Magnéitesch Nanopartikel Synthese: Vum Labo bis zur Produktioun
Magnéitesch Nanopartikelen (MNPs) sinn e wesentleche Bestanddeel a verschiddene wëssenschaftlechen an industriellen Uwendungen, dorënner biomedizinesch Imaging, geziilte Medikamenter Liwwerung, Katalyse an Ëmweltsanéierung. Déi präzis Kontroll vu magnetesche Nanopartikeleigenschaften wéi Gréisst, Form, magnetescht Verhalen an Uewerflächefunktionalitéit ass essentiell fir déi spezifesch Ufuerderunge vun dësen Uwendungen z'erreechen. Ultrasonic Synthese, erliichtert vun Hielscher Sonde-Typ Sonicators, bitt eng versatile a skalierbar Method fir héichqualitativ magnetesch Nanopartikel ze produzéieren.
Sonication an der Nanopartikel Synthese
Ultrasonication benotzt héich-Intensitéit Ultraschallwellen fir lokaliséierter Héichenergiezonen an engem flëssege Medium duerch akustesch Kavitatioun ze generéieren. Dëst Phänomen produzéiert intensiv Schéierkräften, héich Drock, an erhöhte Temperaturen, schaaft en Ëmfeld, dat fir d'kontrolléiert Nukleatioun an de Wuesstum vun Nanopartikelen bevorzugt. D'Virdeeler vun der Ultrasonicatioun enthalen eenheetlech Mëschung, verstäerkte Massentransfer, d'Fäegkeet fir d'Reaktiounskinetik ze beaflossen an d'Partikel ze funktionaliséieren, wat et besonnesch effektiv mécht fir eenheetlech magnetesch Nanopartikelen ze synthetiséieren.
Industriell Ultraschallprozessor UIP16000hdT (16kW) fir déi grouss-Skala Synthese vu magnetesche Nanopartikelen.
Magnéitesch Nanopartikel Synthese: Vum Labo bis grouss Skala Produktioun
Laboratoire-Skala Magnéitescht Nanopartikel Synthese
An Laboratoire Astellunge ginn Hielscher Sonde-Typ Sonicatoren allgemeng benotzt fir magnetesch Nanopartikelen iwwer Co-Nidderschlag, thermesch Zersetzung oder solvothermesch Methoden ze synthetiséieren. Duerch Kontroll vun Ultraschallparameter wéi Amplitude, Sonikatiounsdauer, Pulsmodus an Temperaturfuerscher kënnen eenheetlech Partikelgréissten a schmuele Gréisstverdeelungen erreechen.
Zum Beispill profitéiert d'Co-Nidderschlagsmethod wesentlech vun der Ultraschallkavitatioun, déi d'Mëschung vu Ferro- a Ferri-Virgänger mat alkalesche Léisungen verbessert, wat zu homogene nukleéierten Magnetit (Fe₃O₄) Nanopartikelen resultéiert. Zousätzlech reduzéiert d'Ultraschall d'Reaktiounszäit a verbessert d'magnetesch a strukturell Eegeschafte vun den Nanopartikelen.
Liest méi iwwer Ultraschallmagnetitsynthese!
Pilot an industriell-Skala Produktioun
D'Skalierbarkeet vun Hielscher-Sonicatoren ass e kriteschen Virdeel beim Iwwergang vun der Labo-Skala Fuerschung an d'Produktioun op industriell Skala. A Pilot-Skala Systemer, gréisser Ultraschallsonden (Sonotroden) a Flow-Through-Reaktoren erméiglechen déi kontinuéierlech Produktioun vu magnetesche Nanopartikel mat konsequent Qualitéit. D'Kapazitéit fir ënner Héichdrockbedéngungen a Kontrollprozessparameter ze bedreiwen suergt fir Reproduktioun a Skalierbarkeet.
Fir industriell Produktioun kënnen Hielscher Ultraschallreaktoren grouss Volumen vu Virgängerléisungen veraarbechten, déi gewënschte Partikeleigenschaften behalen. Dës Skalierbarkeet ass essentiell fir Uwendungen déi Bulkquantitéite vu magnetesche Nanopartikel erfuerderen, sou wéi a magnetesche Trennungstechnologien oder Drogen Liwwerungssystemer.
