ოქროს ნანონაწილაკების ეფექტური და კონტროლირებადი სინთეზი

ერთიანი ფორმისა და მორფოლოგიის ოქროს ნანონაწილაკები ეფექტურად სინთეზირდება სონოქიმიური გზით. ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზის ულტრაბგერითი დაწინაურებული ქიმიური რეაქცია შეიძლება ზუსტად იყოს კონტროლირებადი ნაწილაკების ზომის, ფორმის (მაგ., ნანოსფეროები, ნანოროლები, ნანობელტები და ა.შ.) და მორფოლოგიისთვის. ეფექტური, მარტივი, სწრაფი და მწვანე ქიმიური პროცედურა იძლევა ოქროს ნანოსტრუქტურების საიმედო წარმოებას ინდუსტრიული მასშტაბით.

ოქროს ნანონაწილაკები და ნანოსტრუქტურები

ოქროს ნანონაწილაკები და ნანო ზომის სტრუქტურები ფართოდ არის დანერგილი რ&D და სამრეწველო პროცესები ნანო ზომის ოქროს უნიკალური თვისებების გამო, ელექტრონული, მაგნიტური და ოპტიკური მახასიათებლების ჩათვლით, კვანტური ზომის ეფექტები, ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსი, მაღალი კატალიზური აქტივობა, თვითშეკრება სხვა თვისებებს შორის. ოქროს ნანონაწილაკების (Au-NPs) გამოყენების სფეროები მერყეობს კატალიზატორის გამოყენებამდე ნანოელექტრონული მოწყობილობების წარმოებამდე, აგრეთვე გამოსახულების, ნანოფოტონიკის, ნანომაგნიტური, ბიოსენსორების, ქიმიური სენსორების, ოპტიკური და თერანოსტიკის გამოყენებამდე. აპლიკაციები, წამლების მიწოდება, ისევე როგორც სხვა გამოყენება.

ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზის მეთოდები

ნანო-სტრუქტურირებული ოქროს ნაწილაკების სინთეზირება შესაძლებელია სხვადასხვა გზით, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი გამოკვლევის გამოყენებით. ულტრაბგერითი არ არის მხოლოდ მარტივი, ეფექტური და საიმედო ტექნიკა, უფრო მეტიც, სონიკა ქმნის პირობებს ოქროს იონების ქიმიური შემცირებისთვის ტოქსიკური ან მკაცრი ქიმიური აგენტების გარეშე და იძლევა სხვადასხვა მორფოლოგიის კეთილშობილური ლითონის ნანონაწილაკების წარმოქმნას. ასევე ცნობილია, როგორც სონოსინთეზი) იძლევა ოქროს ნანოსტრუქტურების წარმოების საშუალებას, როგორიცაა ოქროს ნანოშერები, ნანოროლები, ნანობელტები და ა.შ. ერთიანი ზომითა და მორფოლოგიით.
ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ შერჩეული სონოქიმიური გზები ოქროს ნანონაწილაკების მოსამზადებლად.

ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული თურქევიჩის მეთოდი

Sonication გამოიყენება თურქევიჩის ციტრატის შემცირების რეაქციის გასაძლიერებლად, ისევე როგორც მოდიფიცირებული თურქევიჩის პროცედურების გასაძლიერებლად.
თურქევიჩის მეთოდი აწარმოებს მოკრძალებულად მონოდისპერსულ სფერულ ოქროს ნანონაწილაკებს, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით 10-20 ნმ. უფრო დიდი ნაწილაკების წარმოება შესაძლებელია, მაგრამ მონოდისპერსიულობის და ფორმის ფასად. ამ მეთოდით ცხელი ქლოროაურინის მჟავა მუშავდება ნატრიუმის ციტრატის ხსნარით, რაც წარმოქმნის კოლოიდურ ოქროს. თურქევიჩის რეაქცია მიმდინარეობს ოქროს გარდამავალი ნანომავთულის ფორმირებით. ეს ოქროს ნანომავთულები პასუხისმგებელნი არიან რეაქციის ხსნარის მუქ გარეგნობაზე, სანამ ის ლალისფერი გახდება.
ფუენტეს-გარსია და სხვ. (2020), რომელმაც სონოქიმიურად მოახდინა ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზირება, იტყობინება, რომ შესაძლებელია ოქროს ნანონაწილაკების წარმოება მაღალი შთანთქმის ურთიერთქმედებით, ულტრაბგერითი გამოსხივების გამოყენებით, როგორც ენერგიის ერთადერთი წყარო, ამცირებს ლაბორატორიულ მოთხოვნებს და აკონტროლებს მარტივ პარამეტრებს.
ლი და სხვ. (2012) აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი ენერგია არის ძირითადი პარამეტრი 20-დან 50 ნმ-მდე რეგულირებადი ზომის ოქროს სფერული ნანონაწილაკების (AuNPs) წარმოებისთვის. სონოსინთეზი ნატრიუმის ციტრატის შემცირების გზით წარმოქმნის მონოდისპერსულ სფერულ ოქროს ნანონაწილაკებს წყალხსნარში ატმოსფერულ პირობებში.

თურქევიჩ-ფრენსის მეთოდი ულტრაბგერითი გამოყენებით

ზემოთ აღწერილი რეაქციის გზის მოდიფიკაციაა თურქევიჩ-ფრენსის მეთოდი, რომელიც წარმოადგენს ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზის მარტივ მრავალსაფეხურიან პროცესს. ულტრაბგერა ხელს უწყობს თურქევიჩ-ფრენსის რეაქციის გზას ისევე, როგორც თურქევიჩის მარშრუტი. ტურკევიჩ-ფრენსის მრავალსაფეხურიანი პროცესის საწყისი საფეხური, სადაც რეაქციები ხდება სერიულად და პარალელურად, არის ციტრატის დაჟანგვა, რომელიც გამოიმუშავებს დიკარბოქსი აცეტონს. შემდეგ, auric მარილი მცირდება aurous მარილი და Au⁰, და აურუსის მარილი აწყობილია აუ⁰ ატომები AuNP-ის შესაქმნელად (იხ. სქემა ქვემოთ).
 

ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზი თურქევიჩის მეთოდით.
სქემა და კვლევა: ©Zhao et al., 2013 წ

ეს ნიშნავს, რომ დიკარბოქსი აცეტონი, რომელიც წარმოიქმნება ციტრატის დაჟანგვის შედეგად, ვიდრე თავად ციტრატი, მოქმედებს როგორც ფაქტობრივი AuNP სტაბილიზატორი თურქევიჩ-ფრენსის რეაქციაში. ციტრატის მარილი დამატებით ცვლის სისტემის pH-ს, რაც გავლენას ახდენს ოქროს ნანონაწილაკების ზომასა და ზომაზე (AuNPs). თურქევიჩ-ფრენსის რეაქციის ეს პირობები წარმოქმნის თითქმის მონოდისპერსიულ ოქროს ნანონაწილაკებს ნაწილაკების ზომებით 20-დან 40 ნმ-მდე. ნაწილაკების ზუსტი ზომა შეიძლება შეიცვალოს ხსნარის pH-ის ცვალებადობით, ასევე ულტრაბგერითი პარამეტრებით. ციტრატით სტაბილიზირებული AuNP-ები ყოველთვის აღემატება 10 ნმ-ს, ტრინატრიუმის ციტრატის დიჰიდრატის შეზღუდული შემცირების უნარის გამო. თუმცა, გამოყენებით D₂O, როგორც გამხსნელი H2O-ის ნაცვლად, AuNP-ების სინთეზის დროს საშუალებას გაძლევთ სინთეზირდეს AuNP ნაწილაკების ზომით 5 ნმ. რადგან D2O-ს დამატება ზრდის ციტრატის შემცირების სიძლიერეს, D2O და C კომბინაცია₆ჰ₉ნა₃ო₉. (შდრ. Zhao et al., 2013)

ოქმი სონოქიმიური თურქევიჩ-ფრენსის მარშრუტისათვის

ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზის მიზნით ქვემოდან ზევით პროცედურებით თურქევიჩ-ფრენსის მეთოდით, 50 მლ ქლოროაურის მჟავა (HAuCl₄), 0,025 მმ შეედინება 100 მლ მინის ჭიქაში, რომელშიც 1 მლ ტრინატრიუმის ციტრატის 1,5% (w/v) წყალხსნარი (Na).₃Ct) ემატება ოთახის ტემპერატურაზე ულტრაბგერითი გამოკვლევით. ულტრაბგერითი ჩატარდა 60W, 150W და 210W. ნა₃Ct/HAuCl₄ ნიმუშებში გამოყენებული თანაფარდობა არის 3:1 (w/v). ულტრაბგერითი გამოკვლევის შემდეგ, კოლოიდური ხსნარები აჩვენებდნენ სხვადასხვა ფერს, იისფერი 60 ვტ-ისთვის და ლალისფერი-წითელი 150 და 210 ვტ ნიმუშებისთვის. ოქროს ნანონაწილაკების უფრო მცირე ზომის და უფრო სფერული მტევანი წარმოიქმნა ხმოვანი გამოსხივების სიმძლავრის გაზრდით, სტრუქტურული დახასიათების შესაბამისად. ფუენტეს-გარსია და სხვ. (2021) თავიანთ გამოკვლევებში აჩვენებენ გაჟღენთვის გაზრდის ძლიერ გავლენას ნაწილაკების ზომაზე, პოლიედრულ სტრუქტურაზე და სონოქიმიურად სინთეზირებული ოქროს ნანონაწილაკების ოპტიკურ თვისებებზე და მათი წარმოქმნის რეაქციის კინეტიკაზე. ორივე ოქროს ნანონაწილაკები 16 ნმ და 12 ნმ ზომით შეიძლება დამზადდეს მორგებული სონოქიმიური პროცედურის საშუალებით. (ფუენტეს-გარსია და სხვ., 2021)
 

(ა, ბ) TEM გამოსახულება (მასშტაბი 50 ნმ) და (გ) სინთეზირებული AuNP-ების ზომის განაწილება
გაჟონვის სიმძლავრე 17.9 Wcm2.
სურათი და შესწავლა: © Dheyab et al., 2020.

ოქროს ნანონაწილაკების სონოლიზი

ოქროს ნაწილაკების ექსპერიმენტული წარმოქმნის კიდევ ერთი მეთოდია სონოლიზი, სადაც ულტრაბგერითი გამოიყენება 10 ნმ-მდე დიამეტრის ოქროს ნაწილაკების სინთეზისთვის. რეაგენტების მიხედვით, სონოლიზური რეაქცია შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გზით. მაგალითად, HAuCl-ის წყალხსნარის გახმოვანება₄ გლუკოზის, ჰიდროქსილის რადიკალების და შაქრის პიროლიზის რადიკალები მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები. ეს რადიკალები წარმოიქმნება ინტერფეისულ რეგიონში ინტენსიური ულტრაბგერით შექმნილ კოლაფსირებულ ღრუებსა და ნაყარ წყალს შორის. ოქროს ნანოსტრუქტურების მორფოლოგია არის ნანოლენტები, რომელთა სიგანე 30-50 ნმ და სიგრძე რამდენიმე მიკრომეტრია. ეს ლენტები ძალიან მოქნილია და შეუძლიათ 90°-ზე მეტი კუთხით დახრილობა. როდესაც გლუკოზა იცვლება ციკლოდექსტრინით, გლუკოზის ოლიგომერით, მიიღება მხოლოდ სფერული ოქროს ნაწილაკები, რაც იმაზე მეტყველებს, რომ გლუკოზა აუცილებელია მორფოლოგიის ლენტისკენ მიმართვისთვის.

სონოქიმიური ნანო-ოქროს სინთეზის სამაგალითო პროტოკოლი

წინამორბედი მასალები, რომლებიც გამოიყენება ციტრატით დაფარული AuNP-ების სინთეზისთვის, მოიცავს HAuCl4, ნატრიუმის ციტრატს და გამოხდილ წყალს. ნიმუშის მოსამზადებლად, პირველი ნაბიჯი მოიცავდა HAuCl4-ის დაშლას გამოხდილ წყალში 0,03 M კონცენტრაციით. შემდგომში, HAuCl4-ის ხსნარი (2 მლ) წვეთობრივად დაემატა 20 მლ 0,03 M ნატრიუმის ციტრატის წყალხსნარს. შერევის ფაზაში, მაღალი სიმკვრივის ულტრაბგერითი ზონდი (20 kHz) ულტრაბგერითი საყვირით ჩასვეს ხსნარში 5 წუთის განმავლობაში 17,9 W·cm ჟღერადობის სიმძლავრით.²
(შდრ. Dhabey at al. 2020)

ოქროს ნანობელტის სინთეზი Sonication-ის გამოყენებით

ერთი კრისტალური ნანობელტები (იხილეთ TEM სურათი მარცხნივ) შეიძლება სინთეზირებული იყოს HAuCl4-ის წყალხსნარის სონიკაციის გზით α-D-გლუკოზის რეაგენების სახით. სონოქიმიურად სინთეზირებული ოქროს ნანობელტები აჩვენებს საშუალო სიგანეს 30-დან 50 ნმ-მდე და რამდენიმე მიკრომეტრს სიგრძეზე. ოქროს ნანობელტების წარმოებისთვის ულტრაბგერითი რეაქცია მარტივია, სწრაფი და თავიდან აიცილებს ტოქსიკური ნივთიერებების გამოყენებას. (შდრ. Zhang et al, 2006)

სურფაქტანტები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ოქროს NP-ების სონოქიმიურ სინთეზზე

ინტენსიური ულტრაბგერის გამოყენება ქიმიურ რეაქციებზე იწყებს და ხელს უწყობს კონვერტაციას და მოსავლიანობას. ნაწილაკების ერთიანი ზომისა და გარკვეული მიზნობრივი ფორმების/მორფოლოგიის მისაღებად, ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების არჩევანი გადამწყვეტი ფაქტორია. ალკოჰოლური სასმელების დამატება ასევე ხელს უწყობს ნაწილაკების ფორმისა და ზომის კონტროლს. მაგალითად, ად-გლუკოზის თანდასწრებით, ძირითადი რეაქციები წყალხსნარში HAuCl-ის სონოლიზის პროცესში.₄ როგორც ნაჩვენებია შემდეგ განტოლებებში (1-4):
(1) ჰ₂ O –> H∙ + OH∙
(2) sugar –> pyrolysis radicals
(3) აIII + reducing radicals –> Au⁰
(4) nAu⁰ –> AuNP (nanobelts)
(შდრ. Zhao et al., 2014)

ზონდის ტიპის ულტრაბგერითების ძალა

ულტრაბგერითი ზონდები ან სონოტროდები (ასევე უწოდებენ ულტრაბგერითი რქები) აწვდიან მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით და აკუსტიკური კავიტაციას ძალიან ფოკუსირებული ფორმით ქიმიურ ხსნარებში. ელექტროენერგიის ულტრაბგერის ეს ზუსტად კონტროლირებადი და ეფექტური გადაცემა საშუალებას იძლევა საიმედო, ზუსტად კონტროლირებადი და რეპროდუცირებადი პირობები, სადაც შესაძლებელია ქიმიური რეაქციის გზების დაწყება, გაძლიერება და შეცვლა. ამის საპირისპიროდ, ულტრაბგერითი აბაზანა (ასევე ცნობილია როგორც ულტრაბგერითი გამწმენდი ან ავზი) აწვდის ულტრაბგერას ძალიან დაბალი სიმძლავრის სიმკვრივით და შემთხვევით წარმოქმნილი კავიტაციის ლაქებით დიდი სითხის მოცულობაში. ეს ხდის ულტრაბგერითი აბაზანებს არასანდო ნებისმიერი ზონოქიმიური რეაქციისთვის.
“ულტრაბგერითი გამწმენდი აბაზანების სიმძლავრის სიმკვრივე შეესაბამება ულტრაბგერითი რქის მიერ გენერირებული სიმძლავრის მცირე პროცენტს. გამწმენდი აბაზანების გამოყენება ულტრაბგერითი ქიმიის სფეროში შეზღუდულია, იმის გათვალისწინებით, რომ ნაწილაკების სრულად ერთგვაროვანი ზომა და მორფოლოგია ყოველთვის არ მიიღწევა. ეს განპირობებულია ულტრაბგერის ფიზიკური ზემოქმედებით ბირთვის წარმოქმნისა და ზრდის პროცესებზე.” (გონსალეს-მენდოზა და სხვ. 2015)

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითები ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზისთვის

Hielscher Ultrasonics აწვდის მძლავრ და საიმედო ულტრაბგერით პროცესორებს ნანონაწილაკების სონოქიმიური სინთეზისთვის (სონოსინთეზისთვის), როგორიცაა ოქრო და სხვა კეთილშობილი ლითონის ნანოსტრუქტურები. ულტრაბგერითი აგიტაცია და დისპერსია ზრდის მასის გადაცემას ჰეტეროგენულ სისტემებში და ხელს უწყობს ატომების გროვების დამსველებას და შემდგომ ბირთვიზაციას ნანონაწილაკების დალექვის მიზნით. ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზი არის მარტივი, ეკონომიური, ბიოთავსებადი, რეპროდუცირებადი, სწრაფი და უსაფრთხო მეთოდი.
Hielscher Ultrasonics აწვდის მძლავრ და ზუსტად კონტროლირებად ულტრაბგერით პროცესორებს ნანო ზომის სტრუქტურების ფორმირებისთვის, როგორიცაა ნანოშერები, ნანოროლები, ნანობელტები, ნანო ლენტები, ნანოკლასტერები, ბირთვის გარსის ნაწილაკები და ა.შ.
წაიკითხეთ მეტი ბროკოლის შუამავლობით მიღებული ოქროს ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზისა და მათი ბიოგენური პრეპარატების სახით გამოყენების შესახებ!
წაიკითხეთ მეტი მაგნიტური ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზის შესახებ!
ჩვენი მომხმარებლები აფასებენ Hielscher ციფრული მოწყობილობების ჭკვიან ფუნქციებს, რომლებიც აღჭურვილია ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფით, ფერადი სენსორული ეკრანით, მონაცემთა ავტომატური პროტოკოლით ჩაშენებულ SD-ბარათზე და აღჭურვილია ინტუიციური მენიუთი მოსახერხებელი და უსაფრთხო მუშაობისთვის.
ფარავს სიმძლავრის სრულ დიაპაზონს 50 ვატიანი ხელის ულტრაბგერითი აპარატებიდან ლაბორატორიისთვის 16000 ვატამდე მძლავრი სამრეწველო ულტრაბგერითი სისტემებით, Hielscher-ს აქვს იდეალური ულტრაბგერითი კონფიგურაცია თქვენი განაცხადისთვის. Sonochemical აღჭურვილობა სერიული და უწყვეტი შიდა წარმოებისთვის ნაკადის რეაქტორებში ხელმისაწვდომია ნებისმიერი სკამზე და სამრეწველო ზომებში. Hielscher sonicators-ის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე სამუშაოზე და მომთხოვნ გარემოში.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: