მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზი: ლაბორატორიიდან წარმოებამდე
მაგნიტური ნანონაწილაკები (MNP) გადამწყვეტი კომპონენტია სხვადასხვა სამეცნიერო და სამრეწველო აპლიკაციებში, მათ შორის ბიოსამედიცინო ვიზუალიზაციაში, წამლების მიზანმიმართულ მიწოდებაში, კატალიზებასა და გარემოს გამოსწორებაში. მაგნიტური ნანონაწილაკების თვისებების ზუსტი კონტროლი, როგორიცაა ზომა, ფორმა, მაგნიტური ქცევა და ზედაპირის ფუნქციონირება, აუცილებელია ამ აპლიკაციების სპეციფიკური მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. ულტრაბგერითი სინთეზი, რომელიც ხელს უწყობს Hielscher-ის ზონდის ტიპის სონიკატორებს, გთავაზობთ მრავალმხრივ და მასშტაბურ მეთოდს მაღალი ხარისხის მაგნიტური ნანონაწილაკების წარმოებისთვის.
Sonication ნანონაწილაკების სინთეზში
ულტრაბგერითი დასაქმება იყენებს მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღებს, რათა წარმოქმნას ლოკალიზებული მაღალი ენერგიის ზონები თხევად გარემოში აკუსტიკური კავიტაციის გზით. ეს ფენომენი წარმოქმნის ინტენსიურ ათვლის ძალებს, მაღალ წნევას და ამაღლებულ ტემპერატურას, რაც ქმნის ხელსაყრელ გარემოს ნანონაწილაკების კონტროლირებადი ბირთვული წარმოქმნისა და ზრდისთვის. ულტრაბგერითი მოქმედების უპირატესობები მოიცავს ერთგვაროვან შერევას, მასის გაძლიერებულ გადაცემას, რეაქციის კინეტიკაზე ზემოქმედების უნარს და ნაწილაკების ფუნქციონირებას, რაც მას განსაკუთრებით ეფექტურს ხდის ერთიანი მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზისთვის.
სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორი UIP16000hdT (16kW) მაგნიტური ნანონაწილაკების ფართომასშტაბიანი სინთეზისთვის.
მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზი: ლაბორატორიიდან ფართომასშტაბიან წარმოებამდე
ლაბორატორიული მასშტაბის მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზი
ლაბორატორიულ პირობებში, Hielscher-ის ზონდის ტიპის sonicators ჩვეულებრივ გამოიყენება მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზირებისთვის ერთობლივი ნალექის, თერმული დაშლის ან სოლვოთერმული მეთოდებით. ულტრაბგერითი პარამეტრების კონტროლით, როგორიცაა ამპლიტუდა, გაჟღერების ხანგრძლივობა, პულსის რეჟიმი და ტემპერატურა, მკვლევარებს შეუძლიათ მიაღწიონ ნაწილაკების ერთგვაროვან ზომებს და ვიწრო ზომის განაწილებას.
მაგალითად, თანანალექის მეთოდი მნიშვნელოვნად სარგებლობს ულტრაბგერითი კავიტაციისგან, რომელიც აძლიერებს რკინის და რკინის წინამორბედების შერევას ტუტე ხსნარებთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ერთგვაროვანი ბირთვული მაგნეტიტის (Fe3O4) ნანონაწილაკები. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ამცირებს რეაქციის დროს და აუმჯობესებს ნანონაწილაკების მაგნიტურ და სტრუქტურულ თვისებებს.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი მაგნიტიტის სინთეზის შესახებ!
პილოტი და სამრეწველო მასშტაბის წარმოება
Hielscher sonicators-ის მასშტაბურობა კრიტიკული უპირატესობაა ლაბორატორიული მასშტაბის კვლევებიდან სამრეწველო მასშტაბის წარმოებაზე გადასვლისას. საპილოტე მასშტაბის სისტემებში უფრო დიდი ულტრაბგერითი ზონდები (სონოტროდები) და დინების რეაქტორები იძლევა მაგნიტური ნანონაწილაკების მუდმივ წარმოებას თანმიმდევრული ხარისხით. მაღალი წნევის პირობებში მუშაობის უნარი და პროცესის პარამეტრების კონტროლი უზრუნველყოფს განმეორებადობას და მასშტაბურობას.
სამრეწველო წარმოებისთვის, Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორებს შეუძლიათ დიდი მოცულობის წინამორბედი ხსნარების დამუშავება, ნაწილაკების სასურველი მახასიათებლების შენარჩუნებით. ეს მასშტაბირება აუცილებელია აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მაგნიტური ნანონაწილაკების დიდი რაოდენობით, მაგალითად მაგნიტური გამოყოფის ტექნოლოგიებში ან წამლების მიწოდების სისტემებში.
შემთხვევის შესწავლა: ულტრაბგერითი მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზი
ილოსვაი და სხვ. (2020) აერთიანებს სონოქიმიას წვას მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზისთვის რკინის(II)-აცეტატის და რკინის(III)-ციტრატის წინამორბედების გამოყენებით, რომლებიც დისპერსირებულია პოლიეთილენ გლიკოლში (PEG 400) ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაციით. ამ ნანონაწილაკებს ტესტირება ჩაუტარდა დნმ-ის გამოყოფაზე, E. coli-ს პლაზმიდური დნმ-ის გამოყენებით. დახასიათების ტექნიკამ გამოავლინა კარგად გაფანტული ნანონაწილაკები ჰიდროქსილით ფუნქციონალიზებული ზედაპირით, იდენტიფიცირებული FTIR-ით და მაგნიტური ფაზებით მაგნიტი, მაგემიტი და ჰემატიტი, დადასტურებული XRD-ით. ნანონაწილაკებმა აჩვენეს კარგი დისპერსიუნარიანობა წყალში, რაც მითითებულია ელექტროკინეტიკური პოტენციალის გაზომვებით, რაც მათ შესაფერისს ხდის ბიოსეპარაციის გამოყენებისთვის.
ულტრაბგერითი მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზის პროტოკოლი
მაგნიტური ნანონაწილაკები სინთეზირებული იყო სონოქიმიური წვის მეთოდით ორი განსხვავებული წინამორბედით: რკინის(II) აცეტატი (ნიმუში A1) და რკინის(III) ციტრატი (ნიმუში D1). ორივე ნიმუში მიჰყვებოდა ერთსა და იმავე პროცედურას, განსხვავდებოდა მხოლოდ გამოყენებული წინამორბედით. A1 ნიმუშისთვის, 2 გ რკინის(II) აცეტატი დაფანტეს 20 გ პოლიეთილენ გლიკოლში (PEG 400), ხოლო D1 ნიმუშისთვის გამოყენებული იყო 3,47 გ რკინის(III) ციტრატი. დისპერსია მიღწეული იქნა Hielscher მაღალი ეფექტურობის სონიკატორის UIP1000hdT გამოყენებით (იხილეთ სურათი მარცხნივ).
სონოქიმიური დამუშავების შემდეგ, PEG იწვა ბუნსენის სანთურთან ერთად მაგნიტური რკინის ოქსიდის ნანონაწილაკების წარმოებისთვის.
შედეგები
მიღებული ნანონაწილაკები დახასიათდა XRD, TEM, DLS და FTIR მეთოდების გამოყენებით. სინთეზმა წარმატებით გააერთიანა სონოქიმიური და წვის ტექნიკა, წარმოქმნა მაგნიტური ნანონაწილაკები. აღსანიშნავია, რომ ნიმუში A1 აღმოჩნდა შესაფერისი დნმ-ის გასაწმენდად და შესთავაზა უფრო ეკონომიური ალტერნატივა არსებული კომერციული ვარიანტებისთვის.
ულტრაბგერითი სინთეზირებული მაგნიტური ნანონაწილაკების TEM: მარცხნივ: რკინის(II) აცეტატი (ნიმუში A1); მარჯვნივ: რკინის(III) ციტრატი (ნიმუში D1).
შესწავლა და სურათი: ©Ilosvai et al. 2020 წელი.
ულტრაბგერითი UP400St მაგნიტური ნანონაწილაკების სონოქიმიური სინთეზისთვის
Hielscher Sonicators: ტექნოლოგიური უპირატესობა ნანონაწილაკების სინთეზში
Hielscher Ultrasonics არის ლიდერი ულტრაბგერითი დამუშავების ტექნოლოგიაში, რომელიც გთავაზობთ ზონდის ტიპის სონიკატორებს 16000 ვატამდე სიმძლავრის თითო სონიკატორზე, რომელიც შექმნილია ლაბორატორიული მასშტაბის ექსპერიმენტებიდან სამრეწველო წარმოებამდე. ეს მოწყობილობები უზრუნველყოფენ მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით ძალას, ამპლიტუდის ზუსტ კონტროლს და ტემპერატურის მონიტორინგს, რაც მათ იდეალურს ხდის მგრძნობიარე პროცესებისთვის, როგორიცაა მაგნიტური ნანონაწილაკების სინთეზი.
Hielscher sonicators-ის ძირითადი მახასიათებლები მოიცავს:
- ზუსტად რეგულირებადი ამპლიტუდა: საშუალებას აძლევს კავიტაციის ინტენსივობის დაზუსტებას ნანონაწილაკების ოპტიმალური სინთეზისთვის.
- მასშტაბურობა: მოდულური დიზაინი იძლევა უწყვეტი გადასვლას მცირე მასშტაბის R-დან&დ ფართომასშტაბიანი წარმოება.
- ინტეგრირებული ტემპერატურის კონტროლი: ხელს უშლის გადახურებას და უზრუნველყოფს რეაქციის სტაბილურ პირობებს.
- გამძლეობა და მრავალფეროვნება: ვარგისია სხვადასხვა გამხსნელებისა და წინამორბედი სისტემებისთვის, მათ შორის წყლის და ორგანული ფაზებისთვის.
- სიზუსტე და განმეორებადობა: თანმიმდევრული შედეგები პარტიებში უზრუნველყოფს მაგნიტური ნანონაწილაკების თვისებების საიმედოობას.
- ენერგოეფექტურობა: ენერგიის ეფექტური გადაცემა ამცირებს ნარჩენებს და ამცირებს წარმოების ხარჯებს.
- კონფიგურირებადი კონფიგურაციები: მოქნილი დიზაინები იტევს რეაქციის მასშტაბებს და ქიმიას.
- გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა: უხეში ქიმიკატებზე დამოკიდებულების შემცირება და რეაქციის ხანმოკლე დრო ამცირებს გარემოს კვალს.
დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში
Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.
Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0.5-დან 1.5მლ-მდე | na | VialTweeter |
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150 ლ-მდე | 3-დან 15 ლ/წთ-მდე | UIP6000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შერევას აპლიკაციების, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ულტრაბგერითი სინთეზირებული მაგნიტური ნანონაწილაკების გამოყენება
Hielscher sonicators-ის გამოყენებით სინთეზირებული მაგნიტური ნანონაწილაკების უმაღლესი ხარისხი აფართოებს მათ გამოყენებადობას მაღალი ხარისხის აპლიკაციებისთვის:
- ბიომედიცინა: ზუსტად შემუშავებული მაგნიტური ნანონაწილაკები აძლიერებს მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების (MRI) კონტრასტს და საშუალებას აძლევს წამლის მიზანმიმართულ მიწოდებას.
- კატალიზი: მაღალი ზედაპირის მაგნიტური ნანონაწილაკები ეფექტური კატალიზატორები არიან ქიმიურ რეაქციებში.
- გარემოსდაცვითი მეცნიერება: ფუნქციონალიზებული მაგნიტური ნანონაწილაკები გამოიყენება წყლის დამუშავებისა და დამაბინძურებლების მოსაშორებლად.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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.
ხშირად დასმული შეკითხვები
რა არის მაგნიტური ნანონაწილაკები?
მაგნიტური ნანონაწილაკები არის ნაწილაკები, რომლებიც ჩვეულებრივ მერყეობს 1-100 ნმ ზომის ნანომასშტაბში და შედგება მაგნიტური მასალებისგან, როგორიცაა რკინა, კობალტი, ნიკელი ან მათი ოქსიდები (მაგ., მაგნეტიტი ან მაგემიტი). ეს ნაწილაკები ავლენენ მაგნიტურ თვისებებს, რომელთა მანიპულირება შესაძლებელია გარე მაგნიტური ველებით. მათი ზომის, სტრუქტურისა და შემადგენლობის მიხედვით, მაგნიტურ ნანონაწილაკებს შეუძლიათ გამოავლინონ სხვადასხვა მაგნიტური ქცევა, როგორიცაა ფერომაგნეტიზმი, ფერმაგნეტიზმი ან სუპერპარამაგნეტიზმი.
მათი მცირე ზომისა და მაგნიტური რეგულირების გამო, ისინი გამოიყენება აპლიკაციების ფართო სპექტრში, მათ შორის
ბიოსამედიცინო, გარემოსდაცვითი და სამრეწველო აპლიკაციები.
რა არის სუპრა-პარამაგნიტური ნანონაწილაკები?
სუპერპარამაგნიტური ნანონაწილაკები არის ნანომასშტაბიანი ნაწილაკები (ჩვეულებრივ, 50 ნმ-ზე ნაკლები) დამზადებული მაგნიტური მასალებისგან, როგორიცაა რკინის ოქსიდი (მაგ., მაგნეტიტი ან მაგემიტი). ისინი მაგნიტურ ქცევას ავლენენ მხოლოდ გარე მაგნიტური ველის თანდასწრებით და კარგავენ მაგნიტიზმს ველის მოხსნისას. ეს იმიტომ ხდება, რომ ამ მცირე ზომის თერმული ენერგია ხელს უშლის ნაწილაკებს მუდმივი მაგნიტური მომენტის შენარჩუნებაში, რაც თავიდან აიცილებს აგრეგაციას.
ეს თვისებები მათ უაღრესად გამოსადეგს ხდის ბიოსამედიცინო პროგრამებში, როგორიცაა წამლების მიზანმიმართული მიწოდება, მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულება (MRI) და ჰიპერთერმიის თერაპია, ასევე გარემოსდაცვით და სამრეწველო პროგრამებში.
რა განსხვავებაა ფერომაგნიტიზმს, ფერმაგნიტიზმსა და სუპერპარამაგნიტიზმს შორის?
ფერომაგნეტიზმი წარმოიქმნება, როდესაც მასალაში მაგნიტური მომენტები ერთმანეთის პარალელურად სწორდება ძლიერი გაცვლის ურთიერთქმედების გამო, რაც იწვევს დიდ ქსელის მაგნიტიზაციას გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაშიც კი.
ფერიმაგნეტიზმი ასევე მოიცავს მოწესრიგებულ მაგნიტურ მომენტებს, მაგრამ ისინი საპირისპირო მიმართულებით უთანასწორო სიდიდეებით სწორდებიან, რაც იწვევს წმინდა მაგნიტიზაციას.
სუპერპარამაგნეტიზმი შეიმჩნევა ძალიან მცირე ნანონაწილაკებში და წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც თერმული ენერგია გადალახავს მაგნიტურ მოწესრიგებას, რაც იწვევს მაგნიტური მომენტების შემთხვევით რყევას; თუმცა, გარე მაგნიტური ველის ქვეშ, მომენტები სწორდება, რაც წარმოქმნის ძლიერ მაგნიტურ რეაქციას.
რომელი ნანონაწილაკები ხშირად სინთეზირებულია სონოქიმიურად?
სონოქიმიური სინთეზი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ნანონაწილაკების წარმოებისთვის, მისი უნარის გამო წარმოქმნას ლოკალიზებული მაღალი ტემპერატურა, წნევა და რეაქტიული სახეობები აკუსტიკური კავიტაციის გზით. ჩვეულებრივ სინთეზირებული ნანონაწილაკები მოიცავს ლითონის ნანონაწილაკებს, ლითონის ოქსიდის ნანონაწილაკებს, ქალკოგენიდის ნანონაწილაკებს, პეროვსკის ნანონაწილაკებს, პოლიმერულ ნანონაწილაკებს და ნახშირბადზე დაფუძნებულ ნანომასალებს.
იხილეთ მეტი ინფორმაცია ულტრაბგერითი სინთეზისა და პროტოკოლების შესახებ რამდენიმე შერჩეული ნანონაწილაკებისა და ნანოსტრუქტურების შესახებ აქ:
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.