Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Manganez(II) Asetofonat Termal Ayrıştırma ile Manganez Oksit Nanopartikül Sentezi

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

Summary

Bu protokol, oleylamin ve dibenzyl eter varlığında manganez(II) asetinin termal ayrışması ile manganez oksit (MnO) nano taneciklerinin bir kolaylık, tek pot sentezini ayrıntıları. MnO nano partikülleri manyetik rezonans görüntüleme, biyosensing, kataliz, piller ve atık su arıtma dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.

Abstract

Biyomedikal uygulamalariçin, demir oksit ve manganez oksit (MnO) gibi metal oksit nano partikülleri manyetik rezonans görüntülemede (MRG) biyosensör ve kontrast madde olarak kullanılmaktadır. Demir oksit nano tanecikleri tipik deneysel zaman dilimleri üzerinde MRG üzerinde sabit negatif kontrast sağlarken, MnO MnO'nun mn2+'ya çözülmesi yoluyla HÜCRE endozomlarında düşük pH'da MRI kontrastını 'açmak' için değiştirilebilir pozitif kontrast oluşturur. Bu protokol, oleylamin ve dibenzyl eterde manganez(II) asetintonate'in termal ayrışması yla oluşan MnO nano taneciklerinin bir pot sentezini tanımlar. MnO nano taneciklerinin sentezini çalıştırmak basit olsa da, ayrıntılı talimatlar sağlanmazsa ilk deneysel kurulumun çoğaltılması zor olabilir. Böylece, cam ve boru montaj ilk iyice diğer araştırmacılar kolayca kurulum çoğaltmak için izin vermek için açıklanmıştır. Sentez yöntemi, elde edilen nanopartikül boyutu ve kimyasını etkileyecek olan istenilen sıcaklık profilinin otomatik ve hassas manipülasyonuna ulaşmak için bir sıcaklık denetleyicisi içerir. Termal ayrışma protokolü, diğer metal oksit nano partikülleri (örneğin, demir oksit) oluşturmak ve alternatif organik çözücüler ve stabilizatörler (örneğin, oleik asit) içerecek şekilde kolayca uyarlanabilir. Buna ek olarak, organik çözücünün stabilizatöre oranı, burada gösterilen nanopartikül özelliklerini daha fazla etkileyecektir. Sentezlenmiş MnO nano tanecikleri sırasıyla iletim elektron mikroskobu, X-ışını kırınımı ve Fourier-transform kızılötesi spektroskopi yoluyla morfoloji, boyut, kütle bileşimi ve yüzey bileşimi ile karakterizedir. Bu yöntemle sentezlenen MnO nano tanecikleri hidrofobik olacak ve biyolojik sıvılar ve dokularla etkileşim için hidrofilik grupları birleştirmek için ligand değişimi, polimerik kapsülleme veya lipid kapama yoluyla daha fazla manipüle edilmelidir.

Introduction

Metal oksit nano partikülleri manyetik sahip, elektrik, ve katalitik özellikleri, hangi biyogörüntüleme uygulanmıştır1,2,3, sensör teknolojileri4,5, kataliz6,7,8, enerji depolama9, ve su arıtma10. Biyomedikal alan içinde, demir oksit nano tanecikleri ve manganez oksit (MnO) nano tanecikleri manyetik rezonans görüntüleme kontrast ajanlar olarak yarar kanıtlamıştır (MRG)1,2. Demir,oksit nano tanecikleri T2* MRG sağlam negatif kontrast üretmek ve vivo11, 12,1213tek etiketli hücreleri görselleştirmek için yeterince güçlü; ancak, negatif MRSinyali modüle edilemez ve tipik deneyler süresince "AÇIK" olarak kalır. Karaciğerde bulunan endojen demir nedeniyle, kemik iliği, kan ve dalak, demir oksit nano tanecikleri oluşturulan negatif kontrast yorumlamak zor olabilir. MnO nano tanecikleri, diğer taraftan, pH bir damla duyarlıdır. MnO nano tanecikleri için MRG sinyali nano tanecikleri düşük pH endozomları ve bir kanser hücresi gibi hedef hücrenin lyzozomlar içinde içselleştirilmiş kez "OFF" dan "ON" geçiş yapabilirsiniz14,15,16,17,18,19. Düşük pH'da MnO'nun Mn2+'ya çözülmesinden elde edilen T1 MRG'sinin pozitif kontrastı kesindir ve malign bir tümör içinde sadece hedef bölgede aydınlatılarak kanser tespit özgüllüğünü artırabilir. MnO nano partiküllerinden maksimum MR Sinyali elde etmek için nanopartikül boyutu, morfolojisi ve bileşimi üzerinde kontrol çok önemlidir. Burada, termal ayrışma yöntemini kullanarak MnO nano taneciklerinin nasıl sentezlenebildiğini ve karakterize edilebildiğini ve sentez sürecindeki değişkenleri değiştirerek nanopartikül özelliklerinin ince ayarlanması için farklı stratejilere dikkat edin. Bu protokol kolayca demir oksit nano tanecikleri gibi diğer manyetik nano tanecikleri üretmek için değiştirilebilir.

MnO nano tanecikleri termal ayrışma20,21,22,23,,2424,25, hidro /solvotermal26,27,2828,29, exfoli dahil olmak üzere çeşitli teknikler tarafından üretilmiştir30,31,32,33,34, permanganat redüksiyon35,36,37,38, ve adsorpsiyon-oksidasyon39,40,41,42. Termal ayrışma, mnO nano taneciklerini oluşturmak için inert gaz atmosferinin varlığı altında yüksek sıcaklıklarda (180 – 360 °C) manganez öncüllerinin, organik çözücülerin ve sabitleme ajanlarının eritilmesini içeren en yaygın kullanılan tekniktir43. Tüm bu teknikler arasında, termal ayrışma, dar boyut dağılımına sahip saf fazın (MnO, Mn3O4 ve Mn2O3)çeşitli MnO nanokristallerini üretmek için kullanılan üstün bir yöntemdir. Onun çok yönlülük sıkıca reaksiyon süresi44,45,46, sıcaklık44,47,48,,49, reaktanların türleri / oranları20,45,47,,4848,50 ve inert gaz47,48,50 değiştirerek nanopartikül boyutu, morfolojive kompozisyon kontrol yeteneği ile vurgulanır. Bu yöntemin ana sınırlamalar yüksek sıcaklıklar için gereksinimi vardır, oksijensiz atmosfer, ve sentezlenmiş nano tanecikleri hidrofobik kaplama, hangi biyolojik uygulamalar için çözünürlüğü artırmak için polimerler, lipidler veya diğer ligands ile daha fazla değişiklik gerektirir14,51,52,53.

Termal ayrışmanın yanı sıra, hidro/solvotermal yöntem, MnO, Mn3O4ve MnO2dahil olmak üzere çeşitli MnO fazları üretebilen diğer tek tekniktir; diğer tüm stratejiler sadece MnO2 ürünlerini oluşturur. Hidro/solvotermal sentez sırasında, Mn(II)54,55 ve Mn(II) asetat27 gibi öncüller dar boyut dağılımına sahip nano tanecikleri elde etmek için birkaç saat içinde 120-200 °C arasında ısıtılır; ancak, özel reaksiyon damarları gereklidir ve reaksiyonlar yüksek basınçlarda gerçekleştirilir. Buna karşılık, eksfoliyasyon stratejisi 2D tek katmanlar halinde dissociation teşvik etmek katmanlı veya toplu malzeme nin tedavi içerir. Ana avantajı MnO2 nanosheets üretiminde, ancak sentez süreci uzun birkaç gün gerektiren ve levhaların ortaya çıkan boyutunu kontrol etmek zordur. Alternatif olarak, KMnO4 gibi permanganatlar oleik asit56,,57,grafen oksit58 veya poli (allilmine hidroklorür)59 mnO2 nano tanecikleri oluşturmak için azaltıcı ajanlar ile reaksiyona girebilirsiniz. KMnO4 kullanımı sulu koşullarda birkaç dakika ile saat arasında oda sıcaklığında nanopartikül oluşumunu kolaylaştırır43. Ne yazık ki, hızlı sentez ve nanopartikül büyüme ince elde edilen nanopartikül boyutunu kontrol etmek zor hale getirir. MnO2 nano tanecikleri de adsorpsiyon-oksidasyon kullanılarak sentezlenebilir ve mn2+ iyonları temel koşullar altında oksijen le MnO2'ye oksitlenir. Bu yöntem sulu ortamda birkaç saat içinde oda sıcaklığında dar bir boyut dağılımı ile küçük MnO2 nano tanecikleri üretecek; ancak Mn2+ iyonlarının ve alkali koşullarının adsorpsiyonu için gereklilik yaygın uygulama43sınırlar.

Tartışılan MnO nanopartikül sentezi yöntemleri arasında, termal ayrışma, özel sentez kaplarına gerek kalmadan nanopartikül boyutu, şekli ve bileşimi üzerinde kontrol edilen farklı monodisperse saf faz nanokristalleri üretmek için en çok yönlüdür. Bu yazıda, Mn2+ iyonlarının kaynağı olarak manganez(II) acetylacetonate (Mn(II) ACAC, indirgeyici ajan ve stabilizatör olarak oleylamin (OA) ve azot atmosferi altında çözücü olarak dibenz eter (DE) kullanılarak 280 °C'de termal ayrışma ile MnO nano taneciklerinin nasıl sentezlenebileceğimizi açıklıyoruz. Nanopartikül sentezi için cam ve tüp kurulumu ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Tekniğin bir avantajı, bir sıcaklık denetleyicisi, termokupl prob ve ısıtma mantosu dahil dahil ısıtma hızı üzerinde hassas kontrol sağlamak için, pik sıcaklık, ve her sıcaklıkta reaksiyon süreleri ince ayar nanopartikül boyutu ve kompozisyon. Burada, nanopartikül boyutunun OA'nın DE'ye oranını değiştirerek nasıl manipüle edilebildiğini gösteriyoruz. Ayrıca, nanopartikül örneklerinin nasıl hazırlanacağını ve sırasıyla iletim elektron mikroskobu (TEM), x-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier-transform kızılötesi spektroskopi (FTIR) kullanarak nanopartikül boyutunu, kütle kompozisyonunu ve yüzey kompozisyonunu nasıl ölçebileceğimizi gösteriyoruz. Daha fazla rehberlik her enstrümandan toplanan görüntüleri ve spektrumları analiz etmek için nasıl dahildir. Düzgün şekilli MnO nano tanecikleri oluşturmak için, bir dengeleyici ve yeterli azot akışı mevcut olmalıdır; OA yokluğunda ve düşük azot akışı altında oluşan istenmeyen ürünler için XRD ve TEM sonuçları gösterilmiştir. Tartışma bölümünde, protokoldeki önemli adımları, başarılı nanopartikül sentezini belirlemek için ölçümleri, nanopartikül özelliklerini (boyut, morfoloji ve kompozisyon) değiştirmek için ayrışma protokolünün daha fazla varyasyonuna, yöntemin sorun giderme ve sınırlamalarını ve MnO nano partiküllerinin biyomedikal görüntüleme için kontrast madde olarak uygulamalarını vurguluyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Cam ve tüp montaj - sadece ilk kez yapılacak

NOT: Şekil 1, mnO nanopartikül sentezinin, numaralanmış boru bağlantıları ile deneysel kurulumunu göstermektedir. Şekil S1 etiketli ana cam bileşenleri ile aynı kurulum gösterir. Kimyasal dayanımlı boru ile cam bağlantı boyutu arasında bir uyumsuzluk varsa, bağlantıları rahat hale getirmek için kimyasal dirençli boruları eklemeden önce cam bağlantısını kısa bir parça küçük boruile kapatın.

  1. Hava sızma azot tankını onaylı kayış bantları kullanarak kimyasal duman kaputuna yakın duvara sabitle. Tanka uygun azot regülatörü ekleyin.
    DİkKAT: Gaz silindirleri, devrildiği takdirde çok tehlikeli olabilecekleri için düzgün bir şekilde sabitlenmelidir.
  2. Gaz kurutma sütununa kurutucu ile doldurun. Hava sızma azot regülatöründen kimyasal geçirmez boruyu gaz kurutma sütununun alt girişine takın (Şekil 1'de#1).
  3. İki metal pençe kelepçesi kullanarak en az 2 çıkış stopcock'u içeren cam manifoldu duman kaputunun üstüne sabitlayın. Gaz kurutma sütununun çıkışından (Şekil 1'de#2) manifoldun girişine kimyasal dayanımlı borular takın (Şekil 1'de#3).
  4. Şekil 1'egöre metal pençe kelepçeleri kullanarak duman kaputuna 3 mineral yağ kabarcıkları yerleştirin ve sabitle. Sola iki kabarcık ve sağa bir kabarcık koyun.
  5. En soldaki kabarcıkçıyı (Şekil 1'deki#9 ile) en küçük miktarda silikon yağıyla (kabarcığın altından ~1 inç yağ) doldurun. Orta kabarcığı (Şekil 1'de#7,8 ile) orta miktarda silikon yağıyla (bubbler'ın altından ~1,5 inç yağ) doldurun. En sağdaki kabarcıkçıyı doldurun (Şekil 1'de#11) en büyük miktarda silikon yağıyla (kabarcığın altından ~2 inç yağ) doldurun.
    NOT: Mineral kabarcıklar arasında silikon yağı göreceli miktarı sistem üzerinden hava sızan azot gazı uygun akışı elde etmek için çok önemlidir. Çok fazla yağ (~ 2,5 inç üzerinde) eklemeyin, yağ reaksiyon sırasında kabarcık olacak ve aşırı doldurulursa kabarcıklar çıkabilirsiniz.
  6. Manifoldun sağ stopcock'undaki prizi (Şekil 1'de#4) kimyasal dirençli boru kullanarak cam dirsek adaptörünün dişli ucuna (Şekil 1'de#5) bağlayın.
  7. Başka bir cam dirsek adaptörünün dişli ucunu (Şekil 1'de#6) kimyasal dirençli boru kullanarak orta kabarcıklayıcının girişine (Şekil 1'de#7) takın. Orta kabarcıkçının çıkışını (Şekil 1'de#8) kimyasal dirençli borukullanarak en soldaki kabarcıkçının girişine (Şekil 1'de#9) bağlayın.
  8. Manifoldun sol stopcock'undaki çıkışı (Şekil 1'de#10) en sağdaki kabarcıklayıcının girişine bağlayın (Şekil 1'de#11).
  9. Boşluk barındırıyorsa, ön kurulumu duman kaputunda bırakın. Deney çalışmadığında duman kaputundaki metal kafeslere bağlı boru (Şekil 1'de#5,6) ile iki cam dirsek adaptörünü sabitlayın.

2. Ekipman ve cam kurulum - her deney sırasında yapılacak

DİkKAT: Çözücüleri içeren tüm adımlar, kimyasal bir duman başlığının yanı sıra güvenlik gözlükleri, laboratuvar önlüğü ve eldivenler de dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu ekipman (PPE) kullanımını gerektirir. Nanopartikül üretim kurulumu duman kaputunda monte edilmelidir.

  1. Karıştırma plakasını duman kaputuna yerleştirin ve ısıtma mantosu karıştırın plakasının üzerine koyun.
    NOT: Isıtma mantosu 300 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanabilir.
  2. Isıtma manto üzerine 4 boyun 500 mL yuvarlak alt şişe koyun ve metal bir pençe kelepçe ile orta boyun güvenli. Yuvarlak alt şişeye manyetik karıştırma çubuğu ekleyin. Yuvarlak alt şişenin orta boyun cam hunisi yerleştirin.
  3. Manifoldu kontrol edin: Emniyet stopcock 'un (Şekil 1'de#10) ve giriş stopcock'unun (Şekil 1'deki#4) açık olduğundan emin olun.
    DİkKAT: Sistemde basınç oluşturulmadı diye güvenlik stopcock'unher zaman açık olması gerekir. Stopcock kapalı ise, bir patlama oluşabilir.
  4. Tartmak 1.51 g manganez (II) acetylacetonate (Mn(II) ACAC) ve cam huni kullanarak yuvarlak alt şişe içinde yerleştirin.
  5. Cam pipet ve cam huni kullanarak yuvarlak alt şişeye 20 mL oleylamin ve 40 mL dibenzyl eter ekleyin. Huniyi çıkarın ve heksane ile temizleyin.
    DİkKAT: Deney büyütülebilir (örn. 2 kez), ancak daha büyük miktarlarda reaktan kullanırken konservatif olması önerilir. Daha büyük miktarda reaktan reaksiyonun daha az kararlı ve bu nedenle tehlikeli hale gelmesine neden olabilir.
  6. Kondansiyi yuvarlak alt şişenin sol boyuna takın ve kondansiyi metal bir pençe kelepçesi ile sabitlayın. Kondansatörün üzerine cam dirsek adaptörünü (Şekil 1'de#6) ekleyin.
    NOT: Adaptör, orta mineralli yağ kabarcığına (Şekil 1'de#7) kimyasal dayanımlı boru ile bağlanmalıdır.
  7. Duman kaputundaki su çıkışından (Şekil 1'de#12) gelen su ile uyumlu boruları kondansatör girişine bağlayın (Şekil 1'de#13). Ayrıca kondansatörün çıkışını (Şekil 1'de#14) duman kaputundaki drenaja bağlamak için su yla uyumlu boru kullanın (Şekil 1'de#15). Boruyu, birbirine bağlı solucan dişli metal hortum kelepçeleriyle kondansatör bağlantılarına (Şekil 1'de#13,14) sabitlayın.
  8. Yuvarlak alt şişenin sağ boyunrotovap tuzak ekleyin. Cam dirsek adaptörünü (Şekil 1'de#5) rotovap kapanının üzerine yerleştirin.
    NOT: Adaptör sağ stopcock manifoldu çıkışına kimyasal dayanımlı boru ile bağlanmalıdır (Şekil 1'de#4).
  9. Kauçuk durdurucuyu yuvarlak alt şişenin orta boyuna takın ve kenarları şişenin boynunu kaplayacak şekilde katlayın. Aşağıdaki cam boyun bağlantılarını sabitlemek için plastik konik eklem klipleri (Şekil 1'de4 yeşil klips) ekleyin: dirsek adaptörü ve rotovap kapanı, rotovap kapanı ve yuvarlak alt şişesi, yuvarlak alt şişe ve kondansatör ve kondansatör ve kondansatör ve dirsek adaptörü.
  10. Sıcaklık probu yuvarlak alt şişedeki en küçük boyuna yerleştirin, sondayı boyun kapağı ve o-halkası ile sıkılaştırın ve sabitle. Parafin plastik film ile bağlantıyı kapatın.
    NOT: Sıcaklık sondasının sıvı karışımının içine daldırDığından, ancak camın dibine değmediğinden emin olun. Prob cam yüzeyle temas halinde, ölçülen sıcaklık gerçek sıvı sıcaklığına göre yanlış olacaktır, bu da sıcaklık denetleyicisinin reaksiyona yanlış miktarda ısı sağlamasına neden olur.
  11. Sıcaklık probunu sıcaklık denetleyicisinin girişine bağlayın. Isıtma mantosu sıcaklık kontrol cihazının çıkışına bağlayın.
  12. Karıştırma plakasını açın ve şiddetle karıştırmaya başlayın.
  13. Havasız azot tankını açın ve yavaş yavaş sisteme azot akmaya başlayın (bu havayı temizler). Orta mineral yağ kabarcığında (Şekil 1'de#7) kabarcıkların sabit bir yavaş akışı oluşana kadar regülatörü kullanarak azot akışını ayarlayın.
  14. Duman kaputundaki soğuk suyu (Şekil 1'de#12) kondansatöre açın ve borudan su sızmamasını kontrol edin.
  15. Reaksiyon başlamadan önce duman kaputunun kuşağını indirin.

3. Nanopartikül sentezi

  1. Reaksiyonu başlatmak için sıcaklık kontrol cihazını (güç ve ısıtma beslemesi) açın. Her aşamada reaksiyon karışımının rengini gözlemleyin ve kaydedin. Reaksiyon evre 1-3 koyu kahverengi renk olarak başlayacak ve evre 4 sırasında yeşil dönecek.
    NOT: Her sıcaklık denetleyicisi farklı çalışacaktır. Doğru kılavuzu ve programı kullandığınızdan emin olun.
  2. Aşama 1: Oda sıcaklığının 30 dk üzerinden 60 °C'ye kadar arttığını doğrulamak için sıcaklık kontrol cihazı ekranını gözlemleyin.
  3. Aşama 2: 3. aşamada daha hızlı Bir ısıtma hızına hazırlanırken sıcaklık kontrol cihazının 60 °C'de 1 dakika boyunca stabilize olmasını sağlayın.
  4. Aşama 3: Sıcaklık 22 dakikanın üzerinde dakikada 10 °C'de 280 °C'ye yükseldiği için sıcaklık kontrol cihazı ekranını kontrol edin. Karışım bu aşamada buharlaşmaya başlayacağından, kondansatörden su akışının yeterli olduğundan emin olun.
  5. Aşama 4: Sıcaklık denetleyicisinin 30 dakika boyunca 280 °C sabit bir reaksiyon sıcaklığı sergilediğini onaylayın. Tepki renginin yeşil bir tona göre değiştiğini gözlemleyin, bu da MnO oluşumunu gösterir. Reaksiyon 280 °C'ye ulaştığında, azot tankını kapatın ve manifoldun üzerindeki reaksiyonun girişi için sağ stopcock'u kapatın (Şekil 1'de#4).
    DİkKAT: Emniyet stopcock'u (Şekil 1'de#10) açık tutun.
  6. Aşama 5: Isıtmanın otomatik olarak durduğundan emin olmak için sıcaklık kontrol cihazı ekranını kontrol edin. Sıcaklık probu içinde tutun (yuvarlak alt şişeyi açmayın) ve nanopartikül toplama ile devam etmek için sıcaklık oda sıcaklığına ulaşana kadar bekleyin.
    DİkKAT: Şişe son derece sıcak olacaktır. Isıya dayanıklı eldivendaha hızlı bir soğutma hızı isteniyorsa ısıtma mantosu kaldırmak için giyilmelidir.
    NOT: Protokol burada duraklatılabilir.

4. Nanopartikül toplama

  1. Sıcaklık kontrol cihazını, karıştırma plakasını ve soğuk suyu kapatın. Kondansatörden su uyumlu boru, duman kaputunda su musluk ve drenaj çıkarın. Cam bağlantılarından tüm plastik konik eklem kliplerini çıkarın.
  2. Cam dirsek adaptörlerini rotovap kapanından (Şekil 1'de#5) ve kondansatörden (Şekil 1'de#6) çıkarın. Dirsek adaptörlerini, gelecekteki bir deney için kullanmak üzere kaputtaki metal kafeslere sabitle.
  3. Kondansatör ve rotovap kapanını yuvarlak alt şişeden ayırın ve kondansatör ve rotovap kapanının içini heksane ile durulayın.
  4. Kauçuk durdurucu ve sıcaklık probu çıkarın ve% 70 etanol ile temizleyin.
  5. MnO nanopartikül çözeltisini yuvarlak alt şişeden temiz bir 500 mL kabına dökün. Yuvarlak alt şişeyi durulamak için heksane (~5 mL) kullanın ve 500 mL kabına artık MnO nano partikülleri olan heksane ekleyin.
    NOT: Heksan MnO nano tanecikleri yeniden askıya alırken 200 kanıt etanol çökelti ajan olarak hareket edecektir.
  6. MnO nanopartikül karışımının geçerli hacmine dikkat edin. MnO nanopartikül karışımına 2:1 hacim oranı kullanarak 200 geçirmez etanol ekleyin (örneğin, nanopartikül karışımı 75 mL ise 150 mL etanol ekleyin).
  7. Nanopartikül karışımını yaklaşık 3/4 dolu olan dört santrifüj tüpe eşit olarak dökün. Uygun kapakları vida. Sıvı seviyelerinin dengeli olduğundan emin olun.
    NOT: Herhangi bir ekstra nanopartikül karışımı santrifüj sonraki turda tüplere eklenecektir.
  8. 10 dakika boyunca 10 dakika boyunca 10 °C'de 17.400 x g santrifüj nano partiküller.
    NOT: Daha uzun santrifüj süreleri ve/veya daha yüksek santrifüj hızları daha küçük nanopartikül fraksiyonlarının toplanmasını artırmak için kullanılabilir, ancak nanopartikül agregasyonu artırılabilir.
  9. Bir atık kabı içine supernatant atın, pelet rahatsız etmemeye dikkat. Gerekirse, supernatant toplamak için bir transfer pipet kullanın.
    NOT: Santrifüjün ilk turlarının kahverengi renkli bir supernatant üretmesi normaldir. Supernatant kahverengi ve net olmalı, ama bulutlu değil. Herhangi bir bulutluluk nano tanecikleri hala supernatant mevcut olduğunu gösterir. Supernatant bulutlu ise, supernatant atmadan önce tüpleri tekrar santrifüj; santrifüj tekrar sentezlenen nano taneciklerin kaybını azaltacaktır, ancak daha fazla aglomerasyona neden olabilir.
  10. MnO nanopartikül peletleri içeren her santrifüj tüpüne 5 mL heksan ve ekstra nanopartikül çözeltisi ekleyin. Bir banyo sonicator ve / veya girdap kullanarak nano tanecikleri resuspend. Çözelti bulutlu hale gelene ve pelet kaybolana kadar devam edin, bu da başarılı nanopartikül resuspension'ı gösterir.
  11. 3 / 4 dolu kadar santrifüj tüpleri daha fazla 200 geçirmez etanol ekleyin.
  12. Adımları 4.8-4.10'u tekrarlayın. Daha sonra, dört santrifüj tüplerinden iki santrifüj tüpüne resuspended nano tanecikleri birleştirin. Ardından, adım 4.11'i tekrarlayın.
  13. Heksan ve 200 geçirmez etanol ile üç yıkıntı toplam yapacak bir kez daha adımları 4.8-4.10 tekrarlayın. Santrifüj tüplere 200 geçirmez etanol eklemeyin.
  14. Birleşin ve heksan resuspended MnO nano tanecikleri aktarın önceden tartılmış 20 mL cam ışıltı vial içine. Heksanın duman kaputunda bir gecede buharlaşmasına izin vermek için şişenin kapağını kapalı bırakın.
  15. Ertesi gün, bir vakum fırın içine nano tanecikleri içeren ortaya çıkarılan cam ışıltı şişe aktarın. Şişenin kapağını fırının dışında güvenli bir yerde saklayın. Nano partikülleri 100 °C'de 24 saat kurutun.
  16. Nano tanecikleri kurutulduktan sonra, şişe nin içindeki tozu kırmak için bir spatula kullanın. Kurutulmuş MnO nano tanecikleri içeren şişe tartın ve nanopartikül verimini belirlemek için cam sintillation vial bilinen ağırlığı çıkarın.
    DİkKAT: Kurutulmuş nano tanecikleri kolayca havalanabilir ve Personel tarafından N95 veya P100 gibi bir parçacık solunum cihazı kullanılarak ele alınmalıdır.
  17. Nano partikülleri oda sıcaklığında cam ışıltılı şişenin içinde kapağı nı tonuyla saklayın. Kapağı parafin plastik filmle sarın.

5. Nanopartikül boyutu ve yüzey morfolojisi (TEM)

  1. MnO nano taneciklerini harç ve havaneli kullanarak ince bir toz haline getirin.
  2. 15 mL konik santrifüj tüpüne 5 mg MnO nano partikül ekleyin. 200 geçirmez etanol 10 mL ekleyin.
    NOT: 200 prova etanol, TEM ızgarası üzerinde nano partiküllerin daha homojen bir şekilde yayılmasını sağlamak için hızlı bir şekilde buharlaşır. Başka bir çözücü daha iyi nanopartikül süspansiyon olabilir, ama buharlaşması daha uzun sürer, ve yüzey gerilimi nedeniyle, nano tanecikleri TEM ızgaraları sınırları üzerinde birikir.
  3. Banyo 5 dakika veya nano tanecikleri tam süspansiyon kadar nanopartikül karışımı sonicate.
  4. Yeniden askıya alındıktan hemen sonra, karbon tipi-B'nin 300 örgü bakır ızgara destek filminin üzerine nanopartikül karışımından üç tane 5 μL'lik damla ekleyin. Havanın kurumasına izin verin.
    1. Daha kolay numune hazırlama için ters cımbız kullanın. Nano tanecikleri içeren damlaları eklemeden önce ızgarayı cımbızüzerinde koyu tarafı yukarı doğru konumlandırın.
      NOT: Izgaralar kırılgandır, bu nedenle daha iyi görüntüleme için ızgaraları bükmemeye ve hasar vermemeye dikkat edin. Kuruduktan sonra, ızgaralar koruma için ticari olarak kullanılabilir TEM ızgara saklama kutuları içinde tutulmalıdır.
  5. Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanarak nanopartikül şeklini ve boyutunu değerlendirin. 200 kV'luk bir ışın mukavemeti, 1 nokta boyutu ve 300x büyütme dahil olmak üzere TEM için tipik parametreleri uygulayın.
  6. Yeterli nano partiküllerin (10 - 30 nano partikül) eşit olarak dağıtıldığı ızgara alanlarında görüntüleri toplayın. Nano partiküller gözle görülür şekilde ayrılmadığı takdirde doğru boyutlandırma yapılamadığından, nanopartikül toplama içeren alanlardan kaçının.
    1. Eşit bir dağılım sağlamak için farklı ızgara karelerinden görüntü alanları. En uygun boyut dağılımı için, yeterli örnek boyutu elde etmek için her örnekten 25 - 30 görüntü alın.

6. Nanopartikül çapının nicel analizi

  1. ImageJ ile TEM görüntülerini analiz etmek için önce Dosya | Aç. İstenilen resmi seçin ve Aç'ıtıklatın.
  2. ImageJ'deki mesafe ölçümlerini piksellerden nanometrelere kalibre etmek için önce düz çizgi aracını tıklatın. Shift tuşunu tutun ve ölçek çubuğunun uzunluğunu takip edin. Ardından, Analiz Et' i tıklatın | Ölçek Ayarla.
  3. Ölçek Açılır Pencere'de, bilinen mesafe kutusuna gerçek ölçek çubuğu ölçümlerini yazın (örneğin, ölçek çubuğu 50 nm ise 50 yazın). Uzunluk birimini ilgili birimlere (örneğin, nanometreler için nm yazın) değiştirin. Ölçeği tüm resimlerde tutarlı tutmak için Genel kutuyu işaretleyin ve Tamam'ıtıklatın.
  4. Ölçeği ayarladıktan sonra, bir nanoparçacığın çapını izlemek için düz çizgi aracını kullanın. Ardından Analiz Et' i tıklatın | Ctrl+M tuşlarını ölçün veya tıklatın.
  5. Ölçüm hakkında farklı bilgilerle görünmesi için bir sonuç açılır penceresi arayın. Adım 6.3 sırasında belirtilen birimler ile nano taneciklerin çapını sağlayacak gibi Uzunluk sütunu mevcut olduğunu onaylayın.
  6. Görüntüdeki tüm nano tanecikler boyutlandırıncaya kadar adım 6.4'u tekrarlayın. Bir sonraki resme geçmek için Dosya | Sonraki'ni veya Ctrl+Shift+O tuşlarını açın.
  7. Tüm nano parçacıklar tüm görüntülerde boyutlandıktan sonra, Sonuçlar penceresine gidin ve Dosya 'yı tıklatın | Olarak Kaydet. Sonuç dosyasını yeniden adlandırın ve Kaydet'itıklatın. Sonuç dosyasını aldıktan sonra elektronik tablo programındaki tüm nanopartikül çaplarını görüntüleyin ve çözümle.

7. Nanopartikül kütle kompozisyonu (XRD)

  1. Adım 5.1 sırasında yapılmazsa, mnO nano taneciklerini bir harç ve havaneli kullanarak ince bir toz haline getirin. İnce nanopartikül tozunu spatula kullanarak numune tutucuya yerleştirin. Kullanılacak X-ışını kırınımı (XRD) makinesi için belirtilen numune yükleme işlemini uygulayın.
  2. XRD kullanarak MnO nano taneciklerinin toplu bileşimini belirleyin. MnO (30° ila 90°) ve Mn3O4 (15° ila 90°) zirvelerini görmek için XRD spektrumlarını 10° ile 110° arasında toplayın.
    NOT: XRD için önerilen diğer ayar parametreleri 0,05 s adım boyutu, 10 mm'lik bir ışın maskesi ve 64,77 s'lik bir taramaya adım süresidir.
  3. Oluşturulan kaydet. XRD dosya ve XRD analiz programında açın.

8. XRD spektrumlarının analizi

  1. XRD analiz programında, yazılımdaki IdeAll düğmesine tıklayarak numunenin ölçülen XRD spektrumundaki tüm ana zirveleri tanımlayın.
  2. Verileri kaydetmek için araç çubuğundaki Dosya'yı ve ardından kaydet'i... seçerek verileri elektronik tablo programıyla açilebilen bir ASC dosyası olarak kaydedin.
  3. Örnekle en iyi kompozisyon eşleşmesini bulmak için bilinen bileşiklerin XRD veritabanıyla eşleşin. Aramayı daraltmak için, beklenen bileşikleri (örn. manganez ve oksijen) belirtin.
    1. Spektrumla eşleşen desen için Çözüm | Arama & Eşleştirme. Açılan pencerede, Kimya'yı seçin ve örnekle dayalı program aramasını kısıtlamak için istenen kimyasal öğeleri tıklatın.
    2. Tüm öğeler seçildikten sonra Ara'yıseçin. XRD spektrumu yla eşleşen kimyasal bileşimlerin bir listesinin görünmesini bekleyin.
      NOT: Program, bilinen XRD spektrumlarının numunenin bileşimine karşılık olma olasılığını sağlayacaktır. İki veya daha fazla kompozisyon seçilirse, program her birinin kompozisyon yüzdesini verir (örn. MnO karşı Mn3O4).
  4. İstenirse, Arka Planı Sığdır düğmesine tıklayarak arka planı XRD spektrumundan kaldırın ( Equation 1 ). Ardından, açılan pencerede Arka Plan'ı tıklatın ve ardından Çıkar'ı. Spektrumun y ekseninde 0 ile başlayarak göründüğünü doğrulayın.
    1. 8.2 adımda gösterildiği gibi arka plan olmadan verileri yeniden kaydedin.
  5. XRD spektrumu çizerken, eşleşen her bileşiğin karakteristik zirvelerini gösterir (örn. MnO ve Mn3O4).
    1. Veritabanından eşleşen bileşikler için karakteristik zirvelerin listesini elde etmek için, desen eşleşmesi spektrumuna ilk sağ tıklayın ve ardından Deseni Göster'iseçin. Açılan pencerenin, seçili desene karşılık gelen tüm tepe bilgileriyle birlikte görünmesini bekleyin.
    2. Bu bileşimden istenen bilgileri seçin, kopyalayın ve yapıştırın ve bir elektronik tablo programında ölçülen XRD spektrumuyla karakteristik zirveleri çizin.

9. Nanopartikül yüzey kompozisyonu (FTIR)

  1. Fourier-transform kızılötesi spektroskopi (FTIR) analizi için numune tutucuya kuru MnO nanopartikül tozu ekleyin.
  2. Nanopartikül yüzey kimyası'nı FTIR kullanarak değerlendirin. 4 cm-1çözünürlüğe sahip 4000 ve 400 cm-1 dalga boyu aralığı arasında FTIR spektrumları toplayın.
  3. FTIR numune tutucuyu temizleyin ve sıvı oleylamin ekleyin. Adımı 9.2'yi tekrarlayın.

10. FTIR spektrumlarının analizi

  1. FTIR çözümleme programında, açılan menüdeki Dönüşümler'i seçerek toplanan FTIR spektrumundan arka planı kaldırın ve ardından Baseline Correct. Düzeltme türü olarak Doğrusal'ı seçin.
  2. Özgün spektrumdaki taban çizgisi noktalarını seçmek için sol fare yi kullanın. Tamamlandıktan sonra, Değiştir'i seçerek eski spektrumu Ekle'yi seçerek spektrumu başka bir ad altında kaydedin.
    NOT: Arka plan düzeltme ilgi zayıf FTIR zirveleri yaygınlığını artırabilir.
  3. FTIR spektrumunu dışa aktarmak için önce listeden belirli bir spektrum seçin. Ardından, araç çubuğunda Dosya'yı tıklatın ve ardından Dışa Aktar spektrumu.
  4. Farklı Kaydet penceresinden csv dosya biçimini seçin ve Kaydet'itıklatın. Bir elektronik tablo programı kullanarak csv dosyasını açın ve grafik çizin.
  5. Oleylamin ile nanopartikül kapama değerlendirmek için Temsilci Sonuçlar bölümünde ayrıntılı olarak oleylamin FTIR spektrumile elde edilen MnO nanopartikül karşılaştırın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Başarılı sentezi doğrulamak için, MnO nano tanecikleri boyut ve morfoloji (TEM), toplu bileşimi (XRD) ve yüzey kompozisyonu (FTIR) için titreşmelidir. Şekil 2, dibenzil eter (DE, organik çözücü) oleylamin (OA, stabilizatör) azalan oranları kullanılarak sentezlenen MnO nano taneciklerinin temsili TEM görüntülerini gösterir: 60:0, 50:10, 40:20, 30:30, 20:40, 10:50. İdeal TEM görüntüleri tek tek nano taneciklerden oluşur (Şekil 2'dekoyu yuvarlak sekizgen olarak gösterilir), en az çakışma ile. ImageJ'deki çizgi izleme aracını kullanarak nanopartikül çaplarının doğru manuel boyutlandırılması için nano partiküllerin yeterli şekilde ayrılması çok önemlidir.

Şekil 3, suboptimal TEM numune hazırlamayı göstermektedir. Yüksek konsantrasyonda MnO nano tanecikleri etanolde asılı ysa veya TEM ızgarasına çok fazla nanopartikül süspansiyon damlası eklenirse, her görüntü nano partiküllerin büyük aglomerasyonlarından oluşacaktır(Şekil 3A,B). Nano partiküllerin önemli ölçüde çakışması nedeniyle, her nanopartikül çapının sınırları ayırt edilemez, bu da doğru ölçümü engeller. Düşük nanopartikül konsantrasyonu etanol içinde hazırlanırsa, nano partiküller iyi ayrılabilir, ancak TEM ızgarası üzerinde seyrek olarak dağıtılabilir(Şekil 3C,D). Her TEM görüntüde sadece bir veya iki nano partikül göründüğünde, yeterince büyük bir örnek boyutu elde etmek için daha fazla görüntü alınması gerekir ve tam boyut dağılımı tam olarak yakalanmayabilir. Burada açıklanan TEM hazırlık protokolü, görüntü başına yaklaşık 10-30 nano partiküliçeren TEM görüntüleri üretmeyi amaçlamaktadır (çapı küçükse görüntü başına daha fazla nano partikül bulunabilir).

TEM sentez parametrelerinde bir varyasyon ile nanopartikül boyutundaki değişiklikleri değerlendirmek için kullanılabilir. Şekil 4, her sentez koşulu için OA:DE. Çapları azalan oranlarda sentezlenen MnO nano taneciklerinin ortalama çaplarını 75-90 TEM görüntüden, toplam 900 ila 1100 MnO nano tanecikleri ile ölçüldü. Tekrarlanabilirliği sağlamak için, her OA:DE oranı için 3 grup halinde nano partikül sentezlendi. Genel olarak, OA:DE oranında bir azalma boyutu daha az varyasyon ile küçük MnO nano tanecikleri verdi; tek istisna, sentez sırasında tek başına OA'nın kullanılmasıyla meydana geldi ve bu da 30:30 oranına benzer büyüklüktenano parçacıklar üretti. Tüm MnO nanopartikül gruplarının tam boyut dağılımını gösteren histogramlar Şekil S2'degösterilmiştir.

TEM ile nanopartikül boyutu ve morfolojisi onaylandıktan sonra, toplu nanopartikül bileşimi XRD kullanılarak test edilebilir. X-ışınının açı ve yoğunluğunu ölçerek numune tarafından difüzyan, XRD nano taneciklerin kristal yapısını ve fazını belirlemek için kullanılabilir. Şekil 5A-F, sentezlenen her MnO nanopartikül numunesi için toplanan ham XRD spektrumlarını oa:DE azalan oranlarda gösterir. Örnek spektrumlarda elde edilen XRD zirveleri, XRD analiz programı veritabanı aracılığıyla MnO ve Mn3O4 gibi bilinen bileşiklerden XRD tepelerle eşleşir. MnO için standart zirveler Şekil 5G'degösterilen 35°, 40°, 58°, 70°, 73°, ve 87°'de görünür. Nanopartikül XRD spektrumu bilinen MnO ile karşılaştırılırken, tüm nanopartikül spektrumlarının MnO'nun en yüksek 5 zirvesine sahip olduğu ve MnO nano taneciklerinin başarılı sentezini işaret ettiği açıktır. XRD ayrıca Scherrer denklemi kullanılarak nanopartikül boyutunu tahmin etmek için kullanılabilir; XRD üzerinde daha geniş zirveleri daha küçük nanopartikül çapları gösterir. Örneğin, en geniş XRD tepelerine sahip Şekil 5F, TEM tarafından gösterildiği gibi en küçük nano taneciklerle ilişkilidir (18.6 ± 5.5 nm).

Şekil 6, MnO nanopartikül sentezinde iki istenmeyen ürünün XRD spektrumlarını göstermektedir. Yüksek sıcaklıklarda (280 oC) MnO fazının oluşumunu teşvik etmek için, azot nanopartikül sentezi sırasında havayı sistemden temizlemek için kullanılır. Yetersiz azot akışı uygulanırsa, Mn3O4'ün karışık faz bileşimi (%51) ve MnO (%49) üretilir (Şekil 6A). Mn3O4 (Şekil 6C)ve MnO(Şekil 6D)standart zirveleri ile karşılaştırıldığında, düşük azot akışı Mn3O4 için 8 en yüksek tepeve MnO için 5 en yüksek zirveile XRD spektrum üretir. Düşük azot akışı altında sentezlenen nano partiküllerin TEM küçük nano tanecikleri ile çevrili büyük nano tanecikleri karışık bir nüfus ortaya(Şekil 6E). Azot akışı azot regülatörü okuma ve mineral yağ kabarcık ile köpürme oranı ile izlenebilir. MnO nanopartikül sentezindeki bir diğer kritik parametre de bir stabilizatörün eklenmesidir. 10:50 OA:DE oranı daha küçük MnO nano tanecikleri üretmek için bir girişim, saf DE herhangi bir OA olmadan kullanılmıştır. Çok az miktarda bilinmeyen bir toz stabilizatör yokluğunda sentezlendi. Şekil 6B'degösterildiği gibi, 0:60 OA:DE oranı için XRD spektrumları gürültülüydü ve Mn3O4'ünen yüksek 3 tepenoktasını içeriyordu. XRD program veritabanındaki analizlerden, bileşik %67 Mn3O4 ve %33 MnO kimyasal bileşimine sahipti. XRD spektrumundaki geniş zirvelerle desteklenen TEM, çok küçük nano partiküllerin stabilizatör yokluğunda sentezlandığını doğrulamıştır(Şekil 6F). Nano tanecikleri de düzensiz şekilli ve aglomera ortaya çıktı. Ayrıca, herhangi bir stabilizatör olmadan sadece %33 verim elde edildi, bu da az miktarda ürünün sentezedildiği anlamına geliyordu. Bu nedenle, yüksek azot akışı ve OA veya oleik asit gibi bir dengeleyici dahil MnO nano tanecikleri sentezi için gereklidir.

XRD ile toplu nanopartikül bileşimi tamamlamak için, yüzey kompozisyonu FTIR kullanılarak değerlendirilebilir. Şekil 7 arka plan düzeltme sonra MnO nano tanecikleri FTIR spektrumları gösterir. Tüm spektrumlar oleyl grupları60ile ilişkili simetrik ve asimetrik CH2 zirveleri (2850-2854 ve 2918-2926 cm-1, yıldız ile işaretlenmiş) göstermek, NH ekolarak 2 bükme titreşim zirveleri (1593 cm-1 ve 3300 cm-1, kareler ile işaretlenmiş) amin grupları61ile ilişkili . MnO nano tanecikleri OA FTIR spektrumları mevcut oleyl grupları ve amin grupları için aynı zirveleri paylaşmak yana(Şekil S3),nano tanecikleri OA bir yüzey tabakası ile kaplı olduğu sonucuna varılabilir. Ayrıca, tüm nanopartikül FTIR spektrumları Mn-O ve Mn-O-Mn bağ titreşimleri etrafında içerir 600 cm-1 (üçgenler ile işaretlenmiş), Hangi XRD62ile bulunan kompozisyon onaylamak .

Figure 1
Şekil 1: MnO nanopartikül sentezi kurulumu ile azot ve su akışı.
Boru bağlantıları 1-15 olarak etiketlenmiştir. Havasız azot (1) girer ve (2) kurutma sütununa çıkar ve manifoldun girişine beslenir (3). Reaksiyon sırasında azot, manifoldun üzerinde sağ stopcock'a girerek havayı sistemden temizler (4). Azot stopcock cam dirsek adaptörü (5), rotovap tuzak, yuvarlak alt şişe, kondansatör, cam dirsek adaptörü (6) ve iki mineral yağ kabarcıkları (7-9) bir dizi ile akar. Manifoldda, reaksiyondan geçmeyen aşırı azot sistemi, en fazla miktarda silikon yağı ile mineral yağ kabarcığına bağlanan sol stopcock (10) üzerinden bırakacaktır (11). Stopcock #10 her zaman açık kalmaktır. Su musluk (12) kondansatör girişi (13) ve çıkış (14) ve duman kaput drenaj (15) ile akar. Boru metal kelepçeler ile kondansatöre sabitlenir. Kondansatör için kullanılan su uyumlu borular dışında tüm borular kimyasal dirençli boru olmalıdır. Ana cam eşyalar ve ekipmanlar Şekil S1'deetiketlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: MnO nano partiküllerinin TEM görüntüleri OA:DE azalan oranlarda sentezlenir.
Aşağıdaki oranlar kullanılmıştır: (A) 60:0, (B) 50:10, (C) 40:20, (D) 30:30, (E) 20:40, (F) 10:50. MnO nano tanecikleri, nanopartikül kenarlıklarının net bir şekilde belirtilmesine olanak sağlamak için en az çakışma ile ayrı, yuvarlak sekizgenler olarak görünür. Reaktan oranının genel nanopartikül boyutunu etkilediği gözlendi, 50:10 en büyük nano tanecikleri sentezleyerek ve 10:50 en küçük nano tanecikleri üretiyordu. Ölçek çubukları 50 nm'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Yanlış TEM ızgara sıyrık hazırlığından kaynaklanan suboptimal TEM görüntüleri.
(A,B) Nanopartikül süspansiyon çok konsantre ise veya nanopartikül süspansiyon aşırı damla TEM ızgara üzerine yüklenir, nano tanecikleri önemli örtüşme ile büyük kitleler halinde toplanır. Tek tek nano tanecikleri ızgaranın birçok alanında gözlemlenemez. (C,D) Alternatif olarak, düşük nanopartikül konsantrasyonu, az miktarda nano partikülle dolu TEM ızgaralarına neden olabilir. Tek tek nano tanecikleri birbirinden uzaklara yayılır, ancak numunenin popülasyon büyüklüğü dağılımını yakalamak için daha fazla görüntü gerektirir. Ölçek çubukları 50 nm'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: TEM görüntülerinden ölçülen ortalama MnO nanopartikül çapları.
Genel olarak, daha yüksek miktarda organik çözücü (DE) ile daha düşük miktarda stabilizatör (OA) daha küçük, daha düzgün MnO nano tanecikleri ile sonuçlandı. Her grup için ImageJ'deki hat izleme aracı kullanılarak TEM görüntülerinde toplam 900-1100 nanopartikül çapı hesaplanmıştır. Hata çubukları standart sapmayı gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: MnO nano taneciklerinin XRD spektrumları OA:DE azalan oranlarda sentezlenir.
Aşağıdaki oranlar kullanılmıştır: (A) 60:0, (B) 50:10, (C) 40:20, (D) 30:30, (E) 20:40, (F) 10:50. (G) MnO'nun standart kırınım zirveleri XRD analiz programı veritabanından gösterilir. Üretilen tüm nano partiküller MnO için en yüksek yoğunluklu 5 XRD tepe noktasını sergileyerek MnO nano partiküllerinin başarılı sentezini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: İstenmeyen nano partiküllerin XRD spektrumları ve TEM görüntüleri.
XRD spektrumları MnO nanopartikül sentezi için(A) düşük azot akışı ve (B) 0:60 oranı OA:DE (stabilizatör bulunmamaktadır) kullanılarak gösterilmiştir. (C) Mn3O4 ve (D) MnO için standart kırınım zirveleri XRD analiz programı veritabanından görüntülenir. Standart spektrumlarla karşılaştırıldığında, yetersiz azot akışı(A)Mn3O4 (%51) karışımı ile nano tanecikler oluşturdu ve MnO (%49). Oleylamin yokluğunda (B), Mn3O4'ünen yüksek 3 zirvesine uyan daha geniş bir XRD spektrumu elde edilir. XRD program veritabanı tarafından yapılan analize göre, bu sentezlenmiş nano tanecikleri % 67 Mn3O4 ve % 33 MnO'dur. (E )Enano partiküllerinin düşük azot akışı ile sentezlenen TEM görüntüleri, daha küçük parçacıklarla çevrili büyük nano tanecikleri göstermektedir. (F) nano taneciklerinin TEM görüntüleri 0:60 oranı oa:DE ile sentezlenen düzensiz şekilli çok küçük birleştirilmiş nano tanecikleri görüntüler. Ölçek çubukları 50 nm'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: MnO nano taneciklerinin FTIR spektrumları OA:DE azalan oranlarda sentezlenir.
Aşağıdaki oranlar kullanılmıştır: (A) 60:0, (B) 50:10, (C) 40:20, (D) 30:30, (E) 20:40, (F) 10:50. Yıldız ve kareler sırasıyla oleyl gruplarına ve amin gruplarına karşılık gelirken, üçgenler Mn-O ve Mn-O-Mn bağlarının titreşimini gösterir. Kutulu insets oleyl gruplarının iki farklı zirveleri vurgulamak. FTIR spektrumları, MnO nano partiküllerinin oleylamin ile kaplanmış olduğunu gösterir, şekil S3'tekioleylamin sadece FTIR spektrumu ile karşılaştırıldığında doğrulanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil S1: MnO nanopartikül sentez kurulumunun başlıca cam ve ekipmanları. Manifoldu metal pençe kelepçeleri ile metal kafese sabitlenir ve reaksiyoniçine azot dağıtır. Mn(II) ACAC, dibenzyl eter, oleylamin ve bir karıştırma çubuğu dört boyunlu yuvarlak alt şişeye eklenir. Şişenin sağ boynu rotovap kapanı ve dirsek adaptörüne, sol boyun ise bir kondansatöre ve dirsek adaptörüne takılır. Yuvarlak alt şişenin orta boynu kauçuk bir stoper ile kaplıdır. Sıcaklık probu yuvarlak alt şişenin en küçük açılımına yerleştirilir ve hava geçirmez bir mühür oluşturmak için bir o-halka ve parafin plastik film ile çevrilidir. Yuvarlak alt şişe bir ısıtma manto su ve bir karıştırma plakası üzerine oturur şiddetle ısıtma sırasında reaksiyonu karıştırmak için. Sıcaklık probu ve ısıtma mantosu, sıcaklık profilinin gerçek zamanlı otomatik düzenlenmesini sağlamak için sıcaklık kontrol örüne bağlıdır. Yuvarlak alt şişe ve kondansatör metal pençe kelepçeleri ile metal kafes esabitlenir. Görüntüde sol kabarcıkçı dan sağ kabarcıklayıcı silikon yağı artan miktarlarda dolu, sol ve bir sağda iki, üç mineral yağ kabarcıkları vardır. Kabarcıklar da pençe kelepçeleri ile metal kafes eklenir. Yeşil plastik konik eklem klipleri reaksiyon başlamadan önce güvenli cam bağlantıları na eklenir. Boru bağlantıları Şekil 1'deayrıntılı olarak vettir. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.

Şekil S2: OA:DE oranlarının azalması için MnO nanopartikül boyutunun dağılımını gösteren histogramlar. Aşağıdaki oranlar kullanılmıştır: (A) 60:0, (B) 50:10, (C) 40:20, (D) 30:30, (E) 20:40, (F) 10:50. Genel olarak oran 10:50'ye yaklaştıkça, nanopartikül boyutu dağılımı sola doğru kayıyor (daha küçük çapları gösterir) ve daha kompakt hale gelir (daha düzgün nanopartikül boyutunu gösterir). Her dağılım için ortalama çap Şekil 4'tegösterilmiştir. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.

Şekil S3: Oylelamin FTIR spektrumu. Yıldız ve kareler sırasıyla oleyl grupları ve oleylamin amin gruplarını temsil eder. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Buradaki protokol, Mn(II) ACAC, DE ve OA kullanılarak MnO nano partiküllerinin kolay, tek potalı sentezini açıklar. Mn(II) ACAC, MnO nanopartikül oluşumu için Mn2+ kaynağı sağlamak için başlangıç malzemesi olarak kullanılmaktadır. Başlangıç malzemesi kolayca diğer metal oksit nano tanecikleri üretimi sağlamak için değiştirilebilir. Örneğin, demir(III) ACAC uygulandığında, Fe3O4 nano tanecikleri aynı nanopartikül sentez ekipmanı ve protokol63açıklanan kullanılarak oluşturulabilir. 295-298 °C'lik yüksek kaynama noktasına sahip olan DE, termal ayrışma reaksiyonları için ideal bir organik çözücü olarak hizmet61,vermektedir. DE'ye benzer şekilde, OA'nın kaynama noktası 350 °C'dir ve termal ayrışma sıcaklıklarına dayanabilir. Aşağıdaki iki gözlem sentez sırasında MnO nano taneciklerinin başarılı bir şekilde neslinin kanıtı olarak kullanılabilir: 1) 280 °C'de termal ayrışma sırasında reaksiyon karışımına yeşil bir ton görünümü ve 2) heksan ve etanolsanasyonundan sonra santrifüj tüplerinin alt kısmında koyu kahverengi büyük bir pelet oluşumu. Elde edilen nano tanecikler, sırasıyla boyut/morfoloji, kütle bileşimi ve yüzey kompozisyonunu değerlendirmek için TEM, XRD ve FTIR ile daha da karakterize edilmelidir.

Nanopartikül sentezi sırasında, MnO kristal fazı ile tek tip nano taneciklerin üretimini sağlamak için çeşitli değişkenler belirtilmeli ve kontrol edilmelidir. İlk olarak, tüm başlangıç malzemelerinin oranı aynı kalmalıdır, gösterdiğimiz gibi OA'nın DE'ye azalan oranları nanopartikül boyutunu azaltmaktadır(Şekil 4). İkinci olarak, reaksiyon güçlü nano tanecikleri, düzgün ısıtma ve boyut varyasyonazaltılması nükleating yeterli dağılım sağlamak için karıştırılır olmalıdır. Üçüncü olarak, sıcaklık metal oksit nanopartikül boyutu,47,48,50 ve fazkompozisyonu 47,48,50kontrol büyük bir rol oynar gibi, düzgün yanlış bir sıcaklık okuyacak yuvarlak alt şişe cam temas değil ken reaksiyon karışımı içine sıcaklık prob ucu batırmak için önemlidir., Dördüncü olarak, azot akışı Mn3O4üzerinde MnO kristal faz oluşumunu teşvik etmek için reaksiyon tüm hava temizlemek için yeterince yüksek olmalıdır. Şekil 6A'dagösterildiği gibi, düşük azot akışı karışık MnO/Mn3O4 bileşimi ile nano partiküllere neden olacaktır. Sol kabarcıkçı (1 inç yağ) orta kabarcıkçı (1,5 inç yağ) sağ kabarcık (yağ 2 inç) için silikon yağ artan miktarlarda mineral yağ kabarcıkları doğru dolum reaksiyon (şekil 1#4) ile en düşük azot akışı için direnç ayarlayın. Orta mineralyağ kabarcığının köpürme hızı (Şekil 1'de#7,8) reaksiyondan akan azot oranını ölçmek için kullanılabilir. Son olarak, nanopartikül çekirdekleşme ve büyüme koordine etmek için reaksiyon karışımına OA gibi bir dengeleyici eklenmelidir. Şekil 6B'degösterildiği gibi, OA olmadan DE, çoğunlukla Mn3O4 (%67) olmak üzere küçük bir ürün miktarı oluşturdu. Kompozisyon. Bu ürünün ayrıca TEM tarafından toplanan nano partiküllerle düzensiz bir şekle sahip olduğu gözlenmiştir ve bu şekil oa reaksiyonda mevcut olduğunda oluşmadı (Şekil 6F).

Isı ayrıştırma reaksiyonu çeşitli değişkenler nanopartikül boyutu optimize etmek için değiştirilebilir, morfoloji, ve inert gaz türü de dahil olmak üzere kompozisyon47,48,50, pik reaksiyon sıcaklığı44,47,48,49, toplam reaksiyon süresi44,45,46, ve reaksiyon 20 kullanılan ilk kimyasal bileşiklerin türleri /oranları20,45,47,48,50. Salazar-Alvarez ve ark.50 ve Seo ve ark.48, Mn(II)'nin termal ayrışması sırasında argon akışının 150 °C ile 200 °C arasında değişen düşük pik reaksiyon sıcaklıklarında Mn3O4'ü oluşturduğunun gösterilmiştir. Azot veya hava kullanırken, Nolis ve ark.47 Mn(III) ACAC ayrışması için benzer sonuçlar elde nerede Mn3O4 nano tanecikleri daha düşük sıcaklıklarda üretildi (150 oC veya 200 oC) ve MnO nano tanecikleri sadece yüksek sıcaklıklarda üretildi (250 °C ve 300 °C)47. Yüksek pik reaksiyon sıcaklıkları ve daha uzun süre en yüksek reaksiyon sıcaklığında düzenlenen, ayrıca yaşlanma süresi olarak bilinen, ayrıca nanopartikül boyutu44bir artış ile ilişkili olmuştur,45,46,47,48,49. Ayrıca, reaksiyonun ısıtma hızı nanopartikül boyutunu etkileyebilir. Schladt ve ark.44, ısıtma oranının 1,5 °C/dk'dan 90 oC/dk'ya kadar artırılmasının nanopartikül boyutunu sırasıyla 18,9 nm'den 6,5 nm'ye düşürttettiğini ortaya çıkardı. Son olarak, farklı kimyasallar mangan termal ayrışma reaksiyonlarında ajanlar ve stabilizatörler azaltıcı olarak eklenebilir; ancak, OA20,47,48,50 ve oleik asit20,45 en sık kullanılır. OA'nın oleik aside oranının sentezlenen MnO nano taneciklerinin kimyasını ve şeklini etkilediği kanıtlanmıştır. Zhang ve ark göre20, OA sadece Mn oluşumusonuçlandı 3O4 nano tanecikleri, OA ve oleik asit bir arada Mn3O4 ve MnO nano tanecikleri karışımı yol açtı, ve oleik asit sadece MnO nano tanecikleri üretti. İlginçtir, deneyim MnO nano tanecikleri sadece OA ile imal edilebilir gösterir, ve oleik asit MnO kristal faz oluşumunu teşvik etmek için gerekli değildir. Ayrıca, oa kendisi tarafından küresel nano tanecikleri imal tarafından OA kullanımı, oleik asit tek başına yıldız şeklinde nano tanecikleri üretilen iken20,64. Açıkçası, MnO nano taneciklerinin ortaya çıkan fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkilemek için sentez parametrelerini değiştirmede çok esneklik vardır.

Ayrıntılı protokolrağmen, sorun giderme gerektiren örnekler ortaya çıkabilir. Aşağıdaki paragrafta bazı yaygın sorunlar ve çözümler ayrıntıları. Reaksiyon sırasında, sıcaklık 100 °C civarında sabitlenmiş gibi görünüyorsa, ısıtma mantosu içine biraz su sızmış olabilir. Kondansatörden su sızıntısı için çevreyi görünür bir şekilde kontrol edin. Isıya dayanıklı eldivenler olmadan mantoya veya yuvarlak alt şişeye doğrudan dokunmayın, çünkü çok sıcak olacaklar. Su gözetilirse, sıcaklık kontrol cihazını hemen kapatın, ısıtma mantosu çıkarın ve bir gecede kurumasına izin verin. Gelecekteki sızıntıları önlemek için, kondansatöre su borusu güvenliğini sağlamak için bir kilitli solucan dişli hortum kelepçe kullanın. İstenilen ürünün MnO olması, ancak sadece Mn3O4 üretildiği durumlarda reaksiyon sırasında azot akışının kontrol edilebilmektedir. Sağ kabarcıkçı sadece bir veya iki kabarcıklar oluşturan olmalıdır ise orta kabarcıklar (doğru köpürme oranı için video bakın) sabit bir akışı olmalıdır. Her mineral yağ kabarcığındaki diferansiyel silikon yağ seviyeleri korunmazsa yanlış azot akışı oluşabilir. Her deneyden önce yağ seviyelerini kontrol edin ve gerekirse adım 1.5'e göre kabarcıkları doldurun. Nanopartikül toplama sırasında, protokol nanopartikül pelet rahatsız etmeden supernatant dökmek için belirtir. Supernatant atmak için en iyi yolu yavaş bir yerine bir hızlı sürekli hareket ile dışarı dökmek tir. Ancak, pelet kolayca santrifüj tüpünden ayrılır alır, bir transfer pipet kullanımı supernatant kaldırmak için tavsiye edilir. Nanopartikül toplama ve TEM ızgara hazırlama sırasında, banyo sonication önemli bir adımdır. Nano tanecikleri doğru resuspending değilse, bir alan sonication tüp tutan el tarafından hissedilebilir bulunana kadar su banyosu sonicator etrafında tüp hareket ettirin. Nanopartikül pelet de tüp doğru yerde ise güçlü banyo sonication altında parçalanan görülebilir. Nanopartikül resuspension sonra, TEM ızgara bir silme üzerine veya doğrudan bir emici tezgah yüzeyine yerleştirilir yerine ters cımbız ile havada asılı olması önemlidir. Silme veya emici tezgah yüzeyi, nanopartikül süspansiyonunu kurumadan önce TEM ızgarasının dışına iterek görüntü için ızgarada yetersiz nanopartikül birikimine yol açacaktır.

Termal ayrışma reaksiyonu MnO nano taneciklerini sentezlemek için takip etmek oldukça basit ve basit olsa da, yöntemle ilişkili bazı sınırlamalar vardır. Nano partiküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini bir dereceye kadar kontrol etmek mümkün olsa da, sıcaklık ve yaşlanma süresi gibi bazı değişkenler hem nanopartikül boyutunu hem de faz bileşimini aynı anda etkiler. Bu nedenle, her zaman bu yöntemi kullanarak nanopartikül özellikleri kesin bağımsız kontrol olması zordur. Buna ek olarak, nanopartikül sentezinin üçkatına çıkarılarak veya başlangıç malzemelerinin miktarlarını dörde katlayarak ölçeklenmesi reaksiyonun kararsız ve şiddetli hale gelmesine neden olabilir. Daha büyük toplu iş boyutu da azalan verim ile ilişkilidir. Ayrıca, parafin plastik film sarılmış kapaklı scintillation şişeleri içinde MnO nano tanecikleri depolama rağmen, Biz X-ışını fotoelektron spektroskopisi tarafından değerlendirilen Olarak Mn3O4 nanopartikül yüzeyinin oksidasyon gördük. Son olarak, bu teknik tarafından üretilen MnO nano tanecikleri hidrofobik olacak ve OA ile kapaklı olacak (Şekil 7). Sulu ortamda nanopartikül süspansiyonu etkinleştirmek için nano partikülleri hidrofilik duruma geçişiçin daha fazla yüzey modifikasyonu uygulanması gerekecektir. Çeşitli yöntemler polimerler içinde nanopartikül kapsülleme dahil biyolojik çözeltilerde nano taneciklerin dağılımıteşvik etmek için kurulmuştur14, lipidler ile nanopartikül yüzeyinin kaplama52, veya ligand değişimi gibi poli (akrilik asit)20hidrofilik ligands ile nanopartikül yüzeyinde OA yerine . Poli (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) polimer içinde MnO nano tanecikleri kapsülleme elde etmek için, McCall ve Sirianni ayrıntılı JoVE protokolü65izleyin ; MnO nano tanecikleri Nanopartikül Hazırlama bölümünün 8. PLGA nano tanecikleri içinde MnO nanokristal dağılımı TEM kullanılarak değerlendirilebilir ve PLGA polimer içinde Mn yükleme bennewitz ve ark14gösterildiği gibi termogravimetrik analiz ile belirlenebilir.

MnO nano partikülleri manyetik, elektronik ve katalitik özellikleri nedeniyle çok çeşitli uygulamalariçin kullanılabilse de, MnO nano partiküllerini değiştirilebilir, T1 MRI kontrast maddeleri olarak uygulamak istiyoruz. Daha önce, bizim grup ve diğerleri bozulmamış MnO nano tanecikleri ihmal edilebilir T1 MRI kontrast (MRI sinyal "OFF") fizyolojik pH 7.4 kan14taklit olduğunu göstermiştir14 ,15,16,17,18,19. Ancak, MnO hücresel endozomları taklit eden düşük pH 5'te önemli Mn2+ iyonları oluşturmak için çözünür; serbest Mn2 + düşük pH14de "ON" MRI sinyali açmak için çevreleyen su molekülleri ile koordine edecek,15,16,17,18,19. MnO nano tanecikleri ilgi farklı hücrelere lokalize edilebilir, kanser hücreleri gibi, nanopartikül yüzeyine peptidler veya antikorlar hedefleme eklenmesi ile51,66. Burada, ortalama çapı 18,6 nm ile 38,8 nm arasında değişen MnO nano taneciklerinin sentezini tanımlıyoruz. Nanopartikül boyutunun kontrolü MRG kontrast maddesi etkinliğini artırmak için yararlı olabilir. Özellikle, büyük nano tanecikleri tümörler gibi ilgi yerinde nanopartikül birikimini artırmak için ligands hedefleme eki için daha fazla yüzey alanına sahip olacağı tahmin edilir. Ancak, eklenen yüzey grupları ile genel nanopartikül boyutu tümör birikimi67,maksimize etmek için 50-100 nm ile sınırlı olmalıdır ,68. Diğer taraftan, daha küçük nano partiküller, asidik ortamlar altında Mn2+'nın daha hızlı salınımını kolaylaştırmak için daha yüksek bir yüzey alanına-hacim oranına sahiptir ve polimerik dağıtım sistemleri içinde gelişmiş nanopartikül paketleme hacimlerine olanak sağlayacaktır. Mn3O4 üzerinde MnO sentezi de MRI kontrastı artırmak gerekir, MnO daha fazla Mn2 + iyonları üretmek için konsantre asidik çözeltilerde Mn3O4 daha hızlı çözünmek için gösterilmiştir69. Özetle, akıllı MRI kontrast maddeleri, biyosensörler, katalizörler, piller ve su arıtma gibi uygulamalarda gelecekte kullanım için nanopartikül tasarımının optimize edilmesine olanak sağlayacak nispeten basit ve özelleştirilebilir MnO nano partiküllerinin üretimi için termal ayrışma protokolü tanımladık.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Bu çalışma WVU Kimya ve Biyomedikal Mühendisliği Bölümü başlangıç fonları (M.F.B.) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Dr Marcela Redigolo ızgara hazırlık ve TEM ile nano tanecikleri görüntü yakalama rehberlik için teşekkür etmek istiyorum, Dr Qiang Wang XRD ve FTIR spektrumları, Dr John Zondlo ve Hunter Snoderly programlama ve nanopartikül sentez protokolü içine sıcaklık denetleyicisi entegre destek için destek için, James Hall nanopartikül sentez idrisi kurulumu montajı yaptığı yardım için , Alexander Pueschel ve Jenna Vito TEM görüntüleri MnO nanopartikül çaplarının sayısallaştırılması na yardımcı olmak için, ve TEM, XRD ve FTIR kullanımı için WVU Paylaşılan Araştırma Tesisi.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Felton, C., et al. Magnetic nanoparticles as contrast agents in biomedical imaging: recent advances in iron- and manganese-based magnetic nanoparticles. Drug Metabolism Reviews. 46 (2), 142-154 (2014).
  2. Hsu, B. Y. W., et al. Relaxivity and toxicological properties of manganese oxide nanoparticles for MRI applications. RSC Advances. 6 (51), 45462-45474 (2019).
  3. Wierzbinski, K. R., et al. Potential use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vitro and in vivo bioimaging of human myoblasts. Scientific Reports. 8 (1), 1-17 (2018).
  4. Vukojević, V., et al. Enzymatic glucose biosensor based on manganese dioxide nanoparticles decorated on graphene nanoribbons. Journal of Electroanalytical Chemistry. 823, 610-616 (2018).
  5. George, J. M., Antony, A., Mathew, B. Metal oxide nanoparticles in electrochemical sensing and biosensing: a review. Microchimica Acta. 185 (7), 358 (2018).
  6. Fei, J., et al. Tuning the Synthesis of Manganese Oxides Nanoparticles for Efficient Oxidation of Benzyl Alcohol. Nanoscale Research Letters. 12, (2017).
  7. Le, T. H., Ngo, T. H. A., Doan, V. T., Nguyen, L. M. T., Le, M. C. Preparation of Manganese Dioxide Nanoparticles on Laterite for Methylene Blue Degradation. Journal of Chemistry. 2019, 1602752 (2019).
  8. Kuo, C. H., et al. Robust Mesoporous Manganese Oxide Catalysts for Water Oxidation. ACS Catalysis. 5 (3), 1693-1699 (2015).
  9. Farzana, R., Rajarao, R., Hassan, K., Behera, P. R., Sahajwalla, V. Thermal nanosizing: Novel route to synthesize manganese oxide and zinc oxide nanoparticles simultaneously from spent Zn-C battery. Journal of Cleaner Production. 196, 478-488 (2018).
  10. Elbasuney, S., Elsayed, M. A., Mostafa, S. F., Khalil, W. F. MnO2 Nanoparticles Supported on Porous Al2O3 Substrate for Wastewater Treatment: Synergy of Adsorption, Oxidation, and Photocatalysis. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. , (2019).
  11. Shapiro, E. M., et al. MRI detection of single particles for cellular imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (30), 10901-10906 (2004).
  12. Shapiro, E. M., Skrtic, S., Koretsky, A. P. Sizing it up: Cellular MRI using micron-sized iron oxide particles. Magnetic Resonance in Medicine. 53 (2), 329-338 (2005).
  13. Bennewitz, M. F., Tang, K. S., Markakis, E. A., Shapiro, E. M. Specific chemotaxis of magnetically labeled mesenchymal stem cells: implications for MRI of glioma. Molecular imaging and biology: MIB: the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 14 (6), 676-687 (2012).
  14. Bennewitz, M. F., et al. Biocompatible and pH-Sensitive PLGA Encapsulated MnO Nanocrystals for Molecular and Cellular MRI. ACS Nano. 5 (5), 3438-3446 (2011).
  15. Chen, Y., et al. Manganese oxide-based multifunctionalized mesoporous silica nanoparticles for pH-responsive MRI, ultrasonography and circumvention of MDR in cancer cells. Biomaterials. 33 (29), 7126-7137 (2012).
  16. Park, M., et al. Large-Scale Synthesis of Ultrathin Manganese Oxide Nanoplates and Their Applications to T1 MRI Contrast Agents. Chemistry of Materials. 23 (14), 3318-3324 (2011).
  17. Duan, B., et al. Core-Shell Structurized Fe3O4@C@MnO2 Nanoparticles as pH Responsive T1-T2* Dual-Modal Contrast Agents for Tumor Diagnosis. ACS Biomaterials Science & Engineering. 4 (8), 3047-3054 (2018).
  18. Hao, Y., et al. Multifunctional nanosheets based on folic acid modified manganese oxide for tumor-targeting theranostic application. Nanotechnology. 27 (2), 025101 (2015).
  19. Shi, Y., Guenneau, F., Wang, X., Hélary, C., Coradin, T. MnO2-gated Nanoplatforms with Targeted Controlled Drug Release and Contrast-Enhanced MRI Properties: from 2D Cell Culture to 3D Biomimetic Hydrogels. Nanotheranostics. 2 (4), 403-416 (2018).
  20. Zhang, H., et al. Revisiting the coordination chemistry for preparing manganese oxide nanocrystals in the presence of oleylamine and oleic acid. Nanoscale. 6 (11), 5918 (2014).
  21. McDonagh, B. H., et al. L-DOPA-Coated Manganese Oxide Nanoparticles as Dual MRI Contrast Agents and Drug-Delivery Vehicles. Small. 12 (3), 301-306 (2016).
  22. Ding, X., et al. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranostic agents for magnetic resonance imaging guided synergetic chemo-/photothermal therapy. Chemical Science. 7 (11), 6695-6700 (2016).
  23. Wei, R., et al. Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery. Nano Letters. 19 (8), 5394-5402 (2019).
  24. Na, H. B., et al. Development of a T1 contrast agent for magnetic resonance imaging using MnO nanoparticles. Angewandte Chemie (International Ed. in English). 46 (28), 5397-5401 (2007).
  25. Rockenberger, J., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. A New Nonhydrolytic Single-Precursor Approach to Surfactant-Capped Nanocrystals of Transition Metal Oxides. Journal of the American Chemical Society. 121 (49), 11595-11596 (1999).
  26. Han, C., et al. Synthesis of a multifunctional manganese(II)-carbon dots hybrid and its application as an efficient magnetic-fluorescent imaging probe for ovarian cancer cell imaging. Journal of Materials Chemistry B. 4 (35), 5798-5802 (2016).
  27. Wang, A., et al. Redox-mediated dissolution of paramagnetic nanolids to achieve a smart theranostic system. Nanoscale. 6 (10), 5270-5278 (2014).
  28. Jia, Q., et al. A Magnetofluorescent Carbon Dot Assembly as an Acidic H2O2-Driven Oxygenerator to Regulate Tumor Hypoxia for Simultaneous Bimodal Imaging and Enhanced Photodynamic Therapy. Advanced Materials. 30 (13), 1706090 (2018).
  29. Yang, B., et al. A three dimensional Pt nanodendrite/graphene/MnO 2 nanoflower modified electrode for the sensitive and selective detection of dopamine. Journal of Materials Chemistry B. 3 (37), 7440-7448 (2015).
  30. Li, J., Li, D., Yuan, R., Xiang, Y. Biodegradable MnO2 Nanosheet-Mediated Signal Amplification in Living Cells Enables Sensitive Detection of Down-Regulated Intracellular MicroRNA. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (7), 5717-5724 (2017).
  31. Fan, H., et al. A Smart DNAzyme-MnO2 Nanosystem for Efficient Gene Silencing. Angewandte Chemie International Edition. 54 (16), 4801-4805 (2015).
  32. Zhang, Y., et al. A real-time fluorescence turn-on assay for acetylcholinesterase activity based on the controlled release of a perylene probe from MnO 2 nanosheets. Journal of Materials Chemistry C. 5 (19), 4691-4694 (2017).
  33. Meng, H. M., et al. Multiple Functional Nanoprobe for Contrast-Enhanced Bimodal Cellular Imaging and Targeted Therapy. Analytical Chemistry. 87 (8), 4448-4454 (2015).
  34. Zhao, Z., et al. Activatable Fluorescence/MRI Bimodal Platform for Tumor Cell Imaging via MnO2 Nanosheet-Aptamer Nanoprobe. Journal of the American Chemical Society. 136 (32), 11220-11223 (2014).
  35. Chen, J. L., et al. A glucose-activatable trimodal glucometer self-assembled from glucose oxidase and MnO 2 nanosheets for diabetes monitoring. Journal of Materials Chemistry B. 5 (27), 5336-5344 (2017).
  36. Yang, G., et al. Hollow MnO 2 as a tumor-microenvironment-responsive biodegradable nano-platform for combination therapy favoring antitumor immune responses. Nature Communications. 8 (1), 1-13 (2017).
  37. Wu, Y., et al. Versatile in situ synthesis of MnO2 nanolayers on upconversion nanoparticles and their application in activatable fluorescence and MRI imaging. Chemical Science. 9 (24), 5427-5434 (2018).
  38. Jing, X., et al. Intelligent nanoflowers: a full tumor microenvironment-responsive multimodal cancer theranostic nanoplatform. Nanoscale. 11 (33), 15508-15518 (2019).
  39. Peng, Y. K., et al. Engineered core-shell magnetic nanoparticle for MR dual-modal tracking and safe magnetic manipulation of ependymal cells in live rodents. Nanotechnology. 29 (1), 015102 (2018).
  40. Ren, S., et al. Ternary-Responsive Drug Delivery with Activatable Dual Mode Contrast-Enhanced in vivo Imaging. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (38), 31947-31958 (2018).
  41. Zhen, W., et al. Multienzyme-Mimicking Nanocomposite for Tumor Phototheranostics and Normal Cell Protection. ChemNanoMat. 5 (1), 101-109 (2019).
  42. Tang, W., et al. Wet/Sono-Chemical Synthesis of Enzymatic Two-Dimensional MnO2 Nanosheets for Synergistic Catalysis-Enhanced Phototheranostics. Advanced Materials. 31 (19), 1900401 (2019).
  43. Ding, B., Zheng, P., Ma, P., Lin, J. Manganese Oxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, and Theranostic Applications. Advanced Materials. , 1905823 (2020).
  44. Schladt, T. D., Graf, T., Tremel, W. Synthesis and Characterization of Monodisperse Manganese Oxide Nanoparticles-Evaluation of the Nucleation and Growth Mechanism. Chemistry of Materials. 21 (14), 3183-3190 (2009).
  45. Yin, M., O'Brien, S. Synthesis of Monodisperse Nanocrystals of Manganese Oxides. Journal of the American Chemical Society. 125 (34), 10180-10181 (2003).
  46. Chen, Y., Johnson, E., Peng, X. Formation of Monodisperse and Shape-Controlled MnO Nanocrystals in Non-Injection Synthesis: Self-Focusing via Ripening. Journal of the American Chemical Society. 129 (35), 10937-10947 (2007).
  47. Nolis, G. M., Bolotnikov, J. M., Cabana, J. Control of Size and Composition of Colloidal Nanocrystals of Manganese Oxide. Inorganic Chemistry. 57 (20), 12900-12907 (2018).
  48. Seo, W. S., et al. Size-Dependent Magnetic Properties of Colloidal Mn3O4 and MnO Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 43 (9), 1115-1117 (2004).
  49. Douglas, F. J., et al. Formation of octapod MnO nanoparticles with enhanced magnetic properties through kinetically-controlled thermal decomposition of polynuclear manganese complexes. Nanoscale. 6 (1), 172-176 (2013).
  50. Salazar-Alvarez, G., Sort, J., Suriñach, S., Baró, M. D., Nogués, J. Synthesis and Size-Dependent Exchange Bias in Inverted Core-Shell MnO|Mn 3 O 4 Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 129 (29), 9102-9108 (2007).
  51. Zhang, T., Ge, J., Hu, Y., Yin, Y. A General Approach for Transferring Hydrophobic Nanocrystals into Water. Nano Letters. 7 (10), 3203-3207 (2007).
  52. Chhour, P., et al. Nanodisco balls: control over surface versus core loading of diagnostically active nanocrystals into polymer nanoparticles. ACS nano. 8 (9), 9143-9153 (2014).
  53. Suk, J. S., Xu, Q., Kim, N., Hanes, J., Ensign, L. M. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 99, 28-51 (2016).
  54. Huang, C. C., Khu, N. H., Yeh, C. S. The characteristics of sub 10 nm manganese oxide T1 contrast agents of different nanostructured morphologies. Biomaterials. 31 (14), 4073-4078 (2010).
  55. Zhao, N., et al. Size-Controlled Synthesis and Dependent Magnetic Properties of Nearly Monodisperse Mn3O4 Nanocrystals. Small. 4 (1), 77-81 (2008).
  56. He, D., Hai, L., He, X., Yang, X., Li, H. W. Glutathione-Activatable and O2/Mn2+-Evolving Nanocomposite for Highly Efficient and Selective Photodynamic and Gene-Silencing Dual Therapy. Advanced Functional Materials. 27 (46), 1704089 (2017).
  57. He, D., et al. Redox-responsive degradable honeycomb manganese oxide nanostructures as effective nanocarriers for intracellular glutathione-triggered drug release. Chemical Communications. 51 (4), 776-779 (2015).
  58. Chen, Y., et al. Multifunctional Graphene Oxide-based Triple Stimuli-Responsive Nanotheranostics. Advanced Functional Materials. 24 (28), 4386-4396 (2014).
  59. Prasad, P., et al. Multifunctional Albumin-MnO2 Nanoparticles Modulate Solid Tumor Microenvironment by Attenuating Hypoxia, Acidosis, Vascular Endothelial Growth Factor and Enhance Radiation Response. ACS Nano. 8 (4), 3202-3212 (2014).
  60. Perez De Berti, I., et al. Alternative low-cost approach to the synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles by thermal decomposition of organic precursors. Nanotechnology. 24, 175601 (2013).
  61. Mourdikoudis, S., Liz-Marzán, L. M. Oleylamine in Nanoparticle Synthesis. Chemistry of Materials. 25 (9), 1465-1476 (2013).
  62. Zheng, M., et al. A simple additive-free approach for the synthesis of uniform manganese monoxide nanorods with large specific surface area. Nanoscale Research Letters. 8 (1), 166 (2013).
  63. Xu, Z., Shen, C., Hou, Y., Gao, H., Sun, S. Oleylamine as Both Reducing Agent and Stabilizer in a Facile Synthesis of Magnetite Nanoparticles. Chemistry of Materials. 21 (9), 1778-1780 (2009).
  64. Hou, Y., Xu, Z., Sun, S. Controlled Synthesis and Chemical Conversions of FeO Nanoparticles. Angewandte Chemie. 119 (33), 6445-6448 (2007).
  65. McCall, R. L., Sirianni, R. W. PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS. Journal of Visualized Experiments. (82), (2013).
  66. Le Joncour, V., Laakkonen, P. Seek & Destroy, use of targeting peptides for cancer detection and drug delivery. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 26 (10), 2797-2806 (2018).
  67. Perry, J. L., et al. Mediating Passive Tumor Accumulation through Particle Size, Tumor Type, and Location. Nano Letters. 17 (5), 2879-2886 (2017).
  68. Tang, L., et al. Investigating the optimal size of anticancer nanomedicine. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (43), 15344-15349 (2014).
  69. Godunov, E. B., Izotov, A. D., Gorichev, I. G. Dissolution of Manganese Oxides of Various Compositions in Sulfuric Acid Solutions Studied by Kinetic Methods. Inorganic Materials. 54 (1), 66-71 (2018).

Tags

Biyomühendislik Sayı 160 nano partiküller manganez(II) asetinbağtonat manganez oksit oleylamin dibenzil eter termal ayrışma manyetik rezonans görüntüleme x-ışını kırınımı iletim elektron mikroskopisi Fourier-transform kızılötesi spektroskopi
Manganez(II) Asetofonat Termal Ayrıştırma ile Manganez Oksit Nanopartikül Sentezi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Martinez de la Torre, C., Bennewitz, … More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter