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Bioengineering

锰氧化物纳米粒子合成锰（II）乙酰酸盐的热分解

Published: June 18, 2020 doi: 10.3791/61572
Automatic Translation
1, 1
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, West Virginia University

Summary

该协议详细说明了锰氧化物（MnO）纳米粒子的一个简单、单锅合成，在甲胺和二苯醚存在的情况下，对锰（II）乙酰乙酰酸盐进行热分解。MnO 纳米粒子已用于各种应用，包括磁共振成像、生物感应、催化、电池和废水处理。

Abstract

在生物医学应用中，金属氧化物纳米粒子，如氧化铁和氧化锰（MnO），已被用作磁共振成像（MRI）的生物传感器和对比剂。虽然氧化铁纳米粒子在典型的实验时间范围内为 MRI 提供恒定的负面对比度，但 MnO 通过将 MnO 溶解到 Mn2° 在细胞内膜内的低 pH 值来"打开"MRI 对比度，在 MRI 上生成可切换的正对比度。该协议描述了由乙酰胺和二苯醚中锰（II）乙酰酸盐的热分解形成的MnO纳米粒子的一罐合成。虽然运行 MnO 纳米粒子的合成很简单，但如果没有提供详细说明，则初始实验设置可能难以重现。因此，首先对玻璃器皿和管组件进行了彻底描述，以便其他调查人员能够轻松重现设置。合成方法集成了温度控制器，以实现对所需温度剖面的自动化和精确操作，这将影响由此产生的纳米粒子尺寸和化学成分。热分解协议可以很容易地适应产生其他金属氧化物纳米粒子（如氧化铁），并包括替代有机溶剂和稳定剂（如油酸）。此外，有机溶剂与稳定剂的比例可以改变，以进一步影响纳米粒子的特性，如此所示。合成MnO纳米粒子分别通过透射电子显微镜、X射线衍射和四强变换红外光谱，分别具有形态、尺寸、体积组成和表面组成的特点。此方法合成的 MnO 纳米粒子具有疏水性，必须通过配体交换、聚合物封装或脂质封顶进一步操作，以结合亲水性组与生物流体和组织进行相互作用。

Introduction

,金属氧化物纳米粒子具有磁性、电能和催化性，已应用于,,,生物成像1、2、3、,2传感器技术4、5、催化36、7、8、储能9、净水10。578在生物医学领域，氧化铁纳米粒子和氧化锰（MnO）纳米粒子已被证明作为磁共振成像（MRI）1，2,中的对比剂具有实用价值。氧化铁纳米粒子在T2* MRI上产生强大的负对比度，其功能足以在体内11、12、13,12中显示单个标记细胞;然而，负MRI信号不能调制，在整个典型实验期间保持"ON"。由于肝脏、骨髓、血液和脾脏中存在内源性铁，氧化铁纳米粒子产生的负对比度可能难以解释。另一方面，MnO纳米粒子对pH的下降有反应。一旦纳米粒子在目标细胞的低pH内分体和细胞体内化，,如,癌细胞14、15、16、17、18、19,15,16等细胞内化，MnO纳米粒子的MRI信号就可以从"OFF"17,过渡到"ON"。在低pH值下从MnO溶解到Mn2+对T1 MRI产生的正对比是无可置疑的，只需在恶性肿瘤内的目标位点照明，就可以提高癌症检测特异性。控制纳米粒子的大小、形态和成分对于实现来自MnO纳米粒子的最大MRI信号至关重要。本文介绍了如何使用热分解法合成和描述MnO纳米粒子，并注意通过改变合成过程中变量来微调纳米粒子特性的不同策略。该协议可以很容易地修改，以产生其他磁性纳米粒子，如氧化铁纳米粒子。

MnO纳米粒子由多种技术产生，包括热分解20、21、22、23、24、25、,24,25水力/解热20,21,22,2326、27、28、29、去角质 第26,27,28,293030、31、32、33、34、31,32,33,34高甘酸盐,减少35、36、37、38、,36,37,38吸附氧化39、40、41、42。39,40,41,42热分解是最常用的技术，它涉及溶解锰前体，有机溶剂，和稳定剂在高温下（180-360°C）在惰性气态大气中形成MnO纳米粒子43。在所有这些技术中，热分解是产生各种纯相（MnO、Mn3O4和 Mn2O3）的纯相纳米晶体的优越方法，其大小分布较窄。通过改变反应时间44、45、46、温度,45,,,,,44、47、48、49、,47反应物类型48/比率44,494620、45、47、48、50和惰性气体,5047,48204547、48、50，可以严格控制纳米粒子的大小、形态和成分，从而突出了其多功能性。47,48该方法的主要局限性是要求高温、无氧大气和合成纳米粒子的疏水涂层，需要用聚合物、脂质或其他配体进一步改性，以提高生物应用的溶解度14、51、52、53。14,51,52,53

除了热分解，水力/解热法是唯一可以产生各种MnO相的其它技术，包括MnO、Mn3O4和MnO2;所有其他策略仅形成 MnO2产品。在水力/解热合成过程中，前体如Mn（II）石酸54、55和Mn（II）醋酸盐27在几个小时内被加热到120-200°C之间，以实现尺寸狭窄的纳米粒子;然而，需要专门的反应容器，反应是在高压下进行的。相比之下，去角质策略涉及处理分层或散装材料，以促进分离为二维单层。它的主要优点是生产MnO2纳米片，但合成过程需要几天时间，因此表的大小难以控制。或者，高锰酸盐（如KMnO4）可以与还原剂（如油酸56、57、,57氧化石墨烯58或聚（盐酸乙酰胺）59等反应，从而产生MnO2纳米粒子。使用KMnO4有助于在水性条件下几分钟到几小时在室温下形成纳米粒子。不幸的是，快速合成和纳米粒子的生长使得精细控制由此产生的纳米粒子尺寸变得具有挑战性。MnO2纳米粒子也可以使用吸附氧化合成，使 Mn2+离子在基本条件下通过氧气被吸附并氧化到 MnO2。该方法在水介质中，在室温下，在数小时内产生体积小、分布较窄的MnO2纳米粒子;然而，Mn2+离子和碱条件的要求限制了其广泛应用43。

在所讨论的MnO纳米粒子合成方法中，热分解是产生不同单分散的纯相纳米晶体的最通用方法，无需专门的合成容器即可控制纳米粒子的大小、形状和组成。在这份手稿中，我们描述了如何在280°C时用锰（II）乙酰乙酰酸酯（Mn（II）ACAC作为Mn2+ 离子的来源，以油胺（OA）作为还原剂和稳定剂，以及二苯醚（DE）作为氮气下的溶剂，在280°C下通过热分解合成MnO纳米粒子。详细介绍了纳米粒子合成的玻璃器皿和管材设置。该技术的一个优点是包括温度控制器、热电偶探头和加热层，以便精确控制每个温度下的加热速率、峰值温度和反应时间，以微调纳米粒子的大小和成分。在这里，我们展示如何通过改变OA与DE的比例来操纵纳米粒子尺寸。此外，我们演示了如何使用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和四位一流变换红外光谱（FTIR）分别准备纳米粒子样品并测量纳米粒子尺寸、体积组成和表面成分。包括有关如何分析每个仪器收集的图像和光谱的进一步指导。要产生均匀形状的MnO纳米粒子，必须存在稳定剂和足够的氮流;XRD 和 TEM 结果显示为在没有 OA 和低氮流下形成的不需要的产品。在"讨论"部分，我们重点介绍协议中的关键步骤、确定成功纳米粒子合成的指标、用于修改纳米粒子特性的分解协议的进一步变化（大小、形态和组成）、方法的故障排除和局限性，以及 MnO 纳米粒子作为生物医学成像的对比剂的应用。

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Protocol

1. 玻璃器皿和油管组件 – 仅首次执行

注 ：图1 显示了带编号管连接的MnO纳米粒子合成的实验装置。 图 S1 显示了与标记的主玻璃器皿组件相同的设置。如果耐化学性管材与玻璃连接尺寸不匹配，则先用一小块小管盖住玻璃连接，然后添加耐化学性管材，使连接舒适。

  1. 使用经批准的表带约束，将无气氮罐固定到靠近化学烟气罩的墙壁上。向油箱中加入适当的氮气调节器。
    注意：气瓶必须正确固定，因为如果翻倒，它们可能非常危险。
  2. 用干燥剂填充气体干燥柱。将无气氮调节器的耐化学管连接到气体干燥柱的底部入口（#1 图 1 所示）。
  3. 使用两个金属爪夹将包含至少 2 个出口塞子的玻璃歧管固定到烟罩顶部。将耐化学管从气体干燥柱（图 1中的 #2）的入口连接到歧管的入口（#3 图 1中）。
  4. 根据图1，使用金属爪夹将3个矿物油气泡器放在烟 罩中并固定。将两个气泡器放在左侧，在右侧放一个气泡器。
  5. 用最小的硅油（#9 从气泡器底部的 ±1英寸油）填充最左边的气泡器（如图1所示）。用中等量的硅油（从气泡器底部填充 1.5 英寸的油），以图 1 中的 #7，8填充中间气泡器。用最右边的气泡#11 图1中的#11）填充最大的硅油量（从气泡器底部填充±2英寸的油）。
    注：矿物气泡器之间的硅油相对量对于实现无气氮气通过系统的适当流动非常重要。不要添加太多的油（超过 ±2.5 英寸），因为油在反应过程中会冒泡，如果注油过度，可能会退出气泡器。
  6. 使用耐化学性管将歧管右侧塞子（图 1 中的 #4）上的插座连接到玻璃弯头适配器 （#5）的螺纹端。
  7. 使用耐化学性管将另一个玻璃弯头适配器（图 1中的 #6）的螺纹端连接到中间气泡器 （#7）的入口。使用耐化学性管将中间气泡器（ 图 1中的 #8）的入口连接到最左侧气泡器 （#9）的入口。
  8. 将歧管左侧的插座（图 1中的 #10）连接到最右侧气泡器的入口（图 1 中#11（如图 1 所示）。
  9. 如果空间容纳，请将初步设置留在烟罩中。当实验未运行时，将两个玻璃弯头适配器与管状（图 1 中的 #5，6）固定到烟罩中的金属晶格上。

2. 设备和玻璃器皿设置 – 将在每次实验中执行

注意：所有涉及溶剂的步骤都需要使用化学烟罩以及适当的个人防护设备 （PPE），包括安全眼镜、实验室外套和手套。纳米粒子制造装置应组装在烟罩中。

  1. 将搅拌板放在烟罩中，将加热垫放在搅拌板的顶部。
    注：加热地衣必须能够承受超过300°C的温度。
  2. 将 4 颈 500 mL 圆形底部烧瓶放在加热地衣上，用金属爪夹固定中颈。在圆形底部烧瓶中添加磁性搅拌棒。将玻璃漏斗放在圆形底部烧瓶的中间颈部。
  3. 检查歧管：确保安全止#10（ 图 1中为）和输入#4（ 图 1中的输入停止）。
    注意：安全止损需要一直打开，以确保系统中没有压力。如果停止关闭，则可能发生爆炸。
  4. 重1.51克锰（II）乙酰乙酰酸（Mn（II）ACAC），使用玻璃漏斗放在圆底烧瓶内。
  5. 使用玻璃移液器和玻璃漏斗将 20 mL 的 oleylamine 和 40 mL 的二苯醚添加到圆形底部烧瓶中。拆下漏斗，用六烷清洁。
    注意：实验可以扩大（例如，2倍），但建议在使用任何数量较大的反应物时保持保守。反应剂量越大，反应就不那么稳定，因此很危险。
  6. 将冷凝器连接到圆形底部烧瓶的左颈部，用金属爪夹固定冷凝器。将玻璃弯头适配器 （#61所示）添加到冷凝器顶部。
    注：适配器应与耐化学性管连接到中间矿物油气泡器（#7 图 1 所示）。
  7. 将与水相容的油管从烟气罩中的出水口（图 1中的 #12）连接到冷凝器的入口（#13 图 1所示）。还要使用与水相容的管道将冷凝器的#14（ 图 1中）连接到烟气罩中的排放口（#15 图 1所示）。将油管固定到冷凝器连接（图 1中的 #13，14）上，使用联锁蠕虫齿轮金属软管夹。
  8. 将旋转陷阱添加到圆形底部烧瓶的右颈部。将玻璃肘适配器（#5 图 1）放在旋转陷阱的顶部。
    注：适配器应与耐化学性管连接到右侧的止损歧管出口（#4 图 1 所示）。
  9. 将橡胶塞连接到圆形底部烧瓶的中间颈部，并将其折叠起来，使两侧覆盖烧瓶的颈部。添加塑料锥形接头夹（图 1 中的 4 个绿色夹子），以确保以下玻璃器颈连接：肘部适配器和旋转陷阱、旋转陷阱和圆形底部烧瓶、圆形底部烧瓶和冷凝器以及冷凝器和弯头适配器。
  10. 将温度探头放在圆形底部烧瓶中最小的颈部，用颈盖和 O 环拧紧并固定探头。用石蜡塑料薄膜密封连接。
    注：确保温度探头浸入液体混合物中，但不会接触玻璃底部。如果探头与玻璃表面接触，与真实流体温度相比，所测量的温度将不准确，这将导致温度控制器为反应提供不正确的热量。
  11. 将温度探头连接到温度控制器的输入。将加热地衣连接到温度控制器的输出。
  12. 打开搅拌盘，开始大力搅拌。
  13. 打开无气氮气罐，然后慢慢开始将氮气流入系统（这将清除空气）。使用调节器调节氮气流量，直到中间矿物油气泡器（图 1中）中形成稳定的#7流。
  14. 将烟气罩中的冷水（#12 图1）打开冷凝器，检查油管中是否漏水。
  15. 在反应开始前，将烟罩的窗框放下。

3. 纳米粒子合成

  1. 打开温度控制器（电源和加热电源）以开始反应。观察并记录每个阶段的反应混合物的颜色。反应将在第 1 至 3 阶段以深棕色开始，并在第 4 阶段变绿。
    注：每个温度控制器的工作方式不同。确保使用正确的手册和程序。
  2. 阶段 1：观察温度控制器显示屏，确认温度在 30 分钟内从室温升高至 60°C。
  3. 阶段 2：确保温度控制器在 60°C 稳定 1 分钟，为第 3 阶段的加热速度做好准备。
  4. 第 3 阶段：在温度上升到 280 °C 时，检查温度控制器显示屏，温度在 22 分钟内以每分钟 10 °C的速度升高至 280 °C。确保流经冷凝器的水流足够，因为混合物将在此阶段开始蒸发。
  5. 第 4 阶段：确认温度控制器在 30 分钟内显示 280°C 的恒定反应温度。观察反应颜色更改为绿色色调，表示 MnO 形成。一旦反应达到 280°C，关闭氮气罐并关闭右塞孔，用于歧管上反应的入口（#4 图 1所示）。
    注意：保持安全止#10（图 1所示）。
  6. 阶段 5：检查温度控制器显示屏，确保加热自动停止。将温度探头留在内部（不要打开圆形底部烧瓶），并等待温度达到室温，以便继续进行纳米粒子收集。
    注意：烧瓶会非常热。如果需要更快的冷却速度，应佩戴耐热手套以去除加热地衣。
    注意：可以在这里暂停协议。

4. 纳米粒子收集

  1. 关闭温度控制器、搅拌板和冷水。从冷凝器、烟罩和排水管中拆下与水兼容的油管。从玻璃器皿连接中拆下所有塑料锥形接头夹。
  2. 从旋转阀（图1中#5）和冷凝器（图1中#6玻璃弯头适配器）。将弯头适配器固定到发动机罩中的金属晶格上，以用于将来的实验。
  3. 从圆形底部烧瓶中分离冷凝器和旋转陷阱，用六烷冲洗冷凝器和旋转陷阱的内侧。
  4. 拆下橡胶塞和温度探针，用 70% 乙醇清洁。
  5. 将 MnO 纳米颗粒溶液从圆形底部烧瓶倒入干净的 500 mL 烧杯中。使用六烷 （±5 mL） 冲洗圆形底部烧瓶，并将带残余 MnO 纳米颗粒的六烷加入 500 mL 烧杯中。
    注：六烷将重新暂停MnO纳米粒子，而200证明乙醇将作为沉淀剂。
  6. 注意 MnO 纳米粒子混合物的当前体积。使用体积比为 2：1 的 MnO 纳米粒子混合物中加入 200 个证明乙醇（例如，如果纳米粒子混合物为 75 mL，则加入 150 mL 乙醇）。
  7. 将纳米粒子混合物均等地倒入四个离心管中，约3/4满。拧上适当的盖。检查以确保液位平衡。
    注：任何额外的纳米粒子混合物将被添加到管下一轮离心。
  8. 在10°C下，在17，400 x g下将纳米 粒子 离心10分钟。
    注：更长的离心时间/或更高的离心速度可用于增加较小纳米粒子分数的收集，但纳米粒子聚集可以增加。
  9. 将上流液放入废杯中，小心不要干扰颗粒。如果需要，使用转移移液器收集上流液。
    注：早期离心期产生棕色上一位是正常的。上清应应该是棕色和清晰的，但不是多云的。任何云量都表明纳米粒子仍然存在于上一液中。如果上流液是多云的，则在丢弃上流液之前再次离心管;再次离心将减少合成纳米粒子的损失，但会导致更多的聚集。
  10. 加入 5 mL 的六烷和任何额外的纳米颗粒溶液，留在每个含有 MnO 纳米颗粒的离心管中。使用沐浴声波和/或涡流重新暂停纳米粒子。继续，直到溶液变得多云，颗粒消失，这表明成功的纳米粒子再造。
  11. 在离心管中加入200种防震乙醇，直到3~4充满。
  12. 重复步骤 4.8-4.10。然后，将从四个离心管的重新浓缩的纳米粒子组合到两个离心管。接下来，重复步骤 4.11。
  13. 再次重复步骤4.8-4.10，这总共用六烷和200证明乙醇洗涤三次。请勿在离心管中添加任何 200 证明乙醇。
  14. 将重新在六烷中重新释放的 MnO 纳米颗粒组合并转移到预重的 20 mL 玻璃闪烁小瓶中。关闭小瓶盖，让十六烷在烟气罩中蒸发过夜。
  15. 第二天，将含有纳米粒子的未盖玻璃闪烁小瓶转移到真空烤箱中。将小瓶的盖子放在烤箱外的安全位置。在100°C下干燥纳米粒子24小时。
  16. 一旦纳米粒子干燥，用铲子将小瓶内的粉末分解。称重含有干MnO纳米颗粒的小瓶，减去玻璃闪烁小瓶的已知重量，以确定纳米颗粒产量。
    注意：干燥的纳米粒子很容易升空，应该由使用颗粒呼吸器（如N95或P100）的人员处理。
  17. 将纳米颗粒在室温下存放在玻璃闪烁小瓶内，盖上盖子。用石蜡塑料薄膜包裹盖子。

5. 纳米颗粒尺寸和表面形态（TEM）

  1. 使用砂浆和害虫将 Mno 纳米粒子粉粉粉粉粉粉碎。
  2. 将 5 mg 的 MnO 纳米颗粒加入 15 mL 锥形离心管。加入10 mL的200证明乙醇。
    注：200证明乙醇迅速蒸发，以获得更均匀的纳米粒子在TEM网格上的扩散。另一种溶剂可以有更好的纳米粒子悬浮液，但蒸发需要更长的时间，由于表面张力，纳米粒子会积聚在TEM网格的边界上。
  3. 沐浴对纳米粒子混合物进行5分钟的声波化，或直到纳米粒子完全重新燃烧。
  4. 重新吸收后，立即将三滴 5 μL 的纳米颗粒混合物添加到碳 B 型 300 网状铜栅格支持膜上。让空气干燥。
    1. 使用反向钳子，以便于样品制备。在添加含有纳米粒子的滴子之前，将网格放在带较暗面的钳子上。
      注：网格是脆弱的，所以要小心不要弯曲和损坏网格，以更好地成像。一旦干燥，网格应保存在市售的 TEM 电网存储箱中，以进行保护。
  5. 使用透射电子显微镜 （TEM） 评估纳米粒子的形状和大小。应用 TEM 的典型参数，包括 200 kV 的光束强度、1 的点位大小和 300 倍的放大倍率。
  6. 收集网格中足够纳米粒子（10- 30 个纳米粒子）均匀分布的区域的图像。避免使用含有纳米粒子聚集的区域，因为如果纳米粒子没有明显分离，则无法进行精确尺寸调整。
    1. 不同网格方块的图像区域，以确保均匀分布。为了获得最佳大小分布，请从每个样本中获取 25 - 30 个图像以获得足够的样本大小。

6. 纳米粒子直径定量分析

  1. 要使用 ImageJ 分析 TEM 图像，首先通过单击"文件" 打开其中一个图像|打开。选择所需的图像，然后单击"打开"。
  2. 要校准 ImageJ 中从像素到纳米的距离测量，请先单击直线工具。按住 Shift 键并跟踪比例杆的长度。然后，单击 "分析 | " 设置比例。
  3. 在"设置比例"弹出窗口中，在"已知距离"框中键入真正的比例Known distance杆测量值（例如，如果比例杆为 50 nm，则键入 50）。将长度单位更改为相应的单位（例如，纳米的 nm 类型）。选中"全局"框以保持所有图像中的比例一致，然后单击"确定"。
  4. 设置刻度后，使用直线工具跟踪纳米粒子的直径。然后单击 "分析 " | 测量 或单击 Ctrl+M 键。
  5. 查找显示结果弹出窗口，以显示有关测量的不同信息。确认存在 "长度"列，因为它将提供纳米粒子的直径，并包含步骤 6.3 中指定的单位。
  6. 重复步骤 6.4，直到图像中的所有纳米粒子都大小。要移动到下一个图像，请单击" 文件 | " 打开"下一个"或 "Ctrl+Shift+O" 键。
  7. 在所有图像中所有纳米粒子都大小后，请转到"结果 "窗口 并单击 "文件 " | 另存为。重命名结果文件，然后单击"保存 "。导入结果文件后，查看和分析电子表格程序中的所有纳米粒子直径。

7. 纳米粒子体积组成（XRD）

  1. 如果在步骤 5.1 期间未完成，则使用砂浆和害虫将 Mno 纳米颗粒粉碎成薄粉末。用铲子将细纳米颗粒粉末放入样品架中。按照为要使用的 X 射线衍射机 （XRD） 机器指定的样品加载过程操作。
  2. 使用 XRD 确定 MnO 纳米粒子的体积组成。在 10° 到 110° 的 2° 范围内收集 XRD 光谱，查看 MnO （30° 到 90°） 和 Mn3O4 （15° 到 90°） 的峰值。
    注：建议用于 XRD 的其他设置参数是 0.05 s 的步长、10 mm 的光束掩码和 64.77 s 的扫描步长时间。
  3. 保存生成的 。XRD 文件并在 XRD 分析程序中打开它。

8. XRD光谱分析

  1. 在 XRD 分析程序中，通过单击软件中的 IdeAll 按钮，确定样本 测量的 XRD 频谱中的所有主峰。
  2. 若要保存数据， 请选择 工具栏上的"文件 "， 然后选择"保存为...
  3. 使用该程序来模式匹配已知化合物的 XRD 数据库，以找到与样品匹配的最佳组合物。要缩小搜索范围，请指定预期的化合物（例如锰和氧气）。
    1. 要模式匹配频谱，请选择" 分析 | " 搜索和匹配。在弹出窗口中，选择 "化学 "并单击所需的化学元素，以根据样本限制程序搜索。
    2. 选择所有元素后，选择"搜索 "。等待出现与 XRD 频谱匹配的化学成分列表。
      注：程序将提供已知 XRD 光谱与样品成分对应的可能性。如果选择两个或更多组合，则程序将给出每个组合的组成百分比（例如，MnO 与 Mn3O4）。
  4. 如果需要，单击"拟合背景"按钮 （） 从 XRD 频谱 中删除背景 Equation 1 。然后， 单击弹出窗口 中的"背景"，然后减去 。确认频谱以 y 轴上的 0 开始。
    1. 如果没有背景，请再次保存数据，如步骤 8.2 所示。
  5. 绘制 XRD 频谱时，显示每个匹配化合物的特征峰值（例如，MnO 和 Mn3O4）。
    1. 要从数据库中获取匹配化合物的特征峰值列表，请先右键单击图案匹配频谱，然后选择"显示 模式"。等待弹出窗口出现，并包含与所选模式对应的所有峰值信息。
    2. 选择、复制和粘贴该化合物中所需的信息，并在电子表格程序中使用测量的 XRD 频谱绘制特征峰值。

9. 纳米粒子表面成分（FTIR）

  1. 将干燥的 MnO 纳米颗粒粉末添加到样品架中，用于 Fourier 变换红外光谱 （FTIR） 分析。
  2. 使用 FTIR 评估纳米粒子表面化学。收集4000至400厘米-1波长范围之间的FTIR光谱，分辨率为4厘米-1。
  3. 清洁 FTIR 样品架并添加液体油胺。重复步骤 9.2。

10. FTIR光谱分析

  1. 在 FTIR 分析程序中，通过在下拉菜单中选择"变换 "，然后 选择"基线正确"，从收集的 FTIR 频谱中删除背景。选择 线性 作为校正类型。
  2. 使用鼠标左键单击选择原始频谱上的基线点。完成后，通过选择"替换"，选择"添加"或"替换"，将频谱另一个名称保存为"替换"。
    注：背景校正可以提高关注性FTIR峰值较弱的流行率。
  3. 要导出 FTIR 频谱，请先从列表中选择特定频谱。然后，单击工具栏上的"文件"，然后单击"导出频谱"。
  4. 从"另存为"窗口中选择 csv 文件格式 ，然后单击"保存 "。使用电子表格程序打开并绘制 csv 文件。
  5. 比较获得的MnO纳米粒子与油胺FTIR光谱，详见"代表结果"部分，以评估纳米粒子与奥莱胺的封顶。

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Representative Results

为了确认合成成功，应测定MnO纳米粒子的大小和形态（TEM）、体积成分（XRD）和表面成分（FTIR）。 图2 显示了使用油胺（OA，稳定剂）与二苯醚（DE，有机溶剂）的减小比合成的MnO纳米粒子的代表性TEM图像：60：0、50：10、40：20、30：30、20：40、10：50。理想的TEM图像由单个纳米粒子组成（如图2所示为暗圆八 角形），具有最小的重叠。使用 ImageJ 中的线跟踪工具，实现纳米粒子的充分分离，以便精确手动调整纳米粒子直径大小，这一点至关重要。

图 3 显示了次优 TEM 样品制备。如果高浓度的MnO纳米粒子悬浮在乙醇中，或者将太多的纳米粒子悬浮液添加到TEM网格中，则每个图像将由大量纳米粒子组成（图3A，B）。由于纳米粒子的重叠，每个纳米粒子直径的极限无法区分，这妨碍了精确的测量。如果在乙醇中产生低纳米粒子浓度，纳米粒子可以很好地分离，但稀疏地分布在TEM网格上（图3C，D）。当每个 TEM 图像中只显示一个或两个纳米粒子时，需要拍摄更多图像才能获得足够大的样本大小，并且可能无法精确捕获全尺寸分布。本文描述的TEM制备协议旨在生成每幅图像约10-30个纳米粒子的TEM图像（如果直径较小，每个图像可以容纳更多的纳米粒子）。

TEM可用于评估纳米粒子尺寸的变化与合成参数的变化。 图4 显示了以OA：DE.每个合成条件的直径从75到90 TEM图像合成的MnO纳米粒子的平均直径，每个条件总共分析900至1100 MnO纳米粒子。为了确保可重复性，每个OA：DE比合成了3批纳米粒子。总体而言，OA：DE比率的下降产生了较小的MnO纳米粒子，尺寸变化较小;唯一的例外发生在在合成过程中单独使用OA时，它产生的纳米粒子大小与30：30的比例相似。图S2中显示了显示所有MnO纳米粒子组全尺寸分布的 直方图。

在用TEM确认纳米粒子尺寸和形态后，可以使用XRD对散装纳米粒子组合物进行测试。通过测量样品衍射的X射线束的角度和强度，XRD可用于确定纳米粒子的晶体结构和相位。 图 5A-F 显示了每个合成的 MnO 纳米粒子样品的原始收集的 XRD 光谱，其 OA：DE 比率降低。通过XRD分析程序数据库，在样品光谱上获得的XRD峰值与已知化合物（如MnO和Mn3O4） 的XRD峰相匹配。MnO 的标准峰值出现在 35°、40°、58°、70°、73°和 87°之间，如图 5G 所示。在比较纳米粒子XRD光谱与已知的MNO时，很明显，所有纳米粒子光谱都拥有5个最高峰值的MnO，表明MnO纳米粒子的合成是成功的。XRD也可用于使用舍勒方程来估计纳米粒子大小;XRD 上的较宽峰值表示纳米粒子直径较小。例如，具有最宽 XRD 峰值的图 5F 与 TEM （18.6 ± 5.5 nm） 所示的最小纳米粒子相关。

图6 显示了MnO纳米粒子合成中两种不需要的产品的XRD光谱。为了鼓励在高温（280 o C）下形成MnO相，在纳米粒子合成过程中使用氮气将空气清除系统。如果氮液流量不足，Mn3O4 的混合相组成 （51%）和 Mno （49%）（图6A）。通过与 Mn3O4 （图6C）和 MnO （图6D）的标准峰值进行比较，低氮流产生 XRD 光谱，其中 Mn3O4 的 8 个最高峰值和 MnO 的 5 个最高峰值。在低氮流下合成的纳米粒子TEM揭示了由较小的纳米粒子包围的大型纳米粒子的混合群（图6E）。氮流可以通过氮调节器读数和通过矿物油气泡器冒泡的速度进行监测。MnO 纳米粒子合成的另一个关键参数是包含稳定器。为了生产比10：50 OA：DE比更小的MnO纳米粒子，纯DE被使用时没有任何OA。在没有稳定剂的情况下合成了少量未知粉末。如图 6B 所示，0：60 OA：DE 比率的 XRD 光谱是噪声，包含 Mn 3 O 4 的3个最高峰值。根据XRD程序数据库的分析，该化合物的化学成分为67%Mn3O4 和33%MnO。在XRD光谱的宽峰的支持下，TEM确认在没有稳定剂的情况下合成非常小的纳米粒子（图6F）。纳米粒子也出现不规则的形状和聚集。此外，只有33%的收益率获得没有任何稳定剂，这意味着少量的产品被合成。因此，高氮流量和加入稳定剂，如OA或油酸是合成MnO纳米粒子所必需的。

为了用XRD补充散装纳米粒子成分，可以使用FTIR对表面成分进行评估。 图 7 显示了背景校正后 MnO 纳米粒子的 FTIR 光谱。所有光谱显示对称和非对称CH2 峰（2850-2854和2918-2926厘米-1，以星号标记）与油基组60相关，此外NH 2 弯曲振动峰（1593厘米-1和 3300厘米-1，标有正方形）与胺组61相关。由于MnO纳米粒子在OA的FTIR光谱（图S3）中与碱基组和胺群具有相同的峰值，因此可以得出结论，纳米粒子涂有OA的表面层。此外，所有纳米粒子FTIR光谱包含Mn-O和Mn-O-Mn键振动约600厘米-1（ 用三角形标记），这证实了通过XRD62的成分。

Figure 1
图1：氮和水流经MnO纳米粒子合成装置。
管连接标记为 1-15。无气氮进入 （1） 并退出 （2） 干燥柱，并送入歧管 （3） 的入口。在反应过程中，氮气通过进入歧管 （4） 上的右止波从系统中排出空气。氮气从止油器流向玻璃肘部适配器 （5）、轮盘陷阱、圆底烧瓶、冷凝器、玻璃肘部适配器 （6）以及通过一系列两个矿物油气泡器 （7-9）。在歧管中，不流经反应的过量氮气将离开系统通过左止油 （10），该止油器与硅油量最大的矿物油气泡器 （11） 相连。停止#10保持开放。水将从水龙头 （12） 流过冷凝器入口 （13） 和出口 （14），并流入烟罩排放口 （15）。用金属夹固定在冷凝器上。除用于冷凝器的水兼容管外，所有管材均应具有耐化学性管材。主要玻璃器皿和设备在图 S1中标注。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2：用OA：DE减小比合成的MNO纳米粒子的TEM图像。
采用以下比率：（A） 60：0 、 （B） 50：10 、 （C） 40：20 、 （D） 30：30 、 （E） 20：40 、 （F） 10：50 。MnO 纳米粒子显示为独立的圆形八角形，重叠最小，以便清晰划定纳米粒子边界。观察到反应比会影响整个纳米粒子的大小，50：10合成最大的纳米粒子，10：50产生最小的纳米粒子。比例杆为 50 nm。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图 3：由于不正确的 TEM 网格准备导致的次优 TEM 图像。
（A，B）如果纳米粒子悬浮液过于集中，或者纳米粒子悬浮液的过量滴滴被加载到TEM网格上，纳米粒子将聚合成质量大，并大量重叠。在网格的大多数区域都无法观察到单个纳米粒子。（C，D）或者，低纳米粒子浓度可能导致 TEM 网格中填充的纳米粒子数量稀少。单个纳米粒子分布相距甚远，但需要更多的图像来捕获样本的种群大小分布。比例杆为 50 nm。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4：从TEM图像测量的平均MnO纳米粒子直径。
一般来说，使用较高有机溶剂 （DE） 的稳定剂 （OA） 的量较低，从而产生更小、更均匀的 MnO 纳米粒子。使用 ImageJ 中的线跟踪工具，在 TEM 图像上计算了 900 到 1100 个纳米粒子直径。误差条显示标准偏差。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图5：MnO纳米粒子的XRD光谱，以OA：DE的减比合成。
采用以下比率：（A） 60：0 、 （B） 50：10 、 （C） 40：20 、 （D） 30：30 、 （E） 20：40 、 （F） 10：50 。（G） MnO 的标准衍射峰值从 XRD 分析程序数据库中显示。生产的所有纳米粒子都表现出5个强度最高的XRD峰的MnO，表明MnO纳米粒子的合成成功。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6：XRD光谱和未生长的纳米粒子的TEM图像。
XRD光谱显示Mno纳米粒子合成使用 （A） 低氮流量和 （B） 0：60的OA：DE比率（不存在稳定剂）。Mn3O4和 （ D ）MnO的标准衍射峰值从 XRD 分析程序数据库中显示。通过与标准光谱的比较，氮流不足 （A） 产生纳米粒子，混合物为 Mn3O4 （51%）和 MnO （49%）。在没有乙酰胺（B） 的情况下，获得更广泛的 XRD 频谱，该光谱与 Mn 3 O4的3个最高峰值相匹配。根据XRD程序数据库的分析，这些合成纳米粒子为67%Mn3O4和33%MnO。用低氮流合成的（ E） 纳米粒子的TEM图像显示，大型纳米粒子被较小的粒子包围.TEM图像的（F） 纳米粒子合成的OA：DE为0：60，显示非常小的聚合纳米粒子，形状不规则。比例杆为 50 nm。请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7：MnO纳米粒子的FTIR光谱，以OA：DE的减比合成。
采用以下比率：（A） 60：0 、 （B） 50：10 、 （C） 40：20 、 （D） 30：30 、 （E） 20：40 、 （F） 10：50 。星号和正方形分别对应于油基组和胺组，而三角形表示 Mn-O 和 Mn-O-Mn 键的振动。盒装内集突出显示了 oleyl 组中的两个不同的峰值。FTIR光谱表明，MnO纳米粒子涂有油胺，通过与图 S3中只有FTIR光谱的比较得到证实。 请单击此处查看此图的较大版本。

图S1：MnO纳米粒子合成装置的主要玻璃器皿和设备。 歧管通过金属爪夹固定在金属晶格上，将氮分散到反应中。Mn（II） ACAC、二苯醚、油胺和搅拌棒被添加到圆底烧瓶中，带四个颈部。烧瓶的右颈连接到旋转陷阱和肘部适配器，而左颈部连接到冷凝器和肘部适配器。圆形底部烧瓶的中间颈部覆盖着橡胶塞。温度探针插入圆形底部烧瓶的最小开口，周围是 O 形环和石蜡塑料薄膜，形成气密密封。圆形底部烧瓶位于加热地衣和搅拌板的顶部，在加热时大力搅动反应。温度探头和加热层连接到温度控制器，以提供温度剖面的实时自动调节。圆形底部烧瓶和冷凝器用金属爪夹固定在金属格子上。图像中有三个矿物油气泡器，两个在左侧，一个在右侧，填充了从左气泡器到右气泡器的越来越多的硅油。气泡器还用爪钳连接到金属格子上。在反应开始前，绿色塑料锥形接头夹连接到安全的玻璃器皿连接上。图 1 中详细介绍了 管道连接。 请点击这里下载此图。

图S2：显示MnO纳米粒子尺寸分布的直方图，用于降低OA：DE的比率。 采用以下比率：（A） 60：0 、 （B） 50：10 、 （C） 40：20 、 （D） 30：30 、 （E） 20：40 、 （F） 10：50 。总体而言，当比例接近 10：50 时，纳米粒子尺寸分布向左移动（表示直径更小），变得更加紧凑（表示纳米粒子尺寸更均匀）。每个分布的平均直径如图 4 所示。 请点击这里下载此图。

图S3：苯丙胺的FTIR光谱。 星号和正方形分别代表奥莱胺的奥勒基组和胺组。 请点击这里下载此图。

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Discussion

本文所述协议描述了使用Mn（II）ACAC、DE和OA的MnO纳米粒子的一罐简单合成。Mn（II） ACAC 用作起始材料，为 MnO 纳米粒子的形成提供 Mn2°的来源。起动材料可以很容易地替代，使生产其他金属氧化物纳米粒子。例如，当应用铁（III）ACAC时，可以使用描述的相同纳米粒子合成设备和协议63生成Fe3 O4纳米粒子。4DE是热分解反应的理想有机溶剂，因为它的高沸点为295-298 °C。 OA是一种常用的廉价稳定剂/轻度还原剂，有助于封顶和协调金属氧化物纳米粒子成核和生长61，63。61,与 DE 类似，OA 的沸点为 350°C，可承受高温热分解。以下两种观测结果可作为合成过程中 MnO 纳米粒子成功生成的证据：1） 在 280 °C 的热分解过程中，反应混合物出现绿色色调;2） 在六烷和乙醇离心后，在离心机管底部形成深棕色大颗粒。由此产生的纳米粒子应进一步定性为TEM、XRD和FTIR，以评估尺寸/形态、体积组成和表面成分。

在纳米粒子合成过程中，必须注意和控制几个变量，以确保产生具有 MnO 晶体相的均匀纳米粒子。首先，所有起始材料的比例应保持不变，正如我们已经表明，减少OA与DE的比例会降低纳米粒子尺寸（图4）。其次，应大力搅动反应，使纳米粒子的核分充分分散，均匀加热，并缩小尺寸变化。第三，由于温度在控制金属氧化物纳米颗粒,尺寸47、48、50,48和相50组成47、48、50,方面起着很大,的作用，因此，在不接触圆底瓶的玻璃时，将温度正确浸入反应混合物中至关重要。第四，氮的流量应足够高，以清除反应中的所有空气，以鼓励在Mn3O4上形成MnO晶体相。如图6A所示，低氮流会导致纳米粒子与混合MnO/Mn3O4组合物。正确填充矿物油气泡器，从左气泡器（1 英寸油）到中间气泡器（1.5 英寸油）到右气泡器（2 英寸油）的硅油气泡器量增加，将氮气流动的阻力设置为最低的通过反应 （#4 图1）。中间矿物油气泡器的冒泡速率（图1中的#7，8）可用于测量流经反应的氮气速率。最后，必须在反应混合物中加入OA等稳定剂，以协调纳米粒子成核和生长。如图6B 所示，没有 OA 的 DE 创建了少量产品，主要是 Mn3O4 （67%）组成。也观察到本产品具有不规则的形状与聚合纳米粒子由TEM，这是没有发生时OA存在的反应（图6F）。

热分解反应的几个变量可以修改，以优化纳米粒子的大小， 形态和组成包括惰性气体,,,,47、48、50、,48,50,峰值反应温度44、47、48、49、,47总反应时间48,494444、45、46，44以及4546反应中使用的初始化合物的类型/比率20、45、47、48、50。48,50,4547Salazar-Alvarez等人50和Seo等人48表明，在Mn（II）的热分解过程中，在较低的峰值反应温度为150°C至200°C时形成Mn 3O4。 使用氮气或空气时，Nolis等人47在Mn（III）ACAC分解中取得了类似的结果，其中Mn 3O4纳米粒子在较低温度（150 oC或200 oC）下产生，MnO纳米粒子仅在较高温度（250°C和300°C）下产生。较高的峰值反应温度和较长的时间在峰值反应温度，也被称为老化时间，也与纳米粒子,尺寸44，45，46，47，48，49,45,46,47,48的增加有关。此外，反应的加热速率会影响纳米粒子的大小。Schlad等人发现，将加热速率从1.5 °C/min提高至90°C/min，纳米粒子尺寸o分别从18.9纳米下降到6.5纳米。最后，在锰热分解反应中，可以添加不同的化学物质作为还原剂和稳定剂;然而，OA 20，47，48，5020,47,48,50和油酸2020，45是最常用的。,OA与油酸的比例已被证明影响合成MnO纳米粒子的化学和形状。据张等人20日说，OA只导致Mn 3O4纳米粒子的形成，OA和油酸的结合导致Mn3O4和MnO纳米粒子的混合物，而油酸只产生MnO纳米粒子。有趣的是，经验表明，MnO纳米粒子只能用OA制造，而油酸是促进MnO晶体相形成所必需的。此外，使用OA本身制造球形纳米粒子，而油酸单独产生星形纳米粒子20，64。20,显然，在改变合成参数以影响MnO纳米粒子的物理和化学特性方面，具有很大的灵活性。

尽管有详细的协议，但可能会出现需要故障排除的实例。以下段落详细介绍了一些常见问题和解决方案。在反应过程中，如果温度似乎稳定在100°C左右，一些水可能泄漏到加热地衣中。目视检查周围区域有无冷凝器漏水。不要直接触摸地衣或圆形底部烧瓶没有耐热手套，因为它们会很热。如果观察到水，请立即关闭温度控制器，拔下加热地衣，让它在夜间干燥。为防止将来发生泄漏，请使用联锁蠕虫齿轮软管夹将水管固定到冷凝器上。如果所需产品为 MnO，但只生产 Mn3O4， 则检查反应过程中氮气流量非常重要。中间气泡器应具有恒定的气泡流（参见视频了解正确的气泡速率），而正确的气泡器应只形成一个或两个气泡。如果不保持每个矿物油气泡器中的差分硅油水平，则可能发生不正确的氮气流动。在每次实验前检查油位，如果需要，请按照步骤 1.5 加满气泡器。在纳米粒子收集过程中，协议指定在不干扰纳米粒子的情况下倒出上一液。丢弃上一时的最佳方法就是用一个快速的连续运动而不是慢速运动将其倒出来。但是，如果颗粒很容易从离心管中分离出来，建议使用转移移液器去除上流液。在纳米粒子收集和TEM网格制备过程中，浴声化是关键步骤。如果纳米粒子没有正确重新浇水，请将管围绕水浴声波器移动，直到握住管子的手能够感觉到声波的位置。如果管子位于正确的位置，纳米粒子也可以在强浴声声下明显地看到分解。在纳米粒子重新悬浮后，TEM 网格必须用反向钳子悬浮在空气中，而不是放在湿巾上或直接放在吸水式工作台表面上。擦拭或吸水工作台表面在干燥前会将纳米粒子悬浮液从 TEM 网格上吸走，从而导致网格上未充分纳米颗粒沉积进行成像。

虽然热分解反应是相当简单和直接的，以遵循合成MnO纳米粒子，有一些限制与该方法相关。虽然纳米粒子的物理和化学性质在一定程度上可以控制，但温度和老化时间等变量同时影响纳米粒子的大小和相组成。因此，使用这种方法很难始终对纳米粒子特性进行精确的独立控制。此外，通过增加或增加两倍的起始材料量来扩大纳米粒子合成，可导致反应变得不稳定和暴力。更大的批次大小也与产量下降有关。此外，尽管将 MnO 纳米粒子储存在包裹在石蜡塑料薄膜中的封顶闪烁小瓶中，但正如我们 X 射线光电子光谱学所评估的，我们看到纳米粒子表面氧化到 Mn3O4。 最后，该技术产生的MnO纳米粒子将具有疏水性，并采用OA（图7）。需要进一步的表面修正，将纳米粒子过渡到亲水状态，使纳米粒子悬浮在水介质中。已建立几种方法，以促进纳米粒子在生物溶液中的分散，包括纳米粒子封装在聚合物14，涂层的纳米粒子表面与脂质52，或配体交换，以替代在纳米粒子表面的OA与亲水配体，如聚（丙烯酸）20。为了实现MnO纳米粒子在聚（乳酸共糖酸）（PLGA）聚合物中的封装，遵循麦考尔和西里安尼的详细 JoVE 协议65;MnO 纳米粒子可以直接添加到 PLGA 聚合物溶液中，如纳米粒子制备部分步骤 8 中所述的疏水药物。PLGA纳米粒子内部的MnO纳米晶体分布可以使用TEM进行评估，PLGA聚合物内的Mn负载可以通过热重力分析确定，如Bennewitz等人14所示。

虽然 MnO 纳米粒子由于其磁性、电子和催化特性，可用于各种应用，但我们有兴趣将 MnO 纳米粒子作为可切换的 T1 MRI 反比剂应用。此前，我们组等人已经表明，完整的MnO纳米粒子在生理pH7.4模拟血液14、15、16、17、18、19,15,时具有可忽略不计的,18T1MRI对比度（MRI1信号为"OFF"）。然而，MnO溶解产生大量的Mn2+离子在低pH 5模仿细胞内糖体;释放的Mn2+将与周围的水分子协调，在低pH14，15，16，17，18，1914,15,16,17,打开"ON"MRI信号。18MnO纳米粒子可以通过在纳米粒子表面51、66中添加靶向肽或抗体，对不同感兴趣的细胞（如癌细胞）进行定位。在这里，我们描述了平均直径为18.6纳米至38.8纳米的MnO纳米粒子的合成。控制纳米粒子尺寸有助于提高MRI对比剂的有效性。具体来说，预计较大的纳米粒子将有更多的表面积来附着目标配体，以增强纳米粒子在肿瘤等感兴趣地点的积累。然而，与添加的表面组的整体纳米粒子大小应限制在50-100纳米，以最大限度地提高肿瘤积累67，68。67,另一方面，较小的纳米粒子具有更高的表面积与体积比，便于在酸性环境下更快地释放 Mn2+，并且应允许在聚合物输送系统内增加纳米颗粒包装体积。Mn3O4上 MnO 的合成还应改善 MRI 对比度，因为 MnO 在浓缩酸性溶液中溶解速度比 Mn3O4快，以生成更多 Mn2+ ions69。总之，我们描述了一种用于制造 MnO 纳米粒子的热分解协议，该方案相对简单且可定制，可优化纳米粒子设计，供将来用于智能 MRI 造比剂、生物传感器、催化剂、电池和水净化等应用。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了WVU化学和生物医学工程部启动基金（M.F.B.）的支持。作者感谢马塞拉·雷迪戈洛博士与TEM一起指导纳米粒子的网格制备和图像捕获，王强博士为评估XRD和FTIR光谱提供支持，约翰·宗德洛博士和亨特·斯诺德利博士为编程和将温度控制器集成到纳米粒子合成协议中，詹姆斯·霍尔协助组装纳米粒子合成装置，亚历山大·普舍尔和詹娜·维托帮助从TEM图像量化MnO纳米粒子直径，以及WVU共享研究设施，用于TEM、XRD和FTIR。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chemicals and Gases
Benzyl ether (DE) Acros Organics AC14840-0010 Concentration: 99%, 1 L
Drierite W. A. Hammond Drierite Co. LTD 23001 Drierite 8 mesh, 1 lb
Ethanol Decon Laboratories  2701 200 proof, 4 x 3.7 L
Hexane Macron Fine Chemicals 5189-08 Concentration:  ≥98.5%, 4 L
Hydrochloric acid VWR BDH3030-2.5LPC Concentration: 36.5 - 38.0 % ACS, 2.5 L
Manganese (II) acetyl acetonate (Mn(II)ACAC) Sigma Aldrich 245763-100G 100 g
Nitrogen gas tank Airgas NI R300 Research 5.7 grade nitrogen, size 300 cylinder
Nitrogen regulator Airgas Y11244D580-AG Single stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-580 with needle outlet
Oleylamine (OA) Sigma Aldrich O7805-500G Concentration: 70%, technical grade, 500 g
Silicone oil Beantown Chemical 221590-100G 100 g
Equipment
Centrifuge Beckman-Coulter Avanti J-E JA-20 fixed-angle aluminum rotor, 8 x 50 mL, 48,400 x g
Hemisphere mantle Ace Glass Inc. 12035-17 115 V, 270 W, 500 mL, temperature up to 450 °C
Hot plate stirrer VWR 97042-642 120 V, 1000 W, 8.3 A, ceramic top
Temperature controller Yokogawa Electric Corporation UP351
Temperature probe Omega KMQXL-040G-12 Immersion probe, temperature up to 1335 °C
Vacuum oven Fisher Scientific 282A 120 V, 1800 W, temperature up to 280 °C
Vortex mixer Fisher Scientific 02-215-365 120 V, 50/60 Hz, 150 W
Water bath sonicator Fisher Scientific FS30H Ultrasonic power 130 W, 3.7 L tank
Tools and Materials
Dumont tweezer Electron Microscopy Sciences 72703D Style 5/45, Dumoxel, 109 mm, for picking up TEM grids
Dumont reverse tweezer Ted Pella 5748 Style N2a, 118 mm, NM-SS, self-closing, holding TEM grids in place for sample preparation
Mortar and pestle Amazon BS0007 BIPEE agate mortar and pestle, 70 X 60 X 15 mm labware
Nalgene™ Oak Ridge tubes ThermoFisher Scientific 3139-0050 Polypropylene copolymer, 50,000 x g, 50 mL, pack of 10
Scintillation vials Fisher Scientific 03-337-4 20 mL vials with white caps, case of 500
TEM grids Ted Pella 01813-F Carbon Type-B, 300 mesh, copper, pack of 50
Glassware Setup
4-neck round bottom flask Chemglass Life Sciences CG-1534-01 24/40 joint, 500 mL, #7 chem thread for thermometers
6-port vacuum manifold Chemglass Life Sciences CG-4430-02 480 nm, 6 ports, 4 mm PTFE stopcocks
Adapter Chemglass Life Sciences CG-1014-01 24/40 inner joint, 90°
Condenser Chemglass Life Sciences CG-1216-03 24/40 joint, 365 mm, 250 mm jacket length
Drierite 26800 drying column Cole-Parmer  EW-07193-00 200 L/hr, 90 psi
Funnel Chemglass Life Sciences CG-1720-L-02 24/40 joint, 100 powder funnel, 195 mm OAL
Interlocked worm gear hose clamp Grainger 16P292 1/2" wide stainless steel clamp, 3/8" to 7/8" diameter, to secure condenser tubing, 10 pack 
Keck clips Kemtech America Inc CS002440 24/40 joint
Metal claw clamp Fisher Scientific 05-769-7Q 22cm, three-prong extension clamps
Metal claw clamp holder Fisher Scientific 05-754Q Clamp regular holder
Mineral oil bubbler Kemtech America Inc B257040 185 mm
Rotovap trap Chemglass Life Sciences CG-1319-02 24/40 joints, 100 mL, self washing rotary evaporator
Rubber stopper Chemglass Life Sciences CG-3022-98 24/40 joints, red rubber
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T21 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 1/4" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for air/water  McMaster-Carr 6516T26 Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 3/8" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for chemicals McMaster-Carr 5155T34 Clear Tygon PVC for chemicals, E-3603, 3/8" ID, 1/16" wall, 50 ft
Analysis Programs
XRD analysis program Malvern Panalytical N/A X'Pert HighScore Plus
FTIR analysis program Varian, Inc. N/A Varian Resolutions Pro

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References

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生物工程， 问题 160， 纳米粒子， 锰 （II） 乙酰醋酸酯， 氧化锰， 油胺， 二苯乙醚， 热分解， 磁共振成像， X射线衍射， 传输电子显微镜， 四面变换红外光谱
锰氧化物纳米粒子合成锰（II）乙酰酸盐的热分解
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Martinez de la Torre, C., Bennewitz, M. F. Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate. J. Vis. Exp. (160), e61572, doi:10.3791/61572 (2020).

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