بخشی از مقاله
چکیده
کاربردهاي گسترده نانوذرات هسته/پوسته در پزشکی، زیست فناوري، محیط زیست، و صنعت لزوم توجه جدي به این دستاورد مهم در انجام پروژههاي پژوهشی و توسعه محصولات مرتبط را آشکار میسازد. هدف از این تحقیق ساخت یک نانوکامپوزیت چندکاره بر پایه خوشه نانوذرات مگنتیت در سیلیکاي غیرمتخلخل در سیلیکاي متخلخل - ساختار هسته/پوسته/پوسته - به منظور توسعه یک سامانه به عنوان پایه اولیه براي کاربردهاي مربوط به پزشکی - سامانهي دوکارهي حمل دارو/ژن و عامل حاجب در - MRI و همچنین زیستکاتالسیت قابل بازیافت است. لذا در مرحله اول، نانوذرات مگنتیت از روش همرسوبی تهیه و سپس خوشههاي نانوذرات مگنتیت پوشش داده شده با یک لایه نازك از سیلیکاي غیرمتخلخل با استفاده از روش استوبر تولید شدند.
در مرحله بعد پوستهاي از سیلیکاي متخلخل با استفاده از روش حذف الگو - Template removing - بر روي پوسته سیلیکا ایجاد شد. نتایج نشان دادند که میانگین اندازه میانگین سامانههاي نانوذرات مگنتیت در سیلیکاي غیرمتخلخل و نانوذرات مگنتیت در سیلیکاي غیرمتخلخل در سیلیکاي متخلخل به ترتیب 162 و 265 نانومتر است. مقادیر درصد انحراف از معیار - % - SD توزیع اندازه، 0/952 و 1 نشان دهنده تک اندازه بودن سامانههاي سنتز شده بود. میانگین اندازه تخلخل، مساحت ویژه سطح و حجم تخلخل سامانه نهایی به ترتیب 28/5 نانومتر، 26/2 مترمربع بر گرم و 0/18 سانتیمتر مکعب بر گرم به دست آمدند.
مقدمه
در سالهاي اخیر ساختارهاي ساندویچی هسته/ پوسته/پوسته به دلیل خواص ترکیبی هسته و پوسته که تواناییهاي زیادي را در زمینههاي مختلف به آنها اعطا نموده است، علاقه زیادي را به خود جلب نمودهاند. کرات مغناطیسی شامل هستهاي از اکسید آهن و پوشش سیلیکا به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فردي نظیر پاسخدهی مغناطیسی، سمیت پایین، مساحت سطح بالا و سطح با قابلیت تغییر شیمیایی، کاربردهاي گستردهاي را در جداسازي زیستی، تثبیت آنزیم و سامانههاي تشخیصی-درمانی ایجاد کردهاند 1 - و2و3و. - 4 در ابتدا Zhao و همکاران در سال 2005 و سپس Deng و همکاران در سال 2008 تولید چنین ساختارهایی را گزارش نمودند. اما به دلیل اندازه تخلخل پایین استفاده از این ساختارها براي کاربردهایی شامل مولکولهاي زیستی بزرگ امکان پذیر نبوده است.
در این پژوهش پس از آمادهسازي نانوذرات مگنتیت از روش همرسوبی، سامانه خوشه نانوذرات مگنتیت محصور در یک پوشش سیلیکاي غیرمتخلخل با استفاده از روش استوبر تولید شدند. در ادامه با کمک روش حذف الگو، پوشش سیلیکاي متخلخل بر روي لایه سیلیکاي غیر متخلخل ایجاد شد. سامانه حاصل داراي ویژگیهاي منحصر به فردي است. نخست، هسته متشکل از چندین نانوذره مگنتیت داراي خصیت مغناطیسی بالایی میباشد. دوم، پوشش سیلیکاي غیر متخلخل میتواند از مگنتیت در کاربردهاي سخت نظیر محیطهاي اسیدي محافظت کند.
سوم، پوشش سیلیکاي متخلخل نه تنها مساحت سطح بالایی را براي دریافت گروههاي عاملی ارائه میدهد، بلکه حجم تخلخل قابل دسترس بالایی را براي جذب سطحی و محفوظ سازي مولکولهاي زیستی دراختیار میگذارد 5 - و. - 6 بخشهاي دیگر این پروژه، شامل عاملدار کردن شیمیایی سطح نانوذرات، تثبیت آنزیم بر سطح نانوذرات و بررسی ویژگیهاي آنزیم تثبیت شده وهم چنین از آن در توسعه سامانههاي حمل دارو/مواد ژنتیکی و عامل کنتراست در MRI در حال انجام است.
مواد و روشها
ترکیبات کلرید آهن - II - چهار آبه، کلرید آهن - III - شش آبه، اسید اولئیک، تترا اتیل اورتوسیلیکات %99 - TEOS - ، اتانول بدون آب %99/9، ستیل تري متیل آمونیوم برمید - CTAB - ، استون، هگزان، نیترات پتاسیم، کلرید لیتیم، کلرید سدیم و محلول آبی آمونیاك 30% همگی از شرکت مرك تهیه شدند. روند تولید سامانه Fe3O4@nSiO2@mSiO2 در شکل 1 نمایش داده شدهاست. پس از تولید نانوذرات اکسید آهن پوشش داده شده با اسید اولئیک از روش هم رسوبی - - 7، خوشههاي نانوذرات اکسید آهن با استفاده از تولوئن - 8 - یا استون/هگزان - 9 - به عنوان حلال تشکیل و با یک پوشش نازك سیلیکاي غیرمتخلخل پوشانده شدند تا سامانهي Fe3O4@nSiO2 به دست آید.
به دلیل حلالیت اسید اولئیک در حلال واکنش، پس از پراکنده کردن نانوذرات اکسید آهن پوشش داده شده با اسید اولئیک در حلال - تولوئن یا مخلوط هگزان/استون - ، پوشش اسید اولئیک در آن حل و نانوذرات اکسید آهن عاري از پوشش اسید اولئیک تجمع یافته و خوشههاي - Clusters - نانوذرات اکسید آهن تولید میشوند. این خوشهها متشکل از دهها نانوذره اکسید آهن میباشند. سپس، با استفاده از از روش حذف الگو - الگو در این روش یک سورفکتنت نظیر CTAB است - ، کامپوزیت سیلیکا CTAB / بر سطح ذرات Fe3O4@nSiO2 با استفاده از دو مقدار مختلف 0/21 - TEOS و 1 میلیلیتر - ، ایجاد شد.
سپس با شستشوي مکرر و حرارت در کوره، CTAB حذف و ساختار Fe3O4@nSiO2@mSiO2 تهیه شد. به منظور افزایش اندازه تخلخل، نانوذرات ابتدا در محلول اشباع نمکهاي نیترات پتاسیم، کلرید لیتیم و کلرید سدیم غوطه ور و سپس براي 2 ساعت در کوره در دماي 310 درجه سانتیگراد قرار داده شدند . - 10 - در این تحقیق، بررسی مورفولوژي ذرات با استفاده از روش Scanning Electron Microscopy و اندازه ذرا ت با ستفاده از روش Dynamic Light Scattering انجام شد. اندازهگیري اندازه تخلخل نیز با استفاده از روش BET صورت گرفت.
نتایج و بحث
تهیه ساختار هسته/ پوسته Fe3O4@nSiO2، ذرات کروي با اندازه متوسط 162 نانومتر با استفاده از تولوئن و120 نانومتر با استفاده از استون/هگزان تولید کرد - شکل 2و4و. - 6 با توجه به بهتر بودن خاصیت جداشوندگی مغناطیسی ذراتی که در حضور تولوئن تهیه شده بودند، این ذرات در ادامه با کمک CTAB و با مقادیر 0/21 و یا 1 میلیلیتر از TEOS داراي پوششی متخلخل از سیلیکا شدند تا سامانه Fe3O4@nSiO2@mSiO2 ایجاد شود. با استفاده از TEOS به مقدار 0/21 میلیلیتر، سامانه نهایی با ساختاري کروي شکل و اندازه متوسط 265 نانومتر - شکلهاي 3و - 7، اندازه تخلخل 4/3 نانومتر، مساحت سطح 168 مترمربع برگرم و حجم تخلخل 0/18 سانتیمتر مکعب بر گرم به دست آمد.
این سامانه داراي خاصیت مغناطیسی بالایی بوده و در حضور آهنربا به سرعت قابل جداسازي بود. از طرف دیگرمقادیر درصد انحراف از معیار - % - SD توزیع اندازه، 0/952 و 1 نشان دهنده تک اندازه بودن سامانههاي سنتز شده بود. با استفاده از TEOS به مقدار 1 میلیلیتر سامانه نهایی داراي ساختار کروي و اندازه متوسط ذرات 500 نانومتر بود - شکل. - 5 پس از کاربرد نمکها براي افزایش اندازه تخلخل در نانوکامپوزیت 265 نانومتري Fe3O4@nSiO2@mSiO2 ، این اندازه از 4/3 نانومتر به 28/5 نانومتر افزایش پیدا کرد.
مساحت سطح به 26/2 مترمربع بر گرم کاهش یافته و حجم تخلخل تقریبا ثابت ماند. این نتایج حاکی از پتانسیل بالاي این سامانه به منظور استفاده در کاربردهاي زیستی است. خاصیت مغناطیسی قابل توجه بدلیل وجود خوشههاي مگنتیت در هسته و اندازه تخلخل بالاي پوستهي سیلیکا متخلخل از ویژگیهاي منحصربهفرد این سامانه در مقایسه با سایر پژوهشهاي انجام شده توسط دیگر دانشمندان هستند.
