การสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็ก: จากห้องปฏิบัติการสู่การผลิต

อนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNPs) เป็นส่วนประกอบสําคัญในการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการถ่ายภาพทางชีวการแพทย์ การส่งยาเป้าหมาย การเร่งปฏิกิริยา และการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม การควบคุมคุณสมบัติของอนุภาคนาโนแม่เหล็กอย่างแม่นยํา เช่น ขนาด รูปร่าง พฤติกรรมแม่เหล็ก และการทํางานของพื้นผิวเป็นสิ่งสําคัญในการตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานเหล่านี้ การสังเคราะห์อัลตราโซนิกซึ่งอํานวยความสะดวกโดยเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบ Hielscher นําเสนอวิธีการที่หลากหลายและปรับขนาดได้ในการผลิตอนุภาคนาโนแม่เหล็กคุณภาพสูง

Sonication ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโน

อัลตราซาวนด์ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเพื่อสร้างโซนพลังงานสูงเฉพาะที่ในตัวกลางของเหลวผ่านโพรงอากาศอะคูสติก ปรากฏการณ์นี้ก่อให้เกิดแรงเฉือนที่รุนแรงความดันสูงและอุณหภูมิสูงสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการควบคุมนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของอนุภาคนาโน ข้อดีของอัลตราโซนิก ได้แก่ การผสมที่สม่ําเสมอการถ่ายโอนมวลที่เพิ่มขึ้นความสามารถในการมีอิทธิพลต่อจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาและทําให้อนุภาคทํางานได้ทําให้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กที่สม่ําเสมอ

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็ก: ตั้งแต่ห้องปฏิบัติการสู่การผลิตขนาดใหญ่

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กในระดับห้องปฏิบัติการ

ในห้องปฏิบัติการเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบ Hielscher มักใช้เพื่อสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กผ่านการตกตะกอนร่วมการสลายตัวด้วยความร้อนหรือวิธีการโซลโวเทอร์มอล ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์อัลตราโซนิกเช่นแอมพลิจูดระยะเวลาการ sonication โหมดพัลส์และอุณหภูมินักวิจัยสามารถบรรลุขนาดอนุภาคที่สม่ําเสมอและการกระจายขนาดที่แคบ
ตัวอย่างเช่นวิธีการตกตะกอนร่วมได้รับประโยชน์อย่างมากจากการเกิดโพรงอากาศแบบอัลตราโซนิกซึ่งช่วยเพิ่มการผสมสารตั้งต้นของเหล็กและเฟอร์ริกกับสารละลายอัลคาไลน์ส่งผลให้อนุภาคนาโนแมกนีไทต์ (Fe₃O₄) ที่มีนิวเคลียสเป็นเนื้อเดียวกัน นอกจากนี้อัลตราโซนิกยังช่วยลดเวลาในการตอบสนองและปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กและโครงสร้างของอนุภาคนาโน
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์แมกนีไทต์อัลตราโซนิก!

การผลิตนําร่องและระดับอุตสาหกรรม

ความสามารถในการปรับขนาดของเครื่องสะท้อนเสียงของ Hielscher เป็นข้อได้เปรียบที่สําคัญเมื่อเปลี่ยนจากการวิจัยระดับห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตระดับอุตสาหกรรม ในระบบระดับนําร่องโพรบอัลตราโซนิกขนาดใหญ่ (sonotrodes) และเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านช่วยให้สามารถผลิตอนุภาคนาโนแม่เหล็กได้อย่างต่อเนื่องด้วยคุณภาพที่สม่ําเสมอ ความสามารถในการทํางานภายใต้สภาวะแรงดันสูงและพารามิเตอร์กระบวนการควบคุมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทําซ้ําและความสามารถในการปรับขนาด
สําหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher สามารถประมวลผลสารละลายสารตั้งต้นจํานวนมากโดยรักษาลักษณะอนุภาคที่ต้องการ ความสามารถในการปรับขนาดนี้จําเป็นสําหรับการใช้งานที่ต้องการอนุภาคนาโนแม่เหล็กในปริมาณมาก เช่น ในเทคโนโลยีการแยกแม่เหล็กหรือระบบส่งยา

กรณีศึกษา: การสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กอัลตราโซนิก

Ilosvai et al. (2020) รวมโซโนเคมีกับการเผาไหม้เพื่อสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กโดยใช้สารตั้งต้นของเหล็ก (II)-อะซิเตทและเหล็ก (III)-ซิเตรตที่กระจายตัวในโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG 400) ด้วยการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิก อนุภาคนาโนเหล่านี้ได้รับการทดสอบสําหรับการแยกดีเอ็นเอโดยใช้พลาสมิดดีเอ็นเอจากอีโคไล เทคนิคการกําหนดลักษณะเผยให้เห็นอนุภาคนาโนที่กระจายตัวได้ดีพร้อมพื้นผิวที่ทําหน้าที่ของไฮดรอกซิล ซึ่งระบุโดย FTIR และเฟสแม่เหล็กของแมกนีไทต์ แมกเฮไมต์ และเฮมาไทต์ ซึ่งยืนยันโดย XRD อนุภาคนาโนแสดงความสามารถในการกระจายตัวที่ดีในน้ํา ตามที่ระบุโดยการวัดศักย์ไฟฟ้าจลนศาสตร์ ทําให้เหมาะสําหรับการใช้งานแยกทางชีวภาพ

โปรโตคอลการสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็กอัลตราโซนิก

อนุภาคนาโนแม่เหล็กถูกสังเคราะห์โดยใช้วิธีการเผาไหม้แบบโซโนเคมีที่มีสารตั้งต้นที่แตกต่างกันสองชนิด: เหล็ก (II) อะซิเตท (ตัวอย่าง A1) และเหล็ก (III) ซิเตรต (ตัวอย่าง D1) ทั้งสองตัวอย่างทําตามขั้นตอนเดียวกัน โดยแตกต่างกันเฉพาะในสารตั้งต้นที่ใช้เท่านั้น สําหรับตัวอย่าง A1 เหล็ก (II) อะซิเตท 2 กรัมกระจายตัวในโพลีเอทิลีนไกลคอล 20 กรัม (PEG 400) ในขณะที่ตัวอย่าง D1 ใช้เหล็ก (III) ซิเตรต 3.47 กรัม การกระจายตัวทําได้โดยใช้เครื่องสะท้อนเสียงประสิทธิภาพสูง Hielscher UIP1000hdT (ดูภาพซ้าย)
หลังจากการบําบัดด้วยโซโนเคมี PEG ถูกเผาด้วยหัวเผา Bunsen เพื่อผลิตอนุภาคนาโนเหล็กออกไซด์แม่เหล็ก
 

ผลลัพธ์

อนุภาคนาโนที่ได้นั้นถูกกําหนดลักษณะโดยใช้วิธี XRD, TEM, DLS และ FTIR การสังเคราะห์ประสบความสําเร็จในการผสมผสานเทคนิคโซโนเคมีและการเผาไหม้ทําให้เกิดอนุภาคนาโนแม่เหล็ก ตัวอย่าง A1 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสําหรับการทําให้บริสุทธิ์ DNA และเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าตัวเลือกเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่
 

TEM ของอนุภาคนาโนแม่เหล็กสังเคราะห์อัลตราโซนิก: ซ้าย: เหล็ก (II) อะซิเตท (ตัวอย่าง A1); ขวา: เหล็ก (III) ซิเตรต (ตัวอย่าง D1)
การศึกษาและภาพ: ©Ilosvai et al. 2020.

Hielscher Sonicators: ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีในการสังเคราะห์อนุภาคนาโน

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้นําด้านเทคโนโลยีการประมวลผลอัลตราโซนิกนําเสนอเครื่องโซนิกชนิดโพรบที่มีกําลังไฟสูงถึง 16,000 วัตต์ต่อเครื่องโซนิกที่ออกแบบมาสําหรับการใช้งานตั้งแต่การทดลองในระดับห้องปฏิบัติการไปจนถึงการผลิตทางอุตสาหกรรม อุปกรณ์เหล่านี้ให้พลังงานอัลตราโซนิกความเข้มสูงการควบคุมแอมพลิจูดที่แม่นยําและการตรวจสอบอุณหภูมิทําให้เหมาะสําหรับกระบวนการที่ละเอียดอ่อนเช่นการสังเคราะห์อนุภาคนาโนแม่เหล็ก

คุณสมบัติที่สําคัญของเครื่องสะท้อนเสียง Hielscher ได้แก่:

• แอมพลิจูดที่ปรับได้อย่างแม่นยํา: ช่วยให้สามารถปรับแต่งความเข้มของโพรงอากาศเพื่อการสังเคราะห์อนุภาคนาโนที่เหมาะสมที่สุด
• ความสามารถในการปรับขนาด: การออกแบบโมดูลาร์ช่วยให้เปลี่ยนจาก R ขนาดเล็กได้อย่างราบรื่น&D สู่การผลิตขนาดใหญ่
• การควบคุมอุณหภูมิแบบบูรณาการ: ·ป้องกันความร้อนสูงเกินไปและรับประกันสภาวะปฏิกิริยาที่มั่นคง
• ความทนทานและความเก่งกาจ: เหมาะสําหรับตัวทําละลายและระบบสารตั้งต้นต่างๆ รวมถึงเฟสที่เป็นน้ําและอินทรีย์

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: