Sintesis nanopartikel magnetik: Dari Lab ke Produksi
Nanopartikel magnetik (MNP) adalah komponen penting dalam berbagai aplikasi ilmiah dan industri, termasuk pencitraan biomedis, pengiriman obat yang ditargetkan, katalisis, dan remediasi lingkungan. Kontrol yang tepat dari sifat nanopartikel magnetik seperti ukuran, bentuk, perilaku magnetik, dan fungsionalitas permukaan sangat penting untuk memenuhi persyaratan spesifik aplikasi ini. Sintesis ultrasonik, difasilitasi oleh sonicator tipe probe Hielscher, menawarkan metode serbaguna dan terukur untuk menghasilkan nanopartikel magnetik berkualitas tinggi.
Sonikasi dalam Sintesis Nanopartikel
Ultrasonikasi menggunakan gelombang ultrasound intensitas tinggi untuk menghasilkan zona energi tinggi lokal dalam media cair melalui kavitasi akustik. Fenomena ini menghasilkan gaya geser yang kuat, tekanan tinggi, dan suhu tinggi, menciptakan lingkungan yang kondusif untuk nukleasi dan pertumbuhan nanopartikel yang terkontrol. Keuntungan dari ultrasonikasi termasuk pencampuran yang seragam, transfer massa yang ditingkatkan, kemampuan untuk mempengaruhi kinetika reaksi dan untuk memfungsikan partikel, membuatnya sangat efektif untuk mensintesis nanopartikel magnetik yang seragam.

Prosesor ultrasonik industri UIP16000hdT (16kW) untuk sintesis nanopartikel magnetik skala besar.
Sintesis nanopartikel magnetik: Dari Lab hingga Produksi Skala Besar
Sintesis Nanopartikel Magnetik Skala Laboratorium
Dalam pengaturan laboratorium, sonicator tipe probe Hielscher biasanya digunakan untuk mensintesis nanopartikel magnetik melalui metode co-precipitation, dekomposisi termal, atau solvotermal. Dengan mengontrol parameter ultrasonik seperti amplitudo, durasi sonikasi, mode pulsa, dan suhu, peneliti dapat mencapai ukuran partikel yang seragam dan distribusi ukuran yang sempit.
Misalnya, metode co-presipitasi mendapat manfaat yang signifikan dari kavitasi ultrasonik, yang meningkatkan pencampuran prekursor besi dan besi dengan larutan alkali, menghasilkan nanopartikel magnetit (Fe₃O₄) berinti homogen. Selain itu, ultrasonikasi mengurangi waktu reaksi dan meningkatkan sifat magnetik dan struktural nanopartikel.
Baca lebih lanjut tentang sintesis magnetit ultrasonik!
Produksi Percontohan dan Skala Industri
Skalabilitas sonicators Hielscher merupakan keuntungan penting ketika transisi dari penelitian skala laboratorium ke produksi skala industri. Dalam sistem skala percontohan, probe ultrasonik yang lebih besar (sonotrode) dan reaktor aliran melalui memungkinkan produksi nanopartikel magnetik secara terus menerus dengan kualitas yang konsisten. Kemampuan untuk beroperasi dalam kondisi tekanan tinggi dan parameter proses kontrol memastikan reproduktifitas dan skalabilitas.
Untuk produksi industri, reaktor ultrasonik Hielscher dapat memproses larutan prekursor dalam jumlah besar, mempertahankan karakteristik partikel yang diinginkan. Skalabilitas ini sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan nanopartikel magnetik dalam jumlah besar, seperti dalam teknologi pemisahan magnetik atau sistem pengiriman obat.
Studi Kasus: Sintesis Nanopartikel Magnetik Ultrasonik
Ilosvai et al. (2020) menggabungkan sonokimia dengan pembakaran untuk mensintesis nanopartikel magnetik menggunakan prekursor besi(II)-asetat dan besi(III)-sitrat yang tersebar dalam polietilen glikol (PEG 400) dengan homogenisasi ultrasonik. Nanopartikel ini diuji untuk pemisahan DNA, menggunakan DNA plasmid dari E.. Teknik karakterisasi mengungkapkan nanopartikel yang tersebar dengan baik dengan permukaan fungsional hidroksil, diidentifikasi oleh FTIR, dan fase magnetik magnetit, maghemit, dan hematit, dikonfirmasi oleh XRD. Nanopartikel menunjukkan dispersibilitas yang baik dalam air, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran potensial elektrokinetik, membuatnya cocok untuk aplikasi biopemisahan.
Protokol Sintesis Nanopartikel Magnetik Ultrasonik
Nanopartikel magnetik disintesis menggunakan metode pembakaran sonokimia dengan dua prekursor yang berbeda: besi (II) asetat (sampel A1) dan besi (III) sitrat (sampel D1). Kedua sampel mengikuti prosedur yang sama, hanya berbeda pada prekursor yang digunakan. Untuk sampel A1, 2 g besi(II) asetat disebarkan dalam 20 g polietilen glikol (PEG 400), sedangkan untuk sampel D1, 3,47 g besi(III) sitrat digunakan. Dispersi dicapai dengan menggunakan sonicator efisiensi tinggi Hielscher UIP1000hdT (lihat gambar kiri).
Setelah perawatan sonokimia, PEG dibakar dengan pembakar Bunsen untuk menghasilkan nanopartikel oksida besi magnetik.
Hasil
Nanopartikel yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan metode XRD, TEM, DLS, dan FTIR. Sintesis berhasil menggabungkan teknik sonokimia dan pembakaran, menghasilkan nanopartikel magnetik. Khususnya, sampel A1 terbukti cocok untuk pemurnian DNA dan menawarkan alternatif yang lebih hemat biaya untuk opsi komersial yang ada.

Ultrasonicator UP400St Untuk sintesis sonokimia nanopartikel magnetik
Hielscher Sonicators: Keunggulan Teknologi dalam Sintesis Nanopartikel
Hielscher Ultrasonics adalah pemimpin dalam teknologi pemrosesan ultrasonik, menawarkan sonicator tipe probe hingga 16.000 watt per sonicator yang dirancang untuk aplikasi mulai dari eksperimen skala laboratorium hingga produksi industri. Perangkat ini menyediakan daya ultrasonik intensitas tinggi, kontrol amplitudo yang tepat, dan pemantauan suhu, menjadikannya ideal untuk proses sensitif seperti sintesis nanopartikel magnetik.
Fitur utama sonicator Hielscher meliputi:
- Amplitudo yang Dapat Disesuaikan Secara Tepat: Memungkinkan penyempurnaan intensitas kavitasi untuk sintesis nanopartikel yang optimal.
- Skalabilitas: Desain modular memungkinkan transisi yang mulus dari R skala kecil&D hingga produksi skala besar.
- Kontrol Suhu Terintegrasi: Mencegah panas berlebih dan memastikan kondisi reaksi yang stabil.
- Daya Tahan dan Keserbagunaan: Cocok untuk berbagai pelarut dan sistem prekursor, termasuk fase berair dan organik.
- Presisi dan Reproduktifitas: Hasil yang konsisten di seluruh batch memastikan keandalan sifat nanopartikel magnetik.
- Efisiensi energi: Transfer energi yang efisien meminimalkan limbah dan mengurangi biaya produksi.
- Konfigurasi yang Dapat Disesuaikan: Desain fleksibel mengakomodasi berbagai skala reaksi dan bahan kimia.
- Keramahan Lingkungan: Mengurangi ketergantungan pada bahan kimia keras dan waktu reaksi yang lebih singkat menurunkan jejak lingkungan.
Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman
Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicator Hielscher.
Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
---|---|---|
0.5 untuk 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
15 hingga 150L | 3 hingga 15L / mnt | UIP6000hdT |
n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Aplikasi nanopartikel magnetik yang disintesis secara ultrasonik
Kualitas unggul dari nanopartikel magnetik yang disintesis menggunakan sonikator Hielscher memperluas penerapannya untuk aplikasi berkinerja tinggi:
- Biomedis: Nanopartikel magnetik yang direkayasa secara tepat meningkatkan kontras pencitraan resonansi magnetik (MRI) dan memungkinkan pengiriman obat yang ditargetkan.
- Katalisis: Nanopartikel magnetik luas permukaan tinggi berfungsi sebagai katalis yang efisien dalam reaksi kimia.
- Ilmu Lingkungan: Nanopartikel magnetik fungsional digunakan untuk pengolahan air dan pembuangan polutan.
Literatur / Referensi
- 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.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa itu Nanopartikel Magnetik?
Nanopartikel magnetik adalah partikel yang biasanya berukuran skala nano 1-100 nm dan terdiri dari bahan magnetik seperti besi, kobalt, nikel, atau oksidanya (misalnya, magnetit atau maghemite). Partikel-partikel ini menunjukkan sifat magnetik, yang dapat dimanipulasi oleh medan magnet eksternal. Bergantung pada ukuran, struktur, dan komposisinya, nanopartikel magnetik dapat menunjukkan berbagai perilaku magnetik, seperti feromagnetisme, ferrimagnetisme, atau superparamagnetisme.
Karena ukurannya yang kecil dan penyetelan magnetik, mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk
aplikasi biomedis, lingkungan dan industri.
Apa itu Nanopartikel Supra-Paramagnetik?
Nanopartikel superparamagnetik adalah partikel skala nano (biasanya kurang dari 50 nm) yang terbuat dari bahan magnetik seperti oksida besi (misalnya, magnetit atau maghemite). Mereka menunjukkan perilaku magnetik hanya dengan adanya medan magnet eksternal dan kehilangan magnetnya ketika medan dihilangkan. Hal ini terjadi karena energi panas pada ukuran kecil ini mencegah partikel mempertahankan momen magnetik permanen, menghindari agregasi.
Sifat-sifat ini membuatnya sangat berguna dalam aplikasi biomedis seperti pengiriman obat yang ditargetkan, pencitraan resonansi magnetik (MRI), dan terapi hipertermia, serta dalam aplikasi lingkungan dan industri.
Apa Perbedaan antara Ferromagnetisme, Ferrimagnetisme, dan Superparamagnetisme?
Ferromagnetisme terjadi ketika momen magnet dalam suatu material sejajar satu sama lain karena interaksi pertukaran yang kuat, menghasilkan magnetisasi bersih yang besar bahkan tanpa adanya medan magnet eksternal.
Ferrimagnetisme juga melibatkan momen magnetik yang teratur, tetapi mereka sejajar dalam arah yang berlawanan dengan besaran yang tidak sama, yang mengarah ke magnetisasi bersih.
Superparamagnetisme diamati pada nanopartikel yang sangat kecil dan muncul ketika energi panas mengatasi urutan magnetik, menyebabkan momen magnet berfluktuasi secara acak; namun, di bawah medan magnet eksternal, momen sejajar, menghasilkan respons magnetik yang kuat.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.