Effizient a kontrolléiert Synthes vu Goldnanopartikelen

Goldnanopartikele mat eenheetlecher Form a Morphologie kënnen op sonochemeschem Wee effizient synthetiséiert ginn. Déi duerch Ultraschall gefërdert chemesch Reaktioun fir d’Synthes vu Goldnanopartikele ka wat d’Partikelgréisst, d’Form (z. B. Nanosphären, Nanostäbercher, Nanobänner asw.) an d’Morphologie ugeet präzis kontrolléiert ginn. Déi wierksam, einfach, séier an ëmweltfrëndlech chemesch Prozedur erméiglecht eng zouverlässeg Produktioun vu Goldnanostrukturen am industrielle Moossstaf.

Goldnanopartikelen an Nanostrukturen

Goldnanopartikelen a Strukturen an Nanogréisst gi wäit verbreet an der Fuerschung an Entwécklung an an industrielle Prozesser agesat, well Gold an Nanogréisst eenzegaarteg Eegenschaften huet. Dozou gehéieren ënner anerem elektronesch, magnéitesch an optesch Eegenschaften, Quantegréissteneffekter, Uewerflächeplasmonresonanz, héich katalytesch Aktivitéit a Selbstassembléierung. D’Uwendungsberäicher vu Goldnanopartikelen (Au-NPs) reeche vum Asaz als Katalysator iwwer d’Hierstellung vun nanoelektroneschen Apparater bis zum Asaz a bildgebende Verfahren, an der Nanophotonik an der Nanomagnéitik, a Biosensoren a chemesche Sensoren, fir optesch an theranostesch Uwendungen, fir d’Medikamenteliwwerung an och fir aner Notzung.

Methode fir d’Synthes vu Goldnanopartikelen

Nanostrukturéiert Goldpartikele kënnen iwwer verschidde Weeër mat Héichleeschtungsultraschall synthetiséiert ginn. D’Ultraschallbehandlung ass eng einfach, effizient an zouverlässeg Technik. Ausserdeem schaaft si Bedéngunge fir d’chemesch Reduktioun vu Goldionen ouni gëfteg oder aggressiv chemesch Mëttelen an erméiglecht d’Bildung vun Edelmetallnanopartikele mat ënnerschiddleche Morphologien. Duerch d’Wiel vum Reaktiounswee a vun der sonochemescher Behandlung (och Sonosynthes genannt) kënne Goldnanostrukture wéi Goldnanosphären, Nanostäbercher, Nanobänner asw. mat eenheetlecher Gréisst a Morphologie hiergestallt ginn.
Hei drënner fannt Dir ausgewielt sonochemesch Weeër fir d’Hierstellung vu Goldnanopartikelen.

Duerch Ultraschall verbessert Turkevich-Method

D’Ultraschallbehandlung gëtt agesat, fir dem Turkevich seng Citratreduktiounsreaktioun souwéi modifizéiert Turkevich-Prozeduren ze verstäerken.
D’Turkevich-Method produzéiert mëttelméisseg monodispers sphäresch Goldnanopartikele mat engem Duerchmiesser vu ronn 10–20nm. Méi grouss Partikele kënnen hiergestallt ginn, awer op Käschte vun der Monodispersitéit an der Form. Bei dëser Method gëtt waarm Chlorgoldsäier mat enger Natriumcitratléisung behandelt, woubäi kolloidalt Gold entsteet. D’Turkevich-Reaktioun verleeft iwwer d’Bildung vu kuerzliewege Goldnanodréit. Dës Goldnanodréit si fir dat donkelt Ausgesi vun der Reaktiounsléisung verantwortlech, éier se rubinrout gëtt.
Fuentes-García et al. (2020), déi Goldnanopartikelen op sonochemeschem Wee synthetiséiert hunn, berichten, datt et méiglech ass, Goldnanopartikele mat héijer Absorptiounsinteraktioun hierzestellen, andeems Ultraschall als eenzeg Energiequell agesat gëtt, wat d’Ufuerderungen un de Laboratoire reduzéiert an et erméiglecht, d’Eegenschaften duerch d’Ännere vun einfache Parameteren ze kontrolléieren.
Lee et al. (2012) hu gewisen, datt d’Ultraschallenergie e Schlësselparameter fir d’Hierstellung vu sphäresche Goldnanopartikelen (AuNPs) mat astellbare Gréisste vun 20 bis 50 nm ass. D’Sonosynthes iwwer d’Reduktioun mat Natriumcitrat produzéiert monodispers sphäresch Goldnanopartikelen an enger waasserhalteger Léisung ënner atmosphäresche Bedéngungen.

D’Turkevich-Frens-Method mat Ultraschall

Eng Modifikatioun vum uewe beschriwwene Reaktiounswee ass d’Turkevich-Frens-Method, en einfache Prozess a méi Schrëtt fir d’Synthes vu Goldnanopartikelen. D’Ultraschallbehandlung fërdert den Turkevich-Frens-Reaktiounswee op déiselwecht Manéier wéi den Turkevich-Wee. Den éischte Schrëtt vum Turkevich-Frens-Prozess a méi Schrëtt, bei deem Reaktiounen hannereneen a parallel oflafen, ass d’Oxidatioun vu Citrat, bei där Dicarboxyaceton entsteet. Duerno entstinn duerch d’Reduktioun vum Gold(III)-Salz Gold(I)-Salz an Au⁰, an d’Gold(I)-Salz lagert sech un den Au⁰ -Atomer un, fir den AuNP ze bilden (kuckt d’Schema hei drënner).
 

Synthes vu Goldnanopartikelen iwwer d’Turkevich-Method.
Schema a Studie: ©Zhao et al., 2013

Dat bedeit, datt Dicarboxyaceton, dat aus der Oxidatioun vum Zitrat entsteet, amplaz vum Zitrat selwer als eigentlechen AuNP-Stabilisator an der Turkevich-Frens-Reaktioun wierkt. D’Zitratsalz verännert zousätzlech de pH-Wäert vum System, wat d’Gréisst an d’Gréissteverdeelung vun de Goldnanopartikelen (AuNPs) beaflosst. Dës Bedéngunge vun der Turkevich-Frens-Reaktioun produzéiere bal monodispers Goldnanopartikele mat Partikelgréissten tëscht 20 a 40nm. Déi genee Partikelgréisst kann duerch eng Variatioun vum pH-Wäert vun der Léisung souwéi duerch Ultraschallparameter verännert ginn. Zitratstabiliséiert AuNPs sinn ëmmer méi grouss wéi 10 nm, well Trinatriumzitrat-Dihydrat nëmmen eng begrenzte Reduktiounsfäegkeet huet. Allerdéngs erlaabt d’Benotzung vun D₂O als Léisungsmëttel amplaz vun H2O wärend der Synthes vun AuNPs et, AuNPs mat enger Partikelgréisst vu 5 nm ze synthetiséieren. Well d’Zousaz vun D2O d’Reduktiounskraaft vum Zitrat erhéicht, d’Kombinatioun vun D2O an C₆H₉Na₃O₉. (vgl. Zhao et al., 2013)

Protokoll fir de sonochemeschen Turkevich-Frens-Syntheswee

Fir Goldnanopartikelen an engem Bottom-up-Verfare mat der Turkevich-Frens-Method ze synthetiséieren, gi 50mL Chlorgoldsäier (HAuCl₄), 0,025 mM, an en 100 mL Becherglas geschott; dobäi gëtt 1 mL vun enger 1,5% (w/v) wässerlecher Léisung vun Trinatriumzitrat (Na₃Ct) ënner Ultraschallbeschallung bei Raumtemperatur bäigefüügt. D’Ultraschallbeschallung gouf bei 60W, 150W an 210W duerchgefouert. D’Verhältnis Na₃Ct/HAuCl₄ , dat an de Prouwe benotzt gëtt, ass 3:1 (w/v). No der Ultraschallbeschallung hunn déi kolloidal Léisunge verschidde Faarwe gewisen: violett fir 60 W a rubinrout fir d’Prouwe bei 150 an 210 W. Der struktureller Charakteriséierung no goufen duerch d’Erhéijung vun der Beschallungsleeschtung méi kleng Gréissten a méi kugelfërmeg Clustere vu Goldnanopartikele produzéiert. Fuentes-García et al. (2021) weisen an hiren Ënnersichungen de staarken Afloss vun enger verstäerkter Beschallung op d’Partikelgréisst, d’polyedresch Struktur an d’optesch Eegenschafte vun de sonochemesch synthetiséierte Goldnanopartikelen an op d’Reaktiounskinetik vun hirer Bildung. Souwuel Goldnanopartikele mat enger Gréisst vu 16nm wéi och mat enger Gréisst vun 12nm kënne mat engem ugepasste sonochemesche Verfare produzéiert ginn. (Fuentes-García et al., 2021)
 

(a,b) TEM-Bild (Moossstaf vu 50 nm) an (c) Gréissteverdeelung vun AuNPs, déi bei enger
Beschallungsleeschtung vu 17,9 Wcm2 synthetiséiert goufen.
Bild a Studie: © Dheyab et al., 2020.

Sonolys vu Goldnanopartikelen

Eng aner Method fir Goldpartikelen experimentell hierzestellen ass d’Sonolys, bei där Ultraschall fir d’Synthes vu Goldpartikele mat engem Duerchmiesser vun ënner 10 nm agesat gëtt. Jee no Reagenzie kann déi sonolytesch Reaktioun op verschidde Manéieren duerchgefouert ginn. Zum Beispill wierke bei der Beschallung vun enger wässerlecher Léisung vun HAuCl₄ mat Glukos Hydroxylradikaler an Zockerpyrolysradikaler als Reduktiounsmëttel. Dës Radikaler entstinn am Grenzflächeberäich tëscht de kollabéierenden Huelraim, déi duerch intensiven Ultraschall entstinn, an dem Waasser am Rescht vum Flëssegkeetsvolumen. D’Goldnanostrukturen hunn d’Morphologie vun Nanobänner mat enger Breet vun 30–50 nm an enger Längt vu méi Mikrometer. Dës Bänner si ganz flexibel a kënne sech a Wénkele vu méi wéi 90° béien. Wann d’Glukos duerch Cyclodextrin, e Glukosoligomer, ersat gëtt, ginn nëmme kugelfërmeg Goldpartikelen erhalen, wat drop hindeit, datt Glukos essentiell ass, fir d’Morphologie a Richtung vun engem Band ze steieren.

Beispillprotokoll fir déi sonochemesch Nano-Gold-Synthes

Zu den Ausgangsmaterialien, déi fir d’Synthes vun AuNPs mat enger Citratbeschichtung benotzt ginn, gehéieren HAuCl4, Natriumcitrat an destilléiert Waasser. Fir d’Prouf virzebereeden, gouf am éischte Schrëtt HAuCl4 an destilléiertem Waasser mat enger Konzentratioun vun 0,03 M opgeléist. Duerno gouf d’HAuCl4-Léisung (2 mL) drëpseweis zu 20 mL vun enger wässerlecher 0,03 M Natriumcitratléisung bäigefüügt. Wärend der Mëschphas gouf eng Ultraschallsond mat héijer Dicht (20 kHz) mat engem Ultraschallhorn fir 5 min bei enger Beschallungsleeschtung vun 17,9 W·cm²
an d’Léisung agefouert.
(kuckt Dhabey at al. 2020)

Synthes vu Goldnanobänner mat Ultraschallbeschallung

Eenkristallin Nanobänner (kuckt d’TEM-Bild lénks) kënnen duerch d’Ultraschallbeschallung vun enger wässerlecher HAuCl4-Léisung a Presenz vun α-D-Glucose als Reagens synthetiséiert ginn. Déi sonocheemesch synthetiséiert Goldnanobänner hunn eng duerchschnëttlech Breet vun 30 bis 50 nm an eng Längt vun e puer Mikrometer. D’Ultraschallreaktioun fir d’Produktioun vu Goldnanobänner ass einfach, séier a vermeit de Gebrauch vu gëftege Substanzen. (kuckt Zhang et al, 2006)

Tenside fir d’Sonocheemesch Synthes vu Gold-NPen ze beaflossen

D’Uwendung vun intensivem Ultraschall op cheemesch Reaktioune leet d’Ëmsetzung an a fërdert se souwéi d’Ausbezuelen. Fir eng eenheetlech Partikelgréisst a bestëmmt geziilte Formen / Morphologien ze kréien, ass d’Wiel vun den Tensiden e kritesche Faktor. D’Zousaz vun Alkoholen hëlleft och, d’Partikelform a -gréisst ze kontrolléieren. Zum Beispill sinn a Presenz vun a-d-glucose d’Haaptreaktiounen am Sonolyseprozess vu wässerlechem HAuCl₄ an de follgende Gläichungen (1-4) duergestallt:
(1) H₂ O –> H∙ + OH∙
(2) Zocker –> Pyrolysradikaler
(3) AIII + reduzéierend Radikaler –> Au⁰
(4) nAu⁰ –> AuNP (Nanobänner)
(kuckt Zhao et al., 2014)

D’Leeschtungsfäegkeet vu Sonden-Ultraschallapparater


Ultraschallsonden oder Sonotroden (och Ultraschallhorne genannt) féieren héichintensiven Ultraschall an akustesch Kavitatioun a staark fokusséierter Form a cheemesch Léisungen an. Dës präzis kontrolléierbar an effizient Iwwerdroung vu Leeschtungsultraschall erméiglecht zouverlässeg, präzis kontrolléierbar a reproduzéierbar Bedéngungen, ënner deenen d’Reaktiounsweeër vu cheemesche Reaktiounen ageleet, verstäerkt an ëmgeschalt kënne ginn. Am Géigesaz dozou féiert en Ultraschallbad (och Ultraschallbotzapparat oder Ultraschalltank genannt) Ultraschall mat ganz niddreger Leeschtungsdicht an zoufälleg optriedende Kavitatiounsplazen an e grousst Flëssegkeetsvolumen an. Dëst mécht Ultraschallbieder fir all sonocheemesch Reaktiounen onzouverlässeg.
“Ultraschallbotzbieder hunn eng Leeschtungsdicht, déi engem klenge Prozentsaz vun där entsprécht, déi vun engem Ultraschallhorn erzeugt gëtt. De Gebrauch vu Botzbieder an der Sonochemie ass limitéiert, well eng vollstänneg homogen Partikelgréisst a Morphologie net ëmmer erreecht ginn. Dëst ass op déi physikalesch Effekter vum Ultraschall op d’Keimbildungs- a Wuesstemsprozesser zeréckzeféieren.” (González-Mendoza et al. 2015)

Héichleeschtungs-Ultraschallapparater fir d’Synthes vu Goldnanopartikelen

Hielscher Ultrasonics liwwert leeschtungsstaark an zouverlässeg Ultraschallprozessoren fir d’sonocheemesch Synthes (Sono-Synthes) vun Nanopartikelen, wéi Nanostrukturen aus Gold an aneren Edelmetaller. Ultraschallréieren an -dispergéieren erhéijen de Stofftransport an heterogene Systemer a fërderen d’Benetzung an déi uschléissend Keimbildung vun Atomclusteren, fir Nanopartikelen auszefällen. D’Ultraschallsynthes vun Nanopartikelen ass eng einfach, käschtegënschteg, biokompatibel, reproduzéierbar, séier a sécher Method.
Hielscher Ultrasonics liwwert leeschtungsstaark a präzis kontrolléierbar Ultraschallprozessoren fir d’Bildung vun nanoskalëge Strukture wéi Nanokugelen, Nanostäbercher, Nanobänner, Nanoschleefen, Nanoclusteren, Kär-Schuel-Partikelen asw.
Liest méi iwwer d’Ultraschallsynthes vu Goldnanopartikelen, déi mat Hëllef vu Brokkoli hiergestallt ginn, an hire Gebrauch als biogen Medikamenter!
Liest méi iwwer d’Ultraschallsynthes vu magnéiteschen Nanopartikelen!
Eis Clientë schätzen déi intelligent Funktioune vun den digitalen Apparater vun Hielscher, déi mat intelligenter Software, engem faarwegen Touchdisplay an automatescher Dateprotokolléierung op enger agebauter SD-Kaart ekipéiert sinn an en intuitive Menü fir eng benotzerfrëndlech a sécher Bedéngung hunn.
Mat der kompletter Leeschtungsbandbreet vu 50 Watt staarken handgehalenen Ultraschallapparater fir de Labo bis zu 16.000 Watt staarken industriellen Ultraschallsystemer huet Hielscher déi ideal Ultraschallanlag fir Är Uwendung. Sonocheemesch Ausrüstung fir d’Chargeproduktioun a fir déi kontinuéierlech Inline-Produktioun an Duerchflossreakteren ass an all Gréisst fir den Asaz um Labordësch an an der Industrie disponibel. D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht e 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: