Xenes là vật liệu nano đơn nguyên 2D với các đặc tính phi thường như diện tích bề mặt rất cao, tính chất vật lý / hóa học dị hướng bao gồm độ dẫn điện vượt trội hoặc độ bền kéo. Tẩy tế bào chết siêu âm hoặc khử trùng là một kỹ thuật hiệu quả và đáng tin cậy để sản xuất các tấm nano 2D một lớp từ các vật liệu tiền thân nhiều lớp. Tẩy tế bào chết siêu âm đã được thiết lập để sản xuất tấm nano xenes chất lượng cao trên quy mô công nghiệp.

Xenes – Cấu trúc nano đơn lớp

Xenes là vật liệu nano đơn lớp (2D), vật liệu nano đơnelemental, có cấu trúc giống như graphene, liên kết cộng hóa trị trong lớp và lực van der Waals yếu giữa các lớp. Ví dụ cho các vật liệu, là một phần của lớp xenes là borophene, silicene, germanene, stanene, phosphorene (phốt pho đen), arsenene, bismuthene, và tellurene và antimonene. Do cấu trúc 2D một lớp của chúng, vật liệu nano xenes được charcterized bởi một bề mặt rất lớn cũng như cải thiện các hoạt động hóa học và vật lý. Đặc điểm cấu trúc này cung cấp cho vật liệu nano xenes các tính chất quang tử, xúc tác, từ tính và điện tử ấn tượng và làm cho các cấu trúc nano này rất thú vị cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Hình ảnh bên trái cho thấy hình ảnh SEM của borophene tẩy tế bào chết siêu âm.

Sản xuất vật liệu nano Xenes sử dụng khử trùng siêu âm

Tẩy tế bào chết dạng lỏng của vật liệu nano nhiều lớp: Các tấm nano 2D một lớp được sản xuất từ các vật liệu vô cơ với các cấu trúc lớp (ví dụ: than chì) bao gồm các lớp máy chủ xếp chồng lên nhau lỏng lẻo hiển thị sự mở rộng phòng trưng bày từ lớp này sang lớp khác hoặc sưng khi có sự xen kẽ của một số ion và / hoặc dung môi nhất định. Tẩy tế bào chết, trong đó pha lớp được tách thành các tấm nano, thường đi kèm với sưng do các điểm thu hút tĩnh điện bị suy yếu nhanh chóng giữa các lớp tạo ra sự phân tán keo của các lớp hoặc tấm 2D riêng lẻ. (cf. Geng et al, 2013) Nói chung người ta biết rằng sưng tạo điều kiện tẩy tế bào chết thông qua siêu âm và dẫn đến các tấm nano tích điện âm. Tiền xử lý hóa học cũng tạo điều kiện cho việc tẩy tế bào chết bằng phương tiện sonication trong dung môi. Ví dụ, chức năng hóa cho phép tẩy tế bào chết của hydroxit đôi lớp (LDHs) trong rượu. (cf. Nicolosi et al., 2013)
Để tẩy tế bào chết / khử trùng siêu âm, vật liệu xếp lớp được tiếp xúc với sóng siêu âm mạnh mẽ trong dung môi. Khi sóng siêu âm dày đặc năng lượng được kết hợp thành một chất lỏng hoặc bùn, âm thanh hay còn gọi là cavitation siêu âm xảy ra. Cavitation siêu âm được đặc trưng bởi sự sụp đổ của bong bóng chân không. Các sóng siêu âm đi qua chất lỏng và tạo ra các chu kỳ áp suất thấp / áp suất cao xen kẽ. Các bong bóng chân không phút phát sinh trong một chu kỳ áp suất thấp (rarefaction) và phát triển qua các chu kỳ áp suất thấp / áp suất cao khác nhau. Khi bong bóng cavitation đạt đến điểm mà nó không thể hấp thụ thêm bất kỳ năng lượng nào, bong bóng nổ tung dữ dội và tạo ra các điều kiện rất dày đặc năng lượng cục bộ. Một điểm nóng cavitational được xác định bởi áp suất và nhiệt độ rất cao, áp suất tương ứng và chênh lệch nhiệt độ, máy bay phản lực lỏng tốc độ cao và lực cắt. Những lực sonomechanical và sonochemical đẩy dung môi giữa các lớp xếp chồng lên nhau và các cấu trúc hạt và tinh thể lớp vỡ do đó tạo ra các tấm nano tẩy tế bào chết. Trình tự hình ảnh dưới đây thể hiện quá trình tẩy tế bào chết bằng cách siêu âm cavitation.

Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước bằng cách sử dụng UP200S, máy siêu âm 200W với sonotrode 3 mm. Mũi tên hiển thị vị trí tách (tẩy tế bào chết) với bong bóng cavitation thâm nhập vào sự phân chia.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Mô hình hóa đã chỉ ra rằng nếu năng lượng bề mặt của dung môi tương tự như của vật liệu xếp lớp, sự khác biệt năng lượng giữa các trạng thái tẩy tế bào chết và tập hợp lại sẽ rất nhỏ, loại bỏ động lực để tổng hợp lại. Khi so sánh với các phương pháp khuấy và cắt thay thế, máy khuấy siêu âm cung cấp một nguồn năng lượng hiệu quả hơn để tẩy tế bào chết, dẫn đến việc trình diễn tẩy tế bào chết tas hỗ trợ ion.₂Nbs₂, và MoS₂, cũng như các oxit nhiều lớp. (cf. Nicolosi et al., 2013)

Hình ảnh TEM của các tấm nano tẩy tế bào chết bằng chất lỏng siêu âm: (A) Một tấm nano graphene được tẩy tế bào chết bằng phương pháp sonication trong dung môi N-methyl-pyrrolidone. (B) Một tấm nano h-BN được tẩy tế bào chết bằng phương pháp sonication trong dung môi isopropanol. (C) Một tấm nano MoS2 được tẩy tế bào chết bằng phương pháp sonication trong dung dịch bề mặt nước.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Nicolosi et al., 2013)

Giao thức tẩy tế bào chết bằng chất lỏng siêu âm

Tẩy tế bào chết siêu âm và khử trùng xenes và vật liệu nano một lớp khác đã được nghiên cứu rộng rãi trong nghiên cứu và đã được chuyển thành công sang giai đoạn sản xuất công nghiệp. Dưới đây chúng tôi trình bày cho bạn đã chọn các giao thức tẩy tế bào chết bằng cách sử dụng sonication.

Siêu âm tẩy tế bào chết của Phosphorene Nanoflakes

Phosphorene (còn được gọi là phốt pho đen, BP) là một vật liệu đơn lượng, lớp 2D được hình thành từ các nguyên tử phốt pho.
Trong nghiên cứu của Passaglia et al. (2018), việc chuẩn bị đình chỉ ổn định của phosphorene - methyl methacrylate bằng cách tẩy tế bào chết pha lỏng hỗ trợ sonication (LPE) của bP với sự hiện diện của MMA tiếp theo là trùng hợp triệt để được chứng minh. Methyl methacrylate (MMA) là một monome lỏng.

Giao thức tẩy tế bào chết bằng chất lỏng siêu âm của Phosphorene

LPE thu được huyền phù MMA_bPn, NVP_bPn và Sty_bPn với sự có mặt của monome duy nhất. Trong một quy trình điển hình, ∼5 mg bP, được nghiền cẩn thận trong cối, được đưa vào ống nghiệm và sau đó thêm một lượng MMA, Sty hoặc NVP có trọng số. Hệ thống treo monome bP được sonicated trong 90 phút bằng cách sử dụng một Hielscher Ultrasonics homogenizer UP200St (200W, 26kHz), được trang bị sonotrode S26d2 (đường kính đầu: 2 mm). Biên độ siêu âm được duy trì không đổi ở mức 50% với P = 7 W. Trong mọi trường hợp, một bồn tắm nước đá đã được sử dụng để cải thiện tản nhiệt. Việc đình chỉ MMA_bPn, NVP_bPn và Sty_bPn cuối cùng sau đó được thổi phồng bằng N2 trong 15 phút. Tất cả các hệ thống treo đã được DLS phân tích, cho thấy các giá trị rH thực sự gần với giá trị của DMSO_bPn. Ví dụ, hệ thống treo MMA_bPn (có khoảng 1% hàm lượng bP) được đặc trưng bởi rH = 512 ± 58nm.
Trong khi các nghiên cứu khoa học khác về phosphorene báo cáo thời gian sonication của vài giờ bằng cách sử dụng siêu âm làm sạch, dung môi điểm sôi cao, và hiệu quả thấp, nhóm nghiên cứu của Passaglia chứng minh một giao thức tẩy da chết siêu âm hiệu quả cao bằng cách sử dụng một ultrasonicator loại thăm dò (cụ thể là Mô hình siêu âm Hielscher UP200St).

Siêu âm tẩy da chết của tấm nano đơn lớp

Để đọc chi tiết cụ thể hơn và các giao thức tẩy da chết cho các tấm nano oxit borophene và ruthenium, vui lòng theo các liên kết bên dưới:
Borophene: Đối với các giao thức sonication và kết quả của tẩy tế bào chết borophene siêu âm, vui lòng nhấp vào đây!
RuO2: Đối với các giao thức sonication và kết quả của siêu âm ruthenium oxide nanosheet exfoliation, xin vui lòng bấm vào đây!

Tẩy tế bào chết siêu âm của tấm nano silica vài lớp

Một số tấm nano silica tẩy tế bào chết lớp được điều chế từ vermiculite tự nhiên (Verm) thông qua tẩy da chết siêu âm. Để tổng hợp các tấm nano silica tẩy tế bào chết, phương pháp tẩy da chết pha lỏng sau đây đã được áp dụng: 40 mg tấm nano silica được phân tán trong 40 ml ethanol tuyệt đối. Sau đó, hỗn hợp được siêu âm hóa trong 2 giờ bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu âm Hielscher UP200St, được trang bị sonotrode 7 mm. Biên độ của sóng siêu âm được giữ không đổi ở mức 70%. Một bồn nước đá đã được áp dụng để tránh quá nóng. SN chưa tẩy tế bào chết được loại bỏ bằng cách ly tâm ở 1000 vòng / phút trong 10 phút. Cuối cùng, sản phẩm được khử và sấy khô ở nhiệt độ phòng dưới chân không qua đêm. (xem Guo và cộng sự, 2022)

Đầu dò siêu âm công suất cao và lò phản ứng để tẩy tế bào chết cho tấm nano Xenes

Hielscher Siêu âm thiết kế, sản xuất và phân phối các máy siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy ở mọi kích cỡ. Từ các thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến đầu dò siêu âm công nghiệp và lò phản ứng, Hielscher có hệ thống siêu âm lý tưởng cho quá trình của bạn. Với kinh nghiệm lâu năm trong các ứng dụng như tổng hợp và phân tán vật liệu nano, đội ngũ nhân viên được đào tạo tốt của chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn thiết lập phù hợp nhất cho yêu cầu của bạn. Bộ xử lý siêu âm công nghiệp Hielscher được biết đến như những con ngựa làm việc đáng tin cậy trong các cơ sở công nghiệp. Có khả năng cung cấp biên độ rất cao, máy siêu âm Hielscher lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao như tổng hợp xenes và vật liệu nano đơn lớp 2D khác như borophene, phosphorene hoặc graphene cũng như sự phân tán đáng tin cậy của các cấu trúc nano này.
Siêu âm cực kỳ mạnh mẽ: Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn.
Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức: Tất cả các thiết bị được thiết kế và sản xuất tại trụ sở chính của chúng tôi ở Đức. Trước khi giao hàng cho khách hàng, mọi thiết bị siêu âm đều được kiểm tra cẩn thận dưới tải đầy đủ. Chúng tôi phấn đấu cho sự hài lòng của khách hàng và sản xuất của chúng tôi được cấu trúc để đáp ứng đảm bảo chất lượng cao nhất (ví dụ: chứng nhận ISO).

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: