Fluorescējošo nanodaļiņu ultraskaņas sintēze

Mākslīgi sintezētās fluorescējošās nanodaļiņas un kvantu punkti ir kļuvuši par revolucionāriem materiāliem ar daudzveidīgiem pielietojumiem, kas aptver elektrooptiku, optisko datu uzglabāšanu, bioķīmisko analīzi un modernu medicīnisko diagnostiku. Tradicionālās sintēzes metodes bieži nespēj nodrošināt vienmērīgu daļiņu izmēru, koloidālo stabilitāti un augstu kvantu iznākumu, it īpaši rūpnieciskā mērogā. Ultraskaņas sintēze (sonoķīmiskā sintēze) ir ļoti efektīva un uzticama alternatīva, kas piedāvā vienkāršu, drošu, reproducējamu un viegli mērogojamu pieeju augstas kvalitātes fluorescējošu nanomateriālu ražošanai.

Fluorescējošu nanodaļiņu ultraskaņas sagatavošana

Piemērojot jaudīgu ultraskaņu šķidrumiem un suspensijām, ultraskaņas viļņi rada intensīvas lokalizētas šķēres spēkus un mikrostrūklas, kas precīzi kontrolē kodolu veidošanās un augšanas dinamiku, tādējādi iegūstot monodispersas nanodaļiņas ar izcilām optiskajām īpašībām. Piemēram, dabisko prekursoru, piemēram, glikozes, vienpakāpes ultraskaņas apstrāde rada ultra-mazas, ūdenī šķīstošas oglekļa nanodaļiņas, kurām piemīt spilgta fotoluminiscence redzamās līdz tuvu infrasarkanajai spektra daļai, spēcīgas augšupkonversijas spējas un izcila ilgtermiņa stabilitāte bez toksisku metālu kodoliem. Līdzīgi, apvienojot ultraskaņas apstrādi ar kontrolētu nogulsnēšanu, var izgatavot stabilas, neagregējošas organiskās porfīra nanodaļiņas, kurām piemīt uzlabota fluorescences izšķirtspēja un ievērojamas batokromiskas nobīdes to absorbcijas spektros. Papildus sintēzei ultraskaņa joprojām ir vēlamā metode nano-suspensiju uzticamai disperģēšanai un deaglomerācijai, vienlaikus veicinot maigu virsmas funkcionalizāciju un modifikāciju. Apvienojumā ar spēju darboties maigos, videi draudzīgos apstākļos, ultraskaņas sintēze ir pamattehnoloģija nākamās paaudzes fluorescējošo nanomateriālu attīstībai gan rūpnieciskajos, gan biomedicīniskajos pielietojumos.

Fluorescējošu nanodaļiņu ultraskaņas sagatavošana

Ultrasonication ir pierādīts līdzeklis, kas uzlabo vienotu un ļoti kristālisku nanodaļiņu koloidālo sintēzi ar fluorescējošām īpašībām, augstu kvantu efektivitāti un stabilitāti.
Ultraskaņas iedarbība veicina:

• sintēze
• funkcionalizācija
• Modifikāciju
• Dispersijas
• deagglomerācija & Detangling

Ūdenī šķīstošas oglekļa nanodaļiņas ar fluorescences augšupejošu pārveidošanu

Li un citi (2010) izstrādāja ļoti efektīvu, vienpakāpes ultraskaņas sintēzes metodi, lai tieši no glikozes ražotu monodispersas, ūdenī šķīstošas fluorescējošas oglekļa nanodaļiņas (CNP). Piemērojot ultraskaņas apstrādi skābes vai sārma katalizatora klātbūtnē, process izmanto akustisko kavitāciju, lai radītu intensīvas hidrodinamiskas šķēres spēkus un lokalizētas augstspiediena zonas. Šie spēki virza glikozes polimerizāciju un karbonizāciju saskaņā ar klasisko LaMer kodolu veidošanās modeli, rezultātā iegūstot sfēriskas nanodaļiņas, kuru diametrs ir mazāks par 5 nm.

Šīs pieejas galvenā priekšrocība ir tā, ka iegūtie CNP ir pēc savas būtības hidrofīli, pateicoties to hidroksilgrupām bagātajām virsmām, kas ļauj tiem brīvi izkliedēties ūdenī, neizmantojot papildu virsmas modifikācijas vai toksiskus pārklājuma līdzekļus. Tas “zaļš” Šī sintēze krasi atšķiras no tradicionālajiem metālu kvantu punktiem, nodrošinot izcilu fotostabilitāti, biokompatibilitāti un drošību videi.

Optiski šie ultra-mazie CNP izrāda spilgtu, regulējamu fotoluminiscenci visā spektrā no redzamās gaismas līdz tuvu infrasarkanajai (NIR) gaismai. Īpaši jāatzīmē, ka tās demonstrē spēcīgu augšupkonversijas fluorescenci un, tiekot iedarbinātas ar NIR starojumu, spēj izstarot NIR gaismu, tādējādi padarot tās ļoti piemērotas dziļo audu bioloģiskajai attēlveidošanai un neinvazīvai diagnostikai. Nanodaļiņas saglabā kvantu iznākumu aptuveni 7 % apmērā un saglabā savas optiskās īpašības vairāk nekā sešus mēnešus istabas temperatūrā. Ņemot vērā to izcilo disperģējamību ūdenī, zemo toksicitāti un spēcīgo fluorescenci, CNP ir daudzsološa alternatīva nākamās paaudzes biosensoriem, mērķtiecīgām zāļu piegādes sistēmām un biomedicīniskās attēlveidošanas līdzekļiem.

a) to CNP TEM attēls, kas sagatavoti ar ultraskaņu no glikozes, kuras diametrs ir mazāks par 5 nm; b), c) fotogrāfijas, kurās redzamas CNP dispersijas ūdenī ar saules gaismu un UV (365 nm, centrs) apgaismojumu; (d-g) CNP fluorescējošie mikroskopa attēli ar atšķirīgu ierosmi: d, e, f un g attiecīgi 360, 390, 470 un 540 nm. [Li et al. 2010]

Fluorescējošo porfirīna nanodaļiņu sono-sintēze

Kashani-Motlagh u.c. (2010) pētījumā tika veiksmīgi ieviests “Ultraskaņas metode” kas apvieno kontrolētu nogulsnēšanos ar augstas intensitātes ultraskaņas apstrādi, lai sintezētu fluorescējošas organiskas porfīrina nanodaļiņas. Izmantojot [tetrakis(para-hlorfenil)porfīrinu] (TClPP) kā prekursoru, pētnieku komanda izveidoja sfēriskas nanodaļiņas ar vidējo diametru aptuveni 200 nm. Ultraskaņas enerģija efektīvi novērš porfirīna hromoforu pašagregāciju, kā rezultātā rodas stabila koloidāla suspensija, kurā vismaz 30 dienas nav novērojama nogulsnēšanās istabas temperatūrā un tumsā. Daļiņas tiek fiziski stabilizētas, pateicoties hidrofobisko mijiedarbību, π-π sakārtojuma un ūdeņraža saites kombinācijai.

Ultraskaņas apstrāde būtiski ietekmē gan iegūto nanodaļiņu morfoloģiju, gan optiskās īpašības. Raksturīga optiskā pazīme ir ievērojama batokromiskā (sarkanā) nobīde absorbcijas spektrā salīdzinājumā ar monomēra porfirīna šķīdumu, ko saista ar molekulu saplacināšanos un izmainītām elektroniskajām mijiedarbībām nanostruktūras iekšienē. Turklāt fluorescences spektri saglabā savu sākotnējo formu bez slāpēšanas, taču tiem ir uzlabota spektrālā izšķirtspēja.

Ultraskaņas apstrādes ilgums ir izšķirošs kontroles parametrs nanodaļiņu veidošanās procesā. Īsāks ultraskaņas apstrādes laiks rada daļiņas ar asākiem absorbcijas pīķiem un augstāku molāro absorbciju, kas liecina par mazākām, mazāk agregētām struktūrām. Savukārt, pagarinot ultraskaņas apstrādes laiku, palielinās kopējais izveidoto nanodaļiņu skaits, vienlaikus palielinot porfīra molekulu agregācijas skaitu uz vienu daļiņu. Šis regulējams sintēzes veids piedāvā vērtīgu ceļu uzlabotu optisko sensoru, oksidatīvo reakciju fotokatalizatoru un funkcionālu fotonisko materiālu izstrādei, kas pārspēj tradicionālos molekulāros porfīrus.

Kashani-Motlagh (2010) pētniecības grupa atklāja vienkāršu ultraskaņas nogulsnēšanas metodi, lai sintezētu fluorescējošas profirīna nanodaļiņas.

Magnētisko/fluorescējošo nanokompozītu sintēze

Ultraskaņas metode palīdz sintezēt nanokompozītus, kas sastāv no magnētiskām nanodaļiņām un fluorescējošiem kvantu punktiem (QD) ar silīcija dioksīda apvalku. Šie kompozīti ir bifunkcionāli un apvieno gan kvantu punktu, gan magnētisko nanodaļiņu priekšrocības. CdS kvantu punkti tika sintezēti, izmantojot šādu procedūru: vispirms, ultraskaņas maisīšanas apstākļos tika sajaukti 2 ml kodolizācijas plēves pamatnes slāņa, kas satur feromagnētisko šķidrumu, un 0,5 ml 1 mol/l CdS kvantu punktu, pēc tam iepriekšējam maisījumam pievienoja 2 ml PTEOS (iepriekš polimerizēta tetraetilortosilikāta), un visbeidzot pievienoja 5 ml amonjaka.
Turklāt ultraskaņas emulgēšana ļauj pagatavot jaunas daudzkrāsainas, augsti fluorescējošas un superparamagnētiskas nanodaļiņas, izmantojot kvantu punktus (QDS), magnetīta nanodaļiņas un amfifīlisko poli(tert-butilakrilāta-ko-etilakrilāta-ko-metakrilskābes) tribloka kopolimēru, lai veiktu inkapsulāciju.

200 vatu jaudīgs ultraskaņas ģenerators UP200Ht

Literatūra / Atsauces