Մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզ. լաբորատորիայից մինչև արտադրություն
Մագնիսական նանոմասնիկները (MNP) կարևոր բաղադրիչ են տարբեր գիտական և արդյունաբերական կիրառություններում, ներառյալ կենսաբժշկական պատկերները, դեղերի նպատակային առաքումը, կատալիզացումը և շրջակա միջավայրի վերականգնումը: Մագնիսական նանոմասնիկների հատկությունների ճշգրիտ վերահսկումը, ինչպիսիք են չափը, ձևը, մագնիսական վարքագիծը և մակերևույթի ֆունկցիոնալությունը, կարևոր է այս հավելվածների հատուկ պահանջները բավարարելու համար: Ուլտրաձայնային սինթեզը, որը նպաստում է Hielscher զոնդային տիպի sonicators-ով, առաջարկում է բազմակողմանի և մասշտաբային մեթոդ բարձրորակ մագնիսական նանոմասնիկներ արտադրելու համար:
Sonication նանոմասնիկների սինթեզում
Ultrasonication-ը օգտագործում է բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքներ՝ ակուստիկ կավիտացիայի միջոցով հեղուկ միջավայրում տեղայնացված բարձր էներգիայի գոտիներ առաջացնելու համար: Այս երևույթն առաջացնում է ինտենսիվ կտրող ուժեր, բարձր ճնշում և բարձր ջերմաստիճան՝ ստեղծելով միջավայր, որը նպաստում է նանոմասնիկների վերահսկվող միջուկացմանն ու աճին: Ուլտրաձայնացման առավելությունները ներառում են միատեսակ խառնուրդ, ուժեղացված զանգվածի փոխանցում, ռեակցիայի կինետիկայի վրա ազդելու և մասնիկները ֆունկցիոնալացնելու ունակությունը, ինչը հատկապես արդյունավետ է դարձնում միատեսակ մագնիսական նանոմասնիկներ սինթեզելու համար:
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP16000hdT (16 կՎտ) մագնիսական նանոմասնիկների լայնածավալ սինթեզի համար։
Մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզ. լաբորատորիայից մինչև լայնածավալ արտադրություն
Laboratory-Scale Magnetic Nanoparticles Synthesis
Լաբորատոր պայմաններում Hielscher զոնդի տիպի sonicators-ը սովորաբար օգտագործվում է մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզման համար համատեղ տեղումների, ջերմային տարրալուծման կամ solvothermal մեթոդների միջոցով: Վերահսկելով ուլտրաձայնային պարամետրերը, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ձայնային ձայնագրման տևողությունը, զարկերակային ռեժիմը և ջերմաստիճանը, հետազոտողները կարող են հասնել մասնիկների միասնական չափերի և նեղ չափերի բաշխման:
Օրինակ, համատեղ տեղումների մեթոդը զգալիորեն օգուտ է քաղում ուլտրաձայնային կավիտացիայից, որը ուժեղացնում է երկաթի և երկաթի պրեկուրսորների խառնումը ալկալային լուծույթների հետ, ինչը հանգեցնում է միատարր միջուկային մագնետիտի (Fe3O4) նանոմասնիկների: Բացի այդ, ուլտրաձայնային ազդեցությունը նվազեցնում է արձագանքման ժամանակը և բարելավում է նանոմասնիկների մագնիսական և կառուցվածքային հատկությունները:
Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային մագնիտիտի սինթեզի մասին:
Փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբի արտադրություն
Hielscher sonicators-ի ընդլայնելիությունը կարևոր առավելություն է լաբորատոր մասշտաբի հետազոտությունից արդյունաբերական մասշտաբի արտադրության անցնելու ժամանակ: Փորձնական մասշտաբի համակարգերում ավելի մեծ ուլտրաձայնային զոնդերը (սոնոտրոդներ) և հոսքի միջով անցնող ռեակտորները հնարավորություն են տալիս շարունակական որակով մագնիսական նանոմասնիկների արտադրություն: Բարձր ճնշման պայմաններում աշխատելու և գործընթացի պարամետրերի վերահսկման հնարավորությունը ապահովում է վերարտադրելիություն և մասշտաբայնություն:
Արդյունաբերական արտադրության համար Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորները կարող են մշակել մեծ ծավալի պրեկուրսորային լուծումներ՝ պահպանելով մասնիկների ցանկալի բնութագրերը: Այս մասշտաբայնությունը էական է այն ծրագրերի համար, որոնք պահանջում են մեծ քանակությամբ մագնիսական նանոմասնիկներ, ինչպիսիք են մագնիսական տարանջատման տեխնոլոգիաները կամ դեղերի առաքման համակարգերը:
Դեպքի ուսումնասիրություն. Ուլտրաձայնային մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզ
Իլոսվայ և այլք։ (2020) համակցված սոնոքիմիան այրման հետ՝ սինթեզելու համար մագնիսական նանոմասնիկներ՝ օգտագործելով երկաթ(II)-ացետատ և երկաթ(III)-ցիտրատ պրեկուրսորներ, որոնք ցրված են պոլիէթիլեն գլիկոլում (PEG 400) ուլտրաձայնային համասեռացման միջոցով: Այս նանոմասնիկները փորձարկվել են ԴՆԹ-ի տարանջատման համար՝ օգտագործելով E. coli-ի պլազմիդային ԴՆԹ: Բնութագրման տեխնիկան բացահայտեց լավ ցրված նանոմասնիկներ՝ հիդրօքսիլով ֆունկցիոնալացված մակերեսով, որը նույնականացվում էր FTIR-ով, և մագնետիտի, մագեմիտի և հեմատիտի մագնիսական փուլերը՝ հաստատված XRD-ով: Նանոմասնիկները լավ ցրվածություն են ցույց տվել ջրում, ինչպես ցույց է տրված էլեկտրակինետիկ պոտենցիալի չափումներով, ինչը նրանց հարմար է դարձնում կենսատարանջատման կիրառման համար:
Ուլտրաձայնային մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզի արձանագրություն
Մագնիսական նանոմասնիկները սինթեզվել են սոնոքիմիական այրման մեթոդով երկու տարբեր պրեկուրսորներով՝ երկաթ(II) ացետատ (նմուշ A1) և երկաթ(III) ցիտրատ (նմուշ D1): Երկու նմուշներն էլ կատարել են նույն ընթացակարգը՝ տարբերվելով միայն օգտագործվող պրեկուրսորից: A1 նմուշի համար 2 գ երկաթ(II) ացետատ ցրվել է 20 գ պոլիէթիլեն գլիկոլում (PEG 400), մինչդեռ D1 նմուշի համար օգտագործվել է 3,47 գ երկաթ(III) ցիտրատ: Դիսպերսիան ձեռք է բերվել Hielscher բարձր արդյունավետությամբ Sonicator UIP1000hdT-ի միջոցով (տե՛ս ձախ նկարը):
Սոնոքիմիական մշակումից հետո PEG-ը այրվել է Բունսենի այրիչով, որպեսզի արտադրեն մագնիսական երկաթի օքսիդի նանոմասնիկներ:
Արդյունքներ
Ստացված նանոմասնիկները բնութագրվել են XRD, TEM, DLS և FTIR մեթոդներով: Սինթեզը հաջողությամբ համատեղեց սոնոքիմիական և այրման տեխնիկան՝ ստանալով մագնիսական նանոմասնիկներ: Հատկանշական է, որ A1 նմուշը հարմար է ԴՆԹ-ի մաքրման համար և առաջարկել է ավելի ծախսարդյունավետ այլընտրանք գոյություն ունեցող առևտրային տարբերակներին:
Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված մագնիսական նանոմասնիկների TEM. Ձախ՝ երկաթ (II) ացետատ (նմուշ A1); աջ՝ երկաթ (III) ցիտրատ (նմուշ D1):
Ուսումնասիրություն և պատկեր՝ ©Ilosvai et al. 2020 թ.
Ուլտրաձայնային սարք UP400St մագնիսական նանոմասնիկների սոնոքիմիական սինթեզի համար
Hielscher Sonicators. տեխնոլոգիական առավելությունը նանոմասնիկների սինթեզում
Hielscher Ultrasonics-ը ուլտրաձայնային մշակման տեխնոլոգիայի առաջատարն է, որն առաջարկում է զոնդային տիպի sonicators մինչև 16,000 Վտ հզորությամբ մեկ sonicator-ի համար, որոնք նախատեսված են լաբորատոր մասշտաբի փորձարկումներից մինչև արդյունաբերական արտադրություն: Այս սարքերը ապահովում են բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային հզորություն, ամպլիտուդի ճշգրիտ հսկողություն և ջերմաստիճանի մոնիտորինգ՝ դրանք դարձնելով իդեալական այնպիսի զգայուն գործընթացների համար, ինչպիսին է մագնիսական նանոմասնիկների սինթեզը:
Hielscher sonicators-ի հիմնական առանձնահատկությունները ներառում են.
- Ճշգրիտ կարգավորելի լայնություն. Թույլ է տալիս կարգավորել կավիտացիայի ինտենսիվությունը՝ նանոմասնիկների օպտիմալ սինթեզի համար:
- Մասշտաբայնություն: Մոդուլային դիզայնը թույլ է տալիս անխափան անցում փոքր մասշտաբի R-ից&Դ դեպի լայնածավալ արտադրություն.
- Ինտեգրված ջերմաստիճանի վերահսկում. Կանխում է գերտաքացումն ու ապահովում կայուն ռեակցիայի պայմաններ։
- Երկարակեցություն և բազմակողմանիություն. Հարմար է տարբեր լուծիչների և պրեկուրսոր համակարգերի համար, ներառյալ ջրային և օրգանական փուլերը:
- Ճշգրտություն և վերարտադրելիություն. Հետևողական արդյունքները խմբաքանակներում ապահովում են մագնիսական նանոմասնիկների հատկությունների հուսալիությունը:
- Էներգաարդյունավետության: Էներգիայի արդյունավետ փոխանցումը նվազագույնի է հասցնում թափոնները և նվազեցնում արտադրության ծախսերը:
- Կարգավորելի կոնֆիգուրացիաներ. Ճկուն նմուշները ներառում են մի շարք ռեակցիաների մասշտաբներ և քիմիա:
- Բնապահպանական բարեկամականություն. Կրճատված կախվածությունը կոշտ քիմիական նյութերից և արձագանքման ավելի կարճ ժամանակները նվազեցնում են շրջակա միջավայրի ազդեցությունը:
Դիզայն, արտադրություն և խորհրդատվություն – Որակյալ Արտադրված է Գերմանիայում
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց բարձր որակի և դիզայնի չափանիշներով: Հզորությունը և հեշտ շահագործումը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի սահուն ինտեգրումը արդյունաբերական օբյեկտներում: Կոպիտ պայմանները և պահանջկոտ միջավայրերը հեշտությամբ կառավարվում են Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կողմից:
Hielscher Ultrasonics-ը ISO սերտիֆիկացված ընկերություն է և հատուկ շեշտադրում է կատարում բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերի վրա, որոնք բնութագրվում են ժամանակակից տեխնոլոգիաներով և օգտագործողների համար հարմարավետությամբ: Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են ԵԽ-ին և համապատասխանում են UL, CSA և RoH-ների պահանջներին:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0.5-ից 1.5մլ | ԱԺ | VialTweeter |
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| 15-ից 150 լ | 3-ից 15 լ / րոպե | UIP6000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Ուլտրաձայնային սինթեզված մագնիսական նանոմասնիկների կիրառությունները
Hielscher sonicators-ի միջոցով սինթեզված մագնիսական նանոմասնիկների բարձր որակը ընդլայնում է դրանց կիրառելիությունը բարձր արդյունավետության կիրառման համար.
- Կենսաբժշկություն. Ճշգրիտ մշակված մագնիսական նանոմասնիկները ուժեղացնում են մագնիսական ռեզոնանսային պատկերման (MRI) հակադրությունը և հնարավորություն են տալիս դեղերի նպատակային առաքում:
- Կատալիզ: Բարձր մակերեսով մագնիսական նանոմասնիկները ծառայում են որպես արդյունավետ կատալիզատորներ քիմիական ռեակցիաներում:
- Բնապահպանական գիտություն. Ֆունկցիոնալացված մագնիսական նանոմասնիկներն օգտագործվում են ջրի մաքրման և աղտոտիչների հեռացման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- Ilosvai, Á.M.; Szőri-Dorogházi, E.; Prebob, A.; Vanyorek, L. (2020): Synthesis And Characterization Of Magnetic Nanoparticles For Biological Separation Methods. Materials Science and Engineering, Volume 45, No. 1; 2020. 163–170.
- Kis-Csitári, J.; Kónya, Zoltán; Kiricsi, I. (2008): Sonochemical Synthesis of Inorganic Nanoparticles. In book: Functionalized Nanoscale Materials, Devices and Systems, 2008.
- Ilosvai, A.M.; Dojcsak, D.; Váradi, C.; Nagy, M.; Kristály, F.; Fiser, B.; Viskolcz, B.; Vanyorek, L. (2022): Sonochemical Combined Synthesis of Nickel Ferrite and Cobalt Ferrite Magnetic Nanoparticles and Their Application in Glycan Analysis. International Journal of Molecular Sciiences. 2022, 23, 5081.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.
Հաճախակի տրվող հարցեր
Ի՞նչ են մագնիսական նանոմասնիկները:
Մագնիսական նանոմասնիկները սովորաբար 1-100 նմ նանո մասշտաբի մասնիկներ են և կազմված են մագնիսական նյութերից, ինչպիսիք են երկաթը, կոբալտը, նիկելը կամ դրանց օքսիդները (օրինակ՝ մագնետիտ կամ մագեմիտ): Այս մասնիկները ցուցադրում են մագնիսական հատկություններ, որոնք կարող են կառավարվել արտաքին մագնիսական դաշտերի միջոցով: Կախված իրենց չափից, կառուցվածքից և բաղադրությունից՝ մագնիսական նանոմասնիկները կարող են դրսևորել տարբեր մագնիսական վարքագիծ, ինչպիսիք են ֆերոմագնիսականությունը, ֆերիմագնիսականությունը կամ գերպարամագնիսականությունը։
Իրենց փոքր չափերի և մագնիսական կարգավորելիության շնորհիվ դրանք օգտագործվում են կիրառությունների լայն շրջանակում, այդ թվում
կենսաբժշկական, բնապահպանական և արդյունաբերական կիրառություններ:
Որո՞նք են գերպարամագնիսական նանոմասնիկները:
Սուպերպարամագնիսական նանոմասնիկները նանոմաշտաբով մասնիկներ են (սովորաբար 50 նմ-ից պակաս) պատրաստված մագնիսական նյութերից, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդը (օրինակ՝ մագնետիտ կամ մագեմիտ): Նրանք մագնիսական վարքագիծ են դրսևորում միայն արտաքին մագնիսական դաշտի առկայության դեպքում և կորցնում են իրենց մագնիսականությունը, երբ դաշտը հանվում է: Դա տեղի է ունենում այն պատճառով, որ այս փոքր չափի ջերմային էներգիան թույլ չի տալիս մասնիկներին պահպանել մշտական մագնիսական պահը՝ խուսափելով ագրեգացիայից:
Այս հատկությունները դրանք շատ օգտակար են դարձնում կենսաբժշկական ծրագրերում, ինչպիսիք են դեղերի թիրախային առաքումը, մագնիսական ռեզոնանսային պատկերումը (MRI) և հիպերթերմային թերապիան, ինչպես նաև բնապահպանական և արդյունաբերական կիրառություններում:
Ո՞րն է տարբերությունը ֆերոմագնիսականության, ֆերիմագնիսականության և սուպերպարամագնիսականության միջև:
Ֆերոմագնիսականությունը տեղի է ունենում, երբ նյութի մագնիսական մոմենտները հավասարվում են միմյանց զուգահեռ ուժեղ փոխանակման փոխազդեցությունների պատճառով, ինչը հանգեցնում է մեծ ցանցի մագնիսացման նույնիսկ արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում:
Ֆերիմագնիսականությունը ներառում է նաև կարգավորված մագնիսական պահեր, բայց դրանք հավասարվում են հակառակ ուղղություններով՝ անհավասար մեծություններով, ինչը հանգեցնում է զուտ մագնիսացման:
Սուպերպարամագնիսականությունը նկատվում է շատ փոքր նանոմասնիկների մեջ և առաջանում է այն ժամանակ, երբ ջերմային էներգիան հաղթահարում է մագնիսական դասավորությունը, ինչը հանգեցնում է մագնիսական մոմենտների պատահական տատանումների։ Այնուամենայնիվ, արտաքին մագնիսական դաշտի տակ պահերը հավասարվում են՝ առաջացնելով ուժեղ մագնիսական արձագանք:
Ո՞ր նանոմասնիկներն են հաճախ սինթեզվում սոնոքիմիական եղանակով:
Սոնոքիմիական սինթեզը լայնորեն օգտագործվում է տարբեր նանոմասնիկներ արտադրելու համար՝ շնորհիվ ակուստիկ կավիտացիայի միջոցով տեղայնացված բարձր ջերմաստիճաններ, ճնշումներ և ռեակտիվ տեսակներ առաջացնելու ունակության: Սովորաբար սինթեզվող նանոմասնիկները ներառում են մետաղական նանոմասնիկներ, մետաղական օքսիդի նանոմասնիկներ, քալկոգենիդ նանոմասնիկներ, Պերովսկիտի նանոմասնիկներ, պոլիմերային նանոմասնիկներ և ածխածնի վրա հիմնված նանոնյութեր:
Լրացուցիչ տեղեկություններ ուլտրաձայնային սինթեզի և մի քանի ընտրված նանոմասնիկների և նանոկառուցվածքների մասին արձանագրությունների մասին այստեղ.
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.