Fallstudie: Ultraschall Magnéitesch Nanopartikel Synthese
Ilosvai et al. (2020) kombinéiert Sonochemie mat Verbrennung fir magnetesch Nanopartikelen ze synthetiséieren mat Eisen(II)-Acetat an Eisen(III)-Citrat-Virgänger dispergéiert a Polyethylenglycol (PEG 400) mat Ultraschallhomogeniséierung. Dës Nanopartikele goufen fir DNA Trennung getest, mat Plasmid DNA aus E. coli. Charakteriséierungstechniken hunn gutt dispergéiert Nanopartikele mat enger hydroxyl-funktionaliséierter Uewerfläch opgedeckt, identifizéiert duerch FTIR, a magnetesche Phasen vu Magnetit, Maghemit an Hämatit, bestätegt duerch XRD. D'Nanopartikelen hunn eng gutt Dispersibilitéit am Waasser gewisen, wéi duerch elektrokinetesch Potenzialmiessungen uginn, wat se fir Bioseparatiounsapplikatiounen gëeegent mécht.
Protokoll vun der Ultraschall Magnéitescher Nanopartikel Synthese
Magnéitesch Nanopartikele goufen synthetiséiert mat enger sonochemescher Verbrennungsmethod mat zwee verschiddene Virgänger: Eisen (II) Acetat (Prouf A1) an Eisen (III) Citrat (Prouf D1). Béid Proben hunn déiselwecht Prozedur gefollegt, ënnerscheeden nëmmen am Virgänger benotzt. Fir Probe A1, 2 g Eisen(II) Acetat gouf an 20 g Polyethylenglycol (PEG 400) verspreet, während fir Probe D1 3,47 g Eisen(III) Citrat benotzt gouf. D'Dispersioun gouf mam Hielscher High-Effizienz Sonicator UIP1000hdT erreecht (kuckt Bild lénks).
No der sonochemescher Behandlung gouf de PEG mat engem Bunsenbrenner verbrannt fir magnetesch Eisenoxid Nanopartikel ze produzéieren.
Resultater
Déi resultéierend Nanopartikele goufen mat XRD, TEM, DLS a FTIR Methoden charakteriséiert. D'Synthese huet erfollegräich sonochemesch a Verbrennungstechniken kombinéiert, déi magnetesch Nanopartikelen erginn. Notamment huet d'Probe A1 sech gëeegent fir d'DNA Reinigung bewisen an eng méi kosteneffektiv Alternativ zu existente kommerziellen Optiounen ugebueden.
TEM vun ultraschall synthetiséierte magnetesche Nanopartikel: Lénks: Eisen(II)acetat (Prouf A1); riets: Eisen (III) citrate (Prouf D1).
Etude a Bild: ©Ilosvai et al. 2020.
Ultrasonicator UP400St fir déi sonochemesch Synthese vu magnetesche Nanopartikelen
Hielscher Sonicators: Technological Advantage in Nanoparticle Synthesis
Hielscher Ultrasonics ass de Leader an der Ultraschallveraarbechtungstechnologie, bitt Sonde-Typ Sonicatoren mat bis zu 16,000 Watt pro Sonicator entworf fir Uwendungen, rangéiert vun Labo-Skala Experimenter bis industriell Produktioun. Dës Geräter bidden héich-Intensitéit Ultraschallkraaft, präzis Amplitude Kontroll, an Temperatur Iwwerwaachung, sou datt se ideal fir sensibel Prozesser wéi magnetesch Nanopartikel Synthese maachen.
Schlëssel Features vun Hielscher Sonicators enthalen:
- Genau justierbar Amplitude: Erlaabt Feintuning vun der Kavitatiounsintensitéit fir eng optimal Nanopartikel Synthese.
- Skalierbarkeet: Modulär Designen erlaben en nahtlosen Iwwergang vu klenge R&D zu grousser Produktioun.
- Integréiert Temperaturkontroll: Verhënnert Iwwerhëtzung a garantéiert stabil Reaktiounsbedéngungen.
- Haltbarkeet a Villsäitegkeet: Gëeegent fir verschidde Léisungsmëttelen a Virgängersystemer, dorënner wässerlech an organesch Phasen.
- Präzisioun a Reproduktioun: Konsequent Resultater iwwer Chargen garantéieren d'Zouverlässegkeet vu magnetesche Nanopartikeleigenschaften.
- Energieeffizienz: Effizienten Energietransfer miniméiert Offall a reduzéiert d'Produktiounskäschte.
- Personnaliséierbar Konfiguratiounen: Flexibel Designe passen eng Rei vu Reaktiounsskalen a Chemie op.
- Ëmweltfrëndlechkeet: Reduzéiert Ofhängegkeet op haart Chemikalien a méi kuerz Reaktiounszäiten senken den Ëmweltofdrock.
Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany
Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.
Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren fir d'Vermëschung vun Uwendungen, Dispersioun, Emulsifikatioun an Extraktioun op Labo, Pilot an Industrieskala.
Uwendungen vun Ultraschall synthetiséiert magnetesche Nanopartikelen
Déi héichqualitativ Qualitéit vu magnetesche Nanopartikele synthetiséiert mat Hielscher Sonicatoren erweidert hir Applikatioun fir High-Performance Uwendungen:
- Biomedizin: Genau konstruéiert magnetesch Nanopartikel verbesseren de Magnéitresonanz Imaging (MRI) Kontrast an erméiglechen geziilte Medikamenter Liwwerung.
- Katalyse: Héichflächeg magnetesch Nanopartikel déngen als effiziente Katalysatoren a chemesche Reaktiounen.
- Ëmweltwëssenschaft: Funktionaliséiert magnetesch Nanopartikele gi benotzt fir Waasserbehandlung a Verschmotzung ze läschen.
Literatur / Referenzen
- 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.
Oft gestallten Froen
Wat sinn magnetesch Nanopartikel?
Magnéitesch Nanopartikel si Partikelen, déi typesch an der Nano-Skala Gréisst vun 1-100 nm variéieren a besteet aus magnetesche Materialien wéi Eisen, Kobalt, Néckel oder hir Oxiden (zB Magnetit oder Maghemit). Dës Partikel weisen magnetesch Eegeschaften, déi duerch externe Magnéitfelder manipuléiert kënne ginn. Ofhängeg vun hirer Gréisst, Struktur a Kompositioun kënnen magnetesch Nanopartikele verschidde magnetesch Verhalen ausweisen, sou wéi Ferromagnetismus, Ferrimagnetismus oder Superparamagnetismus.
Wéinst hirer klenger Gréisst a magnetescher Tunabilitéit gi se an enger breeder Palette vun Uwendungen benotzt, dorënner
biomedizinesch, Ëmwelt- an industriell Uwendungen.
Wat sinn supra-paramagnetesch Nanopartikel?
Superparamagnetesch Nanopartikel sinn Nanoskala Partikelen (typesch manner wéi 50 nm) aus magnetesche Materialien wéi Eisenoxid (zB Magnetit oder Maghemit). Si weisen magnetescht Verhalen nëmmen a Präsenz vun engem externen Magnéitfeld a verléieren hire Magnetismus wann d'Feld ewechgeholl gëtt. Dëst geschitt well thermesch Energie bei dëser klenger Gréisst verhënnert datt d'Partikel e permanente magnetesche Moment behalen, a vermeit Aggregatioun.
Dës Eegeschafte maachen se ganz nëtzlech an biomedizineschen Uwendungen wéi geziilte Medikamenter Liwwerung, Magnéitesch Resonanz Imaging (MRI), an Hyperthermie Therapie, souwéi an Ëmwelt- an industriell Uwendungen.
Wat ass den Ënnerscheed tëscht Ferromagnetismus, Ferrimagnetismus, an Superparamagnetismus?
Ferromagnetismus geschitt wann magnetesch Momenter an engem Material parallel zuenee alignéieren wéinst staarken Austauschinteraktiounen, wat zu enger grousser Netzmagnetiséierung resultéiert och an der Verontreiung vun engem externe Magnéitfeld.
De Ferrimagnetismus implizéiert och bestallt magnetesch Momenter, awer si alignéieren an entgéintgesate Richtungen mat ongläiche Magnituden, wat zu enger Netzmagnetiséierung féiert.
Superparamagnetismus gëtt a ganz klenge Nanopartikel beobachtet an entsteet wann d'thermesch Energie d'magnetesch Uerdnung iwwerwannt, wat d'magnetesch Momenter zoufälleg schwankt; awer ënner engem externen Magnéitfeld alignéieren d'Momenter, déi eng staark magnetesch Äntwert produzéieren.
Wéi eng Nanopartikel ginn dacks sonochemesch synthetiséiert?
Sonochemesch Synthese gëtt wäit benotzt fir eng Vielfalt vun Nanopartikelen ze produzéieren wéinst senger Fäegkeet fir lokal héich Temperaturen, Drock a reaktiv Arten duerch akustesch Kavitatioun ze generéieren. Allgemeng synthetiséiert Nanopartikel enthalen Metall Nanopartikelen, Metalloxid Nanopartikelen, Chalcogenid Nanopartikelen, Perovskite Nanopartikelen, Polymer Nanopartikelen a Kuelestoffbaséiert Nanomaterialien.
Fannt méi Informatioun iwwer Ultraschallsynthese a Protokoller iwwer e puer ausgewielte Nanopartikelen an Nanostrukturen hei:
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.