Floresan Nanopartiküllerin Ultrasonik Sentezi

Yapay olarak sentezlenen floresan nanopartiküller ve kuantum noktaları, elektrooptik, optik veri depolama, biyokimyasal analiz ve ileri tıbbi teşhis gibi çok çeşitli uygulama alanlarına sahip, devrim niteliğinde malzemeler olarak ortaya çıkmıştır. Geleneksel sentez yöntemleri, özellikle endüstriyel ölçeklerde tutarlı partikül boyutu, kolloidal kararlılık ve yüksek kuantum verimi elde etmekte genellikle zorluk çekmektedir. Ultrasonik sentez (sonokimyasal sentez), yüksek kaliteli floresan nanomalzemelerin üretilmesine yönelik basit, güvenli, tekrarlanabilir ve kolayca ölçeklendirilebilir bir yaklaşım sunan, son derece etkili ve güvenilir bir alternatiftir.

Floresan Nano Partiküllerin Ultrasonik Hazırlanması

Sıvılara ve bulamaclara güç ultrasonu uygulandığında, ultrasonik dalgalar yoğun ve lokalize kesme kuvvetleri ile mikro püskürtmeler oluşturur; bu da çekirdeklenme ve büyüme dinamiklerini hassas bir şekilde kontrol ederek üstün optik özelliklere sahip monodispers nanopartiküllerin elde edilmesini sağlar. Örneğin, glikoz gibi doğal öncüllerin tek aşamalı ultrasonik işlenmesi, toksik metal çekirdekler içermeden parlak görünür ışık-yakın kızılötesi fotolüminesans, güçlü yukarı dönüşüm yetenekleri ve mükemmel uzun vadeli kararlılık sergileyen ultra küçük, suda çözünür karbon nanopartiküller üretir. Benzer şekilde, ultrasonikasyonun kontrollü çöktürme ile birleştirilmesi, gelişmiş floresan çözünürlüğü ve absorpsiyon spektrumlarında önemli batokromik kaymalar sergileyen, kararlı ve topaklanmayan organik porfirin nanopartiküllerinin üretilmesini sağlar. Sentezin ötesinde, ultrason, nano-süspansiyonların güvenilir bir şekilde dispersiyonu ve aglomerasyonunun giderilmesi için tercih edilen teknik olmaya devam ederken, aynı zamanda yüzeyin nazik bir şekilde işlevselleştirilmesini ve modifikasyonunu da kolaylaştırır. Hafif, çevre dostu koşullar altında çalışabilme özelliği ile birleştiğinde, ultrasonik sentez, hem endüstriyel hem de biyomedikal uygulamalarda yeni nesil floresan nanomalzemelerin geliştirilmesinde bir mihenk taşı teknolojisi olarak öne çıkmaktadır.

Floresan Nanopartiküllerin Ultrasonik Hazırlanması

Ultrasonikasyon, floresan özellikleri, yüksek kuantum verimliliği ve kararlılığı ile düzgün ve oldukça kristalli nanopartiküllerin kolloidal sentezini geliştiren kanıtlanmış bir araçtır.
Ultrasonik işlem şunları destekler:

• sentez
• İşlevselleştirme
• değişiklik
• dağılma
• deagglomeration (yığılma) & Dolaşıklık açma

Floresan Yukarı Dönüşümlü Suda Çözünür Karbon Nanopartikülleri

Li ve ark. (2010), glikozdan doğrudan monodispers, suda çözünür floresan karbon nanopartiküller (CNP’ler) üretmek için yüksek verimli, tek aşamalı bir ultrasonik sentez yöntemi geliştirmiştir. Asit veya alkali katalizör varlığında ultrasonik işlem uygulanarak, bu süreç akustik kavitasyondan yararlanarak yoğun hidrodinamik kesme kuvvetleri ve lokalize yüksek basınç bölgeleri oluşturur. Bu kuvvetler, klasik LaMer çekirdeklenme modeline uygun olarak glikozun polimerizasyonunu ve karbonizasyonunu tetikleyerek, çapı 5 nm'nin altında olan küresel nanopartiküllerin oluşmasını sağlar.

Bu yaklaşımın en önemli avantajlarından biri, elde edilen CNP’lerin hidroksil bakımından zengin yüzeyleri sayesinde doğası gereği hidrofilik olmalarıdır; bu da, ek yüzey modifikasyonlarına veya toksik kaplama maddelerine gerek kalmaksızın suda serbestçe dağılmalarını sağlar. Bu “yeşil” Bu sentez, geleneksel metal bazlı kuantum noktalarla keskin bir tezat oluşturmakta ve üstün ışık kararlılığı, biyouyumluluk ve çevresel güvenlik sunmaktadır.

Optik açıdan, bu ultra küçük CNP’ler, görünür ışık spektrumundan yakın kızılötesi (NIR) spektrumuna kadar parlak ve ayarlanabilir fotolüminesans sergilerler. Özellikle, güçlü yukarı dönüşüm floresansı sergilerler ve NIR radyasyonu ile uyarıldıklarında NIR ışığı yayabilirler; bu da onları derin doku biyolojik görüntüleme ve non-invaziv teşhis için son derece uygun hale getirir. Nanopartiküller yaklaşık %7'lik bir kuantum verimini korur ve oda sıcaklığında altı aydan fazla bir süre boyunca optik özelliklerini muhafaza eder. Mükemmel suda dağılma özellikleri, düşük toksisiteleri ve sağlam floresansları göz önüne alındığında, CNP'ler yeni nesil biyosensörler, hedefe yönelik ilaç dağıtım sistemleri ve biyomedikal görüntüleme ajanları için umut vaat eden bir alternatif oluşturmaktadır.

(a) Çapı 5 nm'den az olan glikozdan sonikasyon yoluyla hazırlanan CNP'lerin TEM görüntüsü; (b), (c) Sırasıyla güneş ışığı ve UV (365 nm, merkez) aydınlatma ile sudaki CNP'lerin dağılımlarının fotoğrafları; (D-G) Farklı uyarma altında CNP'lerin floresan mikroskop görüntüleri: sırasıyla 360, 390, 470 ve 540 nm için d, e, f ve g. [Li ve ark. 2010]

Floresan Porfirin Nanopartiküllerinin Sono-Sentezi

Kashani-Motlagh ve diğerleri (2010) tarafından yürütülen araştırma, bir “Ultrasonik yöntem” Bu yöntem, floresan organik porfirin nanopartiküllerini sentezlemek için kontrollü çökelme ile yüksek yoğunluklu ultrasonikasyonu birleştirir. Ekip, öncü madde olarak [tetrakis(para-klorofenil)porfirin] (TClPP) kullanarak ortalama çapı yaklaşık 200 nm olan küresel nanopartiküller üretti. Ultrasonik enerji, porfirin kromoforlarının kendi kendine agregasyonunu etkili bir şekilde önler ve bu da ortam sıcaklığında ve karanlık koşullarda en az 30 gün boyunca çökelme göstermeyen kararlı bir kolloidal süspansiyonun elde edilmesini sağlar. Parçacıklar, hidrofobik etkileşimler, π-π istiflenmesi ve hidrojen bağlarının birleşimi sayesinde fiziksel olarak stabilize edilir.

Ultrasonik işlem, elde edilen nanopartiküllerin hem morfolojisini hem de optik özelliklerini derinden etkiler. Belirleyici bir optik özellik, monomerik porfirin çözeltisine kıyasla absorpsiyon spektrumlarında gözlenen belirgin bir batokromik (kırmızı) kaymadır; bu durum, moleküler düzleşme ve nanoyapı içindeki değişen elektronik etkileşimlere atfedilir. Ayrıca, floresan spektrumları sönümlenme olmaksızın orijinal şekillerini korur, ancak daha yüksek spektral çözünürlük gösterir.

Ultrasonik işlemin süresi, nanopartikül oluşumu için kritik bir kontrol parametresi olarak işlev görür. Daha kısa sonikasyon süreleri, daha keskin absorpsiyon piklerine ve daha yüksek molar absorbansa sahip partiküller ortaya çıkarır; bu da daha küçük ve daha az agregatlaşmış yapıları gösterir. Tersine, sonikasyon süresinin uzatılması, oluşan nanoparçacıkların toplam sayısını artırırken, aynı zamanda parçacık başına porfirin moleküllerinin agregasyon sayısını da artırır. Bu ayarlanabilir sentez yöntemi, geleneksel moleküler porfirinlerden daha üstün performans gösteren gelişmiş optik sensörler, oksidatif reaksiyonlar için fotokatalizörler ve fonksiyonel fotonik malzemeler geliştirmek için değerli bir yol sunar.

Kashani-Motlagh (2010) araştırma grubu, floresan profirin nanopartiküllerini sentezlemek için basit bir ultrasonik çökeltme yöntemi keşfetti.

Manyetik/Floresan Nanokompozitlerin Sentezi

Ultrasonik yöntem, manyetik nanopartiküller ve silika kabuk kaplamalı floresan kuantum noktalarından (QD’ler) oluşan nanokompozitlerin sentezine yardımcı olur. Bu kompozitler, hem QD’lerin hem de manyetik nanopartiküllerin avantajlarını barındıran çift işlevli yapıdadır. CdS kuantum noktaları aşağıdaki prosedürle sentezlendi: İlk olarak, ferromanyetik akışkan içeren 2 mL çekirdeklenme filmi alt tabakası ile 0,5 mL 1 mol/L CdS kuantum noktaları ultrasonik karıştırma altında harmanlandı, ardından önceki karışıma 2 mL PTEOS (ön polimerize tetraetilortosilikat) ilave edildi ve son olarak 5 mL amonyak eklendi.
Ayrıca, ultrasonik emülsifikasyon, kuantum noktaları (QDS), manyetit nanopartikülleri ve amfifilik poli(tert-butil akrilat-ko-etil akrilat-ko-metakrilik asit) triblok kopolimer kullanılarak yeni çok renkli, yüksek floresan özellikli süperparamanyetik nanopartiküllerin hazırlanmasına olanak tanır.

200 watt gücünde UP200Ht sonikatör

Literatür / Referanslar