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

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 mn^2+'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 uygulanmıştır^1,2,3, sensör teknolojileri^4,5, kataliz^6,7,8, 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 vivo^{11, 12,1213}tek 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 yapabilirsiniz^{14,15,16,17,18,19}. Düşük pH'da MnO'nun Mn^2+'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 ayrışma^20,21,22,23^,,2424,25, hidro /solvotermal^26,27^,2828,29, exfoli dahil olmak üzere çeşitli teknikler tarafından üretilmiştir^{30,31,32,33,34}, permanganat redüksiyon^35,36,37,38, ve adsorpsiyon-oksidasyon^39,40,41,42. 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 süresi^44,45,46, sıcaklık⁴⁴,^47,48,,49, reaktanların türleri / oranları²⁰,^45,47^,,4848,50 ve inert gaz^47,48,50 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 gerektirir^14,51,52,53.

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 asit^56,,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 MnO_2'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.

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 Mn₃O_4).
4. İstenirse, Arka Planı Sığdır düğmesine tıklayarak arka planı XRD spektrumundan kaldırın ( ). 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 Mn₃O_4).
   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.

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 gös...

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 o...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
< güçlü > Kimyasallar ve Gazlar< / güçlü >
Benzil eter (DE)	Acros Organics	AC14840-0010	Konsantrasyon:% 99, 1 L
Kurutucu	WA Hammond Drierite Co. LTD	23001	Kurutucu 8 ağ, 1 lb
Etanol	Decon Laboratuvarları & nbsp;	2701	200 kanıt, 4 x 3.7 L
Hekzan	Macron İnce Kimyasallar	5189-08	Konsantrasyon:  ≥ %98,5, 4 L
Hidroklorik asit	VWR	BDH3030-2,5 LPC	Konsantrasyon:% 36,5 - 38,0 ACS, 2,5 L
Manganez (II) asetil asetonat (Mn(II)ACAC)	Sigma Aldrich	245763-100G	100 g
Azot gazı tankı	Airgas	NI R300	Araştırma 5.7 derece azot, boyut 300 silindir
Azot regülatörü	Airgas	Y11244D580-AG	Tek kademeli pirinç 0-100 psi analitik silindir regülatörü CGA-580 iğne çıkışlı
Oleylamin (OA)	Sigma Aldrich	O7805-500G	Konsantrasyon: %70, teknik sınıf, 500 g
Silikon yağı	Beantown Chemical	221590-100G	100 g
< güçlü > Ekipman< / güçlü >
Santrifüj	Beckman-Coulter	Avanti J-E	JA-20 sabit açılı alüminyum rotor, 8 x 50 mL, 48.400 x g
Yarımküre manto	Ace Glass Inc.	12035-17	115 V, 270 W, 500 mL, 450 °'e kadar sıcaklık; C
Sıcak plaka karıştırıcı	VWR	97042-642	120 V, 1000 W, 8,3 A, seramik üst
Sıcaklık kontrolörü	Yokogawa Electric Corporation	UP351
Sıcaklık probu	Omega	KMQXL-040G-12	Daldırma probu, 1335 dereceye kadar sıcaklık; C
Vakumlu fırın	Fisher Scientific	282A	120 V, 1800 W, 280 ° C
Vorteks karıştırıcı	Fisher Scientific	02-215-365	120 V, 50/60 Hz, 150 W
Su banyosu sonikatörü	Fisher Scientific	FS30H	Ultrasonik güç 130 W, 3,7 L tank
Araçlar ve Malzemeler
Dumont cımbız	Elektron Mikroskobu Bilimleri	72703D	Stil 5/45, Dumoxel, 109 mm, TEM ızgaralarını almak için
Dumont ters cımbız	Ted Pella	5748	Style N2a, 118 mm, NM-SS, kendiliğinden kapanan, numune hazırlama için TEM ızgaralarını yerinde tutan
Harç ve havaneli	Amazon	BS0007	BIPEE akik havan ve havaneli havaneli, 70 X 60 X 15 mm laboratuvar gereçleri
Nalgene™ Oak Ridge tüpleri	ThermoFisher Scientific	3139-0050	Polipropilen kopolimer, 50.000 x g, 50 mL, 10'lu paket
Sintilasyon şişeleri	Fisher Scientific	03-337-4	Beyaz kapaklı 20 mL şişeler, 500
TEM ızgara	Ted Pella	01813-F	Karbon Type-B, 300 göz, bakır, 50
Züccaciye Kurulumu
4 boyunlu yuvarlak tabanlı şişe	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-1534-01	24/40 eklem, 500 mL, termometreler için #7 kimyasal diş
6 portlu vakum manifoldu	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-4430-02	480 nm, 6 bağlantı noktası, 4 mm PTFE musluk
Adaptör	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-1014-01	24/40 iç bağlantı, 90&derece;
Kondenser	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-1216-03	24/40 eklem, 365 mm, 250 mm ceket uzunluğu
Kurutucu 26800 kurutma sütunu	Cole-Parmer	EW-07193-00	200 L/saat, 90 psi
Huni	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-1720-L-02	24/40 eklem, 100 toz hunisi, 195 mm OAL
Kilitli sonsuz dişli hortum kelepçesi	Grainger	16P292	1/2" genişliğinde paslanmaz çelik kelepçe, 3/8" ila 7/8" çap, kondenser borusunu sabitlemek için, 10 paket
Keck klipsleri	Kemtech America Inc	CS002440	24/40 eklem
Metal pençe kelepçesi	Fisher Scientific	05-769-7Q	22cm, üç uçlu uzatma kelepçeleri
Metal pençe kelepçe tutucu Fisher	Scientific	05-754Q	Kelepçe normal tutucu
Mineral yağ fıskiye	Kemtech America Inc	B257040	185 mm
Rotovap tuzağı	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-1319-02	24/40 eklemler, 100 mL, kendinden yıkamalı döner buharlaştırıcı
Kauçuk tıpa	Chemglass Yaşam Bilimleri	CG-3022-98	24/40 eklemler, kırmızı kauçuk
Hava / su ve nbsp;	McMaster-Carr	6516T21	Hava / su için Şeffaf Tygon PVC, B-44-3, 1/4 "ID, 1/16" duvar,
hava / su için 25 ft Boru	McMaster-Carr	6516T26	Hava/su için Şeffaf Tygon PVC, B-44-3, 3/8" ID, 1/16" duvar, kimyasallar için 25 ft
Boru	McMaster-Carr	5155T34	Kimyasallar için Şeffaf Tygon PVC, E-3603, 3/8" ID, 1/16" duvar, 50 ft
Analiz Programları
XRD analiz programı	Malvern Panalytical	N/A	X'Pert HighScore Artı
FTIR analiz programı	Varian, Inc.	Yok	Varian Çözünürlükleri Pro