ნანოალმასების დისპერგირება წყლიან სუსპენზიაში ულტრაბგერითი დამუშავებით

ნანოალმასების დისპერსიები შეიძლება მომზადდეს სწრაფად და ეფექტურად Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების მოწყობილობების გამოყენებით. წყლიან სუსპენზიაში ულტრაბგერითი დეაგრეგაცია უზრუნველყოფს აგრეგატების საიმედო დაშლას და სტაბილური კოლოიდების წარმოქმნას. pH-ის დასარეგულირებლად მარილის მარტივ დამატებასთან ერთად ეს მეთოდი წარმოადგენს მარტივ, იაფ და დაბინძურებისგან თავისუფალ მიდგომას. მასშტაბირების შესაძლებლობისა და მარტივი განხორციელების გამო ულტრაბგერითი დისპერგირება განსაკუთრებით შესაფერისია არა მხოლოდ ლაბორატორიული კვლევებისთვის, არამედ ნანოალმასების სამრეწველო მასშტაბით დამუშავებისთვისაც.

ეფექტური და კონტამინაციის გარეშე ნანოალმასების აგლომერატების დაშლა

ნანოალმასები სულ უფრო მეტად გამოიყენება ბიომედიცინაში, კვანტურ ტექნოლოგიებში, ტრიბოლოგიასა და მაღალტექნოლოგიურ კომპოზიტებში, თუმცა მათი ბუნებრივი მიდრეკილება მტკიცე აგრეგატების წარმოქმნისკენ ხშირად ზღუდავს მათ ეფექტურობას. ამიტომ ცალკეული ნაწილაკების სტაბილური კოლოიდების მიღება მათი თვისებების ზუსტი დახასიათებისა და საიმედო გამოყენების წინაპირობაა. დეაგრეგაციის ტრადიციული მეთოდები ხშირად ეფუძნება ინტენსიური დაფქვის ტექნიკას, რომლის დროსაც მასალაში ხვდება ცირკონიუმის დიოქსიდი ან სხვა მინარევები, რაც ართულებს გაწმენდას და ზღუდავს ბიომედიცინურ გამოყენებას. ულტრაბგერითი დისპერგირება წარმოადგენს სწრაფ, მასშტაბირებად და დაბინძურებისგან თავისუფალ ალტერნატივას. წყლიან გარემოში აკუსტიკური კავიტაციის გამოყენებით ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი მოწყობილობები ეფექტურად შლიან აგრეგატებს ერთნიშნა ნანომეტრული ზომის ნანოალმასებად. მარილის დახმარებით pH-ის მარტივ რეგულირებასთან ერთად ეს მეთოდი იძლევა სტაბილურ კოლოიდებს pH-ის ფართო დიაპაზონში ტოქსიკური თანაპროდუქტების წარმოქმნის გარეშე, რაც მას განსაკუთრებით მიმზიდველს ხდის როგორც ლაბორატორიული კვლევებისთვის, ისე სამრეწველო მასშტაბის წარმოებისთვის.

ნანოალმასები შეიძლება ეფექტურად და საიმედოდ დისპერგირდეს Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების მოწყობილობების გამოყენებით.

როგორ ხდება ნანოალმასების ულტრაბგერითი დაფქვა და დისპერგირება?

ულტრაბგერითი დისპერგირებისას საფქვავ სხეულებად თავად ნანოალმასები გამოიყენება. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღებით წარმოქმნილი აკუსტიკური კავიტაცია ქმნის სითხის მაღალსიჩქარიან ნაკადებს. ეს ნაკადები აჩქარებს სუსპენზიაში არსებულ ნაწილაკებს (მაგ., ალმასებს), რის შედეგადაც ნაწილაკები ერთმანეთს 280km/s-მდე სიჩქარით ეჯახება და უმცირეს ნანოზომის ნაწილაკებად იშლება. ამის წყალობით ულტრაბგერითი დაფქვა და დისპერგირება წარმოადგენს მარტივ, იაფ და დაბინძურებისგან თავისუფალ ტექნიკას, რომელიც საიმედოდ შლის ნანოალმასების აგლომერატებს ნანოზომის ნაწილაკებად; ეს ნაწილაკები სტაბილურია წყლიან კოლოიდურ ხსნარში pH-ის ფართო დიაპაზონში. მარილი (ნატრიუმის ქლორიდი) გამოიყენება წყლიან სუსპენზიაში ნანოალმასების სტაბილიზაციისთვის.
 

 
გაიგეთ მეტი ნანოალმასების ულტრაბგერითი აგლომერატების დაშლის შესახებ ანალიზამდელი ნიმუშების მოსამზადებლად!
 

