Suspensões aquosas estáveis de aglomerados de ferrite de manganês com dimensão e composição de nanoescala tunable

Neste vídeo, apresentamos a síntese.de nano aglomerados de ferrite de manganês super paramagnéticos. Relatamos uma síntese hidrotérmica de um pote de aglomerados de ferrite de manganês ou MFCs que oferece controle independente sobre a dimensão nanocristal primário e cluster, bem como a razão ferro-manganês. A separação magnética permite a rápida purificação da amostra enquanto a funcionalização do serviço usando um polímero sulfoado garante que os materiais não sejam agregados, mesmo em soluções aquosas biologicamente relevantes.

Os produtos resultantes estão bem posicionados para aplicações em biotecnologia e medicina. Lave e seque completamente todos os vidros para serem usados na síntese. A quantidade de água na síntese impacta as dimensões dos MFCs.

Por isso, é crucial garantir que o vidro não tenha água residual. Para lavar os vidros, enxágue com água e detergente e esfregue com uma escova DE ESF para remover os detritos. Enxágue bem para remover todo o detergente e finalize com a lavagem de água desionizada.

Enxágüe os reatores forrados de polifenóis com ácido clorídrico de 37% para remover quaisquer detritos do uso anterior. Para isso, coloque os reatores e suas tampas em um grande béquer e encha com ácido clorídrico até que os reatores estejam completamente submersos. Deixe isso descansar por 30 minutos antes de derramar o ácido clorídrico.

Enxágue continuamente o béquer com os reatores com água por um a dois minutos, em seguida, coloque os reatores no forno para secar. Use uma pipeta automática para transferir 20 mililitros de glico de etileno em um béquer de 50 mililitros com uma barra de agitação magnética. Despere a quantidade necessária de cloreto de ferro para alcançar uma concentração final de 1,3 milimililar e adicione-o ao béquer.

Coloque o béquer em uma placa de agitação e ligue-o a 480 RPM para começar a agitação contínua do béquer. Pesar 250 miligramas de ácido poliacrílico e adicioná-lo ao béquer. Após a adição do PAA, a solução se torna opaca e ligeiramente mais clara na cor.

Pesar 1,2 gramas de Ureia e adicioná-lo ao béquer. Usando uma pipeta, adicione 0,7 milimônio cloreto de manganês ao béquer. Por fim, usando a pipeta, adicione a quantidade necessária de água ultra pura ao béquer.

Deixe a solução mexer por trinta minutos e observe a mudança de cor. Ele vai apresentar como uma cor laranja escura translúcida. Transfira a mistura de reação para o reator PPL.

Note que após a solução ter se agitado, alguns sólidos podem ter se acumulado nas laterais do béquer. Use um ímã para arrastar a barra de agitação ao redor das paredes do béquer para garantir que quaisquer sólidos que tenham se acumulado nas laterais sejam dispersos na solução de reação. Uma vez que a solução esteja mista e pronta, transfira-a para o reator forrado PPL de 50 mililitros.

Use um grampo e uma alavanca para selar o reator na autoclave de aço inoxidável o mais firmemente possível. Fixar o vaso do reator em uma superfície estável e usando uma haste, inseri-la na tampa como alavanca, empurre o reator para selar. Observe que o reator selado não deve ser capaz de ser aberto manualmente.

Isso é crucial, pois o ambiente de alta pressão do forno requer uma vedação apertada no reator. Coloque um reator em um forno por 20 horas a 215 graus Celsius. Depois que a reação hidrotérmica for feita, remova o reator do forno e deixe esfriar até a temperatura ambiente.

A pressão do forno permitirá que o reator seja aberto manualmente. Observe que, neste ponto, o reator conterá o produto MFC dispersado em glicol de etileno com outras impurezas, como polímero não redigido. E será uma solução negra opaca.

O produto isolado nas etapas seguintes. Coloque 200 miligramas de lã de aço em um frasco de vidro. Encha o frasco de vidro no meio do caminho com a mistura de reação do reator.

Encha o resto do frasco com acetona e agite bem. Observe que a lã de aço aumenta a força do campo magnético no frasco e ajudará a separação magnética dos nano aglomerados da solução. Coloque o frasco em um ímã para que a coleta magnética ocorra.

O resultado será uma solução translúcida com precipitação na parte inferior. Despeje a solução sobrenante enquanto os MFCs são magneticamente presos pela lã de aço, segurando o ímã até o fundo do frasco enquanto derramam. O glicol de etileno será removido principalmente nesta etapa.

Comece a lavar com a baixa proporção de acetona para água e aumente a proporção em lavagens subsequentes até ficar pura. Faça isso de três a quatro vezes. Retire o frasco do ímã e encha-o com água.

Agite bem para dissolver os MFCs. Agora o produto estará totalmente disperso na água. Repita as duas etapas anteriores várias vezes até que a solução aquosa dos MFCs não produz bolhas quando abalada.

O resultado será um ferrofluido escuro opaco que responderá fortemente aos ímãs. Para manter nossos clusters estáveis, modificamos-os com um co-polímero, PAA-co-AMPS-co-PEG, que fornece repulsão estérica e eletrostática. O grupo sulfonato das unidades AMPS fornecerá estabilização de carga, enquanto a unidade PEG dificultará estericamente a agregação interglomerada.

No geral, os clusters modificados permanecerão estáveis mesmo em vários tipos de condições adversas. Combine 10 mililitros de nanopartículas purificadas em um frasco de 20 mililitros, com 10 mililitros de solução de dopamina Nitra saturada. Espere por cinco minutos.

Lave os MFCs revestidos de dopamina Nitra usando separação magnética. Despeje o supernatante amarelo pálido. Adicione água e agite vigorosamente.

Em seguida, despeje água usando o ímã para reter o produto. Repita esta lavagem várias vezes, deixando a coleção marrom escura no frasco. Misture um mililitro de solução EDC, um mililitro de buffer MES e três mililitros de solução de polímero.

Mexa levemente girando a mistura e deixe descansar por aproximadamente cinco minutos. Deve ser uma solução clara e incolor quando totalmente combinada. Adicione essa mistura à coleção MFC e coloque o frasco em um banho de gelo.

Abaixe o sonicator da sonda na solução e ligue-a. Após um tratamento de sônica de cinco minutos, adicione cerca de cinco mililitros de água ultra pura ao frasco enquanto o sonicator ainda está funcionando. Continue monitorando a embarcação para garantir que nenhum produto derrame.

Mantenha o gelo na mistura de água gelada, pois parte do gelo inicial derreterá devido à intensidade e calor da sônica. Deixe a mistura sonicar por mais 25 minutos por um total de 30 minutos. Coloque o frasco em cima de um ímã para separar os MFCs e despeje a solução sobrenatante.

Lave os MFCs modificados com água desionizada várias vezes. Encha o frasco com os MFCs com água ultra pura. Pipeta este fluido em um sistema de filtragem de vácuo com um filtro de membrana de sulfato de poliether de 0,1 mícrons para remover quaisquer MFCs irreversivelmente agregados.

Certifique-se de lavar as paredes do funil para minimizar qualquer perda do produto. Filtro de vácuo a solução. Repita este processo duas a três vezes.

O resultado será uma solução aquosa purificada de MFCs mono dispersos. MFCs isolados quando o método de separação magnética tem maior mono dispersidade do que aqueles separados com ultracentrifugação, como mostrado aqui. Aqui, vemos imagens TEM de nano aglomerados purificados, em ordem de aumentar o diâmetro médio do cluster.

Denotada como DC.A quantidade de água adicionada na mistura de reação inicial determina o diâmetro dos nano aglomerados. Adicionar mais água na reação resulta em nano aglomerados com diâmetros menores, enquanto menos água aumenta seus diâmetros. Desta forma, o experimentador tem controle sobre o tamanho do produto nano cluster.

Aqui vemos imagens TEM de nano aglomerados, a fim de aumentar a relação manganês para molar de ferro. A razão entre manganês e precursores de ferro na mistura de reação inicial determina a razão molar dos metais no produto do cluster. O aumento da relação manganês/ferro na síntese aumentará essa proporção nos clusters, e vice-versa.

Em contraste, as imagens TEM a seguir retratam amostras com morfologias irregulares. Como mostrado na imagem esquerda, o aglomerado fora de forma derramado foi produzido com a exclusão de qualquer água adicional. Isso dificulta a montagem dinâmica dos nano cristais primários que ainda não formaram clusters.

A amostra na imagem à direita teve tempo de reação insuficiente, o que não foi suficiente para o crescimento primário de nano cristal e o amadurecimento do cluster. Esses resultados ruins demonstram que uma quantidade adequada do reagente, bem como o tempo de reação, é necessária para alcançar resultados consistentemente bem sucedidos. Aqui, colocamos uma amostra dos clusters codificados paa originais no buffer PBS à esquerda.

À direita, fazemos o mesmo com uma quantidade equivalente dos clusters codificados PAA co-AMPS-co-PEG modificados. Observe a agregação rápida dos clusters codificados paa, enquanto os clusters modificados permanecem estáveis por um longo tempo. Isso sugere a melhora da estabilidade coloidal como resultado da codificação do copolímero.

Em conclusão, nossa síntese permite a produção rápida e eficiente de aglomerados de ferrite de manganês. A síntese cria a dimensão e a composição do cluster independentemente tunable, simplesmente controlando a adição de água e manganês à relação precursora do ferro. Podemos facilmente modificar este método para alcançar diferentes, mas previsíveis nanomateriais magnéticos.

Além disso, as técnicas de funcionalização magnética e de funcionalização de serviços alcançam alta dispersão mono e forte estabilidade nos meios biológicos, respectivamente. Nosso método permite maior acessibilidade na produção de clusters e aplicação generalizada em uma variedade de campos.