튜블 가능한 나노 스케일 치수 및 구성망간 페릿 클러스터의 안정적인 수성 현탁액

요약

우리는 재료 차원과 구성에 대한 독립적 인 제어를 제공하는 망간 페릿 클러스터 (MFC)의 원 포트 수열 합성을보고합니다. 자기 분리를 통해 황변 폴리머를 이용한 표면 기능화를 통해 신속하게 정제할 수 있어 생물학적으로 관련매체에서 비응집재가 되도록 한다. 결과 제품은 생체 의학 응용 프로그램에 대 한 잘 배치.

초록

망간 페릿 클러스터(MFC)는 수십~수백 개의 기본 나노결정의 구형 어셈블리로, 자기 특성은 다양한 응용 분야에서 가치가 있습니다. 여기서는 제품 클러스터 크기(30~120nm)와 결과 물질의 망간 함량을 독립적으로 제어할 수 있는 수열 공정에서 이러한 물질을 형성하는 방법을 설명합니다. 알코올 반응 매체에 첨가된 총 물량 및 망간과 철 전구체의 비율과 같은 파라미터는 다중 유형의 MFC 나노스케일 제품을 달성하는 데 중요한 요소입니다. 빠른 정제 방법은 자기 분리를 사용하여 자기 나노 물질의 그램을 매우 효율적으로 만드는 재료를 회수합니다. 우리는 고하의 식염수 환경에서도 비응집화 상태로 유지되는 콜로이드안정 MFC를 산출하는 이러한 나노 물질의 표면에 고하의 황포네이트 폴리머를 적용하여 자기 나노 물질 응집의 도전을 극복합니다. 이러한 비 응집, 균일 및 튜닝 가능한 재료는 생물 의학 및 환경 응용 분야에 탁월한 잠재 재료입니다.

서론

산화철 격자에 망간을 도펀트로 포함하면, 적절한 조건하에서 순수한 산화철에 비해 고가 분야에서 물질의 자화를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 망간 페릿(MnxFe3-xO4) 나노입자는 높은 포화도 자화, 외부 장에 대한 강한 반응, 낮은 세포독성^1,2,3,4,5로 인해 매우 바람직한 자기 나노 물질이다. 단일 도메인 나노 결정뿐만 아니라 이러한 나노 결정의 클러스터, 즉 다중 도메인 입자, 약물 전달을 포함 하 여 다양 한 생물 의학 응용 프로그램에서 조사 되었습니다., 암 치료를 위한 자기 고온증, 그리고 자기 공명 영상 (MRI)^6,7,8. 예를 들어, 2017년 현군은 단일 도메인 망간 페릿 나노입자를 펜톤 촉매로 사용하여 암 저산소증을 유도하고 MRI 추적....

프로토콜

1. MFC의 전체 직경 및 페릿 구성을 제어 할 수있는 MFC의 합성

1. 합성에 사용할 모든 유리 제품을 세척하고 철저히 건조. 합성물의 양은 MFC의 치수에 영향을 미치므로 유리제품이 잔류물이 없는지 확인하는 것이 중요합니다^16,26.
   1. 유리 제품을 세척하려면 물과 세제로 헹구고 플라스크 브러시로 스크럽하여 이물질을 제거합니다. 철저하게 헹구어 모든 세제를 제거하고 탈온 된 물의 헹구기로 마무리하십시오.
   2. 유리 제품을 건조하려면 유리 제품 표면에서 물방울을 흔들어 완전히 건조 할 때까지 60 ° C의 오븐에 넣습니다.
   3. 폴리페닐렌 안감(PPL) 반응기를 37%의 염산으로 헹구어 이전 사용시 이물질을 제거합니다. 이렇게 하려면 반응기와 캡을 큰 비커에 놓고 원자로가 완전히 물에 잠길 때까지 염산으로 채웁니다. 염산을 붓기 전에 30 분 동안 앉아보자. 원자로를 함유한 비커를 1-2분 동안 물로 지속적으로 헹구고, 원자로를 오븐에 넣고 건조시다.
2. 자동 파이펫을 사용하여 20mL의 에틸렌 글리콜을 자기 교반 바가 있는 50mL 비커로 옮길 수 있습니다.

결과

수열 처리 후, 반응 혼합물은 도 1에서 볼 수 있는 점성 흑색 분산으로 변한다. 정제 후 어떤 결과는 페로유체처럼 행동하는 고농축 MFC 솔루션입니다. 유리병에 있는 유체는 휴대용 자석(<0.5 T) 근처에 배치될 때 몇 초 안에 반응하며, 자석이 서로 다른 위치에 배치될 때 움직일 수 있는 거시적 검은 질량을 형성합니다.

이 합성은 치수와 페릿 조성물이 첨가된 물의 양과 반응 혼합물에서 전구체에 대한 망간의 비율에 의존하는 제품을 산출합니다. 도 2 는 클러스터 형태가 물과 전구체 농도에 어떻게 의존하는지 보여줍니다. 또한 표 1에 나열된 샘플을 얻기 위해 사용되는 반응 조건을 자세히 설명합니다. 우리는 MFC 직경이 추가 된 물의 양에 의해 영향을 받고, MFC 조성은 전구체에서 철과 망간의 비율에 따라.......

토론

이 작품은 균일한 나노 스케일 골체²⁹로 함께 클러스터된 망간 페릿 나노결정의 변형된 폴리올 합성을 보여줍니다. 이 합성에서 철(III) 염화물 및 망간(II) 염화물은 강제 가수분해 반응 및 감소를 거쳐 분자 MnxFe3-xO4_를 형성한다. 이 페릿 분자는 반응기의 고온 및 고압 하에서 1차 나노 결정을 형성하며, 궁극적으로 여기에 자성 페릿 클러스터(MFC)라고 불리는 구형 골재로 조립한다. 충분한 반응 시간이나 충분한 물이 없으면 집계 프로세스가 완전히 완료되어 균일하지 않고 형성되지 않은 입자가 될 수 없습니다. 반대로 충분한 시간과 충분한 물을 감안할 때 금속 산화물 결정화 및 조립 공정이 완료되어 수십 에서 수백 개의 기본 나노 결정으로 구성된 균일한 구형 클러스터를 생성합니다. 이러한 재료의 기본 나노 결정은 하드 집계되어 일부 결정 인터페이스를 공유하여 초기 민감도가 높고 핸드헬드 영구 자석

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
0.1 미크론 진공 여과 필터	Thermo Fisher Scientific	NC9902431	합성 및 표면 코팅 후 응집된 클러스터를 여과하여 균일한 용액을 달성합니다.
2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산(AMPS, 99%)	Sigma-Aldrich	282731-250G	시약은 공중합체에 사용되어 표면 코팅 나노클러스터로 사용되고 생물학적 매체
를 위해 기능화됩니다.2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN)	Sigma-Aldrich	441090-100G	자유 리디칼 발생기로 공중합체 제조에 사용되는 시약
4-Morpholineethanesulfonic acid, 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES)	Sigma-Aldrich	M3671-250G	나노클러스터 표면 코팅 공정을 안정화하는 데 사용되는 산성 완충액
아크릴산	Sigma-Aldrich	147230-100G	나노클러스터를 표면화하고 생물학적 매체를 위해 기능화하기 위해 공중합체에 사용되는 시약; 무수, 억제제로 200ppm MEHQ 포함, 99%
분석 저울	Avantor	VWR-205AC	합성 및 희석에 사용하기 위해 고체 화학 시약을 계량하는 데 사용
디지털 소네이퍼 및 프로브	Branson	B450	표면 코팅 중 나노클러스터 용액을 초음파 처리하여 응집체를 분해하는 데 사용됩니다.
파민 염산염	Sigma-Aldrich	H8502-25G	리간드 교환 반응을위한 표면 코팅에 사용
에틸렌 글리콜 (무수, 99.8 %)	노 클러스터의 열수 합성에 용매로 사용되는	시그마-알드리치	324558-2L
유리 바이알 (20mL),	세척 및 표면 코팅 중 나노 클러스터 용액 용	프리미엄 바이알	B1015
눈금 비커 (100mL)	코닝	1000-100	열수 합성 중 고체 및 액체 시약의 혼합을 위한 용기(오븐 전에 오토클레이브 반응기로 이동)
휴대용 자석	MSC Industrial Supply, Inc.	92673904	길이 1/2" x 너비 1/2" x 높이 1/8", 5극, 직사각형 네오디뮴 자석 저강도 자석으로 용액에서 나노클러스터를 침전시키는 데 사용됩니다(필요할 때 스틸 울로 전계 강도가 증가함)
염산(ACS 등급, 37%)	Fisher Scientific	7647-01-0	남은 나노클러스터 파편을 제거하고 다음 사용을 위해 오토클레이브 반응기를 청소하기 위한
열수 오토클레이브 반응기	Toption	TOPT-HP500	열수 합성에서 오븐에 의해 생성 된 고온 및 압력을 견딜 수있는 완성 된 시약 혼합물
용 용기 철 (III) 염화물 육수화물 (FeCl3 · 6H2O, ACS 시약, 97%)	ACS	236489-500G	시약은 나노클러스터 완제품에서 철(II)이 되는 철(III)의 공급원으로 나노클러스터 합성에 사용됨(물 오염을 방지하기 위해 건조하게 유지하고 신속하게 무게를 재십시오)
실험기구 세척기 브러시	Fisher Scientific	13-641-708	합성 전 유리 제품을 세척하고 청소하는 데 사용
Magnetic Stir Plate	Thermo Fisher Scientific	50093538	열수 합성 중 고체 및 액체 시약의 혼합을 위해
염화망간 사수화물(MnCl2· 4H2O, 99.0%, 결정, ACS)	Sigma-Aldrich	1375127-2G	시약은 망간
마이크로피펫(100-1000μ L)	Thermo Fisher Scientific	FF-1000	물과 염화망간과 같은 액체 시약 이송용
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)	Sigma-Aldrich	25952-53-8	공중합체의 리간드 교환을 돕기 위해 표면 코팅에 사용(벌크 화학 물질은 냉동실에 보관하고 희석된 용액은 냉장고에 보관)
N,N-Dimethylformamide (DMF)	Sigma-Aldrich	227056-2L	용제로 공중합체 제조에 사용되는
시약 폴리아크릴산 나트륨염(PAA, Mw~6,000)	PolyScience Inc.	06567-250	나노클러스터를 초기에 코팅하기 위해 열수 합성에 사용되는 시약(결국 표면 코팅 단계에서 대체됨)
폴리(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트	Sigma-Aldrich	454990-250ML	시약은 공중합체에서 표면 코팅 나노클러스터로 사용되며 생물학적 매체로 기능화합니다.평균 Mn 480, 억제제로 100ppm BHT, 억제제로 100ppm MEHQ
함유 시약 아세톤, 4L, ACS 시약	Cole-Parmer	UX-78920-66	세척 중 나노클러스터를 침전시키는 용매로 사용
에틸렌 글리콜 및 기타 액체를 이송하기 위한	조정 가능한 1-10 mL	Eppendorf	3123000080
Steel Wool	Lowe's	788470	세척 및 표면 코팅을 위한 나노클러스터 침전을 돕기 위해 바이알의 자기장 강도를 증가시키는 데 사용됩니다.
교반 바	Thomas Scientific	8608S92	열수 합성 중 고체 및 액체 시약 혼합을 위한
표 클램프	Grainger	29YW53	고온 합성 중 오븐의 고압을 견디기 위해 오토클레이브 반응기의 밀폐를 위한
Urea (ACS 시약, 99.0%)	Sigma-Aldrich	U5128-500G	시약은 염기성 용액
을 만들기 위해 열수 합성에 사용됩니다.진공 여과 병 뚜껑	Thermo Fisher Scientific	596-3320	합성 및 표면 코팅 후 응집된 클러스터의 여과를 위한
진공 컨트롤러 V-850	Buchi	BU-V850	합성 및 표면 코팅 후 응집된 클러스터의 여과를 위한 것입니다.
오븐	Fisher Scientific	13-262-51	열수 합성에서 나노 클러스터 형성에 필요한 고온 및 고압을 생성하는 데 사용됩니다