ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ: પ્રયોગશાળાથી ઉત્પાદન સુધી

ચુંબકીય નેનોકણો (MNPs) જૈવતબીબી ઇમેજિંગ, લક્ષિત દવા વિતરણ, ઉત્પ્રેરણ અને પર્યાવરણીય પુનઃસુધારણા સહિત વિવિધ વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં એક મહત્ત્વપૂર્ણ ઘટક છે. આ ઉપયોગોની ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે ચુંબકીય નેનોકણોના કદ, આકાર, ચુંબકીય વર્તન અને સપાટીની કાર્યાત્મકતા જેવા ગુણધર્મોનું ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રણ આવશ્યક છે. Hielscher પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટરોની મદદથી થતું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ચુંબકીય નેનોકણો ઉત્પન્ન કરવા માટે એક બહુમુખી અને ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારી શકાય તેવી પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે.

નેનોકણોના સંશ્લેષણમાં સોનિકેશન

અલ્ટ્રાસોનિકેશનમાં ધ્વનિક કેવિટેશન દ્વારા પ્રવાહી માધ્યમમાં સ્થાનિક ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા વિસ્તારો ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનો ઉપયોગ થાય છે. આ ઘટના તીવ્ર કર્તન બળો, ઉચ્ચ દબાણ અને ઊંચું તાપમાન ઉત્પન્ન કરે છે, જે નેનોકણોના નિયંત્રિત કેન્દ્રક નિર્માણ અને વૃદ્ધિ માટે અનુકૂળ વાતાવરણ સર્જે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનના ફાયદાઓમાં એકસમાન મિશ્રણ, વધેલું દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ, પ્રતિક્રિયાની ગતિને પ્રભાવિત કરવાની અને કણો પર કાર્યાત્મક સમૂહો જોડવાની ક્ષમતાનો સમાવેશ થાય છે, જેના કારણે તે એકસમાન ચુંબકીય નેનોકણોના સંશ્લેષણ માટે ખાસ અસરકારક બને છે.

ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ: પ્રયોગશાળાથી મોટા પાયે ઉત્પાદન સુધી

પ્રયોગશાળાના પાયે ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ

પ્રયોગશાળાઓમાં, સહઅવક્ષેપન, ઉષ્મીય વિઘટન અથવા દ્રાવકતાપીય પદ્ધતિઓ દ્વારા ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ કરવા માટે સામાન્ય રીતે Hielscher પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટરોનો ઉપયોગ થાય છે. કંપવિસ્તાર, સોનિકેશનનો સમયગાળો, પલ્સ મોડ અને તાપમાન જેવા અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણોને નિયંત્રિત કરીને સંશોધકો એકસમાન કણકદ અને સાંકડું કદ વિતરણ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, સહઅવક્ષેપન પદ્ધતિને અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનથી નોંધપાત્ર લાભ થાય છે, જે ફેરસ અને ફેરિક પૂર્વગામી પદાર્થોનું ક્ષારીય દ્રાવણો સાથે મિશ્રણ વધારે છે, જેના પરિણામે એકસમાન રીતે કેન્દ્રક નિર્માણ પામેલા મેગ્નેટાઇટ (Fe₃O₄) નેનોકણો બને છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રતિક્રિયાનો સમય ઘટાડે છે અને નેનોકણોના ચુંબકીય તથા સંરચનાત્મક ગુણધર્મોને સુધારે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મેગ્નેટાઇટ સંશ્લેષણ વિશે વધુ વાંચો!

પાયલોટ અને ઔદ્યોગિક પાયે ઉત્પાદન

પ્રયોગશાળાના પાયે સંશોધનમાંથી ઔદ્યોગિક પાયે ઉત્પાદન તરફ આગળ વધતી વખતે Hielscher સોનિકેટરોની ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતા એક મહત્ત્વપૂર્ણ ફાયદો છે. પાયલોટ પાયાની પ્રણાલીઓમાં, મોટા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ (સોનોટ્રોડ) અને પ્રવાહ પસાર થઈ શકે તેવા રિએક્ટરો સાતત્યપૂર્ણ ગુણવત્તાવાળા ચુંબકીય નેનોકણોનું સતત ઉત્પાદન શક્ય બનાવે છે. ઉચ્ચ દબાણની પરિસ્થિતિઓમાં કાર્ય કરવાની અને પ્રક્રિયાના પરિમાણોને નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા પરિણામોની પુનરુત્પાદકતા અને ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે.
ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરો કણોની ઇચ્છિત લાક્ષણિકતાઓ જાળવી રાખીને પૂર્વગામી પદાર્થોના દ્રાવણોના મોટા જથ્થા પર પ્રક્રિયા કરી શકે છે. ચુંબકીય વિભાજન તકનીકો અથવા દવા વિતરણ પ્રણાલીઓ જેવા ઉપયોગોમાં ચુંબકીય નેનોકણોના મોટા જથ્થાની જરૂર પડે છે, જેના માટે ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવાની આ ક્ષમતા આવશ્યક છે.

કેસ સ્ટડી: ચુંબકીય નેનોકણોનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

Ilosvai અને સહલેખકોએ (2020) અલ્ટ્રાસોનિક સમાનાંગીકરણ દ્વારા પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ (PEG 400) માં વિખેરાયેલા આયર્ન(II)-એસિટેટ અને આયર્ન(III)-સાઇટ્રેટ પૂર્વગામી પદાર્થોનો ઉપયોગ કરીને ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ કરવા માટે સોનોકેમિસ્ટ્રીને દહન સાથે સંયોજિત કરી હતી. E. coli માંથી મેળવેલા પ્લાઝ્મિડ DNA નો ઉપયોગ કરીને DNA વિભાજન માટે આ નેનોકણોનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. લાક્ષણિકતા નિર્ધારણની તકનીકોએ સારી રીતે વિખેરાયેલા નેનોકણો દર્શાવ્યા હતા, જેમની સપાટી પર હાઇડ્રોક્સિલ કાર્યાત્મક સમૂહો હોવાનું FTIR દ્વારા ઓળખાયું હતું અને મેગ્નેટાઇટ, મેગ્હેમાઇટ તથા હેમેટાઇટની ચુંબકીય પ્રાવસ્થાઓની XRD દ્વારા પુષ્ટિ થઈ હતી. વિદ્યુતગતિક વિભવના માપનો દ્વારા સૂચવાયા મુજબ, નેનોકણોએ પાણીમાં સારી વિખેરણક્ષમતા દર્શાવી હતી, જેના કારણે તેઓ જૈવવિભાજનના ઉપયોગો માટે યોગ્ય બન્યા હતા.

ચુંબકીય નેનોકણોના અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણની પ્રયોગવિધિ

ચુંબકીય નેનોકણોનું સંશ્લેષણ બે અલગ પૂર્વગામી પદાર્થો સાથે સોનોકેમિકલ દહન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું: આયર્ન(II) એસિટેટ (નમૂનો A1) અને આયર્ન(III) સાઇટ્રેટ (નમૂનો D1). બંને નમૂનાઓ માટે એકસરખી પ્રક્રિયા અપનાવવામાં આવી હતી, જેમાં માત્ર ઉપયોગમાં લેવાયેલ પૂર્વગામી પદાર્થ જ અલગ હતો. નમૂના A1 માટે, 2 g આયર્ન(II) એસિટેટને 20 g પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ (PEG 400)માં વિખેરવામાં આવ્યું હતું, જ્યારે નમૂના D1 માટે, 3.47 g આયર્ન(III) સાઇટ્રેટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. Hielscher ના ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા સોનિકેટર UIP1000hdT નો ઉપયોગ કરીને વિખેરણ કરવામાં આવ્યું હતું (ડાબી બાજુનું ચિત્ર જુઓ).
સોનોકેમિકલ ઉપચાર પછી, ચુંબકીય આયર્ન ઑક્સાઇડ નેનોકણો ઉત્પન્ન કરવા માટે બન્સેન બર્નર વડે PEG નું દહન કરવામાં આવ્યું હતું.
 

પરિણામો

પ્રાપ્ત થયેલા નેનોકણોનું લાક્ષણિક નિરૂપણ XRD, TEM, DLS અને FTIR પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું. આ સંશ્લેષણમાં સોનોકેમિકલ અને દહન તકનીકોને સફળતાપૂર્વક સંયોજિત કરીને ચુંબકીય નેનોકણો મેળવવામાં આવ્યા હતા. ખાસ કરીને, નમૂનો A1 DNA શુદ્ધિકરણ માટે યોગ્ય સાબિત થયો હતો અને તેણે હાલના વ્યાવસાયિક વિકલ્પોની સરખામણીએ વધુ ખર્ચકરકસરયુક્ત વિકલ્પ પૂરો પાડ્યો હતો.
 

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંશ્લેષિત ચુંબકીય નેનોકણોની TEM છબી: ડાબે: આયર્ન(II) એસિટેટ (નમૂનો A1); જમણે: આયર્ન(III) સાઇટ્રેટ (નમૂનો D1).
અભ્યાસ અને છબી: ©Ilosvai et al. 2020.

Hielscher સોનિકેટર્સ: નેનોકણોના સંશ્લેષણમાં તકનીકી લાભ

Hielscher Ultrasonics અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા તકનીકમાં અગ્રણી છે અને પ્રયોગશાળાના પ્રયોગોથી લઈને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધીના ઉપયોગો માટે રચાયેલા, સોનિકેટર દીઠ 16,000 વૉટ સુધીની શક્તિ ધરાવતા પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટર્સ પૂરા પાડે છે. આ ઉપકરણો ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક શક્તિ, કંપનવિસ્તારનું ચોક્કસ નિયંત્રણ અને તાપમાનનું નિરીક્ષણ પ્રદાન કરે છે, જેના કારણે તેઓ ચુંબકીય નેનોકણોના સંશ્લેષણ જેવી સંવેદનશીલ પ્રક્રિયાઓ માટે આદર્શ છે.

Hielscher સોનિકેટર્સની મુખ્ય વિશેષતાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• ચોક્કસ રીતે સમાયોજિત કરી શકાય તેવો કંપનવિસ્તાર: નેનોકણોના શ્રેષ્ઠ સંશ્લેષણ માટે કેવિટેશનની તીવ્રતાનું સૂક્ષ્મ સમાયોજન શક્ય બનાવે છે.
• ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતા: મોડ્યુલર રચનાઓ નાના પાયાના સંશોધન અને વિકાસમાંથી મોટા પાયાના ઉત્પાદન તરફ સરળ સંક્રમણ શક્ય બનાવે છે.
• સંકલિત તાપમાન નિયંત્રણ: અતિશય ગરમી અટકાવે છે અને સ્થિર પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ સુનિશ્ચિત કરે છે.
• ટકાઉપણું અને બહુમુખી ઉપયોગિતા: જલીય અને કાર્બનિક પ્રાવસ્થાઓ સહિત વિવિધ દ્રાવકો અને પૂર્વગામી પદાર્થોની પ્રણાલીઓ માટે યોગ્ય છે.

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનનાં ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલન અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણને સરળતાથી સંભાળે છે.

Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક તકનીક તથા વપરાશકર્તા માટે સરળતા ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની આવશ્યકતાઓ પૂર્ણ કરે છે.

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: