This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
الدیننجمه نجم: دار مکاتباتعهده*هاي پزشکیتهران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسالمی، دانشکده علوم و فناوري: نشانی[email protected]: الکترونیکی، پست 31-44865230: دورنگار،021-44869803: تلفن
www.nm.iau-shahrood.ac.ir
117-128) 1397(34:10: موادنانو
بررسی متغیرهاي فرآیند بر اندازه نانوذرات، توزیع اندازه ذرات و قطر شدههیدرودینامیکی سیلیکاي سنتز شده به روش استوبر اصالح
4فرسنگیزهره جمعه و 3مردانی، مینا علی2،*الدین، نجمه نجم1گلزار راغب
تهران، ایراندانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسالمی، واحد علوم و تحقیقات،-1هاي پزشکی، دانشگاه آزاد اسالمی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایراندانشکده علوم و فناوري-2
دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران-3هاي نوین پزشکی، دانشگاه تهران، تهران، ایراناوري پزشکی، دانشکده فناوريگروه نانوفن-4
30/03/1397: ، تاریخ پذیرش قطعی15/03/1397: ، تاریخ دریافت نسخه اصالح شده19/12/1396: اولیهتاریخ ثبت
چکیدهاتیـل دما، غلظت تترا(ثیر متغیرهاي فرآیند تادر ادامه به . سنتز نانوذرات سیلیکا به روش استوبر اصالح شده صورت گرفته است،در این پژوهش
ــالیز نــانوذراتبــر انــدازه ) و آمونیــاك) TEOS(ســیلیکات اورتــو ، قطــر هیــدرودینامیکی و توزیــع انــدازه نــانوذرات ســیلیکا بــا اســتفاده از آنFESEMنتـایج تصـویربرداري . اسـت شـده پرداختـه ) DLS(و پراکندگی نور پویا )FESEM(رونی روبشی گسیل میدانیمیکروسکوپ الکت
، اندازه نـانوذرات، C47°به57در اثر کاهش دماي سنتز، از دماي . ها کروي استدهد که مورفولوژي نانوذرات سیلیکا در تمام نمونهیمنشان ماده سـیلیکا، از به عنوان پیشTEOSهمچنین در اثر افزایش غلظت . یافته استیشافزا)PDI(قطر هیدرودینامیکی و عدد شاخص پراکندگی
زمـان دو پـارامتر هـم با تغییر. یافته و توزیع اندازه ذرات یکنواخت استافزایشnm63به 54، اندازه نانوذرات از M1579/0به 1128/0مقدار آمونیـاك بـه M3/0این با اضـافه نمـودن عالوه بر. دست آمدبnm199و قطر هیدرودینامیکی nm73، اندازه نانوذرات TEOSدما و غلظت
حـل همچنـین نتـایج حـاکی از آن اسـت کـه تعـداد مرا . سـنتز گردیـد 129/0معـادل PDIبـا عـدد nm77عنوان واکنشگر، نانوذراتی به ابعـاد ، حضـور عناصـر )EDX(یکس اپرتويپراش انرژسنجییفآزمون ط.یرگذار استثاتاندازه و توزیع اندازه ذرات وشو در حین سنتز، برشست
.ید کرده استیتاها م را در تمام نمونهاکسیژن و سیلیسی
.هیدرودینامیکی، توزیع اندازه ذراتشده، قطر نانوذرات، سیلیکا، سنتز، روش استوبر اصالح : هاي کلیدياژهو
از روش استوبر در سنتز ذرات سیلیکا در دو مقیاس میکـرو و بر آني مختلفی هار گروهاستوببعد از . نانو استفاده شده است
ــت ــت دس ــالحاتی را در جه ــا اص ــدند ت ــواص ش ــه خ ــابی ب یــوب ــرمطل ــد ت ــام دهن ــهانج ــورب ــال ط ــگمث و ) Zhang(ژان
قطـر را با توزیع یکنواخت بایلیکاسيهمکارانش ذرات کرو. کردندیهتوسط روش استوبر اصالح شده تهµm1بزرگتر از واکــنش ماننــد دمــا و غلظــت یطاثــرات شــرایــن،اعــالوه بــر
مـورد مطالعـه قـرار هـا یکروکرهميمورفولوژيرویاكآمونوانگ و همکارانش سنتز ذرات سیلیکا را بـا اثـر .]17[گرفت
بررسی کردند و ذرات کروي سـیلیکا TEOSافزایش غلظت حاصـل گردیـد nm1000تـا 30با توزیع یکنواخت در ابعـاد
]18[ .Qi اثرات پارامترهاي مختلف واکـنش بـر و همکارانشــدازه و مورفولــوژي را در فرآینــد اســتوبر بررســی ذراتان
مقـدار تغییـر تحقیقات این گـروه نشـان داد کـه نتایج . کردندروش براي تنظیم اندازه ذرات نـانوذرات ینثرتروآمونیاك م
.]19[خواهد بود سیلیکاتــندرونو (in vitro)از طرفـی مطالعـات سـمیت بـرون تـن
دهد که سمیت این نانوذرات تابعی یمنانوذرات سیلیکا، نشان ) Yim(طور مثال، یـیم به. ]20[از اندازه ذرات آنها نیز هست nm100از بزرگتـر يهااندازهو همکارانش اعالم کردند که
سـلول و در يغشـا یند موجب پارگنتوایمیلیکانانوذرات ســانوذرات ســیدر حال،دنشــویمــرگ ســلولیــتنها یلیکاکــه ن
نفـوذ کننـد یسـلول يبه غشایبند بدون آستوانیر متکوچک]21[.
با توجه بـه اهمیـت انـدازه نـانوذرات سـیلیکا و توزیـع انـدازه هاي سلولی، سمیت سلولی و همچنـین ا بر همکنشآنهذرات
نقشازقابلیت استفاده از آنها در کاربردهاي مختلف، آگاهی
1397119ستانتاب،34م، شمارههدسال ...بررسی متغیرهاي فرآیند بر
نـانوذرات یـابی بـه در سـنتز بـا هـدف دسـت ثرومپارامترهاي کروي غیرمتخلخل سیلیکا با اندازه معین و توزیـع انـدازه ذره
بدین منظور در این تحقیق به . رسدباریک ضروري به نظر میو TEOSسـنتز شـامل دمـا، غلظـت ثرومـ هـاي بررسی پارامتر
، بـر انـدازه وشـو شسـت آمونیاك و همچنـین اهمیـت مرحلـه همچنـین .اسـت شـده پرداختـه متخلخل سـیلیکا نانوذرات غیر
توزیع اندازه ذرات سنتز شده توسـط آزمـون پراکنـدگی نـور یـري گانـدازه و (Dynamic Light Scattering)(DLS)پویـا
ــدد ــابی PDI(Polydispersity index)ع ــورد ارزی ــرار، م ق.استگرفته
هاي تجربیفعالیت- 2
مواد -2-1,Merck(اتـانول ,Merck(، آمونیـاك )99.9%≤ ≥25%( ،
,Merck(اورتـو سـیلیکات تتـرا اتیـل آب مقطـر و ≥99%,
TEOS.(
روش آزمایش- 2- 2متخلخل سیلیکا با اندازهتهیه کلوئید نانوذرات غیرمنظوربه
ــاالي nm100متوســط ذرات کمتــر از ، از %99و خلــوص ب) 1شــکل (شــده اســتفاده گردیــد روش اســتوبر اصــالح
مقطـر و آمونیـاك مقادیري از اتانول، آب. ]23،22،15،14[فـن "همزن مغناطیسـی سـاخت شـرکت روي1طبق جدول
بـه هـا آب مقطر در تمامی نمونـه . اده شدقرار د"آزما گسترشـده ذکـر سپس مطابق مقادیر . باشدمیM74/2ثابت طور
.اضافه گردیدTEOS، 1در جدول وشو به و شستيسازمراحل همگنیدهابعد از ساخت کلوئ
دو) Topsonics(یپروبـ یکلتراسـون آبا اسـتفاده از یبترت) Universal 320(سـانتریفیوژ و ) دقیقـه 15هر مرتبه (مرتبه
جـز بـه (ها وشو براي تمام نمونهفرآیند شست. انجام گرفتانجـام 10000دقیقـه بـا دور 15به مدت بارسه، )+Aنمونه
بـه باشد که میAاز نمونه cc15واقع در+Aنمونه . گردید
بالفاصله پس وشو،بررسی اهمیت انجام مرحله شستمنظورهـا بـراي سایر پارامتر. گردیدوشوبار شستاز سنتز فقط دو
ــه ــه کــامال+Aنمون ــه نمون ــه. باشــدمــیAشــبیه ب منظــوربدقیقـه سـونیکیت 15ها به مـدت سازي مجدد، نمونههموژن
از سـایر نظـر سـنتز صـرف دهد که افزایش دمـا در حـین یم، باعـث )، توزیع اندازه نانوذرات و مورفولوژيPDI(اثرات
.]24[گردد ریز شدن نانوذرات میاورتـو سـیلیکات تتـرا اتیـل ، اثر پـارامتر غلظـت Cنمونه در
)TEOS (در این نمونه، نانوذرات کروي . استشدهی بررســکل ــش ــند یم ــکل (باش ــت و ) 2ش ــع یکنواخ و داراي توزی
بـا Aتفـاوت نمونـه ، A)به نمونه شبیه (باشند مناسبی نیز میامـا حتـی ،باشـد مـی TEOSتنها در افزایش اندکی Cنمونه
باعــث M)0451/0 (TEOSافــزودن همــین مقــدار انــدكبا توجه . شده استnm63به54افزایش اندازه نانوذرات از
باشد، با افزایش مقدار آن در منبع سیلیکا میTEOSاینکهبه زنی و رشد نانوذرات سـیلیکا تسـهیل فرآیند جوانهواکنش،
ثیرذکر است در طی سالیان اخیر روي تایان شا. ]13[یابد یمطـور مثـال تحقیقاتی صورت گرفته است، بهTEOSغلظت
رائـو و همکارانش و همچنـین (Fouilloux)دو گروه فویلو(Rao)هـاي مختلفـی از و همکارانش در طی بررسی غلظتTEOS ،ــب ــه ترتی ــا 18/0ب ــا012/0و M26/0ت M12/0ت
انـدازه نـانوذرات نیـز TEOSدریافتند که با افزایش غلظـت الزم به ذکر است که اضافه کردن. ]26،25[یابد افزایش می
ه آگلومره شدن نانوذرات خواهد شد،حد آن منجر بازبیش.]27[باشد اي میداراي حد بهینهTEOSبدین ترتیب میزان
بـا نـانوذرات بـه یابیدستونانوذراتشتریبرشدمنظوربه،Aيهاآمده از نمونهبدستجی، با توجه به نتابزرگتراندازه
BوC، نمونهDدر ایـن نمونـه دمـا نسـبت بـه . دیگردسنتزشدهدادهکاهش ) A ،°C17نسبت به نمونه (B ،°C7نمونه
رسانده شده M163/0آن به TEOSعالوه مقداراست و بهو نسبت به A ،nm19اندازه نانوذرات نسبت به نمونه . است
Bدر نمونـه کهئیآنجااز. یافته استافزایشB ،nm9نمونه
شدهیبررسTEOSاثر افزایش غلظت Cاثر دما و در نمونه اسـت و شـده اعمـال هـم است، در این نمونه هر دو تغییر باشود میـزان افـزایش انـدازه همانطور که از نتایج مشاهده می
در این نمونه، .هاي قبلی بیشتر استنانوذرات نسبت به نمونه.مورفولوژي نانوذرات کروي است
شـده انجـام Eآمونیاك در نمونـه ر پارامتر غلظتبررسی اث. سنتز گردیدنـد Aنانوذرات کروي شکل مشابه نمونه. است
،)%(توزیع -) nm(اندازه برحسبشده يگذارنامهاي هاي آزمون پراکندگی نور دینامیکی مختص به هر یک از نمونهمنحنی: 4شکل
برحسبي شده گذارنامهاي دینامیکی مختص به هر یک از نمونههاي آزمون پراکندگی نور منحنی: 4شکل+A.نمونه ) و وEنمونه )ه،Dنمونه )د،Cنمونه )ج،Bنمونه ) ، بAنمونه ) الف،)%(توزیع -)nm(اندازه
از بزرگترتواند آمده با این روش میبدستست که اندازه ابیضر.مقدار حاصل از روش میکروسکوپ الکترونی باشد
و وابسته به غلظـت اسـت τ)(Dیا ضریب نفوذانتشار انتقالعنـوان گیـري شـود و بـه مختلف انـدازه يهادر غلظتدیبادر Dτ.برسد) D0τ(تینهایعمل استاندارد، به رقت بکی
توزیـع باریـک دهنـده نشـان است کـه 083/0برابر با Aنمونه یکـی از پارامترهـاي . باشـد یمـ اندازه ذرات نمونه سنتز شـده
تواند اثر دما در حین فرآیند سـنتز میPDIمقدار تاثیرگذار برTEOS، مقـدار PDIمیـزان پارامتر تاثیرگذار دیگـر بـر . اشدب
باشد که منبع اصلی براي تولیـد نـانوذرات سـیلیکا مصرفی میدلیل عـدم یـا بـ (نیز سبب پایداري ن مقدار آنبوده و کم بود
نمونـه DLS.گرددمی) وجود بسیار کم پدیده آگلومره شدن
B) اهش دما از دهد که در اثر کنشان می) 2و جدول 4شکلــه 57 ــه C47°ب ــانوذرات ب ــدرودینامیکی ن ــر هی nm179، قط
که احتماال بـا کـاهش استرسیده است که بیانگر این مفهوم فرآینــد رشــد زیــرا .یابنــددمــا انــدازه نــانوذرات افــزایش مــی
آن، تبـع بـه گـردد و شده تسهیل میهاي سیلیکاي تشکیلدانهآمـده در بدسـت نتـایج .کندافزایش پیدا مینانوذراتاندازه
ــایج ــا نت ــق ب ــیFESEMتواف ــدم ــوزاوا. باش و (Nozawa)نهمکارانش نیز کاهش انـدازه نـانوذرات را بـا افـزایش دمـاي
و همکـارانش بـا Qiهمچنـین . ]13[انـد سنتز گـزارش نمـوده بـدین نتیجـه واکنش بر انـدازه ذرات دماياثر پارامتربررسی
شـود ها مـی دست یافتند که افزایش دما باعث ریزتر شدن دانهافـزایش پیـدا Aنسبت به نمونه PDI، مقدار Bدر نمونه . ]19[
درسـت اسـت کـه ،رسیده اسـت 273/0کرده است و به عدد باشد ولـی می) 7/0PDI<<1/0(نیز در حالت پایدار Bنمونه
دلیل شده اسـت و بـ خارج) >1/0PDI(از حالت بسیار پایدار فقط پارامتر دما در سـنتز ایـن نمونـه تغییـر کـرده اسـت اینکه
کاهش دما، .را با کاهش دما توجیه کردPDIتوان افزایش میتوانـد نتیجه مـی گردد و درمنجر به کاهش تحرك ذرات میاندازه نانوذرات در گستردهباعث آگلومره شدن آنها و توزیع
.محلول گرددو 4شـکل (دهـد نشـان مـی Cنمونـه DLSکه نتیجه همانطورباشـد و میnm110قطر هیدرودینامیکی نانوذرات )2جدول
.یافتـه اسـت ، قطر هیـدرودینامیکی کـاهش Aنسبت به نمونه ، قطــر DLSتـر اشـاره گردیـد، آزمـون یشپـ کـه گونـه همـان
کنـد و پـارامتر گیـري مـی را انـدازه هیدرودینامیکی نانوذرات، یکـی از فاکتورهـایی گـذارد ثیر مـی بارهاي یونی روي آن تا
وشــو اســت، مرحلــه شســتاثرگــذارروي بارهــاي یــونی کــه شـده اسـت و 078/0برابـر بـا Cنمونـه PDIمیـزان . باشـد می
باشـد، نمونـه داراي توزیـع مـی 1/0کمتر از PDIکهئیازآنجا.باشدباریک میاندازه ذرات بسیار
دهنـد کـه نشان می) 2و جدول 4شکل (Dنمونه DLSنتایج ــه ــانوذرات ب ــدرودینامیکی ن . رســیده اســتnm199قطــر هی
تر اشاره شد با کاهش دما و با افزایش میزان که پیشهمانطور
هـاي واکـنش نـداده ماننـد مـاده یششو، پوشستدر مرحله-TEOS ــذف ــیط ح ــده از مح ــنش نش ــاك وارد واک و آمونی
هـا دهندهصورت واکنش شیمیایی بین واکنشبدین. گرددیمداشـتن انـدازه نـانوذرات گردد و باعث ثابت نگـه متوقف می
.شودیم
مراجع[1] L. Tang, J. Cheng, Nano Today, 8, 2013, 290.[2] T. Yu, A. Malugin, H. Ghandehari, ACS Nano, 5, 2011,5717.[3] F. Chen, G. Hableel, E.R. Zhao, J.V. Jokerst, Journal ofColloid and Interface Science, 521, 2018, 261.[4] S.L. Pinho, H. Faneca, C.F. Geraldes, M.H. Delville, L.D.Carlos, J. Rocha, Biomaterials, 33, 2012, 925.[5] M.S. Bradbury, E. Phillips, P.H. Montero, S.M. Cheal, H.Stambuk, J.C. Durack, C.T. Sofocleous, R.J.C. Meester, U.Wiesnerwd, S. Patelwb, Integrative Biology, 5, 2013, 74.[6] Z. Xu, X. Ma, Y.E. Gao, M. Hou, P. Xue, C. M. Li, Y.Kang, Materials Chemistry Frontiers, 1, 2017, 1257.[7] Z. Xu, S. Liu, Y. Kang, M. Wang, Nanoscale, 7, 2015,5859.[8] I. Brezaniova, Z. Kamil, J. Kralova, A. Sinica, H.Adamkova, P. Ulbrich, P. Pouckova, M. Hruby, P. Stepanek, V.Kral, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 21, 2018, 275.[9] M. Yazdimamaghani, P.J. Moos, H. Ghandehari,Nanomedicine: Nanotechnology Biology and Medicine, 14, 2018,533.[10] Y. Lu, D. Gao, J. Guo, Y. Tang, S. Zhang, J. Tao,Analytical Methods, 6, 2014, 7436.[11] B. Yu, H. Cong, L. Xue, C. Tian, X. Xu, Q. Peng, S. Yang,Analytical Methods, 8, 2016, 919.[12] Y. Kobayashi, K. Misawa, M. Takeda, N. Ohuchi, A.Kasuya, M. Konno, Surface Engineering, 24, 2008, 248.[13] K. Nozawa, H. Gailhanou, L. Raison, P. Panizza, H.Ushiki, E. Sellier, J.P. Delville, M.H. Delville, Langmuir, 21,2005, 1516.[14] I.A. Rahman, V. Padavettan, Journal of Nanomaterials,2012, 2012, 8.[15] A. Liberman, N. Mendez, W.C. Trogler, A.C. Kummel,Surface Science Reports, 69, 2014, 132.
1397127ستانتاب،34م، شمارههدسال ...بررسی متغیرهاي فرآیند بر
[16] Y. Han, Z. Lu, Z. Teng, J. Liang, Z. Guo, D. Wang, M.Y.Han, W. Yang, Langmuir, 33, 2017, 5879.[17] S. Zhang, G.L. Li, H.L. Cong, B. Yu, X.Y. Gai, IntegratedFerroelectrics, 178, 2017, 52.[18] X.D. Wang, Z.X. Shen, T. Sang, X.B. Cheng, M.F. Li, L.Y.Chen, Journal of Colloid and Interface Science, 341, 2010, 23.[19] D. Qi, C. Lin, H. Zhao, H. Liu, Journal of DispersionScience and Technology, 38, 2017, 70.[20] J. Saikia, M. Yazdimamaghani, S. Hadipour-Moghaddam,H. Ghandehari, ACS Applied Materials and Interfaces, 8, 2016,34820.[21] B.Yim, J.H. Park, H. Jeong, J. Hong, Y.J. Shin, R.S.Chuck, C.Y. Park, Investigative Ophthalmology and VisualScience, 58, 2017, 362.[22] W. Stober, A. Fink, E. Bohn, Journal of Colloid andInterface Science, 26, 1968, 62.[23] L.P. Singh, S.K. Bhattacharyya, S. Ahalawat, R. Kumar, G.Mishra, U. Sharma, G. Singh, Advances in Colloid and InterfaceScience, 214, 2014, 17.
[24] I.A. Rahman, P. Vejayakumaran, C.S. Sipaut, J. Ismail,C.K. Chee, Ceramics International, 34, 2008, 2059.[25] S. Fouilloux, J. Daillant, A. Thill, Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 393, 2012, 122.[26] K.S. Rao, K. El-Hami, T. Kodaki, K. Matsushige, ournal ofColloid and Interface Science, 289, 2005, 125.[27] S.L. Greasley, S.J. Page, S. Sirovica, S. Chen, R.A. Martin,R.A. Riveiro, J.V. Hanna, A.E. Porter, J.R. Jones, Journal ofColloid and Interface Science, 469, 2016, 213.[28] J.W. Kim, L.U. Kim, C.K. Kim, Biomacromolecules, 8,2007, 215.[29] T.G. Kim, G.S. An, J.S. Han, J.U. Hur, B.G. Park, S.C.Choi, Journal of the Korean Ceramic Society, 54, 2017, 49.[30] J. Stetefeld, S.A. Mc-Kenna, T.R. Patel, BiophysicalReviews, 8, 2016, 409.[31] H. Shagholani, S.M. Ghoreishi, International Journal ofBiological Macromolecules, 78, 2015, 130.[32] V.G. Pol, D.N. Srivastava, O. Palchik, V. Palchik, M.A.Slifkin, A.M. Weiss, A. Gedanken, Langmuir, 18, 2002, 3352.