ნანოალმასების ულტრაბგერითი დაფქვა სჯობს მძივებიან წისქვილებში დაფქვას

ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი მოწყობილობები მაღალეფექტური საფქვავი დანადგარებია და მათი გამოყენება ნანოალმასების სუსპენზიების სამრეწველო მასშტაბით წარმოებისთვის დაფქვის დამკვიდრებული ტექნიკაა. ვინაიდან ულტრაბგერითი წისქვილები საფქვავ სხეულებად თავად ნანოალმასებს იყენებს, საფქვავი სხეულებით, მაგალითად, ცირკონიუმის დიოქსიდის მძივებით გამოწვეული დაბინძურება სრულად გამოირიცხება. ამის ნაცვლად ულტრაბგერითი კავიტაციის ძალები აჩქარებს ნაწილაკებს ისე, რომ ნანოალმასები ერთმანეთს ძლიერად ეჯახება და ერთგვაროვანი ნანოზომის ნაწილაკებად იშლება. ულტრაბგერით გამოწვეული ეს ნაწილაკთაშორისი შეჯახება ერთგვაროვნად განაწილებული ნანოდისპერსიების მიღების მაღალეფექტური და საიმედო მეთოდია.
ულტრაბგერითი დისპერგირებისა და დეაგრეგაციის მეთოდი pH-ის რეგულირებისა და ულტრაბგერითი დისპერსიის სტაბილიზაციისთვის იყენებს წყალში ხსნად, არატოქსიკურ და დაბინძურების არგამომწვევ დანამატებს, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი ან საქაროზა. ნატრიუმის ქლორიდის ან საქაროზის კრისტალური სტრუქტურები დამატებით ასრულებს საფქვავი სხეულების როლს და ამით ხელს უწყობს ულტრაბგერითი დაფქვის პროცესს. დაფქვის დასრულების შემდეგ ეს დანამატები ადვილად მოცილდება წყლით უბრალო გარეცხვით, რაც მნიშვნელოვანი უპირატესობაა კერამიკული მძივების გამოყენებით მიმდინარე პროცესთან შედარებით. ტრადიციული მძივებიანი წისქვილები, მაგალითად, ატრიტორები, იყენებს უხსნად კერამიკულ საფქვავ სხეულებს (მაგ., ბურთულებს, მძივებს ან მარგალიტისებრ მარცვლებს), რომელთა ცვეთის ნარჩენები აბინძურებს საბოლოო დისპერსიას. საფქვავი სხეულებით გამოწვეული დაბინძურების მოცილება მოითხოვს რთულ შემდგომ დამუშავებას და დიდ დროსა და ხარჯებთან არის დაკავშირებული.

ულტრაბგერითი დისპერსიის ტექნოლოგია ეფექტურად აწარმოებს წყალში ნანოალმასის სუსპენზიებს ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებით.
(კვლევა და გრაფიკა: ©Turcheniuk et al., 2016)

ნანოალმასების ულტრაბგერითი დისპერსიის მაგალითური პროტოკოლი

ნანოალმასების ულტრაბგერითი დეაგრეგაცია წყალში მარილის დახმარებით:
ნატრიუმის ქლორიდის 10 g-ისა და ნანოალმასის ფოშის 0,250 g-ის ნარევი მოკლედ დაფქვა ხელით ფაიფურის სარქველითა და პესტლით და მოთავსდა 20 mL მინის ფლაკონში 5 mL დეიონიზებული წყალთან ერთად. მომზადებული ნიმუში დამუშავდა ულტრაბგერითად პრობის ტიპის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორით 100 min-ის განმავლობაში 60% გამომავალი სიმძლავრითა და 50% ციკლურობით. ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ, ნიმუში თანაბრად გაიყო ორ 50 mL პლასტმასის Falcon ცენტრიფუგის სინჯარას შორის და დისპერსირდა დისტილირებულ წყალში 100 mL საერთო მოცულობამდე (2 × 50 mL). შემდეგ თითოეული ნიმუში ცენტრიფუგირდა Eppendorf ცენტრიფუგა 5810-R-ით 4000 rpm-ზე და 25°C-ზე 10 min-ის განმავლობაში, და გაიწმინდა ზედა ფენა. შემდეგ ნანოალმასების (ND) ნალექი ხელახლა დისპერსირდა დისტილირებულ წყალში (100 mL საერთო მოცულობა) და ცენტრიფუგირდა მეორედ 12 000 rpm-ზე და 25 °C-ზე 1 h-ის განმავლობაში. კიდევ ერთხელ გაიწმინდა ზედა ფენა და ნანოალმასების ნალექი ხელახლა დისპერსირდა, ამჯერად 5 mL დისტილირებულ წყალში დამახასიათებლობისთვის. სტანდარტული AgNO3 ანალიზმა აჩვენა Cl⁻ სრული არარსებობა მარილის თანხლებით ულტრაბგერითად დეაგრეგირებულ ნანოალმასებში, რომლებიც ორჯერ გარეცხილი იყო დისტილირებული წყლით ზემოთ აღწერილი მეთოდით. წყლის აორთქლების შემდეგ ნიმუშებიდან, დაფიქსირდა შავი მყარი ნანოალმასის “ჩიფსების” წარმოქმნა ∼200 მგ ან საწყისი ნანოალმასის მასის 80%-ის წარმოებით. (იხ. ქვემოთ სურათი)
(იხ. Turcheniuk et al., 2016)

ულტრაბგერითად დისპერსირებული ნანოალმასების გამხმარი ნიმუში.
(კვლევა და გრაფიკა: ©Turcheniuk et al., 2016)

მაღალეფექტური ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ნანოალმასების დისპერსიებისთვის

Hielscher Ultrasonics შეიმუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი დაფქვისა და დისპერგირების მოწყობილობებს ინტენსიური გამოყენებისთვის, მაგალითად, ნანოალმასების სუსპენზიების, საპრიალებელი საშუალებებისა და ნანოკომპოზიტების წარმოებისთვის. Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები მთელ მსოფლიოში გამოიყენება ნანომასალების წყლიან კოლოიდურ სუსპენზიებში, პოლიმერებში, ფისებში, საფარებსა და სხვა მაღალი საექსპლუატაციო თვისებების მქონე მასალებში დისპერგირებისთვის.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი დისპერგატორები საიმედო და ეფექტურია როგორც დაბალი, ისე მაღალი სიბლანტის მასალების დამუშავებისას. საწყისი მასალებისა და ნაწილაკების სასურველი საბოლოო ზომის მიხედვით ულტრაბგერის ინტენსივობა შეიძლება ზუსტად დარეგულირდეს პროცესის ოპტიმალური შედეგების მისაღებად.
ბლანტი პასტების, ნანომასალებისა და მყარი ფაზის მაღალი კონცენტრაციის მქონე მასალების დასამუშავებლად ულტრაბგერით დისპერგატორს უნდა შეეძლოს მაღალი ამპლიტუდების უწყვეტად წარმოქმნა. Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ სრული დატვირთვით უწყვეტი მუშაობისას ძალიან მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა. 200µm-მდე ამპლიტუდებით მუშაობა ადვილად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. ულტრაბგერითი დისპერგატორის მაღალი ამპლიტუდებით მუშაობისა და ამპლიტუდის ზუსტად რეგულირების შესაძლებლობა აუცილებელია ულტრაბგერითი პროცესის პირობების მოსარგებად, რათა მიღებულ იქნეს შემავსებლის მაღალი შემცველობის მქონე ნანოსუსპენზიების, ნანომასალებით გაძლიერებული პოლიმერული ნარევებისა და ნანოკომპოზიტების ოპტიმალური შედგენილობა.
ულტრაბგერითი ამპლიტუდის გარდა, წნევა არის კიდევ ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი პროცესის პარამეტრი. მაღალი წნევის პირობებში, ულტრაბგერითი კავიტაციის ინტენსივობა და მისი ძვრის ძალები ინტენსიფიცირდება. Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები შეიძლება იყოს წნევის ქვეშ, რითაც მიიღება ინტენსიფიცირებული ულტრაბგერითი დამუშავების შედეგები.
პროცესის მონიტორინგი და მონაცემთა ჩაწერა მნიშვნელოვანია უწყვეტი პროცესის სტანდარტიზაციისა და პროდუქტის ხარისხისთვის. ჩასმადი წნევისა და ტემპერატურის სენსორები ულტრაბგერით გენერატორს უკავშირდება ულტრაბგერითი დისპერსიის პროცესის მონიტორინგისა და კონტროლისთვის. ყველა მნიშვნელოვანი დამუშავების პარამეტრი, როგორიცაა ულტრაბგერითი ენერგია (ნეტო + ჯამური), ტემპერატურა, წნევა და დრო, ავტომატურად იწერება და ინახება ჩაშენებულ SD-ბარათზე. ავტომატურად ჩაწერილი პროცესის მონაცემებზე წვდომით, შეგიძლიათ გადახედოთ წინა ულტრაბგერითი დამუშავების ციკლებს და შეაფასოთ პროცესის შედეგები.
კიდევ ერთი მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი ფუნქცია არის ჩვენი ციფრული ულტრაბგერითი სისტემების ბრაუზერული დისტანციური მართვა. დისტანციური ბრაუზერული მართვის საშუალებით, შეგიძლიათ დაიწყოთ, შეაჩეროთ, მორგოთ და მონიტორინგი გაუწიოთ თქვენს ულტრაბგერით პროცესორს დისტანციურად ნებისმიერი ადგილიდან.
დაგვიკავშირდით ახლავე, რომ მეტი გაიგოთ დაფქვისა და ნანოდისპერსიების მომზადებისთვის განკუთვნილი ჩვენი მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შესახებ!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრეზე: