מאמר שיטה

מתלים מימיים יציבים של אשכולות פריט מנגן עם ממד ננומטרי טונה והרכב

DOI:

10.3791/63140

⸱

5 בפברואר 2022

 ,  ,  , 
1Department of Chemistry, Brown University, 2Center for Biomedical Engineering, School of Engineering, Brown University

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מדווחים על סינתזה הידרותרמית של סיר אחד של אשכולות פריט מנגן (MFCs) המציע שליטה עצמאית על ממד החומר והרכב. הפרדה מגנטית מאפשרת טיהור מהיר בעוד פונקציונליזציה פני השטח באמצעות פולימרים גופרתיים מבטיח החומרים אינם צבירה במדיום רלוונטי ביולוגית. המוצרים המתקבלים ממוקמים היטב עבור יישומים ביו-רפואיים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אשכולות ברזל מנגן (MFCs) הם מכלולים כדוריים של עשרות עד מאות ננו-קריסטלים עיקריים שתכונותיהם המגנטיות יקרות ערך ביישומים מגוונים. כאן אנו מתארים כיצד ליצור חומרים אלה בתהליך הידרותרמי המאפשר שליטה עצמאית בגודל אשכול המוצר (מ 30 עד 120 ננומטר) ותכולת מנגן של החומר המתקבל. פרמטרים כגון כמות המים הכוללת שנוספה למדיית התגובה האלכוהולית והיחס בין מנגן למבשר ברזל הם גורמים חשובים להשגת סוגים מרובים של מוצרים ננומטריים MFC. שיטת טיהור מהירה משתמשת בהפרדה מגנטית כדי לשחזר את החומרים מה שהופך את הייצור של גרם של ננו מגנטי יעיל למדי. אנו מתגברים על האתגר של צבירת ננו-חומרים מגנטיים על ידי החלת פולימרים גופרתיים טעונים מאוד על פני השטח של ננו-חומרים אלה המניבים MFCs יציבים קולואידית שנותרו לא מצטברים אפילו בסביבות מלוחות מאוד. חומרים לא-צבירה, אחידים וטונה אלה הם חומרים פוטנציאליים מצוינים עבור יישומים ביו-רפואיים וסביבתיים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הכללת מנגן כסריג תחמוצת ברזל יכולה, בתנאים המתאימים, להגביר את המגנטיזציה של החומר בשדות מיושמים גבוהים בהשוואה לתחמוצות ברזל טהורות. כתוצאה מכך, חלקיקי מנגן פרייט (MnxFe3-xO4) הם ננו-חומרים מגנטיים רצויים ביותר בשל מגנטיזציה רוויה גבוהה שלהם, תגובה חזקה לשדות חיצוניים, וציטוקסיות נמוכה1,2,3,4,5. הן ננו-קריסטלים של תחום יחיד והן אשכולות של ננו-קריסטלים אלה, המכונים חלקיקים רב-תחומיים, נחקרו ביישומים ביו-רפואיים מגוונים, כולל אספקת תרופות, היפרתרמיה מגנטית לטיפול בסרטן והדמיה תהודה מגנטית (MRI)6,7,8. לדוגמה, קבוצת Hyeon בשנת 2017 השתמשה חלקיקי פרייט מנגן דומיין יחיד כזרז פנטון כדי לגרום היפוקסיה סרטן וניצל את T2contrast של החומר למעקב MRI9. זה מפתיע לאור אלה ומחקרים חיוביים אחרים של חומרים פריט כי יש מעט הדגמות vivo לעומת תחמוצת ברזל טהור (Fe3O4) ננו, ואין יישומים מדווחים בבני אדם9,10.

אחד האתגרים העצומים העומדים בפני תרגום התכונות של ננו-חומרים של פריט למרפאה הוא יצירת אשכולות אחידים, לא מצטברים, ננומטריים11,12,13,14. בעוד גישות סינתטיות קונבנציונליות nanocrystals monodomain מפותחים היטב, אשכולות multidomain של סוג של עניין בעבודה זו אינם מיוצרים בקלות בצורה אחידה ומבוקרת15,16. בנוסף, הרכב פריט הוא בדרך כלל לא סטויצ'יומטרי ולא קשור רק לריכוז ההתחלתי של המבשרים וזה יכול לטשטש עוד יותר את אפיון המבנה-פונקציה השיטתי של חומרים אלה9,12,13,17. כאן, אנו מטפלים בנושאים אלה על ידי הדגמת גישה סינתטית שמניבה שליטה עצמאית הן על ממד האשכול והן על הרכב הננו-חומרים של מנגן פריט.

עבודה זו מספקת גם אמצעי להתגבר על היציבות הקולואידית הירודה של ננו-חומרים פריט18,19,20. חלקיקים מגנטיים נוטים בדרך כלל לצבירה עקב משיכת חלקיקים-חלקיקים חזקה; ferrites סובלים יותר מבעיה זו כמו מגנטיזציה נטו גדול שלהם מגביר את צבירת החלקיקים. במדיה הביולוגית הרלוונטית, חומרים אלה מניבים אגרגטים גדולים מספיק שהחומרים אוספים במהירות, ובכך מגבילים את נתיבי החשיפה שלהם לבעלי חיים או לאנשים20,21,22. Hilt et al. מצא תוצאה נוספת של צבירת חלקיקים במחקר שלהם של חימום מגנטותרמי וירידה צבע23. בריכוזים מעט גבוהים יותר של חלקיקים, או זמן חשיפה מוגבר לשדה, האפקטיביות של החומרים צומצמה ככל שהחומרים הצטברו לאורך זמן ואזורי פני החלקיקים הפעילים פחתו. יישומים אלה ואחרים ייהנו מפני שטחים מקבציים שנועדו לספק מחסומים סטריים שמנעו אינטראקציות בין חלקיקים-חלקיקים24,25.

כאן אנו מדווחים על גישה סינתטית לסנתז אשכולות פריט מנגן (MFCs) עם ממדים ניתנים לשליטה והרכב. חלקיקים מולטי-דומיינים אלה מורכבים הרכבה של ננו-קריסטלים מנגן פריט ראשוניים כי הם צבירה קשה; הקשר הקרוב של nanocrystals הראשי משפר את המאפיינים המגנטיים שלהם ומספק גודל אשכול כולל, 50-300 ננומטר, מותאם היטב לממדים האופטימליים עבור ננו-רפואה. על ידי שינוי כמות המים ומבשר הכלוריד המנגן, אנו יכולים לשלוט באופן עצמאי בקוטר ובהרכב הכלליים. השיטה משתמשת בתגובות הידרותרמיות פשוטות ויעילות של סיר אחד המאפשרות ניסויים תכופים ואופטימיזציה חומרית. ניתן לטהר בקלות את ה-MFCs האלה לתמיסת מוצר מרוכזת, אשר שונה עוד יותר על ידי פולימרים גופרתיים המעניקים יציבות קולואידית. הטונה, האחידות ויציבות שלב הפתרון שלהם הם כל התכונות בעלות ערך רב ביישומים של ננו-חומרים בהנדסה ביו-רפואית וסביבתית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. סינתזה של MFCs עם שליטה על הקוטר הכולל של MFCs והרכב פריט

  1. לשטוף ולייבש ביסודיות את כל כלי הזכוכית לשימוש בסינתזה. כמות המים בסינתזה משפיעה על הממדים של MFCs, ולכן חיוני להבטיח שלסכומי הזכוכית אין שאריות מים בו16,26.
    1. כדי לשטוף את כלי הזכוכית, לשטוף עם מים וחומר ניקוי ולשפשף עם מברשת בקבוקון כדי להסיר פסולת. יש לשטוף היטב כדי להסיר את כל חומרי הניקוי ולסיים בשטיפה של מים מתועדים.
    2. כדי לייבש את כלי הזכוכית, לנער טיפות מים מפני השטח של כלי הזכוכית ולהכניס לתנור ב 60 מעלות צלזיוס עד יבש לחלוטין.
    3. לשטוף את הכורים מצופים פוליפנילן (PPL) עם 37% חומצה הידרוכלורית כדי להסיר כל פסולת משימוש קודם. כדי לעשות זאת, מניחים את הכורים ואת כובעיהם בכוס גדולה ומלאים בחומצה הידרוכלורית עד שהכורים שקועים לחלוטין. תן לזה לשבת במשך 30 דקות לפני לשפוך את החומצה הידרוכלורית. לשטוף ברציפות את הכיס המכיל את הכורים עם מים במשך 1-2 דקות, ולאחר מכן למקם את הכורים בתנור להתייבש.
  2. השתמש פיפטה אוטומטית להעביר 20 מל של אתילן גליקול לתוך 50 מל עם מוט ערבוב מגנטי.
  3. שקול את הכמות הנדרשת של ברזל (III) כלוריד (FeCl3·6H2O, מוצק) כדי להשיג ריכוז סופי של 1.3 מ"מ ולהוסיף אותו לכיס. מניחים את הכיס על צלחת ערבוב ומפעילים אותה ב-480 סל"ד כדי להתחיל לערבב את הכיס.
    הערה: מכיוון שמדובר בהידרציה, יש למדוד אותו ולהוסיף אותו במהירות כדי למנוע ספיגה לא רצויה של מים מאוויר הסביבה.
  4. שוקלים 250 מ"ג חומצה פוליאקרילית (PAA, Mw ~ 6,000, אבקה) ומוסיפים אותה לכוס. לאחר התוספת של PAA, הפתרון הופך אטום מעט בהיר יותר בצבע.
  5. שוקלים 1.2 גרם אוריאה (CO(NH2)2, אבקה) ומוסיפים אותה לכיס.
  6. בעזרת פיפטה, יש להוסיף לכלוריד מנגן (II) ב-0.7 מ"מ (MnCl2·6H2O aq, 3.5 מ', 0.2 מ"ל) ל-כף.
  7. לבסוף, באמצעות pipette להוסיף את הכמות הנדרשת (0.5 מל) של מים טהורים במיוחד עבור.
  8. תן לפתרון לערבב במשך 30 דקות ולשים לב לשינוי הצבע. הוא יוצג כצבע כתום שקוף וכהה.
  9. מעבירים את תערובת התגובה לכור הפוליפנילן (PPL). שים לב כי לאחר הפתרון עורר כמה מוצקים ייתכן שהצטברו בצדי הכיס.
    1. השתמש במגנט (מגנט אדמה נדיר קבוע מעוקב, 40 x 40 x 20 מ"מ, המכונה להלן "מגנט" לכל הליכי ההפרדה והאיסוף המגנטי) כדי לגרור את מוט הערבוב סביב קירות הכיס כדי להבטיח שמוצקים שהצטברו בצדדים מפוזרים לפתרון התגובה.
    2. ברגע שהפתרון מעורבב ומוכן, העבר אותו לכור מצופה PPL 50 מ"ל.
    3. השתמש מהדק ומנוף כדי לאטום את הכור ב autoclave נירוסטה בחוזקה ככל האפשר. מהדקים את כלי הכור למשטח יציב, ובאמצעות מוט המוחדר למכסה כינוף, דוחפים את הכור לאטום. שים לב כי הכור האטום לא צריך להיות מסוגל להיפתח ביד. זה חיוני כמו הסביבה בלחץ גבוה של התנור דורש אטם הדוק על הכור.
  10. מניחים את הכור בתנור במשך 20 שעות ב 215 °C (70 °F).
  11. לאחר התגובה ההידרותרמית נעשית, להסיר את הכור מהתנור ולאפשר לו להתקרר לטמפרטורת החדר. הלחץ של התנור יאפשר את הכור להיפתח ביד. שים לב כי בשלב זה, הכור יכיל את מוצר MFC מפוזר אתילן גליקול עם זיהומים אחרים, כגון פולימר לא נטען, ויהיה פתרון שחור אטום. המוצר יהיה מבודד בשלבים הבאים.

2. הפרדה מגנטית וטיהור של MFCs

  1. מניחים 200 מ"ג של צמר פלדה לתוך בקבוקון זכוכית. מלא את בקבוקון הזכוכית באמצע הדרך עם תערובת התגובה מהכור. ממלאים את שאר הוויאל באצטון ומנערים היטב. שים לב כי צמר הפלדה מגביר את כוח השדה המגנטי בלוויה ויסייע בהפרדה מגנטית של nanoclusters מן הפתרון.
  2. מניחים את הקרבון על מגנט כדי שהאוסף המגנטי יתרחש. התוצאה תהיה פתרון שקוף עם משקעים בתחתית.
    1. יוצקים את התמיסה supernatant בעוד MFCs לכודים מגנטית על ידי צמר הפלדה על ידי החזקת המגנט לתחתית של הקרבון בעת שפיכה. אתילן גליקול יוסר ברובו בשלב זה.
    2. התחל לשטוף עם היחס הנמוך של אצטון למים ולהגדיל את היחס בשטיפה הבאה עד טהור. תעשה את זה 3-4 פעמים.
  3. מוציאים את הקרבון מהמגנט וממלאים אותו במים. לנער היטב כדי להמיס את MFCs. עכשיו המוצר יהיה מפוזר לחלוטין במים.
  4. חזור על שני השלבים הקודמים מספר פעמים עד שהפתרון המימי של ה- MFCs אינו מייצר בועות בעת ניעור. התוצאה תהיה פרופלואיד כהה ואטומו שיגיב בעוצמה למגנטים.
    הערה: בסינתזה טיפוסית עם 20 מ"ל של אתילן גליקול, כ 80 מ ג של מוצר MFC יתקבל.

3. פונקציונליזציה פני השטח של MFCs לעבר יציבות קולואידית גבוהה במיוחד

הערה: הסינתזה של ניטרו-דופמין ופולי (AA-co-AMPS-co-PEG) ניתן למצוא בעבודה הקודמת שלנו16. הקופולימר מיוצר באמצעות פילמור רדיקלים חופשיים. יש להוסיף 0.20 גרם של 2,2′-אזובי (2-מתילפרופיוניטריל) (AIBN), 0.25 גרם חומצה אקרילית (AA), 0.75 גרם חומצה גופרתית 2-אקרילפידו-2-מתילפרופן (AMPS), ו-1.00 גרם פולי (אתילן גליקול) מתיל אתר אקרילט (PEG) ב-10 מ"ל של N-דימתילפורמיד (DMF). מחממים את התערובת באמבט מים של 70 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת ומעבירים אותה לשקית דיאליזה (קרום תאית, 3 kDa) במים. יחס המשקל של AA, AMPS ו- PEG הוא 1:3:4. פילמור עבור מונומרים אלה יש שיעור המרה 100% כפי שאושר על ידי ייבוש קפוא ושקילה.

  1. שלבו 10 מ"ל של חלקיקים מטוהרים (כ-100 מ"ג) במין 20 מ"ל עם 10 מ"ל של N-[2-(3,4-דיהידרוקסיפניל)אתיל]ניטראמיד (תמיסה ניטרו-דופמין) (~1 מ"ג/מ"ל). המתן 5 דקות.
  2. לשטוף את MFCs מצופה ניטרו דופמין באמצעות הפרדה מגנטית. שפוך את הסופר-נט הצהוב-חיוור. מוסיפים מים ומנערים במרץ. לאחר מכן, לשפוך מים באמצעות המגנט כדי לשמור על המוצר. חזור על כביסה זו מספר פעמים משאיר את הקולקציה החומה הכהה בווינאל.
    הערה: הכן פתרון מימי עם ריכוז של 20 מ"ג / מ"ל, פתרון חיץ עם ריכוז של 100 מ"ג / מ"ל, ופולי (AA-co-CO-AMPS-CO-PEG) פתרון פולימר עם ריכוז של 20 מ"ג / מ"ל.
  3. לערבב 1 מ"ל של פתרון EDC, 1 מ"ל של מאגר MES, ו 3 מ"ל של פתרון פולימר. מערבבים קלות על ידי מערבולת התערובת, ולתת לו לשבת במשך כ 5 דקות. זה צריך להיות פתרון ברור וחסר צבע כאשר משולב באופן מלא.
  4. מוסיפים את התערובת לאוסף MFC ומניחים את הנקיון באמבט קרח. הפוך את sonicator בדיקה לתוך הפתרון, ולאחר מכן להפעיל אותו (250 וואט של כוח ב 20 kHz).
    1. לאחר טיפול sonication 5 דקות, להוסיף בערך 5 מ"ל של מים טהורים במיוחד להפליאה בזמן sonicator עדיין פועל. המשך לעקוב אחר כלי השיט כדי לוודא שלא נשפך מוצר. לשמור על הקרח בתערובת מי הקרח כמו חלק הקרח הראשוני יימס בשל עוצמת וחום sonication.
    2. אפשר לתערובת sonicate במשך 25 דקות נוספות, בסך הכל 30 דקות.
  5. מניחים את הציפוי על גבי מגנט כדי להפריד את ה- MFCs ולשפוך את הפתרון העל-טבעי.
  6. לשטוף את MFCs שונה עם מים deionized מספר פעמים.
  7. מלאו את הקטוריון המכיל את ה-MFCs במים טהורים במיוחד. Pipette נוזל זה לתוך מערכת סינון ואקום עם מסנן קרום פוליאתרסולפון 0.1 מיקרומטר כדי להסיר כל MFCs מצטבר בלתי הפיך. הקפד לשטוף את הקירות של משפך כדי למזער כל אובדן של המוצר.
  8. מסנן ואקום את הפתרון. חזור על תהליך זה 2-3 פעמים. התוצאה תהיה פתרון מימי מטוהר של MFCs מונודיספרס.
    הערה: בערך 10% מהמוצר יצטבר באופן בלתי הפיך וחומר זה יישאר על המסנן ויש להשליך אותו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לאחר טיפול הידרותרמי, תערובת התגובה הופכת לפיזור שחור צמיג כפי שניתן לראות באיור 1. מה התוצאות לאחר הטיהור הוא פתרון MFC מרוכז מאוד שמתנהג כמו פרופלואיד. הנוזל בוויאליה מגיב בתוך שניות כאשר הוא ממוקם ליד מגנט כף יד (<0.5 T), ויוצר מסה שחורה מקרוסקופית שניתן להזיזה כאשר המגנט ממוקם במקומות שונים.

סינתזה זו מניבה מוצרים שהממד שלהם והרכב פריט תלויים בכמות המים שנוספו וביחס בין מנגן למבשר ברזל בתערובת התגובה. איור 2 ממחיש כיצד מורפולוג...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו מדגימה סינתזה פוליול שונה של nanocrystals ferrite מנגן מקובצים יחד לתוך אגרגטים ננומטריים אחידים29. בסינתזה זו, ברזל(III) כלוריד ומנגן (II) כלוריד לעבור תגובה הידרוליזה כפויה והפחתת, ויוצר MnxFe3-xO4 מולקולרי. מולקולות פריט אלה יוצרות ננו-קריסטלים ראשוניים תחת הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה בכורים, ובסופו של דבר מתכנסות לאגרפים כדוריים המכונים כאן אשכולות פריט מגנטיט (MFCs). ללא זמן תגובה מספיק או מספיק מים, תהליך הצבירה אינו יכול להשלים באופן מלא...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה בנדיבות על ידי אוניברסיטת בראון וקונסורציום האנרגיה המתקדמת. אנו מודים להודות לד"ר צ'ינגבו זאנג על השיטה הסינתטית המבוססת שלו של MFCs תחמוצת ברזל.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מסנן סינון ואקום 0.1 מיקרוןThermo Fisher ScientificNC9902431לסינון אשכולות מצטברים לאחר סינתזה וציפוי פני השטח להשגת תמיסה אחידה
2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS, 99%)Sigma-Aldrich282731-250Greagent המשמש בקופולימר לציפוי פני השטח של ננו-אשכולות ופונקציונליזציה שלהם למדיה
ביולוגית2,2′-Azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN)Sigma-Aldrich441090-100Gמגיב המשמש בייצור קופולימר כמחולל רידיקל חופשי
4-Morpholineethanesulfonic acid, 2-(N-Morpholino) חומצה אתנסולפונית (MES)Sigma-AldrichM3671-250Gחוצץ חומצי המשמש לייצוב תהליך ציפוי פני השטח של ננו-אשכולות
חומצה אקריליתSigma-Aldrich147230-100Gריאגנט המשמש בקופולימר לציפוי פני השטח של ננו-אשכולות ופונקציונליזציה שלהם למדיה ביולוגית; נטול מים, מכיל 200 ppm MEHQ כמעכב, 99%
איזון אנליטיAvantorVWR-205ACהמשמש לשקילת ריאגנטים כימיים מוצקים לשימוש בסינתזה ודילול
סוניפיקר דיגיטלי ובדיקהברנסוןB450המשמש לסוניקציה של תמיסת ננו-אשכולות במהלך ציפוי פני השטח לפירוק אגרגטים
דופמין הידרוכלורידסיגמא-אולדריץ'H8502-25Gמשמש בציפוי פני השטח לתגובת חילופי ליגנד
אתילן גליקול (נטול מים, 99.8%)מגיב סיגמא-אולדריץ'324558-2Lהמשמש כממס בסינתזה הידרותרמית של ננו-אשכולות
בקבוקוני זכוכית (20 מ"ל)מיכל בקבוקוני פרימיוםB1015לתמיסת ננו-אשכולות במהלך כביסה וציפוי פני השטח וכן תמיסות פולימריות
מדורגת (100 מ"ל)קורנינג1000-100מיכל לערבוב של ריאגנטים מוצקים ונוזליים במהלך סינתזה הידרותרמית (יועבר לכור חיטוי לפני התנור)
מגנט כף ידMSC Industrial Supply, Inc.926739041/2 אינץ' ארוך x 1/2 אינץ' רוחב x 1/8 אינץ' גובה, 5 קטבים, מגנט ניאודימיום מלבני מגנט בעל חוזק נמוך המשמש לזירוז ננו-אשכולות מתמיסה (חוזק השדה מוגבר עם צמר פלדה בעת הצורך)
חומצה הידרוכלורית (דרגת ACS, 37%)פישר סיינטיפיק7647-01-0להסרת שאריות פסולת ננו-אשכולות וניקוי כורי חיטוי לשימוש הבא
אפשרותלכור חיטוי הידרותרמימיכל TOPT-HP500לתערובת ריאגנטים מוגמרת כדי לעמוד בטמפרטורה ולחץ גבוהים שנוצרו על ידי התנור בסינתזה הידרותרמית
ברזל (III) כלוריד הקסהידראט (FeCl3· 6H2O, מגיב ACS, 97%)ACS236489-500Gהמשמש בסינתזה של ננו-אשכולות כמקור לברזל (III) שהופך לברזל (II) במוצר ננו-אשכול מוגמר (שמור יבש ושקל במהירות כדי למנוע זיהום מים)
מברשות כביסה לכלי מעבדהFisher Scientific13-641-708משמש לשטיפה וניקוי כלי זכוכית לפני הסינתזה
צלחת ערבוב מגנטיתThermo Fisher Scientific50093538לערבוב של ריאגנטים מוצקים ונוזליים במהלך סינתזה הידרותרמית
מנגן כלוריד טטרהידרט (MnCl2· 4H2O, 99.0%, גבישים, ACS)מגיב Sigma-Aldrich1375127-2Gהמשמש בסינתזה של ננו-אשכולות כמקור
למיקרופיפטה מנגן (100-1000μ L)Thermo Fisher ScientificFF-1000להעברת ריאגנטים נוזליים כגון מים ומנגן כלוריד
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)Sigma-Aldrich25952-53-8המשמש בציפוי פני השטח כדי לסייע בהחלפת ליגנד של קופולימר (שמור כימיקל בתפזורת במקפיא ותמיסה מדוללת במקרר)
N, N-Dimethylformamide (DMF)Sigma-Aldrichמגיב 227056-2Lהמשמש בייצור קופולימר כממס
מלח נתרן חומצה פוליאקרילית (PAA, Mw ~ 6,000)PolyScience Inc.06567-250ריאגנט המשמש בסינתזה הידרותרמית לציפוי ראשוני של הננו-אשכולות (הוחלף בסופו של דבר בשלב ציפוי פני השטח)
מגיב פולי (אתילן גליקול) מתיל אתר אקרילטסיגמא-אולדריץ'454990-250MLהמשמש בקופולימר לציפוי פני השטח של ננו-אשכולות ופונקציונליזציה שלהם למדיה ביולוגית; ממוצע Mn 480, מכיל 100 ppm BHT כמעכב, 100 ppm MEHQ כמעכב
ריאגנטים אצטון, 4L, מגיב ACSCole-ParmerUX-78920-66משמש כממס לזירוז ננו-אשכולות במהלך הכביסה
פיפטה חד ערוצית, מתכוונן 1-10 מ"לEppendorf3123000080להעברת אתילן גליקול ונוזלים אחרים
צמר פלדהLowe's788470משמש להגברת חוזק השדה המגנטי בבקבוקון כדי לסייע במשקעים של ננו-אשכולות לשטיפה וציפוי
פני השטחבר ערבובתומאס סיינטיפיק8608S92לערבוב של ריאגנטים מוצקים ונוזליים במהלך סינתזה הידרותרמית
מהדקשולחן Grainger29YW53לאיטום הדוק של כור חיטוי כדי לעמוד בלחץ גבוה של תנור במהלך סינתזה הירותרמית
אוריאה (מגיב ACS, 99.0%)מגיב סיגמא-אולדריץ'U5128-500Gהמשמש בסינתזה הידרותרמית ליצירת פתרון
בסיסיצמרות בקבוקי סינון ואקוםThermo Fisher Scientific596-3320לסינון אשכולות מצטברים לאחר סינתזה וציפוי פני השטח להשגת פתרון אחיד
בקר ואקום V-850BuchiBU-V850לסינון אשכולות מצטברים לאחר סינתזה וציפוי פני השטח להשגת פתרון אחיד
תנור ואקוםFisher Scientific13-262-51משמש ליצירת טמפרטורה ולחץ גבוהים הדרושים להיווצרות ננו-צבירים בסינתזה הידרותרמית
מגיב

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Makridis, A., et al. In vitro application of Mn-ferrite nanoparticles as novel magnetic hyperthermia agents. Journal of Materials Chemistry B. 2 (47), 8390-8398 (2014).
  2. Nelson-Cheeseman, B., Chopdekar, R., Toney, M., Arenholz, E., Suzuki, Y. Interplay between magnetism and chemical structure at spinel-spinel interfaces. Journal of Applied Physics. 111 (9), 093903(2012).
  3. Otero-Lorenzo, R., Fantechi, E., Sangregorio, C., Salgueiriño, V. Solvothermally driven Mn doping and clustering of iron oxide nanoparticles for heat delivery applications. Chemistry-A European Journal. 22 (19), 6666-6675 (2016).
  4. Mohapatra, J., et al. Enhancement of magnetic heating efficiency in size controlled MFe 2 O 4 (M= Mn, Fe, Co and Ni) nanoassemblies. Rsc Advances. 5 (19), 14311-14321 (2015).
  5. Qi, Y., et al. Carboxylic silane-exchanged manganese ferrite nanoclusters with high relaxivity for magnetic resonance imaging. Journal of Materials Chemistry B. 1 (13), 1846-1851 (2013).
  6. Anandhi, J. S., Jacob, G. A., Joseyphus, R. J. Factors affecting the heating efficiency of Mn-doped Fe3O4 nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 512, 166992(2020).
  7. Del Bianco, L., et al. Mechanism of magnetic heating in Mn-doped magnetite nanoparticles and the role of intertwined structural and magnetic properties. Nanoscale. 11 (22), 10896-10910 (2019).
  8. Padmapriya, G., Manikandan, A., Krishnasamy, V., Jaganathan, S. K., Antony, S. A. Enhanced catalytic activity and magnetic properties of spinel Mn x Zn 1−x Fe 2 O 4 (0.0≤x≤1.0) nano-photocatalysts by microwave irradiation route. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 29 (8), 2141-2149 (2016).
  9. Kim, J., et al. Continuous O2-evolving MnFe2O4 nanoparticle-anchored mesoporous silica nanoparticles for efficient photodynamic therapy in hypoxic cancer. Journal of the American Chemical Society. 139 (32), 10992-10995 (2017).
  10. Silva, L. H., Cruz, F. F., Morales, M. M., Weiss, D. J., Rocco, P. R. Magnetic targeting as a strategy to enhance therapeutic effects of mesenchymal stromal cells. Stem Cell Research & Therapy. 8 (1), 1-8 (2017).
  11. Otero-Lorenzo, R., Ramos-Docampo, M. A., Rodriguez-Gonzalez, B., Comesaña-Hermo, M., Salgueiriño, V. Solvothermal clustering of magnetic spinel ferrite nanocrystals: a Raman perspective. Chemistry of Materials. 29 (20), 8729-8736 (2017).
  12. Aghazadeh, M., Karimzadeh, I., Ganjali, M. R. PVP capped Mn2+ doped Fe3O4 nanoparticles: a novel preparation method, surface engineering and characterization. Materials Letters. 228, 137-140 (2018).
  13. Li, Z., et al. Solvothermal synthesis of MnFe 2 O 4 colloidal nanocrystal assemblies and their magnetic and electrocatalytic properties. New Journal of Chemistry. 39 (1), 361-368 (2015).
  14. Guo, P., Zhang, G., Yu, J., Li, H., Zhao, X. Controlled synthesis, magnetic and photocatalytic properties of hollow spheres and colloidal nanocrystal clusters of manganese ferrite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 395, 168-174 (2012).
  15. Pardo, A., et al. Synthesis, characterization, and evaluation of superparamagnetic doped ferrites as potential therapeutic nanotools. Chemistry of Materials. 32 (6), 2220-2231 (2020).
  16. Xiao, Z., et al. Libraries of uniform magnetic multicore nanoparticles with tunable dimensions for biomedical and photonic applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (37), 41932-41941 (2020).
  17. Choi, Y. S., Young Yoon, H., Sung Lee, J., Hua Wu, J., Keun Kim, Y. Synthesis and magnetic properties of size-tunable Mn x Fe3−x O4 ferrite nanoclusters. Journal of Applied Physics. 115 (17), (2014).
  18. Creixell, M., et al. The effect of grafting method on the colloidal stability and in vitro cytotoxicity of carboxymethyl dextran coated magnetic nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 20 (39), 8539-8547 (2010).
  19. Latorre, M., Rinaldi, C. Applications of magnetic nanoparticles in medicine: magnetic fluid hyperthermia. Puerto Rico Health Sciences Journal. 28 (3), (2009).
  20. Yeap, S. P., Lim, J., Ooi, B. S., Ahmad, A. L. Agglomeration, colloidal stability, and magnetic separation of magnetic nanoparticles: collective influences on environmental engineering applications. Journal of Nanoparticle Research. 19 (11), 1-15 (2017).
  21. Lee, S. -Y., Harris, M. T. Surface modification of magnetic nanoparticles capped by oleic acids: Characterization and colloidal stability in polar solvents. Journal of Colloid and Interface Science. 293 (2), 401-408 (2006).
  22. Yeap, S. P., Ahmad, A. L., Ooi, B. S., Lim, J. Electrosteric stabilization and its role in cooperative magnetophoresis of colloidal magnetic nanoparticles. Langmuir. 28 (42), 14878-14891 (2012).
  23. Wydra, R. J., Oliver, C. E., Anderson, K. W., Dziubla, T. D., Hilt, J. Z. Accelerated generation of free radicals by iron oxide nanoparticles in the presence of an alternating magnetic field. RSC Advances. 5 (24), 18888-18893 (2015).
  24. Bagaria, H. G., et al. Iron oxide nanoparticles grafted with sulfonated copolymers are stable in concentrated brine at elevated temperatures and weakly adsorb on silica. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (8), 3329-3339 (2013).
  25. Park, J. C., Park, T. Y., Cha, H. J., Seo, J. H. Multifunctional nanocomposite clusters enabled by amphiphilic/bioactive natural polysaccharides. Chemical Engineering Journal. 379, 122406(2020).
  26. Hemery, G., et al. Tuning sizes, morphologies, and magnetic properties of monocore versus multicore iron oxide nanoparticles through the controlled addition of water in the polyol synthesis. Inorganic Chemistry. 56 (14), 8232-8243 (2017).
  27. Lartigue, L., et al. Cooperative organization in iron oxide multi-core nanoparticles potentiates their efficiency as heating mediators and MRI contrast agents. ACS Nano. 6 (12), 10935-10949 (2012).
  28. Yavayo, C. T., et al. Low-field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals. Science. 314 (5801), 964-967 (2006).
  29. Matijević, E., Scheiner, P. Ferric hydrous oxide sols: III. Preparation of uniform particles by hydrolysis of Fe (III)-chloride,-nitrate, and-perchlorate solutions. Journal of Colloid and Interface Science. 63 (3), 509-524 (1978).
  30. Weizenecker, J., Gleich, B., Rahmer, J., Dahnke, H., Borgert, J. Three-dimensional real-time in vivo magnetic particle imaging. Physics in Medicine & Biology. 54 (5), 1(2009).
  31. Zhu, X., Li, J., Peng, P., Hosseini Nassab, N., Smith, B. R. Quantitative drug release monitoring in tumors of living subjects by magnetic particle imaging nanocomposite. Nano Letters. 19 (10), 6725-6733 (2019).
  32. Tay, Z. W., et al. Magnetic particle imaging-guided heating in vivo using gradient fields for arbitrary localization of magnetic hyperthermia therapy. ACS Nano. 12 (4), 3699-3713 (2018).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים