Magnit nanozarrachalar sintezi: laboratoriyadan ishlab chiqarishgacha
Magnit nanozarrachalar (MNP) turli xil ilmiy va sanoat ilovalarida, jumladan, biotibbiyotni ko'rish, maqsadli dori vositalarini etkazib berish, kataliz va atrof-muhitni qayta tiklashda hal qiluvchi komponent hisoblanadi. Magnit nanopartikullarning o'lchami, shakli, magnit harakati va sirt funksionalligi kabi xususiyatlarini aniq nazorat qilish ushbu ilovalarning o'ziga xos talablariga javob berish uchun juda muhimdir. Hielscher prob tipidagi sonikatorlar tomonidan osonlashtirilgan ultratovush sintezi yuqori sifatli magnit nanopartikullarni ishlab chiqarish uchun ko'p qirrali va kengaytiriladigan usulni taklif etadi.
Nanozarrachalar sintezida sonikatsiya
Ultrasonikatsiya akustik kavitatsiya orqali suyuq muhitda mahalliy yuqori energiyali zonalarni yaratish uchun yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlarini ishlatadi. Bu hodisa kuchli kesish kuchlarini, yuqori bosimlarni va yuqori haroratni keltirib chiqaradi, bu esa nanozarrachalarning boshqariladigan yadrolanishi va o'sishi uchun qulay muhit yaratadi. Ultrasonikatsiyaning afzalliklari bir xil aralashtirish, yaxshilangan massa uzatish, reaktsiya kinetikasiga ta'sir qilish va zarrachalarni funksionallashtirish qobiliyatini o'z ichiga oladi, bu uni bir xil magnit nanozarrachalarni sintez qilish uchun ayniqsa samarali qiladi.
Sanoat ultratovushli protsessor UIP16000hdT (16kVt) magnit nanozarrachalarning keng ko'lamli sintezi uchun.
Magnit nanozarrachalar sintezi: laboratoriyadan tortib yirik ishlab chiqarishgacha
Laboratoriya miqyosidagi magnit nanozarrachalar sintezi
Laboratoriya sharoitida Hielscher zond tipidagi sonikatorlar odatda birgalikda cho'kish, termal parchalanish yoki solvotermal usullar orqali magnit nanozarrachalarni sintez qilish uchun ishlatiladi. Amplituda, sonikatsiya davomiyligi, puls rejimi va harorat kabi ultratovush parametrlarini nazorat qilish orqali tadqiqotchilar bir xil zarracha o'lchamlari va tor o'lchamdagi taqsimotlarga erishishlari mumkin.
Misol uchun, birgalikda cho'ktirish usuli ultratovushli kavitatsiyadan sezilarli darajada foyda oladi, bu temir va temir prekursorlarini gidroksidi eritmalar bilan aralashtirishni kuchaytiradi, natijada bir hil yadroli magnetit (Fe₃O₄) nanozarrachalar hosil bo'ladi. Bundan tashqari, ultratovush reaktsiya vaqtini qisqartiradi va nanozarrachalarning magnit va strukturaviy xususiyatlarini yaxshilaydi.
Ultrasonik magnetit sintezi haqida ko'proq o'qing!
Tajribali va sanoat miqyosidagi ishlab chiqarish
Hielscher sonikatorlarining kengayishi laboratoriya miqyosidagi tadqiqotlardan sanoat miqyosidagi ishlab chiqarishga o'tishda muhim afzallik hisoblanadi. Uchuvchi miqyosdagi tizimlarda kattaroq ultratovushli zondlar (sonotrotlar) va oqim reaktorlari doimiy sifatga ega magnit nanozarrachalarni uzluksiz ishlab chiqarish imkonini beradi. Yuqori bosimli sharoitlarda ishlash va jarayon parametrlarini nazorat qilish qobiliyati takrorlanuvchanlik va miqyoslilikni ta'minlaydi.
Sanoat ishlab chiqarish uchun Hielscher ultratovush reaktorlari kerakli zarracha xususiyatlarini saqlab, katta hajmdagi prekursor eritmalarini qayta ishlashlari mumkin. Ushbu miqyoslilik magnit nanozarrachalarning katta miqdorini talab qiladigan ilovalar uchun, masalan, magnit ajratish texnologiyalari yoki dori vositalarini yetkazib berish tizimlari uchun zarurdir.
Case Study: Ultrasonik magnit nanozarrachalar sintezi
Ilosvai va boshqalar. (2020) ultratovushli gomogenizatsiya bilan polietilen glikolda (PEG 400) tarqalgan temir (II) - asetat va temir (III) - sitrat prekursorlari yordamida magnit nanozarrachalarni sintez qilish uchun yonish bilan sonokimyoni birlashtirdi. Ushbu nanozarrachalar E. coli dan plazmid DNK yordamida DNKni ajratish uchun sinovdan o'tkazildi. Xarakterlash usullari FTIR tomonidan aniqlangan gidroksil-funktsional sirtga ega yaxshi disperslangan nanozarrachalarni va XRD tomonidan tasdiqlangan magnetit, maggemit va gematitning magnit fazalarini aniqladi. Elektrokinetik potentsial o'lchovlari ko'rsatganidek, nanozarralar suvda yaxshi dispersiyani ko'rsatdi va bu ularni bioseparatsiya dasturlari uchun mos qildi.
Ultrasonik magnit nanozarrachalar sintezi protokoli
Magnit nanozarrachalar ikki xil prekursorlar bilan sonokimyoviy yonish usuli yordamida sintez qilindi: temir (II) asetat (namuna A1) va temir (III) sitrat (namuna D1). Ikkala namuna ham bir xil protseduraga amal qilgan, faqat ishlatilgan prekursorda farq qilgan. A1 namunasi uchun 2 g temir (II) asetat 20 g polietilen glikolda (PEG 400) tarqatildi, D1 namunasi uchun esa 3,47 g temir (III) sitrat ishlatilgan. Dispersiyaga Hielscher yuqori samarali sonikatori UIP1000hdT yordamida erishildi (chapdagi rasmga qarang).
Sonokimyoviy davolashdan so'ng, PEG magnit temir oksidi nanopartikullarini ishlab chiqarish uchun Bunsen burner bilan yondirildi.
Natijalar
Olingan nanozarrachalar XRD, TEM, DLS va FTIR usullari yordamida tavsiflangan. Sintez magnit nanozarrachalarni hosil qilib, sonokimyoviy va yonish usullarini muvaffaqiyatli birlashtirdi. Shunisi e'tiborga loyiqki, A1 namunasi DNKni tozalash uchun mos ekanligini isbotladi va mavjud tijorat variantlariga nisbatan tejamkorroq muqobil taklif qildi.
Ultrasonik sintezlangan magnit nanozarralarning TEM: Chapda: temir (II) asetat (namuna A1); o'ngda: temir (III) sitrat (namuna D1).
Tadqiqot va tasvir: ©Ilosvai va boshqalar. 2020.
Ultrasonicator UP400St magnit nanozarrachalarning sonokimyoviy sintezi uchun
Hielscher Sonicators: Nanopartikullar sintezidagi texnologik afzallik
Hielscher Ultrasonics ultratovushli ishlov berish texnologiyasi bo'yicha etakchi bo'lib, laboratoriya miqyosidagi tajribalardan tortib sanoat ishlab chiqarishigacha bo'lgan ilovalar uchun mo'ljallangan har bir sonikator uchun 16000 vattgacha bo'lgan zond tipidagi sonikatorlarni taklif etadi. Ushbu qurilmalar yuqori intensiv ultratovush quvvatini, amplitudani aniq nazorat qilishni va haroratni nazorat qilishni ta'minlaydi, bu ularni magnit nanozarrachalar sintezi kabi nozik jarayonlar uchun ideal qiladi.
Hielscher sonikatorlarining asosiy xususiyatlari quyidagilardan iborat:
- Aniq sozlanishi amplituda: Optimal nanozarracha sintezi uchun kavitatsiya intensivligini nozik sozlash imkonini beradi.
- Masshtablilik: Modulli dizaynlar kichik hajmdagi R dan uzluksiz o'tish imkonini beradi&D yirik ishlab chiqarishga.
- Integratsiyalashgan harorat nazorati: Haddan tashqari issiqlikning oldini oladi va barqaror reaktsiya sharoitlarini ta'minlaydi.
- Chidamlilik va ko'p qirralilik: Har xil erituvchilar va prekursorli tizimlar, shu jumladan suvli va organik fazalar uchun javob beradi.
- Aniqlik va takrorlanuvchanlik: Partiyalar bo'yicha izchil natijalar magnit nanozarrachalar xususiyatlarining ishonchliligini ta'minlaydi.
- Energiya samaradorligi: Samarali energiya uzatish chiqindilarni kamaytiradi va ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi.
- Moslashtirilgan konfiguratsiyalar: Moslashuvchan dizaynlar bir qator reaktsiya shkalalari va kimyoviy moddalarni o'z ichiga oladi.
- Ekologik do'stlik: Qattiq kimyoviy moddalarga bo'lgan ishonchni kamaytirish va reaktsiya vaqtlarini qisqartirish atrof-muhitning izlarini kamaytiradi.
Dizayn, ishlab chiqarish va konsalting – Germaniyada ishlab chiqarilgan sifat
Hielscher ultrasonikatorlari eng yuqori sifat va dizayn standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va qulay foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat ob'ektlariga silliq integratsiya qilish imkonini beradi. Qo'pol sharoitlar va talabchan muhit Hielscher ultrasonikatorlari tomonidan osonlik bilan hal qilinadi.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya bo'lib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanuvchilarga qulaylik bilan ajralib turadigan yuqori samarali ultratovush apparatlariga alohida e'tibor beradi. Albatta, Hielscher ultrasonikatorlari Idoralar talablariga javob beradi va UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 0,5 dan 1,5 ml gacha | na | VialTweeter |
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 dan 150 litrgacha | 3 dan 15 l / min | UIP6000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Ultrasonik sintezlangan magnit nanopartikullarni qo'llash
Hielscher sonikatorlari yordamida sintez qilingan magnit nanopartikullarning yuqori sifati ularning yuqori samarali ilovalar uchun qo'llanilishini kengaytiradi:
- Biotibbiyot: Aniq ishlab chiqilgan magnit nanozarrachalar magnit-rezonans tomografiya (MRI) kontrastini kuchaytiradi va maqsadli dori yetkazib berish imkonini beradi.
- Kataliz: Yuqori sirt maydoniga ega magnit nanozarrachalar kimyoviy reaktsiyalarda samarali katalizator bo'lib xizmat qiladi.
- Atrof-muhit fanlari: Funktsional magnit nanozarralar suvni tozalash va ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun ishlatiladi.
Adabiyot / Adabiyotlar
- 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.
tez-tez so'raladigan savollar
Magnit nanozarrachalar nima?
Magnit nanozarrachalar odatda 1-100 nm nano-miqyosdagi o'lchamdagi zarralar bo'lib, temir, kobalt, nikel yoki ularning oksidlari (masalan, magnetit yoki maggemit) kabi magnit materiallardan iborat. Ushbu zarralar tashqi magnit maydonlar tomonidan boshqarilishi mumkin bo'lgan magnit xususiyatlarni namoyish etadi. O'lchamlari, tuzilishi va tarkibiga qarab, magnit nanozarralar ferromagnetizm, ferrimagnetizm yoki superparamagnetizm kabi turli xil magnit harakatlarini namoyon qilishi mumkin.
Kichik o'lchamlari va magnit sozlanishi tufayli ular keng ko'lamli dasturlarda, jumladan, qo'llaniladi
biotibbiyot, ekologik va sanoat ilovalari.
Supra-paramagnit nanozarrachalar nima?
Superparamagnit nanozarrachalar temir oksidi (masalan, magnetit yoki maggemit) kabi magnit materiallardan tayyorlangan nano o'lchamli zarralardir (odatda 50 nm dan kam). Ular magnit xatti-harakatlarini faqat tashqi magnit maydon mavjud bo'lganda namoyon qiladi va maydon olib tashlanganda magnitligini yo'qotadi. Buning sababi shundaki, bu kichik o'lchamdagi issiqlik energiyasi zarrachalarning doimiy magnit momentini saqlab qolishiga yo'l qo'ymaydi va agregatsiyadan qochadi.
Bu xususiyatlar ularni maqsadli dori vositalarini yuborish, magnit-rezonans tomografiya (MRI) va gipertermiya terapiyasi kabi biomedikal ilovalarda, shuningdek, atrof-muhit va sanoat ilovalarida juda foydali qiladi.
Ferromagnetizm, Ferrimagnetizm va Superparamagnetizm o'rtasidagi farq nima?
Ferromagnetizm kuchli almashinish o'zaro ta'siri tufayli materialdagi magnit momentlar bir-biriga parallel bo'lganda yuzaga keladi, natijada tashqi magnit maydon bo'lmagan taqdirda ham katta aniq magnitlanish paydo bo'ladi.
Ferrimagnetizm, shuningdek, tartiblangan magnit momentlarni ham o'z ichiga oladi, lekin ular teng bo'lmagan kattaliklar bilan qarama-qarshi yo'nalishda tekislanadi va aniq magnitlanishga olib keladi.
Superparamagnetizm juda kichik nanozarrachalarda kuzatiladi va issiqlik energiyasi magnit tartibni yengib chiqqanda paydo bo'lib, magnit momentlarning tasodifiy o'zgarishiga olib keladi; ammo, tashqi magnit maydon ostida momentlar tekislanadi va kuchli magnit javob hosil qiladi.
Qanday nanozarralar ko'pincha sonokimyoviy sintezlanadi?
Sonokimyoviy sintez akustik kavitatsiya orqali mahalliy yuqori harorat, bosim va reaktiv turlarni yaratish qobiliyati tufayli turli xil nanopartikullarni ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi. Keng tarqalgan sintez qilinadigan nanozarralar orasida metall nanozarrachalar, metall oksidi nanozarrachalari, xalkogenid nanozarrachalari, Perovskit nanozarralari, polimerik nanozarrachalar va uglerod asosidagi nanomateriallar mavjud.
Ultrasonik sintez va bir nechta tanlangan nanozarralar va nanostrukturalar haqidagi protokollar haqida ko'proq ma'lumotni bu erda toping:
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.