Manyetik Nanoparçacık Sentezi: Laboratuvardan Üretime
Manyetik nanopartiküller (MNP'ler), biyomedikal görüntüleme, hedefe yönelik ilaç dağıtımı, kataliz ve çevresel iyileştirme dahil olmak üzere çeşitli bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda çok önemli bir bileşendir. Boyut, şekil, manyetik davranış ve yüzey işlevselliği gibi manyetik nanopartikül özelliklerinin hassas kontrolü, bu uygulamaların özel gereksinimlerini karşılamak için çok önemlidir. Hielscher prob tipi sonikatörler tarafından kolaylaştırılan ultrasonik sentez, yüksek kaliteli manyetik nanopartiküller üretmek için çok yönlü ve ölçeklenebilir bir yöntem sunar.
Nanopartikül Sentezinde Sonikasyon
Ultrasonication, akustik kavitasyon yoluyla sıvı bir ortamda lokalize yüksek enerjili bölgeler oluşturmak için yüksek yoğunluklu ultrason dalgaları kullanır. Bu fenomen, yoğun kesme kuvvetleri, yüksek basınçlar ve yüksek sıcaklıklar üreterek nanopartiküllerin kontrollü çekirdeklenmesine ve büyümesine elverişli bir ortam yaratır. Ultrasonication'ın avantajları arasında düzgün karıştırma, gelişmiş kütle transferi, reaksiyon kinetiğini etkileme ve parçacıkları işlevselleştirme yeteneği bulunur, bu da onu düzgün manyetik nanoparçacıkların sentezlenmesi için özellikle etkili kılar.
Endüstriyel ultrasonik işlemci UIP16000hdT (16kW) manyetik nanopartiküllerin büyük ölçekli sentezi için.
Manyetik Nanopartikül Sentezi: Laboratuvardan Büyük Ölçekli Üretime
Laboratuvar Ölçeğinde Manyetik Nanopartikül Sentezi
Laboratuvar ortamlarında, Hielscher prob tipi sonikatörler, birlikte çökeltme, termal ayrışma veya solvotermal yöntemler yoluyla manyetik nanopartikülleri sentezlemek için yaygın olarak kullanılır. Araştırmacılar, genlik, sonikasyon süresi, darbe modu ve sıcaklık gibi ultrasonik parametreleri kontrol ederek tek tip parçacık boyutları ve dar boyut dağılımları elde edebilirler.
Örneğin, birlikte çökeltme yöntemi, demir ve demir öncüllerinin alkali çözeltilerle karışımını artıran ve homojen olarak çekirdekli manyetit (Fe₃O₄) nanopartikülleri ile sonuçlanan ultrasonik kavitasyondan önemli ölçüde yararlanır. Ek olarak, ultrasonikasyon reaksiyon süresini azaltır ve nanopartiküllerin manyetik ve yapısal özelliklerini geliştirir.
Ultrasonik manyetit sentezi hakkında daha fazla bilgi edinin!
Pilot ve Endüstriyel Ölçekli Üretim
Hielscher sonicators'ın ölçeklenebilirliği, laboratuvar ölçekli araştırmalardan endüstriyel ölçekli üretime geçerken kritik bir avantajdır. Pilot ölçekli sistemlerde, daha büyük ultrasonik problar (sonotrodlar) ve akış reaktörleri, manyetik nanopartiküllerin tutarlı kalitede sürekli üretimini sağlar. Yüksek basınç koşulları altında çalışma ve proses parametrelerini kontrol etme yeteneği, tekrarlanabilirlik ve ölçeklenebilirlik sağlar.
Endüstriyel üretim için, Hielscher ultrasonik reaktörler, istenen parçacık özelliklerini koruyarak büyük hacimli öncü çözeltileri işleyebilir. Bu ölçeklenebilirlik, manyetik ayırma teknolojileri veya ilaç dağıtım sistemleri gibi büyük miktarlarda manyetik nanopartikül gerektiren uygulamalar için gereklidir.
Vaka Çalışması: Ultrasonik Manyetik Nanoparçacık Sentezi
Ilosvai ve ark. (2020), ultrasonik homojenizasyon ile polietilen glikol (PEG 400) içinde dağılmış demir (II) -asetat ve demir (III) -sitrat öncüleri kullanarak manyetik nanopartikülleri sentezlemek için sonokimyayı yanma ile birleştirdi. Bu nanopartiküller, E. coli'den plazmit DNA kullanılarak DNA ayrımı için test edildi. Karakterizasyon teknikleri, FTIR ile tanımlanan hidroksil ile işlevselleştirilmiş bir yüzeye sahip iyi dağılmış nanopartikülleri ve XRD ile onaylanan manyetit, maghemit ve hematitin manyetik fazlarını ortaya çıkardı. Nanopartiküller, elektrokinetik potansiyel ölçümleriyle gösterildiği gibi suda iyi dağılabilirlik gösterdi ve bu da onları biyolojik ayırma uygulamaları için uygun hale getirdi.
Ultrasonik Manyetik Nanopartikül Sentezi Protokolü
Manyetik nanopartiküller, iki farklı öncül ile sonokimyasal bir yanma yöntemi kullanılarak sentezlendi: demir (II) asetat (numune A1) ve demir (III) sitrat (numune D1). Her iki numune de aynı prosedürü izledi, sadece kullanılan öncüde farklılık gösterdi. A1 numunesi için 2 g demir(II) asetat 20 g polietilen glikol (PEG 400) içinde dağıtılırken, numune D1 için 3.47 g demir(III) sitrat kullanıldı. Dispersiyon, Hielscher yüksek verimli sonikatör UIP1000hdT kullanılarak elde edildi (soldaki resme bakın).
Sonokimyasal işlemden sonra, PEG, manyetik demir oksit nanopartikülleri üretmek için bir Bunsen brülörü ile yakıldı.
Sonuç -ları
Elde edilen nanopartiküller XRD, TEM, DLS ve FTIR yöntemleri kullanılarak karakterize edildi. Sentez, sonokimyasal ve yanma tekniklerini başarıyla birleştirerek manyetik nanopartiküller elde etti. Özellikle, A1 numunesinin DNA saflaştırması için uygun olduğu kanıtlandı ve mevcut ticari seçeneklere daha uygun maliyetli bir alternatif sundu.
Ultrasonik olarak sentezlenen manyetik nanopartiküllerin TEM'i: Sol: demir (II) asetat (örnek A1); sağda: demir(III) sitrat (örnek D1).
Çalışma ve görüntü: ©Ilosvai ve ark. 2020.
ultrasonikatör UP400St manyetik nanopartiküllerin sonokimyasal sentezi için
Hielscher Sonicators: Nanopartikül Sentezinde Teknolojik Avantaj
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar ölçekli deneylerden endüstriyel üretime kadar çeşitli uygulamalar için tasarlanmış sonicator başına 16.000 watt'a kadar prob tipi sonikatörler sunan ultrasonik işleme teknolojisinde liderdir. Bu cihazlar, yüksek yoğunluklu ultrasonik güç, hassas genlik kontrolü ve sıcaklık izleme sağlayarak onları manyetik nanoparçacık sentezi gibi hassas işlemler için ideal hale getirir.
Hielscher sonicators temel özellikleri şunlardır:
- Hassas Ayarlanabilir Genlik: Optimum nanopartikül sentezi için kavitasyon yoğunluğunun ince ayarını sağlar.
- Ölçeklenebilirlik: Modüler tasarımlar, küçük ölçekli R'den sorunsuz geçişe izin verir.&D'den büyük ölçekli üretime.
- Entegre Sıcaklık Kontrolü: Aşırı ısınmayı önler ve kararlı reaksiyon koşulları sağlar.
- Dayanıklılık ve Çok Yönlülük: Sulu ve organik fazlar dahil olmak üzere çeşitli çözücüler ve öncü sistemler için uygundur.
- Hassasiyet ve Tekrarlanabilirlik: Partiler arasında tutarlı sonuçlar, manyetik nanopartikül özelliklerinin güvenilirliğini sağlar.
- Enerji Verimliliği: Verimli enerji transferi, atıkları en aza indirir ve üretim maliyetlerini azaltır.
- Özelleştirilebilir Yapılandırmalar: Esnek tasarımlar, bir dizi reaksiyon ölçeğini ve kimyayı barındırır.
- Çevre dostu: Sert kimyasallara daha az bağımlılık ve daha kısa reaksiyon süreleri, çevresel ayak izini azaltır.
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Ultrasonik Olarak Sentezlenmiş Manyetik Nanopartiküllerin Uygulamaları
Hielscher sonicators kullanılarak sentezlenen manyetik nanopartiküllerin üstün kalitesi, yüksek performanslı uygulamalar için uygulanabilirliklerini genişletir:
- Biyotıp: Hassas bir şekilde tasarlanmış manyetik nanopartiküller, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kontrastını artırır ve hedefe yönelik ilaç dağıtımını mümkün kılar.
- Tezleşim: Yüksek yüzey alanlı manyetik nanopartiküller, kimyasal reaksiyonlarda verimli katalizörler olarak görev yapar.
- Çevre Bilimi: İşlevselleştirilmiş manyetik nanopartiküller, su arıtımı ve kirleticilerin giderilmesi için kullanılır.
Literatür / Referanslar
- 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.
Sıkça Sorulan Sorular
Manyetik Nanopartiküller Nedir?
Manyetik nanopartiküller, tipik olarak 1-100 nm nano ölçekli boyutta değişen parçacıklardır ve demir, kobalt, nikel veya bunların oksitleri (örneğin, manyetit veya maghemit) gibi manyetik malzemelerden oluşur. Bu parçacıklar, harici manyetik alanlar tarafından manipüle edilebilen manyetik özellikler sergiler. Boyutlarına, yapılarına ve bileşimlerine bağlı olarak, manyetik nanoparçacıklar ferromanyetizma, ferrimanyetizma veya süperparamanyetizma gibi çeşitli manyetik davranışlar sergileyebilir.
Küçük boyutları ve manyetik ayarlanabilirlikleri nedeniyle, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar
biyomedikal, çevresel ve endüstriyel uygulamalar.
Supra-Paramanyetik Nanopartiküller Nedir?
Süperparamanyetik nanopartiküller, demir oksit (örneğin manyetit veya maghemit) gibi manyetik malzemelerden yapılmış nano ölçekli parçacıklardır (tipik olarak 50 nm'den az). Yalnızca harici bir manyetik alanın varlığında manyetik davranış sergilerler ve alan kaldırıldığında manyetizmalarını kaybederler. Bunun nedeni, bu küçük boyuttaki termal enerjinin, parçacıkların kalıcı bir manyetik momenti tutmasını engelleyerek toplanmayı önlemesidir.
Bu özellikler, onları hedefe yönelik ilaç dağıtımı, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve hipertermi tedavisi gibi biyomedikal uygulamaların yanı sıra çevresel ve endüstriyel uygulamalarda oldukça kullanışlı hale getirir.
Ferromanyetizma, Ferrimanyetizma ve Süperparamanyetizma Arasındaki Fark Nedir?
Ferromanyetizma, bir malzemedeki manyetik momentler, güçlü değişim etkileşimleri nedeniyle birbirine paralel olarak hizalandığında meydana gelir ve bu da harici bir manyetik alanın yokluğunda bile büyük bir net manyetizasyon ile sonuçlanır.
Ferrimanyetizma ayrıca sıralı manyetik momentleri de içerir, ancak eşit olmayan büyüklüklerde zıt yönlerde hizalanırlar ve bu da net bir manyetizasyona yol açar.
Süperparamanyetizma çok küçük nanopartiküllerde gözlenir ve termal enerji manyetik sıralamanın üstesinden geldiğinde ortaya çıkar ve manyetik momentlerin rastgele dalgalanmasına neden olur; Bununla birlikte, harici bir manyetik alan altında, momentler hizalanarak güçlü bir manyetik tepki üretir.
Hangi Nanopartiküller Genellikle Sonokimyasal Olarak Sentezlenir?
Sonokimyasal sentez, akustik kavitasyon yoluyla lokalize yüksek sıcaklıklar, basınçlar ve reaktif türler üretme kabiliyeti nedeniyle çeşitli nanopartiküller üretmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın olarak sentezlenen nanopartiküller arasında metal nanopartiküller, metal oksit nanopartikülleri, kalkojenit nanopartikülleri, Perovskit nanopartikülleri, polimerik nanopartiküller ve karbon bazlı nanomalzemeler bulunur.
Ultrasonik sentez ve birkaç seçilmiş nanoparçacık ve nanoyapı hakkındaki protokoller hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz:
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.