Tẩy tế bào chết bằng sóng siêu âm của Xenes

Xenes là vật liệu nano đơn nguyên tố 2D với các đặc tính đặc biệt 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. Siêu âm tẩy da chết hoặc tách 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 da chết siêu âm đã được thiết lập để sản xuất các tấm nano xenes chất lượng cao ở quy mô công nghiệp.

Xenes – Cấu trúc nano đơn lớp

Xenes là đơn lớp (2D), vật liệu nano đơn nguyên tố, có cấu trúc giống 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 đốt cháy bởi một bề mặt rất lớn cũng như cải thiện các phản ứng hóa học và vật lý. Đặc điểm cấu trúc này mang lại 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 bằng cách sử dụng siêu âm Delamination

Tẩy da chết lỏng của vật liệu nano phân lớp: Các tấm nano 2D một lớp được sản xuất từ các vật liệu vô cơ có cấu trúc phân lớp (ví dụ: than chì) bao gồm các lớp máy chủ xếp chồng lên nhau lỏng lẻo hiển thị sự mở rộng hoặc sưng lên từ lớp này sang lớp khác khi xen kẽ các ion và / hoặc dung môi nhất định. Tẩy da chết, trong đó giai đoạn phân lớp được phân cắt thành các tấm nano, thường đi kèm với sưng do các lực 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. (xem Geng và cộng sự, 2013) Nói chung, người ta biết rằng sưng tạo điều kiện cho tẩy da chết thông qua ultrasonication và kết quả trong các tấm nano tích điện âm. Tiền xử lý hóa học cũng tạo điều kiện tẩy da chết bằng phương pháp sonication trong dung môi. Ví dụ, chức năng hóa cho phép tẩy da chết của hydroxit kép (LDH) trong rượu. (cf. Nicolosi và cộng sự, 2013)
Đối với siêu âm tẩy da chết / phân tách, vật liệu phân 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 chất lỏng hoặc bùn, âm thanh aka siêu âm cavitation xảy ra. Siêu âm cavitation được đặc trưng bởi sự sụp đổ của bong bóng chân không. Các sóng siêu âm truyền 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 chu kỳ áp suất thấp (hiếm) và phát triển qua các chu kỳ áp suất thấp / áp suất cao khác nhau. Khi một bong bóng xâm thực 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 xâm thực được xác định bởi áp suất và nhiệt độ rất cao, áp suất và chênh lệch nhiệt độ tương ứng, tia chất lỏng tốc độ cao và lực cắt. Các lực sonomechanical và sonochemical này đẩy dung môi giữa các lớp xếp chồng lên nhau và phá vỡ các cấu trúc hạt và tinh thể phân lớp, do đó tạo ra các tấm nano tẩy tế bào chết. Chuỗi hình ảnh dưới đây cho thấy quá trình tẩy da chết bằng siêu âm cavitation.

Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa sự tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước bằng cách sử dụng UP200S, một ultrasonicator 200W với sonotrode 3 mm. Mũi tên cho thấy nơi tách (tẩy da chết) với bong bóng xâm thực xuyên qua phần tách.
© 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 năng lượng của vật liệu phân lớp, sự khác biệt năng lượng giữa các trạng thái tẩy tế bào chết và tổng hợp lại sẽ rất nhỏ, loại bỏ động lực để kết tập 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 da chết, dẫn đến việc trình diễn tẩy da chết hỗ trợ xen kẽ ion của TaS₂Nbs₂và MoS₂, cũng như các oxit phân lớp. (cf. Nicolosi và cộng sự, 2013)

Hình ảnh TEM của các tấm nano tẩy tế bào chết dạng 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 chất hoạt động bề mặt nước.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Nicolosi et al., 2013)

Siêu âm chất lỏng-Exfoliation giao thức

Siêu âm tẩy da chết và tách xenes và các vật liệu nano đơn 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 các giao thức tẩy da chết được lựa chọn bằng cách sử dụng sonication.

Siêu âm tẩy da chết của Phosphorene Nanoflakes

Phosphorene (còn được gọi là phốt pho đen, BP) là một vật liệu đơn nguyên tố phân lớp 2D được hình thành từ các nguyên tử phốt pho.
Trong nghiên cứu của Passaglia et al. (2018), việc chuẩn bị huyền phù ổn định phosphorene - methyl methacrylate bằng cách tẩy da chết pha lỏng hỗ trợ sonication (LPE) của bP với sự có mặt của MMA sau đó là trùng hợp triệt để được chứng minh. Methyl methacrylate (MMA) là một monome lỏng.

Giao thức tẩy da chết siêu âm lỏng của Phosphorene

MMA_bPn, NVP_bPn và Sty_bPn huyền phù đã thu được bởi LPE 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 bộ đồng nhất siêu âm Hielscher 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 sử dụng siêu âm sạch hơn, 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 da chết borophene siêu âm, xin vui lòng bấm 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!

Siêu âm tẩy da chết của ít lớp Silica Nanosheets

Một vài 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 da chết của tấm nano xenes

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất, và phân phối ultrasonicators mạnh mẽ và đáng tin cậy ở bất kỳ kích thước. 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 với yêu cầu của bạn. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp Hielscher được biết đến như là ngựa làm việc đáng tin cậy trong các cơ sở công nghiệp. Có khả năng cung cấp biên độ rất cao, Hielscher ultrasonicators là lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao như tổng hợp xenes và các 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 Siêu âm’ 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 – 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 cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: