Gold Nanopartikele vun enger eenheetlecher Form a Morphologie kënnen effizient iwwer sonochemesch Wee synthetiséiert ginn. D'Ultraschall gefördert chemesch Reaktioun vun der Gold Nanopartikel Synthese kann präzis kontrolléiert ginn fir d'Partikelgréisst, d'Form (zB Nanosphären, Nanoroden, Nanogurt etc.) a Morphologie. Déi efficace, einfach, séier a gréng chemesch Prozedur erlaabt eng zouverlässeg Produktioun vu Gold Nanostrukturen op industrieller Skala.

Gold Nanopartikelen an Nanostrukturen

Gold Nanopartikel an Nano-Gréisst Strukture gi wäit an R&D an industriell Prozesser wéinst der eenzegaarteg Eegeschafte vun nano-Gréisst Gold dorënner elektronesch, magnetesch, an opteschen Charakteristiken, Quantephysik Gréisst Effekter, Uewerfläch Plasmon Resonanz, héich katalytic Aktivitéit, Self-Montage ënner anerem Eegeschafte. D'Beräicher vun der Uwendung fir Gold Nano-Partikel (Au-NPs) reegelméisseg vun der Notzung als Katalysator fir d'Fabrikatioun vun nanoelektroneschen Apparater, souwéi d'Benotzung an der Imaging, Nano-Photonik, Nanomagnetesch, Biosensoren, chemesch Sensoren, fir optesch an theranostesch Uwendungen, Medikamenter Liwwerung wéi och aner Utilisatioune.

Methode vun der Gold Nanopartikel Synthese

Nano-strukturéiert Goldpartikelen kënnen iwwer verschidde Weeër synthetiséiert ginn mat High-Performance Ultrasonication. Ultrasonication ass net nëmmen eng einfach, effizient an zouverlässeg Technik, ausserdeem sonication schaaft Konditiounen fir déi chemesch Reduktioun vun Gold Ionen ouni gëfteg oder haart chemesche Agenten an erméiglecht d'Bildung vun Edelmetall Nanopartikel vun verschiddenen Morphologie. och bekannt als Sonosynthese) erlaabt Gold Nanostrukture wéi Gold Nanosheres, Nanorods, Nanobelts etc.
Drënner fannt Dir ausgewielte sonochemesch Weeër fir d'Virbereedung vu Gold Nanopartikelen.

Ultraschall verbessert Turkevich Method

Sonication gëtt benotzt fir d'Turkewitsch Citrat-Reduktiounsreaktioun ze verstäerken souwéi modifizéiert Turkevich Prozeduren.
D'Turkewitsch Method produzéiert bescheiden monodisperse sphäresch Gold Nanopartikele vu ronn 10-20nm Duerchmiesser. Méi grouss Partikele kënne produzéiert ginn, awer op d'Käschte vun der Monodispersitéit a Form. An dëser Method gëtt waarm Chloraurinsäure mat Natriumcitratléisung behandelt, kolloidal Gold produzéiert. D'Turkewitsch Reaktioun geet duerch d'Bildung vu transiente Gold Nanowires weider. Dës Gold Nanowires si verantwortlech fir d'donkel Erscheinung vun der Reaktiounsléisung ier se rubinrout gëtt.
Fuentes-García et al. (2020), déi sonochemesch Gold Nanopartikele synthetiséiert hunn, berichten datt et machbar ass Gold Nanopartikel mat héijer Absorptiounsinteraktioun ze fabrizéieren mat Hëllef vun Ultraschall als eenzeg Energiequell, reduzéiert Labo Ufuerderunge a kontrolléiert Eegeschaften déi einfach Parameter änneren.
Lee et al. (2012) huet bewisen datt Ultraschallenergie e Schlësselparameter ass fir sphäresch Gold Nanopartikelen (AuNPs) vun tunable Gréissten vun 20 bis 50 nm ze produzéieren. D'Sonosynthese iwwer Natriumcitratreduktioun produzéiert monodispers sphäresch Gold Nanopartikelen an wässerlecher Léisung ënner atmosphäresche Bedéngungen.

D'Turkewitsch-Frens Method mat Ultraschall

Eng Ännerung vum uewe beschriwwene Reaktiounswee ass d'Turkewitsch-Frens Method, déi en einfache Multiple-Schrëtt Prozess fir d'Synthese vu Gold Nanopartikel ass. Ultrasonication fördert den Turkevich-Frens Reaktiounswee op déiselwecht Manéier wéi den Turkevich Wee. Den éischte Schrëtt vum Turkevich-Frens Multiple-Schrëtt Prozess, wou Reaktiounen a Serie a parallel optrieden, ass d'Oxidatioun vum Citrat, deen Dicarboxyaceton gëtt. Dann gëtt d'Aurescht Salz op aurous Salz an Au reduzéiert⁰, an d'Aurous Salz gëtt op der Au versammelt⁰ Atomer fir den AuNP ze bilden (kuckt Schema hei ënnen).

Gold Nanopartikel Synthese iwwer Turkevich Method.
Schema a Studie: ©Zhao et al., 2013

Dëst bedeit datt Dicarboxy Aceton entstinn aus der Oxidatioun vum Citrat anstatt vum Citrat selwer als den aktuellen AuNP Stabilisator an der Turkevich-Frens Reaktioun handelt. D'Zitratsalz ännert zousätzlech den pH vum System, wat d'Gréisst an d'Gréisst Verdeelung vun de Gold Nanopartikelen (AuNPs) beaflosst. Dës Konditioune vun der Turkevich-Frens Reaktioun produzéiere bal monodisperse Gold Nanopartikel mat Partikelgréissten tëscht 20 an 40nm. Déi exakt Partikelgréisst kann geännert ginn op Variatioun vum pH vun der Léisung wéi och duerch Ultraschallparameter. Citrat-stabiliséiert AuNPs sinn ëmmer méi grouss wéi 10 nm, wéinst der limitéierter Reduktiounsfäegkeet vum Trisodiumcitratdihydrat. Wéi och ëmmer, benotzt D₂O als Léisungsmëttel amplaz H₂O während der Synthese vun AuNPs erlaabt AuNPs mat enger Partikelgréisst vu 5 nm ze synthetiséieren. Als Zousaz vum D₂O erhéijen d'Reduktiounsstäerkt vum Citrat, d'Kombinatioun vun D₂O an C₆H₉Na₃O₉. (cf. Zhao et al., 2013)

Protokoll fir d'Sonochemical Turkevich-Frens Route

Fir Gold Nanopartikelen an enger Bottom-up Prozedur iwwer Turkevich-Frens Method ze synthetiséieren, 50mL Chloraurin (HAuCl)₄), 0,025 mM gëtt an en 100 mL Glasbecher gegoss, an deem 1 mL vun 1,5% (w/v) wässerlecher Léisung vun Trinatriumcitrat (Na)₃Ct) gëtt ënner Ultraschall bei Raumtemperatur dobäigesat. Ultraschall gouf op 60W, 150W an 210W gemaach. Den Na₃Ct/HAuCl₄ Verhältnis benotzt an de Proben ass 3: 1 (w/v). No Ultraschall hunn d'kolloidal Léisunge verschidde Faarwen gewisen, violett fir 60 W a rubinrout fir 150 an 210 W Proben. Méi kleng Gréissten a méi kugelfërmeg Stärekéip vu Gold Nanopartikele goufen duerch d'Erhéijung vun der Sonikatiounskraaft produzéiert, laut der struktureller Charakteriséierung. Fuentes-García et al. (2021) weisen an hiren Ermëttlungen de staarken Afloss vun der Erhéijung vun der Sonikatioun op Partikelgréisst, polyhedral Struktur an optesch Eegeschafte vun de sonochemesch synthetiséierte Gold Nanopartikelen an d'Reaktiounskinetik fir hir Bildung. Béid, Gold Nanopartikel mat der Gréisst vun 16nm an 12nm kënne mat enger ugepasster sonochemescher Prozedur produzéiert ginn. (Fuentes-García et al., 2021)

(a, b) TEM Bild an (c) Gréisst Verdeelung vun sonochemically synthetiséiert Gold Nanopartikel (AuNPs)
Bild a Studie: © Dheyab et al., 2020.

Sonolyse vu Gold Nanopartikelen

Eng aner Method fir d'experimentell Generatioun vu Goldpartikelen ass duerch Sonolyse, wou Ultraschall fir d'Synthese vu Goldpartikelen mat engem Duerchmiesser vun ënner 10 nm applizéiert gëtt. Ofhängeg vun de Reagenzen kann déi sonolytesch Reaktioun op verschidde Manéiere lafen. Zum Beispill sonication vun enger wässerlecher Léisung vun HAuCl₄ mat Glukos, Hydroxylradikale an Zockerpyrolyseradikale handelen als Reduktiounsmëttel. Dës Radikale bilden an der Grenzregioun tëscht de kollapsende Huelraim erstallt duerch intensiven Ultraschall an dem bulk Waasser. D'Morphologie vun de Gold Nanostrukture sinn Nanobänner mat enger Breet vun 30-50 nm a Längt vun e puer Mikrometer. Dës Bänner si ganz flexibel a kënne mat Winkelen méi grouss wéi 90 ° béien. Wann Glukos duerch Cyclodextrin ersat gëtt, e Glukoseoligomer, ginn nëmme kugelfërmeg Goldpartikelen kritt, wat suggeréiert datt Glukos wesentlech ass fir d'Morphologie op e Bändchen ze riichten.

Exemplaresch Protokoll fir Sonochemical Nano-Gold Synthese

Virgängermaterialien déi benotzt gi fir Citrat-beschichtete AuNPs ze synthetiséieren enthalen HAuCl₄, Natriumcitrat a destilléiert Waasser. Fir d'Probe virzebereeden, huet den éischte Schrëtt d'Opléisung vun HAuCl involvéiert₄ an destilléiert Waasser mat enger Konzentratioun vun 0,03 M. Duerno gëtt d'Léisung vun HAuCl₄ (2 ml) gouf dropwise zu 20 ml vun der wässerlecher 0,03 M Natriumcitratléisung bäigefüügt. Wärend der Vermëschungsphase gouf eng Héichdicht Ultraschallsonde (20 kHz) mat engem Ultraschallhorn an d'Léisung fir 5 min bei enger Klangkraaft vun 17,9 W·cm agebaut.²
(cf. Dhabey et al. 2020)

Gold Nanobelt Synthese mat Sonication

Eenzel kristallin Nanogurt (kuckt TEM Bild lénks) kënne synthetiséiert ginn iwwer Sonikatioun vun enger wässerlecher Léisung vun HAuCl₄ a Präsenz vun α-D-Glukose als Reagens. Déi soniochemesch synthetiséiert Gold Nanogurt weisen eng duerchschnëttlech Breet vun 30 bis 50 nm an e puer Mikrometer Längt. D'Ultraschallreaktioun fir d'Produktioun vu Gold Nanogurt ass einfach, séier a vermeit d'Benotzung vu gëftege Substanzen. (cf. Zhang et al., 2006)

Surfaktanten fir d'Sonochemesch Synthese vu Gold NPs ze beaflossen

D'Applikatioun vun intensiven Ultraschall op chemesche Reaktiounen initiéiert a fördert d'Konversioun an d'Ausbezuelen. Fir eenheetlech Partikelgréisst a bestëmmte geziilte Formen / Morphologien ze kréien, ass d'Wiel vun Surfaktanten e kritesche Faktor. D'Zousatz vun Alkoholen hëlleft och d'Partikelform a Gréisst ze kontrolléieren. Zum Beispill, an der Präsenz vun Ad-Glukose, déi grouss Reaktiounen am Sonolyseprozess vun wässerlecher HAuCl₄ wéi an de folgende Equatiounen duergestallt (1-4):
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) Zocker -> Pyrolyse Radikaler
(3) AIII + Radikale reduzéieren —> Au⁰
(4) an⁰ —> AuNP (Nanobelt)
(cf. Zhao et al., 2014)

D'Kraaft vu Probe-Typ Ultrasonicators

Ultraschallsonden oder Sonotroden (och Ultraschallhorn genannt) liwweren Héichintensitéit Ultraschall an akustesch Kavitatioun a ganz fokusséierter Form a chemesche Léisungen. Dës präzis kontrolléierbar an effizient Iwwerdroung vu Kraaft-Ultraschall erlaabt zouverlässeg, präzis kontrolléierbar a reproduzéierbar Konditiounen, wou chemesch Reaktiounsweeër initiéiert, verstäerkt a gewiesselt kënne ginn. Am Géigesaz, en Ultraschallbad (och bekannt als Ultraschallreiniger oder Tank) liwwert Ultraschall mat ganz gerénger Kraaftdicht a zoufälleg optriede Kavitatiounsflecken an e grousse Flëssegkeetsvolumen. Dëst mécht Ultraschallbäder onzouverlässeg fir sonochemesch Reaktiounen.
"Ultraschallbotzbäder hunn eng Kraaftdicht, déi e klenge Prozentsaz vun deem entsprécht, deen vun engem Ultraschallhorn generéiert gëtt. D'Benotzung vu Botzenbäder an der Sonochemie ass limitéiert, wann Dir bedenkt datt eng voll homogen Partikelgréisst a Morphologie net ëmmer erreecht gëtt. Dëst ass wéinst de kierperlechen Effekter vum Ultraschall iwwer Nukleatioun a wuessende Prozesser. (González-Mendoza et al. 2015)

High-Performance Ultrasonicators fir d'Synthese vu Gold Nanopartikelen

Hielscher Ultrasonics liwwert mächteg an zouverlässeg Ultraschallprozessoren fir sonochemesch Synthese (Sono-Synthese) vun Nanopartikelen wéi Gold an aner Edelmetall Nanostrukturen. Ultraschall Agitatioun an Dispersioun erhéicht de Massentransfer an heterogene Systemer a fördert d'Befeuchtung an d'spéider Nukleatioun vun Atomclustere fir Nano-Partikel auszeschléissen. Ultraschall Synthese vun Nano-Partikel ass eng einfach, kosteneffektiv, biokompatibel, reproduzéierbar, séier a sécher Method.
Hielscher Ultrasonics liwwert mächteg a präzis kontrolléierbar Ultraschallprozessoren fir d'Bildung vun Nano-Gréisst Strukturen wéi Nanosheres, Nanorods, Nanobelts, Nano-Bänner, Nanocluster, Core-Shell Partikelen etc.
Eis Clientë schätzen d'Smart Features vun Hielscher digitalen Apparater, déi mat intelligenter Software, faarwege Touch Display, automatesch Dateprotokolléierung op enger agebauter SD-Kaart ausgestatt sinn an en intuitive Menü fir userfrëndlech a sécher Operatioun hunn.
Deckt de komplette Kraaftberäich vu 50 Watt Handheld Ultraschaller fir de Labo bis zu 16.000 Watt mächteg industriell Ultraschallsystemer, Hielscher huet den ideale Ultraschall-Setup fir Är Applikatioun. Sonochemesch Ausrüstung fir Batch- a kontinuéierlech Inline-Produktioun a Flow-Through-Reaktoren ass liicht verfügbar op all Bank-Top an industriell Gréisst. D'Robustitéit vun der Hielscher Ultraschallausrüstung erlaabt 24/7 Operatioun bei schwéierer Pflicht an an usprochsvollen Ëmfeld.

D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall: