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, ზედაპირის 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, სონიკი ქმნის პირობებს ოქროს იონების ქიმიურად შემცირებისთვის ტოქსიკური ან მკაცრი ქიმიური აგენტების გარეშე და საშუალებას იძლევა წარმოიქმნას სხვადასხვა მორფოლოგიის კეთილშობილი ლითონის ნანონაწილაკები. 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, ცხელ ქლოროაურის მჟავას ამუშავებენ ნატრიუმის ციტრატის ხსნარით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება კოლოიდური ოქრო. თურქევიჩის რეაქცია მიმდინარეობს ოქროს გარდამავალი ნანომავთულის ფორმირებით. ეს ოქროს ნანომავთულები პასუხისმგებელნი არიან რეაქციის ხსნარის მუქ იერზე, 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 აუზე⁰ 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 ზომით 20-დან 40 ნმ-მდე. ნაწილაკების ზუსტი ზომა შეიძლება შეიცვალოს ხსნარის pH-ის ცვალებადობისას, ასევე ულტრაბგერითი პარამეტრების მიხედვით. ციტრატით სტაბილიზირებული AuNP-ები ყოველთვის აღემატება 10 ნმ-ს, ტრინატრიუმის ციტრატის დიჰიდრატის შეზღუდული შემცირების უნარის გამო. თუმცა, გამოყენებით D₂O როგორც გამხსნელი H-ის ნაცვლად₂O AuNP-ების სინთეზის დროს იძლევა 5 ნმ ნაწილაკების ზომით AuNP-ების სინთეზის საშუალებას. როგორც დამატებით დ₂O გაზარდოს ციტრატის შემცირების ძალა, D-ის კომბინაცია₂O და C₆ჰ₉ნა₃ო₉. (შდრ. Zhao et al., 2013)

სონოქიმიური თურქევიჩ-ფრენსის მარშრუტის პროტოკოლი

ოქროს ნანონაწილაკების სინთეზისთვის ქვემოდან ზევით პროცედურაში თურქევიჩ-ფრენსის მეთოდით, 50 მლ ქლოროაურის მჟავა (HAuCl₄0,025 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 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 გაზრდილი სონიკაციის 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 პროცედურით. (ფუენტეს-გარსია და სხვ., 2021)

(ა, ბ) TEM გამოსახულება და (გ) სონოქიმიურად სინთეზირებული ოქროს ნანონაწილაკების ზომის განაწილება (AuNPs)
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 მოხრილი. 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

ციტრატით დაფარული AuNP-ების სინთეზისთვის გამოყენებული წინამორბედი მასალები მოიცავს HAuCl₄ნატრიუმის ციტრატი და გამოხდილი წყალი. ნიმუშის მოსამზადებლად, პირველი ნაბიჯი მოიცავდა HAuCl-ის დაშლას₄ გამოხდილ წყალში 0,03 მ კონცენტრაციით. შემდგომში HAuCl ხსნარი₄ (2 მლ) წვეთობრივად დაემატა 20 მლ 0.03 M ნატრიუმის ციტრატის წყალხსნარს. შერევის ფაზაში, მაღალი სიმკვრივის ულტრაბგერითი ზონდი (20 kHz) ულტრაბგერითი რქით 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 HAuCl-ის წყალხსნარის გახმოვანებით₄ α-D-გლუკოზის რეაგენების სახით. სონიოქიმიურად სინთეზირებული ოქროს ნანობელტები აჩვენებს საშუალო სიგანეს 30-დან 50 ნმ-მდე და რამდენიმე მიკრომეტრს სიგრძეზე. ულტრაბგერითი რეაქცია ოქროს ნანობელტების წარმოებისთვის არის მარტივი, სწრაფი და თავიდან აიცილებს ტოქსიკური ნივთიერებების გამოყენებას. (შდრ. Zhang et al, 2006)

ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, 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) შაქარი —> პიროლიზის რადიკალები
(3) აIII + შემცირების რადიკალები —> აუ⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (ნანობელტები)
(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 სონოქიმიური რეაქციისთვის.
„ულტრაბგერითი დასუფთავების აბაზანებს აქვთ სიმძლავრის სიმჭიდროვე, რომელიც შეესაბამება ულტრაბგერითი რქის მიერ წარმოქმნილი ენერგიის მცირე პროცენტს. საწმენდი აბაზანების გამოყენება სონოქიმიაში შეზღუდულია, იმის გათვალისწინებით, რომ ნაწილაკების სრულად ერთგვაროვანი ზომა და მორფოლოგია ყოველთვის არ არის მიღწეული. ეს გამოწვეულია ულტრაბგერითი ფიზიკური ზემოქმედებით ნუკლეაციაზე და მზარდ 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.
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-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე მოვალეობასა და მომთხოვნ გარემოში.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: