شیمی و نانو

[toghrol1]

دوستان میخوام تو این تایپیک اطلاعات جامعی درباره نانو و کاربردهای نانو در شیمی قرار بدم خواهشا هر کی میتونه و در این باره اطلاعاتی داره کمک کنه خیلی ها با این تایپیک ها مشکلاتشون حل میشه وقتی اطلاعات همه ما جمع بشه دریایی میشه .سرفصل ها هم اینها هستن.اگه کسی پیشنهاد بهتری داشت برام پیام بفرسته.
1-نانوذرات
2-نانوذرات مغناطیسی
3-نانوذرات طلا
4-نقاط کوانتومی
5-نانو ساختارهای کربن
6-ناوساختاری آلی و معدنی
7-نانوساختارهای سیلیکا
8-نانوساختارهای تیتانیم
9-سایر نانوساختارها
10-مضرات نانوذرات

انشاءالله این سر فصل هایی که گفتم رو به تدریج تو این تایپیک میارم از همه هم خواهش دارم تا اطلاعات خودشون رو در اختیار دیگران قرار بدن.با تشکر​

 

[toghrol1]

1-نانوذرات
​

نانوذرات به دسته وسیعی از ذرات گفته میشود که اندئازه ای بین 1-100 نانومت دارند.این مواد از زمانی که شروع به توسعه در زمینه های گوناگون علمی و من جمله شیمی کردند تا کنون توانسته اند پیشرفت های زیادی را بکنند.نانو مواد در همه علوم ریشه دوانده.این کاربردها به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و زیستی نانوذرات است.شکل زیر دسته بندی کلی از ناو ذرات رو نشون میده


اما در شیمی ما با مواد مختلف سرو کار داریم که در مورد شیمی تجزیه هدف شناسایی مواد ،جداسازی مواد تغلیظ مواد و ... می باشد.پس به یک وسیله گزینشی نیاز داریم ناو ذرات هم ببرای اینکه در شیمی تجزیه مفیدتر باشند نیازمند این هستند که به طریقی گزینشی شوند برای رسین به این هدف میتوان از عاملدار کردن نانو ذرات استفاده کرد.به این طریق که عامل های مختلفی مثل پلیمرهای قالب مولکولی و آنزیم ها و سایر گیرنده های انتخابی را روی نانوذرات تعبیه میکنند و از ویژگی این مواد انتخابی که روی نانو ذرات قرار میدهیم در اهداف مختلف شیمیایی استفاده میکنیم.
​

 

[toghrol1]

نانو ذرات چند عاملی​

نانو ذرات چند عاملی یکی از پر جاذبه ترین نانو مواد هستند که دارای کاربردهای زیادی در شیمی تجزیه هستند.این کابردها شامل:حسگرهای زیستی، کاتالیزورهاوجداسازی ها میباشد.این کابردها به دلیل ویژگی های نوری،مغناطیسی،الکتروشیمیایی،اثرات سینرژیک(برهمکنش چندین عنصردر یک سیستم برای تولید یک اثر متفاوت و یا بزرگتر از جمع اثرات انفرادی آنهاست)واثرات تقویت کنندگی در ابعاد نانو می باشد.
انواع شکل های نانو ذرات شامل:نانو تیوپها،نانو قفسهاو نانو مخروط ها .
مواد سازنده نانو ذرات شامل dendrimerهای آلی(مولکول های شاخه دارهستند که دور هسته خود متقارن هستند و یک شکل سه بعدی به خود میگیرند)،liposomeها(یک حباب یا یک حفره تو خالی که بصورت مصنوعی از لیپید ساخته شده است)،طلا،کربن،سیلیس،اکسید آهنونیمه رساناها2.مواد معدنی مثل

---

​از تولد تا مرگ لرزانیم چونان برگ...بگذار بگذرد این روئیا...

 

[toghrol1]

با توجه به تعداد زیاد کاربردهای نانوذرات در شاخه های مختلف علوم پر مطالعه ترین شاخه علمی در سالهای اخیر بوده است.نانوذرات کاربردهای بالقوه ای در زیمنه های بیودارویی،نوری و اکترونیکی دارند.

کاربردها و فواید نانوذرات در صنعت دارو
​

چند تا از کاربردهای نانوذرات در زیست و دارو عبارتند از:
1-تولید برچسب های زیستی فلوئورسان کننده(fluorescent biological labels)برای تولید نشانگرهای زیستی و مولکولی مهم جهت تشخیص بیماری ها
2-سیستم های انتقال دارو به قسمت های مختلف بدن(انتقال هدفمند داروها)
3-سیستم های انتقال ژن در ژن درمانی(انتقال ژن به داخل سلول های بافت مورد نظر جهت درمان بیماری)
4-تشخیص پروتئین ها
5-ایزوله کردن و خالص سازی مولکول های زیستی و سلول ها در مطالعات
6-تحقیق و جستجو درباره ساختار DNA
7-مهندسی ژنتیک
8-تخریب تومورها با استفاده از حرارت یا دارو
9-در مطالعات MRI
10-در مطالعات pharmacokinetic
در شکل زیر یک نوع از ژن درمانی را مشاهده میکنید:

همانطور که میبینید ابتدا ژن مورد نظر را به داخل یک نوع حامل ویروسی با نام

adenovirus ​

وارد میکنند سپس ویروس به علت کوچک بودن از غشاء سلولی عبور میکندو اصلاح کننده ​

را به داخل سلول بیمار هدایت میکندDNA .​

​

​

​

 

[toghrol1]

اهداف عاملدار کردن نانو ذرات
1. پایدار سازی نانو ذرات در محلول
2. قرار دادن گروه ها عاملی در سطح برای مشتق سازی و عاملدار کردن اضافی
3. افزایش حلالیت نانو ذرات در محلول های گوناگون
4. اصلاح ویژگی های الکترونیکی و نوری و اسپکترو شیمیایی نانو ذرات
5. بهبود عملکرد شیمیایی و مکانیکی سطح نانو ذرات مثل محافظت در مقابل اکسیداسیون
کاهش سمیت نانو ذرات مثلا نقاط کوانتومی بر اساس کادمیوم

 

[toghrol1]

I. نانو ذرات مغناطیسی
ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند.هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند.ترکیب،سایز و مسیر سنتز نانو ذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است اما ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند.
نانوذرات مغناطیسی یکی از مهمترین و پرکاربردترین انواع نانومواد می باشند که ویژگی های منحصر به فردشان موجب ایجاد کارایی های خاص آنها نسبت به سایر نانوساختارها می شود. این ذراتدر شاخه های مختلف قابل کاربردهستند. اما نقش آنها در زیست – پزشکی به ویژه در زمینه دارورسانی قابل توجه است به آن جهت که مغناطیس ذاتی آنها بسیاری از کارها از جمله هدف یابی را تسهیل می کند که این خود در دارورسانی بسیار مهم و ضروری می باشد.
مي‌دانيم که همه‌ي مواد در مقياس نانو، خواصي متفاوت از خود بروز مي‌دهند. مواد مغناطيسي نيز از اين قاعده مستثني نيستند. در واقع؛ خاصيت مغناطيسي از جمله خواصي است که به مقدار بسيار زيادي به اندازه‌ي ذره وابسته است. به عنوان مثال، در مواد فرومغناطيس وقتي اندازه‌ي ذره از يک حوزه‌ي مغناطيسي ِ منفرد کوچک‌تر گردد، پديده‌ي سوپرپارامغناطيس به وقوع مي‌پيوندد. نانوذرات سوپرپارامغناطيس مي‌توانند کاربردهاي بالقوه‌ي زيادي در تصويرسازي‌هاي رنگي، سم‌زدايي از سيال‌هاي بيولوژيکي، انتقال کنترل شده‌ي داروهاي ضد سرطان، MRI و جداسازي‌هاي سلولي مغناطيسي داشته باشند.

 

[toghrol1]

انواع نانو ذرات مغناطیسی
1. اکسیدهای فلزات: Fe3O4(magnetite)،α-Fe2O3 (hematite)، Fe2O3(maghemite) -γ ،FeO،, β-Fe2O3 ε-Fe2O3
2. فلزات:
3. فلزات پوشش داده شده با یک پوسته
ü اکسيد آهن به دليل پايداري شيميايي و تطبيق‌پذيري بيولوژيکي و نيز فرايند توليد نسبتاً ساده نانوذرات مگنتيت (Fe3O4) و ماگميت، (γ-Fe2O3) پزشکي بيشترين توجه را به خود جلب کرده است.

 

[toghrol1]

شکل زیر طرح کلی از انواع عامل هایی که میتوان روی نانو ذره قرار داد را نشون میده

 

[toghrol1]

اثر میدان مغناطیسی بر ذرات مغناطیسی
نانوذرات زيست‌سازگار مغناطیسی قابليت حرکت به سمت يک آهن‌ربا را دارند و به عنوان عامل‌هاي انتقال دهنده دارو مورد مطالعه هستند رفتاري اَبَرپارامغناطيسي از خود نشان مي‌دهند. به عبارت ديگر، آنها تحت يک ميدان مغناطيسي تا حد زيادي مغناطيده مي‌شوند که اين مغناطش دائمي نيست و با حذف ميدان از بين مي‌رود. به کمک اين رفتار مغناطيسي نانوذرات اکسيد آهن از طريق حمل عوامل‌هاي درماني و تحت اعمال يک ميدان مغناطيسي مي‌توانند توانايي دارورساني را بدون انحراف مسير در بدن اصلاح کنند

 

[toghrol1]

کاربردهای نانوذرات
· درمان و تشخیص داروئی
· تصفیه فاضلاب ها
· مهندسی ژنتیک
· فیلتر های نوری
· ذخیرهسازی اطلاعات
کاربرد های نانوذرات مغناطیسی در پزشکی
1) انتقال هدفمند ترکیب مورد نظر از جمله دارو،پروتئین و آنتی بادی به بافت وسلول هدف
2) تصویر برداری بر پایه رزونانس مغناطیسی
3) درمان سرطان
4) ) جداسازی سلول ها و ماکروملکول ها و تخلیص سلول
مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی
· اندازه کوچک آنها امکان نزدیک شدن و یا وارد شدن به ساختار های زیستی را ممکن می سازد
· قابلیت کنترل از راه دور(از طریق اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی)
· واکنش رزونانسی به تغییرات میدان (این ذرات می توانند به صورت رزونانسی به تغییرات وابسته به زمان میدان پاسخ دهند و امکان انتقال انرژی از میدان تهییج شده به نانوذرات را فراهم کنند. و به این سبب نانوذرات می توانند منجر به افزایش دما شده که از این خاصیت برای درمان سرطان در شیمی درمانی و رادیو درمانی استفاده می شود)
ü در کل مزایای نانو ذرات مغناطیسی داشتن مساحت سطحی بالا و زیست سازگار پذیری آنها میباشد

 

[toghrol1]

معایب نانو ذرات مغناطیسی
ü انرزی سطحی بالا( انرژی سطحی که آن را با حرف یونانی γ (گاما-Gamma) نشان می‌دهیم، برابر است با میزانی از انرژی که برای ایجاد سطح جدیدی به اندازه‏ واحد اندازه‌گیری لازم است)
ü فعالیت شیمیایی بالا
ü زیست تخریب پذیری
برای رفع نقایص بالا از پوشاندن نانو ذرات (coating)توسط یک ماده معدنی(مثل سیلیکا و فلزات و اکسید های فلزات و سولفید های فلزی و یا یک ماده آلی(مثل سورفکتانت و بیومولکولها و پلیمرها)استفاده میشود.پرکاربردترین ماده برای coating سیلیکا می باشد.
در پوشاندن توسط سیلیکا ابتدا گروه های هیدروکسی موجود در سطح نانوذرات با گروه های آلکوکسی مولکولهای سیلان جهت تشکیل پیوندهای Si-O واکنش داده و گروه های عاملی انتهایی سیلان خارج میشوند. (شکل2)

 

[mehdi.chem]

آقای طغرل ممنون از مطالب خوبی که میذاری ولی چقدر بهتر میشد اگه با رفرنس بیانشون می کردی تا بچه ها بتونن از اونا استفاده بیشتر کنن.
موفق باشی

 

[quan]

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی

مقدمه:
نقاط کوانتومی، بلور های نیمه هادی در ابعاد نانو (10-1 نانومتر) می باشند. این نانو ساختارها از 200 تا 10000 اتم تشکیل می شوند و اندازه آن ها با اندازه یک پروتئین درشت برابری می کند. ساختار نقاط کوانتومی به طور معمول به صورت پوسته-هسته می باشد.هسته که به طور معمول از عناصر گروه های II-VI و یا III-V جدول تناوبی تشکیل می شود توسط پوسته ای از جنس ترکیبات نیمه هادی پوشانده می شود. پوسته و هسته هر دو نیمه هادی هستند. نیمه هادی ها موادی هستند که هدایت الکتریکی آن ها حد واسط هدایت الکتریکی مواد هادی و نارسانا باشد. مکانیزمی که طی آن در یک ترکیب نیمه هادی هدایت ایجاد می شود، در شکل نشان داده شده است. الکترون ها که به صورت معمول در لایه ظرفیت قرار میگیرند، با جذب انرژی به لایه هدایت منتقل می شوند. به زوج الکترون-حفره ای که به این ترتیب ایجاد می شوند اکسایتون (Exciton) گفته می شود. این زوج از طریق نیروی جاذبه الکتروستاتیک در کنار هم نگه داشته می شوند. به تفاوت انرژی بین لایه ظرفیت و هدایت، باند گپ (Band Gap) گفته می شود. مقدار باندگپ بسته به نوع ترکیب نیمه هادی متفاوت است. نقاط کوانتومی با اندازه‌های مختلف باندگپ متفاوتی دارند. هر چه اندازه نقاط کوانتومی کوچکتر شود باندگپ آن ها بزرگتر می گردد. در نتیجه برای برانگیخته کردن اندازه‌های کوچکتر به انرژی بیشتری (نور با طول موج کوتاهتر) نیاز است. به طور معمول باندگپ پوسته در نقاط کوانتومی از باندگپ هسته بزرگ تر می باشد. در صورتی که مقدار انرژی لازم برای انتقال الکترون از لایه ظرفیت به لایه هدایت در گستره ی ناحیه مرئی قرار بگیرد، نقاط کوانتومی را وابسته به اندازه‌ای که دارند می توان با رنگ های مختلف در محلول مشاهده کرد.

"Nanotechnology Information Center: Properties, Applications, Research, and Safety Guidelines"

 

[quan]

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی

سنتز نقاط کوانتومی و شیمی سطح آن ها:
انتخاب جنس پوسته، هسته و ماده پوشاننده سطح در پروسه سنتز نقاط کوانتومی بر خواص فوتوشیمیایی آن ها تاثیر گذار است. نقش پوسته در پایدار سازی نانوذره بسیار مهم می باشد و در مواردی تفاوت در جنس پوسته منجر به تفاوت در خواص فوتوفیزیکی نانوذره می شود. نوع ماده پوشاننده سطح نیز از جمله پارمترهای مهم است که وابسته به کاربرد خاصی که برای نقاط کوانتومی در نظر گرفته می شود انتخاب می گردد. نانوذراتی که فاقد پوسته و ماده پوشاننده هستند به دو دلیل غیرقابل استفاده می باشند. دلیل اول اینکه ساختار برهنه هسته در نقاط کوانتومی به مرور دچار نقص های مربوط به ساختارهای بلوری شده که این مسئله اختلالات در نشر مثل پدیده چشمک زنی را به دنبال دارد. چشمک زنی فرایندی است که در آن تحت تابش پیوسته نور به نقاط کوانتومی نشر نور به صورت گسسته انجام می شود. دلیل دوم این است که هسته به دلیل اندازه بسیار کوچک و در نتیجه نسبت سطح به حجم زیاد، بسیار واکنش پذیر است. بنابراین ناپایداری که به این دلیل در ساختار هسته برهنه به وجود می آید باعث تجزیه نانوساختار به طریق فوتوشیمیایی می شود. پوشش هسته نانوذره با سولفید روی باعث افزایش پایداری در برابر نور و بهبود عملکرد نقاط کوانتومی می شود. به علاوه لومینسانس و همینطور بازده کوانتومی در دمای محیط افزایش می یابد. البته پوشاندن هسته با سولفید روی به تنهایی برای پایداری نانو ذره کافی نمی باشد، به خصوص اگر کابرد بیولوژیکی نقاط کوانتومی مد نظر باشد. برای افزایش سازش پذیری با محیط های زیستی، نقاط کوانتومی با ترکیباتی مثل پلی اتیلن گلیکول به عنوان ماده پوشاننده سطح پوشش داده می شوند تا پایداری آن ها افزایش یابد.
مسئله مهم دیگر در ارتباط با کاربردهای نقاط کوانتومی در محیط های بیولوژیکی بحث حلالیت آن ها در حلال های آبی است. رشد نقاط کوانتومی در حلال های معدنی آب‌گریز به راحتی صورت می گیرد. برای تغییر حلالیت آن ها از محیط های غیر آبی به آبی لازم است که شیمی سطح آن ها تغییر کند.
Jamieson T., Bakhshi R., Petrova D., Pocock R., Imani M.,. Seifalian A. M. Biomaterials 28 (2007) 4717–4732

 

[toghrol1]

آقای طغرل ممنون از مطالب خوبی که میذاری ولی چقدر بهتر میشد اگه با رفرنس بیانشون می کردی تا بچه ها بتونن از اونا استفاده بیشتر کنن.
موفق باشی

از راهنمایی شما ممنون دوست عزیز باشه از این به بعد سعی میکنم با رفرنس نوشته هام رو بزارم

 

[toghrol1]

نانوذران مغناطیسی
نانوذرات مغناطیسی همنگونه گه از اسمشان مشخی است دارای خاصیت مغناطیسی هستن و برای استفاده از از این نانوذران سطح آنها را با مواد مورد نظر که با آنالیت جفت میشوند میپوشانیم.
این نانوذرات بیشتر به عنوان انتقال دهنده ها سافتاده میشوند.یک انتقال دهند از این نوع شامل سه جزء است:1)هسته مغناطیسی2)ژوششی که روی نانوذره قرار میگیرد که گفتیم کار این ژوشش مثل رابط است که عامل های مورد نظر ما را به سطح ناوذره وصل میکند3)عامل مورد نظر که روی پوشش قرار داده شده استو به طور گزینشی به آنالیت وصل میشود.
ترکیب ماده مغناطیسی بستگی به این دادر که در چه موردی میخواهیم استفاده کنیم.برای مثال (magnetite (Fe3O4) و (maghemite (γ-Fe2O3 با پایداری بالا در مورد اکسید شدن،امروزه به عنوان تنها نانوذرات غیر سمی هستند که در زمینه دارو استفاده میشوند.
هسته مغناطیسی شامل عناصری مثل کبالتٰنیکل و نئودیمیم-آهن-بور ممکن است باعث بهبود ویِگی های مغناطیسی شوند.از طرفی همین مواد میتوانند باعث اکسید شدن و نیز سمیت نانوذرات در کاربردهای برای انسان شوند.
راه های سنتز نانوذرات مغناطیسی میتواند شامل:
1)رسوبگیری فیزیکی بخار2)سایش مکانیکی3)مسیرهای شیمیایی


Magnetic nanoparticles: Properties and potential applications
Laura L. Vatta, Ron D. Sanderson, and Klaus R. Koch

 

[quan]

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی

سمیت نقاط کوانتومی:
مطالعاتی که خارج از بدن موجودات زنده انجام شده است مؤید سمیت نقاط کوانتومی است. فرایند رشد سلول های زنده و زیست پذیری آن ها در حضور نقاط کوانتومی تحت تاثیر قرار می گیرد. میزان سمیت در این ترکیبات به فاکتورهای مختلفی از جمله اندازه نانوذره، ماده پوشاننده سطح، مقدار نقاط کوانتومی و شیمی سطح آن ها وابسته است. مکانیزم های متفاوتی در ارتباط با نحوه تاثیر گذاری نقاط کوانتومی بر سلول های زنده گزارش شده است. یکی از این مکانیزم هاآزاد شدن کادمیم در نقاط کوانتومی است که در ساختار هسته آن ها از کادمیم استفاده شده است (مثل کادمیم تلورید CdTe و یا کادمیم سلنید CdSe). مکانیزم دیگر فرایند تولید رادیکال های آزاد اکسیژن است. علاوه بر این ها، بر همکنش نقاط کوانتومی با اجزاء درون سلولی از دیگر مکانیزم های احتمالی سمیت نقاط کوانتومی است. نقاط کوانتومی گروه III-V پایداری بیشتر و سمیت کمتری نسبت به گروه II-VI دارند، به این دلیل که پیوند بین اجزاء در گروه III-V از نوع کوالانسی و در گروه II-VI پیوند بین اجزاء یونی می باشد. علیرغم سمیت کمتر گروه III-V، سنتز نقاط کوانتومی قرار گرفته در این دسته مشکل تر و زمان گیرتر است و کارایی کوانتومی آن ها نیز پایین می باشد.
Bharali D. J., Lucey D. W., Jayakumar H., Pudavar H. E., Prasad P. N., J Am Chem Soc, 127 (2005), 11364–71

 

[quan]

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی

خواص نقاط کوانتومی:
اثر حدی کوانتمی (Quantum Confinement Effect) در نقاط کوانتومی منجر به خواص الکتریکی و نوری منحصر به فردی در این ترکیبات می گردد. این اثر زمانی بروز می کند که اندازه نقطه کوانتومی از یک حد بحرانی که به آن شعاع اکسایتون بور(Exciton Bohr Radius) گفته می شود کمتر باشد. در این حالت خواص نوری و الکتریکی نانوذره با خواص آن در حالت توده ای شکل متفاوت است. نقاط کوانتومی مزایای بسیاری نسبت به فلوروفورهای (Flourophore) متداول مثل رنگ های آلی، پروتئین های فلورسانس کننده و کی لیت های (Chelate) لانتانید دارند. خواصی که به طور کل بر رفتار یک فلوروفور اثر گذاشته و تعیین کننده کاربرد عملی آن در زمینه های مختلف می شود، شامل پهنای طیف تحریک، پهنای طیف نشری، پایداری در برابر تابش نور و طول عمر فلورسانس می باشد. یکی از مشکلات رنگ های آلی، باریک بودن پهنای طیف برانگیختگی و پهن بودن طیف نشری در آن ها می باشد. این امر باعث می شود که تنها از یک طول موج خاص برای تحریک آن ها استفاده شود. بنابراین طول موج تحریک در این ترکیبات بسته به نوع ترکیب متفاوت است. پهن بودن طیف های نشری این فلوروفورها، افزایش همپوشانی طیف نشری رنگ های مختلف را به دنبال دارد. این مسئله باعث ایجاد محدودیت در تعداد نشانگر‌های (Probe) فلورسانس کننده برای نشان دار کردن ملکول های زیستی می شود. گاهی لازم است که چندین فلوروفور برای نشان دار کردن ملکول های زیستی مورد استفاده قرار گیرد. در صورتی که طیف نشری این فلوروفورها با یکدیگر همپوشانی داشته باشد، نمی توان به صورت همزمان نشر چند گونه را دنبال کرد. در مقابل، پهنای طیف برانگیختگی در نقاط کوانتومی زیاد است. بنابراین فرایند تحریک در آن ها با گستره وسیعی از طول موج ها امکان پذیر است. این ویژگی برانگیختگی نقاط کوانتومی را با رنگ های مختلف تنها توسط یک طول موج عملی می سازد. پهنای طیف نشری در نقاط کوانتومی باریک است. طول موج طیف نشری در نقاط کوانتومی تنها با کنترل اندازه نانوذره، ترکیب نانوذره و پوشش سطحی آن ها قابل کنترل است. در حقیقت با کنترل این پارامترها طول موج نشری آن ها در گستره ی وسیعی از طول موج (فرابنفش تا مادون قرمز) قابل تنظیم است.
پایداری در برابر نور یک ویژگی مهم در بسیاری از کاربردهای مبتنی بر فلورسانس است. بر خلاف فلوروفورهای آلی که تنها پس از چند دقیقه قرارگیری در برابر نور بی رنگ می شوند، نقاط کوانتومی بسیار پایدار بوده و می توانند به دفعات مکرر توسط شدت های بالای نور برانگیختگی، تحت تابش قرار بگیرند. پایداری نقاط کوانتومی در برابر نور نسبت به چندین رنگ آلی متداول در مقالات مختلف گزارش شده است. این ویژگی در مواردی که از نقاط کوانتومی به عنوان نشانه استفاده می شود موجب می گردد که دنبال کردن سیگنال فلورسانس برای مدت زمان های طولانی فراهم شود.
طول عمر بالای فلورسانس در نقاط کوانتومی پس از برانگیختگی در کاربرد هایی مثل عکسبرداری از بافت های بدن ایجاد مزیت می کند. لازم به ذکر است که بافت های بدن به طور خودبخودی فلورسانس دارند. بنابراین در مواردی که هدف دنبال کردن سیگنال فلورسانس یک ملکول خاص زیستی می باشد، سیگنال فلورسانس حاصل از بافت های بدن می تواند به نوعی در فرایند عکسبرداری ایجاد مزاحمت کند. نشر خودبخودی بافت های بدن به سرعت کاهش می یابد. در حقیقت نشر بسیار سریعی که از رنگ های آلی پس از برانگیختگی اتفاق می افتد (کمتر از 5 نانوثانیه) موجب می شود که نشر خودبخودی بافت ها با نشر فلوروفور تداخل کند و در نتیجه نسبت سیگنال به نوفه (Noise) کاهش یابد. در مقابل، مدت زمان نشر نور در نقاط کوانتومی در حدود 3 تا 100 نانوثانیه می باشد. در واقع سرعت نزول سیگنال فلورسانس کندتر از سرعت کاهش سیگنال زمینه است. بنابراین حتی پس از کاهش سیگنال زمینه و رفع مزاحمت آن می توان شدت نور نشری از نقاط کوانتومی را دنبال کرد.
نقاط کوانتومی که در تماس با سطح یک الکترود قرار می گیرند می توانند در نتیجه تابش نور از خود خواص الکتروشیمیایی نشان دهند. تحریک این ترکیبات توسط یک فوتون منجر به انتقال الکترون از لایه ظرفیت به لایه هدایت شده و یک الکترون-حفره ایجاد می کند. طی بازگشت الکترون از حالت برانگیخته به حالت پایه، الکترون و حفره مجددا با هم ترکیب شده و لومینسانس به وقوع می پیوندد. در صورتی که شرایطی در محلول ایجاد شود که مدت زمان پایداری الکترون-حفره افزایش یابد به دو طریق می توان جریان الکتریکی را درون الکترود ایجاد کرد. در حالت اول یک الکترون دهنده در محلول حضور دارد. انتقال الکترون از ترکیب الکترون دهنده به لایه ظرفیت نقطه کوانتومی احتمال بازگشت الکترون های برانگیخته شده موجود در لایه هدایت به حالت پایه را کاهش داده و الکترون به الکترود منتقل می شود. این حالت منجر به تولید جریان آندی در الکترود می شود. در حالت دوم یک الکترون گیرنده در محلول حضور دارد. الکترون های برانگیخته شده به لایه هدایت به ترکیب الکترون گیرنده موجود در محلول منتقل می شوند. حفره موجود در لایه ظرفیت که بار مثبت دارد توسط انتقال الکترون از الکترود به لایه طرفیت خنثی شده و یک جریان کاتدی ایجاد می شود.
Gill R., Zayats M., and Willner I., Angew. Chem. Int. Ed., 47, (2008), 7602 – 7625

 

[quan]

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی

کاربرد:
کاربرد نقاط کوانتومی در زمینه علوم زیست شناسی، سلول های خورشیدی و ابزار اپتوالکترونیک می باشد. استفاده از نقاط کوانتومی در سلول های خورشیدی کارایی تبدیل نور خورشید به انرژی را افزایش می دهد. به عنوان مثال گزارش شده است که استفاده از کادمیم سولفید و کادمیم تلورید سولفید همراه با نانوسیم های تیتانیوم دی اکسید کارایی را به ترتیب به میزان 300% و 350% افزایش می دهد. نقاط کوانتومی نسل جدید، دیودهای نشر کننده نور در اپتوالکترونیک هستند. این ترکیبات در مقایسه با ترکیبات استانداردی که در حال حاضر برای این ابزار به کار گرفته می شوند نور درخشنده تری دارند.
کاربردهای بیولوژیکی:
عمده ترین کاربرد نقاط کوانتومی درحال حاضر در زمینه عکسبرداری و تجزیه ترکیبات زیستی می باشد. عملکرد بهتر نقاط کوانتومی در آنالیز ترکیبات زیستی نسبت به رنگ های متداول آلی در مطالعات مختلف به اثبات رسیده است. از مهمترین دلایلی که برای این برتری می توان اشاره کرد درخشندگی بالاتر و پایداری بیشتر است. تخمین زده شده است که نقاط کوانتومی 20 برابر درخشنده تر و 100 برابر نسبت به رنگ های آلی پایدارتر می باشند. استفاده از نقاط کوانتومی در عکسبرداری از بافت های سلولی یکی از مهمترین پیشرفت های دهه اخیر می باشد. نشان دار کردن تک ملکول ها و دنبال کردن رفتار آن ها به شیوه نوری از دیگر کاربردهای نقاط کوانتومی می باشد. در این روش ها نقاط کوانتومی به عنوان نشانه های شیمیایی عمل میکنند. مولکول های زیستی مثل آنتی بادی ها به نقاط کوانتومی متصل می شوند. این اتصالات باعث می شوند که نقاط کوانتومی به شکلی هدفمند و اختصاصی به سمت ملکول ها یا سلول های هدف که سطح آن ها از آنتی ژن های مکمل پوشانده شده متصل شود. اتصال آنتی بادی های سطح نقاط کوانتومی با آنتی ژن های متصل به سطح این سلول ها یا پروتئین های خاص منجر به نشر نور از نقاط کوانتومی می شود. در صورتی که سلول یا پروتئین هدف در نمونه حضور نداشته باشد نشری هم مشاهده نمی شود. بنابراین امکان ردیابی نوری سلول یا ملکول زیستی مورد نظر در مدت زمان های طولانی فراهم می شود. لازم به ذکر است که از نقاط کوانتومی استفاده های وسیعی در شناسایی تومورهای سرطانی می شود. سمیت نقاط کوانتومی که تحت تابش نور فرابنفش پر رنگ تر می شود کاربرد این ترکیبات را در محیط های بیولوژیکی محدود می کند. به عنوان مثال نانوبلور های کادمیم سلنید تحت تابش نور فرابنفش به شدت سمی هستند. در واقع انرژی نور فرابنفش در حد انرژی پیوند بین کادمیم و سلنیم بوده و منجر به آزادسازی یون کادمیم به درون محیط سلولی می شود. در غیاب نور فرابنفش در صورتی که نقاط کوانتومی با مواد پوشاننده پلیمری پوشش داده شوند غیر سمی می باشند.

C. W. Peng and Y. Li, Journal of Nanomaterials , doi:10.1155/2010/676839.

Selvan S. T., Tan T. T., Ying J. Y., Adv Mater, 17 (2005) 1620–5.
​

 

[toghrol1]

به لحاظ اندازه نانوذرات مغناطیسی میتوانند بر تاثیرات میدان گرانشی،گرادیان میدان مغناطیسی و تراکم بالقوه مغناطیسی(که میتواند زمانی که ذرات با یکدیگر برخورد میکنند به وقوع بپیوندد)،غلبه کند.به عبارت دیگر ذرات مغناطیسی به وسیله نیروی های واندروالسی از نوع لاندون به یکدیگر بپیوندند.
برای کاهش اینگونه اینترکشن ها ذرات با محیط اطراف خود،برای اطمینان از پایداری،و برای جلوگیری از انباشتگی ،یک پوشش سطحی ممکن است به این نیاز داشته باشد که داراری اثر دافعه فضائی باشد.عاملدار کردن پوشش خارجی نانوذره ممکن است شامل مولکولهایی باشد که از لحاظ داروئی فعال هستند(میتوانند خاصیت داروئی داشته باشند) یا مولکول هایی برای جستجوی فلزات باشند.

نتایج و اثرات پوشاندن:
پایدار سازی نانوذرات
امکان عاملدار کردن بیشتر نانوذرات

 

[toghrol1]

خاصیت پارامغناطیسی
domains یا حوزه ها گروهی از اسپین ها هستند که در یک جهت قرار دارند و به صورت تعاونی و با هم عمل میکنند و دارای ویژگی های پهنا و انرژی وابسته به تشکیل و وجود آنها هستند.جنبش لین دیوارهای حوزه ای عامل اصلی پیدایش خاصیت مغناطیسی است.تحقیق های آزمایش گاهی وابستگی وادارندگی(coercivity) را به اندازه نانوذرات نشان میدهند که در شکل زیر نشان داده شده است





کاهش اندازه در مواد مغناطیسی(multi-domain materials) باعث تشکیل ذرات تک ناحیه ای میشود و همچنین خاصیت پارامغناطیسی را افزایش میدهد

 

[toghrol1]

متدهای سنتز نانوذرات مغناطیسی
نانوذرات مغناطیسی بوسیله تعدادی در فاز ها و ترکیبات متفاوتی ساخته میشوند که شامل فلزات خالص مثل اهن،کبالت و نیکل;اکسیدفلزات از قبیل Fe3O4 وγ-Fe2O3 ;فریت ها از قبیل(MFe2O4 (M=Cu،Ni،Mn،Mg و آلیاژهای فلزی از قبیل FePt،CoPt.
انواع روش های سنتز

1)سنتز در فاز مایع
2)همرسوبی
3)ریز امولسیون(Microemulsion)
4)تجزیه حرارتی
5)مسیر های Solvothermal
6)کاهش شیمیایی
7)متد میکروویو

 

[toghrol1]

روش های سنتز نانوذرات مغناطیسی
اصولی که بوسیله آن نانوذرات مغناطیسی تک بعدی و با RSD=5% را میتوان سنتز کرد در دیاگرام شکل زیر آورده شده است که به دیاگرام LaMer معروف است
.همانطوری که در این دیاگرام توضیح داده شده است ,برای ته نشینی همگن(homogeneous)همانطور که غلظت افزایش پیدا میکند تا از مرز اشباعیت عبور کند,
به نقطه ای میرسد که هسته زایی رخ میدهد.رشد ذره بوسیله انتشار اتم ها به داخل هسته و اجتماع معکوس هته ای رخ می دهد.نیاز لاز برای تولید ذرات تک بعدی در دیاگرام زیر نشان داده شده است.
1)سرعت هسته زایی باید به قدر کافی بالا باشد تا افزایش غلظت رخ ندهد(ارتفاع نشان داده شده زیاد نشود) در عوض قطاری از نانوذرات تشکیل میشوند(در زمان نشان داده شده)
2)سرعت رشد این ذرات باید به قدر کافی بالاباشد تا غلظت به پایینتر از غلظت نقطه هسته زایی برسد.در این مرحله تنها تعداد محدودی از ذرات تشکیل میشوند.
3)سرعت رشد باید به قدر کافی کم باشد با این حال مدت پروسه رشد بیشتر از مدت هسته زایی است این معمولا اندازه پراکندگی را که نتیجه پایان یافتن مرحله هسته زایی ااست,کاهش میدهد.