Phương pháp tổng hợp siêu âm của các mảnh nano SnOx

Vật liệu nano hai chiều (2D) tiếp tục thu hút sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực khoa học vật liệu, nhờ vào diện tích bề mặt lớn, tính chất điện tử có thể điều chỉnh và tương tác độc đáo với ánh sáng và vật chất. Trong số đó, các hệ thống dựa trên oxit thiếc (thường là SnO₂ hoặc các pha hỗn hợp SnO/SnO₂) đặc biệt thu hút sự chú ý do tính chất bán dẫn, độ ổn định hóa học và khả năng tương thích với quá trình xử lý trong môi trường nước. Trong tổng hợp sonochemical, quá trình sonication cho phép sản xuất từ trên xuống các mảnh oxit thiếc nano (SnOx nanoflakes) với các đặc điểm cấu trúc / hình thái xuất sắc. – Điều này khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng nâng cao như liệu pháp quang nhiệt (PTT).

Cơ chế và cơ sở lý luận của quá trình tẩy tế bào chết bằng siêu âm đối với nanoflakes

Xử lý siêu âm (siêu âm cường độ cao) đã được công nhận là một kỹ thuật hiệu quả cao trong tổng hợp vật liệu nano. Hiện tượng vật lý chính là hiện tượng cavitation âm thanh. – Tức là, các chu kỳ hình thành, phát triển và sụp đổ của bong bóng trong môi trường lỏng. – tạo ra các điều kiện cực đoan cục bộ (nhiệt độ ~5.000 K, áp suất ~1.000 bar và tốc độ làm mát/làm nóng nhanh) giúp tăng cường quá trình phân mảnh, tách lớp và biến đổi hóa học của các chất rắn tiền thân.

Trong bối cảnh các hợp chất thiếc có cấu trúc lớp hoặc bán lớp (ví dụ: SnS₂, SnO, SnO₂), quá trình siêu âm giúp:

• Sự bong tróc hoặc tách lớp của các cấu trúc nhiều lớp thành các mảnh mỏng;
• Phân mảnh cơ học làm giảm kích thước ngang;
• Tăng cường vận chuyển khối lượng và phản ứng trong môi trường nước, có thể dẫn đến sự hình thành các cấu trúc bị lỗi hoặc chuyển pha;
• Cải thiện sự phân tán của các tấm nano trong dung dịch để tiếp tục xử lý.

Ví dụ, các tấm nano SnO đơn tinh thể đã được sản xuất thông qua quá trình tổng hợp nước bằng siêu âm trong sự hiện diện của PVP (polyvinylpyrrolidone) để hỗ trợ quá trình tách lớp và ức chế sự phát triển của các tinh thể vi mô. Một cách rộng hơn, siêu âm đã được sử dụng để chuẩn bị SnO₂ xốp có diện tích bề mặt riêng cao thông qua các phương pháp sonochemical.
Do đó, khi mục tiêu là sản xuất các mảnh nano oxit thiếc (SnOx) bằng phương pháp top-down, siêu âm là lựa chọn hợp lý. – đặc biệt khi kết hợp với môi trường nước, xử lý hóa học nhẹ hoặc tẩy da chết bằng phương pháp điện hóa.

 

 

Tổng hợp các mảnh nano SnOx – Tổng quan về quy trình

Quá trình tổng hợp các hạt nano oxit kẽm (SnO) bắt đầu bằng cách hòa tan tiền chất kẽm (SnCl₂) trong 36 mL nước cất dưới sự khuấy nhẹ. pH của dung dịch sau đó được điều chỉnh cẩn thận trong khoảng từ 9 đến 10 bằng cách từ từ thêm 4 mL amoniac hydroxit trong quá trình xử lý siêu âm. Máy siêu âm dạng đầu dò – chẳng hạn như UIP500hdT (500 W, 20 kHz) được trang bị đầu dò titan 18 mm (BS4d18) – Được sử dụng để siêu âm hỗn hợp trong 60 phút đồng thời duy trì nhiệt độ ở khoảng 80–90 °C. Siêu âm liên tục thúc đẩy quá trình kết tinh và sự phát triển đồng đều của các hạt nano oxit thiếc, tạo ra một dung dịch keo đồng nhất và trong suốt sau khoảng một giờ xử lý. (xem Ullah et al., 2017)

Phương pháp này đáng chú ý ở chỗ nó chỉ sử dụng môi trường nước. – điều này giúp tăng cường khả năng tương thích với các quy trình xử lý y sinh học tiếp theo. – và là một quy trình có khả năng mở rộng và thân thiện với môi trường.

 

 

Ứng dụng tiêu biểu: Điều trị nhiệt quang hồng ngoại (PTT)

Liệu pháp quang nhiệt (PTT) sử dụng vật liệu nano trong vùng hồng ngoại gần (NIR) là một chiến lược đầy hứa hẹn cho điều trị ung thư chọn lọc. Trong nghiên cứu của Chang et al. (2025), các nanoflakes SnOx đạt hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt ~93% (cho dung dịch 0,25 mg/mL) dưới ánh sáng LED 810 nm. Một dung dịch có nồng độ 3 mg/mL đã gây ra sự tăng nhiệt độ khoảng 19 °C trong 30 phút. Hơn nữa, các nghiên cứu in vitro đã chứng minh tính độc tế bào chọn lọc: ví dụ, ở nồng độ 100-200 µg/mL và chiếu xạ 30 phút ở cường độ 115,2 mW/cm², tỷ lệ sống sót của tế bào giảm ~50% ở tế bào ung thư đại tràng SW837 và ~92% ở tế bào ung thư da A431, trong khi không quan sát thấy tính độc tế bào đối với tế bào sợi da người.
Kết quả này đặc biệt thú vị vì nó sử dụng nguồn LED chi phí thấp (thay vì laser đắt tiền) và quy trình xử lý bằng dung dịch nước, điều này giúp cải thiện khả năng mở rộng và tiềm năng ứng dụng thực tiễn. Nó nhấn mạnh cách thức mà hình thái vật liệu nano, công nghệ khuyết tật và quy trình xử lý (siêu âm + oxy hóa) có thể mở ra những hướng đi mới trong các ứng dụng y sinh học.

Máy siêu âm hiệu suất cao cho quá trình tổng hợp nanoflake

Các thiết bị siêu âm Hielscher là các máy siêu âm hiệu suất cao, được thiết kế và sản xuất tại Đức, phù hợp cho cả ứng dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp, cung cấp khả năng kiểm soát chính xác về biên độ, lượng năng lượng đầu vào và nhiệt độ. – Các thông số quan trọng cho quá trình tổng hợp vật liệu nano có thể tái tạo. Trong sản xuất nanoflake, các hệ thống dạng đầu dò của họ (ví dụ: UP400St, UIP500hdT, UIP1000hdT) tạo ra hiện tượng cavitation âm thanh cường độ cao, cho phép tách lớp, bóc tách và phân tán hiệu quả các vật liệu lớp như oxit kim loại hoặc dichalcogenide. Độ rung có thể điều chỉnh (lên đến 200 µm), khả năng hoạt động liên tục và giám sát kỹ thuật số tích hợp đảm bảo truyền năng lượng nhất quán và khả năng mở rộng quy mô xuất sắc từ thể tích mililit đến lít. Các tính năng này khiến các thiết bị siêu âm Hielscher đặc biệt ưu việt trong việc tổng hợp nanoflake đồng nhất với kích thước, độ dày và thành phần pha có thể kiểm soát dưới điều kiện môi trường thân thiện, trong dung dịch nước.
Các máy siêu âm Hielscher cho phép điều chỉnh chính xác độ lớn, thời gian, chế độ xung và nhiệt độ. – Cho phép điều chỉnh kích thước kỹ thuật, hình thái và chức năng hóa.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.