πολυ(ακρυλικό τριτ-βουτύλιο-συν-ακρυλικό αιθύλιο-συν-μεθακρυλικό οξύ) για την ενθυλάκωση.

Ισχυρός υπερηχητικός μετατροπέας UP200Ht ισχύος 200 βατ

Βιβλιογραφία / Αναφορές