Suspensiones acuosas estables de grupos de ferrita de manganeso con dimensión y composición a nanoescala sintonizables

En este video, presentamos la síntesis, de nano cúmulos de ferrita de manganeso súper paramagnético. Informamos de una síntesis hidrotermal de una sola olla de grupos de ferrita de manganeso o MFC que ofrece un control independiente sobre el nanocristal primario y la dimensión del clúster, así como la proporción de hierro a manganeso. La separación magnética permite una rápida purificación de la muestra, mientras que la funcionalización del servicio utilizando un polímero sulfonado garantiza que los materiales no se agreguen, incluso en soluciones acuosas biológicamente relevantes.

Los productos resultantes están bien posicionados para aplicaciones en biotecnología y medicina. Lavar y secar bien toda la cristalería que se utilizará en la síntesis. La cantidad de agua en la síntesis afecta las dimensiones de los MFC.

Por lo tanto, es crucial asegurarse de que la cristalería no tenga agua residual. Para lavar la cristalería, enjuague con agua y detergente y frote con un cepillo FLAS para eliminar los desechos. Enjuague bien para eliminar todo el detergente y termine con el enjuague de agua desionizada.

Enjuague los reactores revestidos de polifenoles con ácido clorhídrico al 37% para eliminar cualquier residuo del uso anterior. Para hacer esto, coloque los reactores y sus tapas en un vaso de precipitados grande y llénelo con ácido clorhídrico hasta que los reactores estén completamente sumergidos. Deje reposar durante 30 minutos antes de verter el ácido clorhídrico.

Enjuague continuamente el vaso de precipitados con los reactores con agua durante uno o dos minutos, luego coloque los reactores en el horno para que se sequen. Use una pipeta automática para transferir 20 mililitros de etilenglico a un vaso de precipitados de 50 mililitros con una barra de agitación magnética. Pondere la cantidad requerida de cloruro de hierro para lograr una concentración final de 1,3 milimolares y agréguela al vaso de precipitados.

Coloque el vaso de precipitados en una placa de agitación y enciéndalo a 480 RPM para comenzar la agitación continua del vaso de precipitados. Pesar 250 miligramos de ácido poliacrílico y añadirlo al vaso de precipitados. Después de la adición de PAA, la solución se vuelve opaca y de color ligeramente más claro.

Pesa 1,2 gramos de urea y añádela al vaso de precipitados. Usando una pipeta, agregue cloruro de manganeso milimolar 0.7 al vaso de precipitados. Finalmente, usando la pipeta, agregue la cantidad requerida de agua ultra pura al vaso de precipitados.

Deje que la solución revuelva durante treinta minutos y observe el cambio de color. Se presentará como un color naranja oscuro translúcido. Transfiera la mezcla de reacción al reactor PPL.

Tenga en cuenta que después de que la solución se haya agitado, algunos sólidos pueden haberse acumulado en los lados del vaso de precipitados. Use un imán para arrastrar la barra de agitación alrededor de las paredes del vaso de precipitados para asegurarse de que los sólidos que se han acumulado en los lados se dispersen en la solución de reacción. Una vez que la solución esté mezclada y lista, transfiérala al reactor revestido de PPL de 50 mililitros.

Utilice una abrazadera y una palanca para sellar el reactor en el autoclave de acero inoxidable lo más firmemente posible. Sujete el recipiente del reactor a una superficie estable y, con una varilla, insértelo en la tapa como palanca, empuje el reactor para que se selle. Tenga en cuenta que el reactor sellado no debe poder abrirse a mano.

Esto es crucial ya que el entorno de alta presión del horno requiere un sello hermético en el reactor. Coloque un reactor en un horno durante 20 horas a 215 grados centígrados. Una vez realizada la reacción hidrotermal, retire el reactor del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente.

La presión del horno permitirá que el reactor se abra a mano. Tenga en cuenta que en este punto, el reactor contendrá el producto MFC disperso en etilenglicol con otras impurezas, como el polímero no reaccionado. Y será una solución negra opaca.

El producto aislado en los siguientes pasos. Coloque 200 miligramos de lana de acero en un vial de vidrio. Llene el vial de vidrio hasta la mitad con la mezcla de reacción del reactor.

Llene el resto del vial con acetona y agite bien. Tenga en cuenta que la lana de acero aumenta la intensidad del campo magnético en el vial y ayudará a la separación magnética de los nano grupos de la solución. Coloque el vial en un imán para que se produzca la recolección magnética.

El resultado será una solución translúcida con precipitado en la parte inferior. Vierta la solución sobrenadante mientras los MFC quedan atrapados magnéticamente por la lana de acero sosteniendo el imán en la parte inferior del vial mientras se vierte. El etilenglicol se eliminará principalmente en este paso.

Comience a lavar con la baja proporción de acetona a agua y aumente la proporción en lavados posteriores hasta que esté puro. Haga esto de tres a cuatro veces. Retire el vial del imán y llénelo con agua.

Agitar bien para disolver los MFC. Ahora el producto se dispersará completamente en agua. Repita los dos pasos anteriores varias veces hasta que la solución acuosa de los MFC no produzca burbujas cuando se agita.

El resultado será un ferrofluido opaco oscuro que responderá fuertemente a los imanes. Para mantener estables nuestros cúmulos, los modificamos con un copolímero, PAA-co-AMPS-co-PEG, que proporciona repulsión estérica y electrostática. El grupo de sulfonato de las unidades AMPS proporcionará estabilización de carga, mientras que la unidad PEG dificultará estéricamente la agregación entre clústeres.

En general, los grupos modificados permanecerán estables incluso en varios tipos de condiciones duras. Combine 10 mililitros de nanopartículas purificadas en un vial de 20 mililitros, con 10 mililitros de solución saturada de dopamina Nitra. Espere cinco minutos.

Lave los MFC recubiertos de dopamina Nitra mediante separación magnética. Vierta el sobrenadante amarillo pálido. Añadir agua y agitar vigorosamente.

Luego vierta agua usando el imán para retener el producto. Repita este lavado varias veces, dejando la colección de color marrón oscuro en el vial. Mezcle un mililitro de solución de EDC, un mililitro de tampón MES y tres mililitros de solución de polímero.

Revuelva ligeramente removiendo la mezcla y déjela reposar durante aproximadamente cinco minutos. Debe ser una solución transparente e incolora cuando se combina completamente. Agregue esta mezcla a la colección de MFC y coloque el vial en un baño de hielo.

Baje el sonicador de sonda en la solución y luego enciéndalo. Después de un tratamiento de sonicación de cinco minutos, agregue aproximadamente cinco mililitros de agua ultra pura al vial mientras el sonicador todavía está funcionando. Continúe monitoreando el recipiente para asegurarse de que no se derrame el producto.

Mantenga el hielo en la mezcla de agua helada, ya que parte del hielo inicial se derretirá debido a la intensidad y el calor de la sonicación. Deje que la mezcla se sonice durante 25 minutos adicionales durante un total de 30 minutos. Coloque el vial encima de un imán para separar los MFC y vierta la solución sobrenadante.

Lave los MFC modificados con agua desionizada varias veces. Llene el vial con los MFC con agua ultra pura. Pipetear este fluido en un sistema de filtración al vacío con un filtro de membrana de sulfato de poliéter de 0,1 micras para eliminar cualquier MFC agregado irreversiblemente.

Asegúrese de enjuagar las paredes del embudo para minimizar cualquier pérdida de producto. Filtre al vacío la solución. Repita este proceso dos o tres veces.

El resultado será una solución acuosa purificada de MFC mono dispersantes. MFC aislados cuando el método de separación magnética tiene una dispersión mono más alta que los separados con ultracentrifugación, como se muestra aquí. Aquí, vemos imágenes TEM de nano cúmulos purificados, en orden de aumento del diámetro promedio del clúster.

Denotado como DC.La cantidad de agua añadida en la mezcla de reacción inicial determina el diámetro de los nano clusters. Agregar más agua en la reacción da como resultado nano grupos con diámetros más pequeños, mientras que menos agua aumenta sus diámetros. De esta manera, el experimentador tiene control sobre el tamaño del producto nano cluster.

Aquí vemos imágenes TEM de nano cúmulos en orden de aumento de la relación molar manganeso-hierro. La proporción de manganeso a precursores de hierro en la mezcla de reacción inicial determina la relación molar de los metales en el producto del racimo. El aumento de la proporción de manganeso a hierro en la síntesis aumentará esta proporción en los grupos, y viceversa.

En contraste, las siguientes imágenes TEM muestran muestras con morfologías irregulares. Como se muestra en la imagen de la izquierda, el cúmulo de aspecto derramado fuera de forma se produjo con la exclusión de cualquier agua adicional. Esto dificulta el ensamblaje dinámico de los nanocristales primarios que aún no han formado grupos.

La muestra en la imagen de la derecha tuvo un tiempo de reacción insuficiente, que no fue suficiente para el crecimiento de nanocristales primarios y la maduración del racimo. Estos malos resultados demuestran que una cantidad adecuada del reactivo, así como el tiempo de reacción es necesario para lograr resultados consistentemente exitosos. Aquí, colocamos una muestra de los clústeres codificados PAA originales en el búfer PBS a la izquierda.

A la derecha, hacemos lo mismo con una cantidad equivalente de los clústeres codificados PAA co-AMPS-co-PEG modificados. Observe la rápida agregación de los clústeres codificados PAA, mientras que los clústeres modificados permanecen estables durante mucho tiempo. Esto sugiere la mejora de la estabilidad coloidal como resultado de la codificación del copolímero.

En conclusión, nuestra síntesis permite la producción rápida y eficiente de grupos de ferrita de manganeso. La síntesis crea una dimensión y composición de racimo sintonizables de forma independiente simplemente controlando la proporción de agua y manganeso a precursor de hierro. Podemos modificar fácilmente este método para lograr nanomateriales magnéticos diferentes pero predecibles.

Además, las técnicas de separación magnética y funcionalización de servicio logran una alta dispersión mono y una fuerte estabilidad en medios biológicos, respectivamente. Nuestro método permite una mayor accesibilidad en la producción de clústeres y una aplicación generalizada en una variedad de campos.