Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هذا البروتوكول تفاصيل سهلة، توليف وعاء واحد من أكسيد المنغنيز (MnO) النانوية عن طريق التحلل الحراري من المنغنيز (II) acetylacetonate في وجود أوليلامين وeeee. وقد استخدمت الجسيمات النانوية MnO في تطبيقات متنوعة بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي، واستنشاق النفايات، والحفز، والبطاريات، ومعالجة مياه الصرف الصحي.

Abstract

وبالنسبة للتطبيقات الطبية الحيوية، استخدمت جسيمات نانوية أكسيد المعادن مثل أكسيد الحديد وأكسيد المنغنيز (MnO) كمواد للحساسية البيولوجية وعوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). في حين أن جسيمات أكسيد الحديد النانوية توفر تباينًا سلبيًا ثابتًا على التصوير بالرنين المغناطيسي على مدار الأطر الزمنية التجريبية النموذجية ، فإن MnO يولد تباينًا إيجابيًا قابل للتبديل على التصوير بالرنين المغناطيسي من خلال تحلل MnO إلى Mn2 + في درجة حَس منخفضة داخل إندوسومات الخلية لـ "تشغيل" تباين التصوير بالرنين المغناطيسي. يصف هذا البروتوكول توليفة وعاء واحد من الجسيمات النانوية MnO التي شكلتها التحلل الحراري من المنغنيز (II) acetylacetonate في الأوليلامين وeee dibenzyl. على الرغم من أن تشغيل تركيب الجسيمات النانوية MnO بسيط، يمكن أن يكون من الصعب إعادة إنتاج الإعداد التجريبي الأولي إذا لم يتم توفير تعليمات مفصلة. وهكذا ، فإن الأواني الزجاجية والأنابيب الجمعية وصفت أولا بدقة للسماح للمحققين الآخرين بسهولة استنساخ الإعداد. تتضمن طريقة التوليف وحدة تحكم درجة الحرارة لتحقيق التلاعب الآلي والدقيق في ملف درجة الحرارة المطلوب ، والذي سيؤثر على حجم الجسيمات النانوية وا وكيمياءها. ويمكن تكييف بروتوكول التحلل الحراري بسهولة لتوليد جسيمات نانوية أكسيد المعادن الأخرى (مثل أكسيد الحديد) ولتضمين المذيبات العضوية والمثبتات البديلة (مثل حمض الأولييك). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تغيير نسبة المذيبات العضوية إلى استقرار إلى تأثير مزيد من خصائص الجسيمات النانوية، والتي تظهر هنا. وتتميز جسيمات نانوية MnO توليفها للمورفولوجيا، والحجم، وتكوين الجزء الأكبر، وتكوين السطح من خلال المجهر الإلكترون انتقال، حيود الأشعة السينية، وفورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء، على التوالي. سوف تكون الجسيمات النانوية MnO التي يتم تصنيعها بواسطة هذه الطريقة مُهدَّجة بالدّاهر ويجب أن يتم التلاعب بها بشكل أكبر من خلال تبادل الليغان، أو تغليف البوليمرات، أو غطاء الدهون لدمج مجموعات الهيدروفيليك للتفاعل مع السوائل والأنسجة البيولوجية.

Introduction

تمتلك الجسيمات النانوية أكسيد المعادن خصائص مغناطيسية وكهربائية وحفازة، والتي تم تطبيقها في البيومتر1،2،3، تقنيات الاستشعار4،5، الحفز6،7،,8، تخزين الطاقة9، وتنقية المياه10. ضمن مجال الطب الحيوي، وقد أثبتت الجسيمات النانوية أكسيد الحديد وأكسيد المنغنيز (MnO) فائدة وكلاء التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)1،2. الحديد أكسيد الجسيمات النانوية تنتج تباينا سلبيا قويا على T2* التصوير بالرنين المغناطيسي وقوية بما يكفي لتصور الخلايا المسماة واحدة في الجسم الحي11,12,13; ومع ذلك، لا يمكن تعديل إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي السلبية وتبقى "ON" طوال مدة التجارب النموذجية. بسبب وجود الحديد الداخلي في الكبد ونخاع العظام والدم والطحال، قد يكون من الصعب تفسير التباين السلبي الناتج عن الجسيمات النانوية أكسيد الحديد. من ناحية أخرى، تستجيب الجسيمات النانوية MnO لانخفاض في الأسك. يمكن أن ينتقل إشارة MRI لجسيمات نانوية MnO من "OFF" إلى "ON" بمجرد استيعاب الجسيمات النانوية داخل الدوسومات المنخفضة الأسي والدوسومات من الخلية المستهدفة مثل خليةسرطانية 14،15،16،17،18،19. إن التباين الإيجابي على التصوير بالرنين المغناطيسي T1 الذي تم إنتاجه من حل MnO إلى Mn2+ في انخفاض الرقم الH لا لبس فيه ويمكن أن يحسن خصوصية الكشف عن السرطان من خلال الإضاءة فقط في الموقع المستهدف داخل الورم الخبيث. إن التحكم في حجم الجسيمات النانوية، والمورفولوجيا والتركيب أمر بالغ الأهمية لتحقيق أقصى إشارة الرنين المغناطيسي من الجسيمات النانوية MnO. هنا، نحن وصف كيفية توليف وتوصيف جسيمات نانوية MnO باستخدام طريقة التحلل الحراري وملاحظة استراتيجيات مختلفة لضبط خصائص الجسيمات النانوية عن طريق تغيير المتغيرات في عملية التوليف. ويمكن تعديل هذا البروتوكول بسهولة لإنتاج جسيمات نانوية مغناطيسية أخرى مثل الجسيمات النانوية أكسيد الحديد.

وقد تم إنتاج جسيمات نانوية MnO من قبل مجموعة متنوعة من التقنيات بما في ذلك التحلل الحراري20،21،22،23،25،25، هيدرو / solvothermal26،27،28،29، تقشير30,31,32,33,34, permanganates تخفيض35,36,37,38, وممتز - أكسدة39,40,41,42. التحلل الحراري هو الأسلوب الأكثر استخداما والذي ينطوي على حل السلائف المنغنيز والمذيبات العضوية، وعوامل الاستقرار في درجات حرارة عالية (180 - 360 درجة مئوية) في ظل وجود جو الغازية الخاملة لتشكيل جسيمات نانوية MnO43. من كل هذه التقنيات، التحلل الحراري هو الأسلوب المتفوق لتوليد مجموعة متنوعة من البلورات النانوية MnO من المرحلة النقية (MnO، Mn3O4 و Mn2O3)مع توزيع حجم ضيق. ويبرز براعة من خلال القدرة على التحكم بإحكام حجم الجسيمات النانوية، مورفولوجيا وتكوينها عن طريق تغيير وقت رد الفعل44،45،46، درجة الحرارة44،47،48،49، أنواع / نسب من المواد المتفاعلة20،45،47،48،50 والغاز الخامل47،48،50 المستخدمة. القيود الرئيسية لهذه الطريقة هي شرط لدرجات الحرارة العالية، والغلاف الجوي خال من الأكسجين، وطلاء رهاب الماء من الجسيمات النانوية توليفها، الأمر الذي يتطلب المزيد من التعديل مع البوليمرات، والدهون أو غيرها من يغاندس لزيادة القابلية للذوبان للتطبيقات البيولوجية14،51،52،53.

وإلى جانب التحلل الحراري، فإن الأسلوب المائي/التحلل الحراري هو الأسلوب الوحيد الآخر الذي يمكن أن ينتج مجموعة متنوعة من مراحل MnO بما في ذلك MnO و Mn3O4و MnO2؛ جميع الاستراتيجيات الأخرى تشكل منتجات MnO2 فقط. أثناء هيدرو/حلّ هثيرمال توليف, سلائف مثل [مّن]2] [سترات]54,,55 و [مّن](2) أسيتات27 يكون سخّنت إلى بين 120-200 [ك] على عدّة ساعات أن يحقّق جسيمات nano جسيمات مع ضيّقة حجم توزيع; ومع ذلك، هناك حاجة إلى أوعية رد فعل متخصصة ويتم تنفيذ ردود الفعل في ضغوط عالية. في المقابل، تتضمن استراتيجية التقشير معالجة مادة الطبقات أو السائبة لتعزيز الانفصال إلى طبقات أحادية الأبعاد. ميزتها الرئيسية هي في إنتاج نانو2 MnO ، ولكن عملية التوليف تتطلب منذ فترة طويلة عدة أيام ، ومن الصعب التحكم في حجم الأوراق الناتجة. بدلا من ذلك، يمكن أن تتفاعل permanganates مثل KMnO4 مع وكلاء الحد مثل حمض الأوليك56،57، أكسيد الجرافين58 أو بولي (اليلمين هيدروكلوريد)59 لإنشاء جسيمات نانويةMnO 2. استخدام KMnO4 يسهل تشكيل الجسيمات النانوية في درجة حرارة الغرفة على مدى بضع دقائق إلى ساعات في ظروف مائي43. لسوء الحظ، فإن التركيب السريع ونمو الجسيمات النانوية يجعل من الصعب التحكم بدقة في حجم الجسيمات النانوية الناتجة. ويمكن أيضا أن جسيمات نانوية MnO2 يمكن توليفها باستخدام الممتزة أكسدة حيث Mn2 + أيونات هي امتزاز وأكسدة ل MnO2 عن طريق الأكسجين في ظل الظروف الأساسية. هذه الطريقة سوف تنتج جسيمات نانوية صغيرة MnO2 مع توزيع ضيق الحجم في درجة حرارة الغرفة على مدى عدة ساعات في وسائط مائي; ومع ذلك فإن شرط الامتزاز من Mn2 + أيونات والشروط القلوية يحد من تطبيقه على نطاق واسع43.

من أساليب تركيب الجسيمات النانوية MnO التي تمت مناقشتها ، فإن التحلل الحراري هو الأكثر تنوعًا لتوليد بلورات نانوية نقية مختلفة أحادية الأطوار مع التحكم في حجم الجسيمات النانوية وشكلها وتكوينها دون الحاجة إلى أوعية توليفية متخصصة. في هذه المخطوطة، نُصف كيفية تجميع الجسيمات النانوية MnO بواسطة التحلل الحراري عند 280 درجة مئوية باستخدام المينغنيز (II) acetylacetonate (Mn(II) ACAC) كمصدر لليونات Mn2+ ، الأوليلامين (OA) كعامل متناقص ومثبت ، والإثير ثنائي الزيل (DE) كمذيب تحت غلاف النيتروجين. يتم شرح الأواني الزجاجية وإعداد أنابيب لتركيب الجسيمات النانوية بالتفصيل. ميزة واحدة من هذه التقنية هو إدراج وحدة تحكم درجة الحرارة، ومسبار الحرارية، وغطاء التدفئة لتمكين التحكم الدقيق في معدل التدفئة، ودرجة الحرارة الذروة، وأوقات رد الفعل في كل درجة حرارة لضبط حجم جسيمات نانوية وتكوينها. هنا، ونحن نظهر كيف يمكن أيضا أن يتم التلاعب حجم الجسيمات النانوية عن طريق تغيير نسبة الزراعة العضوية إلى DE. بالإضافة إلى ذلك، نُوضح كيفية إعداد عينات الجسيمات النانوية وقياس حجم الجسيمات النانوية وتكوينها بالجملة وتكوين السطح باستخدام المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) و حيود الأشعة السينية (XRD) والمطيافية بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) على التوالي. يتم تضمين مزيد من الإرشادات حول كيفية تحليل الصور التي تم جمعها والأطياف من كل أداة. لتوليد جسيمات نانوية متعددة الأبعاد على شكل موحد، يجب أن يكون هناك عامل استقرار وتدفق النيتروجين الكافي؛ تظهر نتائج XRD و TEM للمنتجات غير المرغوب فيها التي تشكلت في غياب الزراعة العضوية وتحت تدفق النيتروجين المنخفض. في قسم المناقشة، نسلط الضوء على الخطوات الحاسمة في البروتوكول، والمقاييس لتحديد تركيب الجسيمات النانوية الناجحة، والاختلافات الأخرى لبروتوكول التحلل لتعديل خصائص الجسيمات النانوية (الحجم، والمورفولوجيا والتركيب)، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، وتحديدات الأسلوب، وتطبيقات الجسيمات النانوية MnO كعوامل تباين للتصوير الطبي الحيوي.

Protocol

1. الزجاجات و الجمعية أنابيب - أن يتم تنفيذها فقط في المرة الأولى

ملاحظة: يظهر الشكل 1 الإعداد التجريبي لتوليف جسيمات نانوية MnO مع وصلات أنابيب المرقمة. يظهر الشكل S1 الإعداد نفسه مع مكونات الأواني الزجاجية الرئيسية المسمى. إذا كان هناك عدم تطابق بين أنابيب مقاومة الكيميائية وحجم اتصال الزجاج، تغطية اتصال الزجاج أولاً بقطعة قصيرة من أنابيب أصغر قبل إضافة أنابيب المقاومة الكيميائية لجعل التوصيلات دافئ.

  1. تأمين خزان النيتروجين خالية من الهواء إلى الجدار على مقربة من غطاء محرك الدخان الكيميائية باستخدام القيود حزام المعتمدة. أضف منظم النيتروجين المناسب إلى الخزان.
    تنبيه: يجب تأمين اسطوانات الغاز بشكل صحيح لأنها يمكن أن تكون خطيرة للغاية إذا انقلبت.
  2. ملء عمود تجفيف الغاز مع مجفف. إرفاق أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية من منظم النيتروجين الخالي من الهواء إلى مدخل أسفل عمود تجفيف الغاز (#1 في الشكل 1).
  3. تأمين زجاج متعددة تحتوي على ما لا يقل عن 2 stopcocks منفذ إلى أعلى غطاء محرك الدخان باستخدام اثنين من المشابك مخلب معدني. إرفاق أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية من منفذ عمود تجفيف الغاز (#2 في الشكل 1) إلى مدخل متعدد (#3 في الشكل 1).
  4. مكان وتأمين 3 فقاعات النفط المعدنية في غطاء محرك الدخان باستخدام مخالب معدنية وفقا ل الشكل 1. وضع اثنين من الفقاعات إلى اليسار وفقاعات واحدة إلى اليمين.
  5. ملء الفقاعة أقصى اليسار (من قبل #9 في الشكل 1) مع أصغر كمية من زيت السيليكون (~ 1 بوصة من النفط من الجزء السفلي من الفقاعة). ملء فقاعة الأوسط (من قبل #7،8 في الشكل 1) مع كمية متوسطة من زيت السيليكون (~ 1.5 بوصة من النفط من الجزء السفلي من الفقاعة). ملء فقاعة أقصى اليمين (من قبل #11 في الشكل 1) مع أكبر كمية من زيت السيليكون (~ 2 بوصة من النفط من الجزء السفلي من الفقاعة).
    ملاحظة: الكمية النسبية من زيت السيليكون بين الفقاعات المعدنية مهم جدا لتحقيق تدفق مناسب من غاز النيتروجين خالية من الهواء من خلال النظام. لا تضيف الكثير من النفط (أكثر من ~ 2.5 بوصة)، كما النفط سوف فقاعة خلال رد الفعل ويمكن الخروج من الفقاعات إذا overfilled.
  6. قم بتوصيل مأخذ التوصيل على الفتحة اليمنى للمزدوع (#4 في الشكل 1) إلى الطرف المترابط لمحول مرفق زجاجي (#5 في الشكل 1) باستخدام أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية.
  7. إرفاق نهاية مترابطة من آخر محول الكوع الزجاجي (#6 في الشكل 1) إلى مدخل الفقاعة الوسطى (#7 في الشكل 1)باستخدام أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية. قم بتوصيل مخرج الفقاعة الوسطى (#8 في الشكل 1) بمدخل الفقاعة في أقصى اليسار (#9 في الشكل 1) باستخدام أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية.
  8. قم بتوصيل المنفذ على اليسار stopcock من المتشعب (#10 في الشكل 1) إلى مدخل الفقاعة أقصى اليمين (#11 في الشكل 1).
  9. اترك الإعداد الأولي في غطاء الدخان إذا كانت المساحة تستوعب. تأمين محولات الكوع الزجاجي اثنين مع أنابيب المرفقة (#5،6 في الشكل 1) إلى شعرية معدنية في غطاء محرك الدخان عندما لا يتم تشغيل التجربة.

2. المعدات وإعداد الأواني الزجاجية - التي يتعين القيام بها خلال كل تجربة

تنبيه: تتطلب جميع الخطوات التي تتضمن المذيبات استخدام غطاء أبخرة كيميائي وكذلك معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) بما في ذلك نظارات السلامة ومعطف المختبر والقفازات. وينبغي تجميع إعداد تصنيع الجسيمات النانوية في غطاء الدخان.

  1. وضع لوحة ضجة في غطاء محرك الدخان ووضع عباءة التدفئة على رأس لوحة ضجة.
    ملاحظة: يجب أن تكون عباءة التدفئة قادرة على تحمل درجات الحرارة فوق 300 درجة مئوية.
  2. وضع 4 الرقبة 500 مل جولة أسفل قارورة على عباءة التدفئة وتأمين الرقبة الوسطى مع المشبك مخلب معدني. أضف شريط حركية مغناطيسية إلى قارورة القاع المستديرة. ضع القمع الزجاجي في الرقبة الوسطى للقارورة السفلية المستديرة.
  3. تحقق من متعددة: تأكد من أن stopcock السلامة (#10 في الشكل 1) و stopcock الإدخال (#4 في الشكل 1)مفتوحة.
    تنبيه: يجب أن يكون stopcock السلامة مفتوحًا في جميع الأوقات لضمان عدم بناء أي ضغط في النظام. إذا تم إغلاق stopcock، يمكن أن يحدث انفجار.
  4. تزن 1.51 غرام من المنغنيز (II) acetylacetonate (Mn (II) ACAC) ومكان داخل قارورة أسفل مستديرة باستخدام قمع الزجاج.
  5. إضافة 20 مل من الأوليلامين و 40 مل من الأثير ديبنزيل إلى قارورة القاع المستديرة باستخدام ماصة زجاجية وقمع الزجاج. إزالة القمع وتنظيفه مع الهيكسان.
    تنبيه: يمكن توسيع نطاق التجربة (على سبيل المثال، مرتين)، ولكن يوصى بالمحافظة عند استخدام أي كميات أكبر من المواد المتفاعلة. يمكن أن تتسبب كميات أكبر من المتفاعلين في أن يصبح رد الفعل أقل استقرارًا ، وبالتالي خطيرًا.
  6. نعلق المكثف على الرقبة اليسرى من قارورة أسفل الجولة وتأمين المكثف مع المشبك مخلب معدني. إضافة محول الكوع الزجاجي (#6 في الشكل 1) على رأس المكثف.
    ملاحظة: يجب أن تكون متصلا محول مع أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية إلى فقاعة النفط المعدنية الوسطى (#7 في الشكل 1).
  7. توصيل أنابيب المياه المتوافقة من صنبور منفذ المياه في غطاء الدخان (#12 في الشكل 1) إلى مدخل المكثف (#13 في الشكل 1). أيضا استخدام أنابيب المياه متوافقة لربط منفذ المكثف (#14 في الشكل 1) إلى استنزاف في غطاء الدخان (#15 في الشكل 1). تأمين أنابيب إلى اتصالات المكثف (#13،14 في الشكل 1) مع دودة متداخلة خرطوم معدنية العتاد.
  8. أضف مصيدة الروتوفاب إلى الرقبة اليمنى من قارورة القاع المستديرة. ضع محول الكوع الزجاجي (#5 في الشكل 1) على رأس مصيدة الروفاب.
    ملاحظة: يجب أن تكون متصلا محول مع أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية إلى منفذ stopcock متشعب الحق (#4 في الشكل 1).
  9. نعلق سدادة المطاط إلى الرقبة الوسطى من قارورة أسفل الجولة وأضعاف أكثر من ذلك الجانبين تغطية الرقبة من قارورة. إضافة مقاطع مشتركة مخروطية البلاستيك (4 مقاطع خضراء في الشكل 1) لتأمين وصلات الرقبة الزجاجية التالية: محول الكوع و فخ rotovap، فخ rotovap وقارورة القاع المستديرة، قارورة مستديرة أسفل والمكثف، ومكثف ومحول الكوع.
  10. ضع مسبار درجة الحرارة في أصغر عنق في قارورة القاع المستديرة ، وإحكام وتأمين المسبار بغطاء الرقبة ولحلقة o. ختم الاتصال مع فيلم من البلاستيك البارافين.
    ملاحظة: تأكد من أن مسبار درجة الحرارة مغمور داخل خليط السوائل، ولكن لا تلمس الجزء السفلي من الزجاج. إذا كان المسبار على اتصال مع سطح الزجاج، فإن درجة الحرارة التي تم قياسها تكون غير دقيقة مقارنة بدرجة حرارة السائل الحقيقية، والتي سوف تسبب وحدة تحكم درجة الحرارة لتوفير كمية غير صحيحة من الحرارة إلى التفاعل.
  11. توصيل مسبار درجة الحرارة إلى مدخلات وحدة تحكم درجة الحرارة. توصيل عباءة التدفئة لإخراج وحدة تحكم درجة الحرارة.
  12. بدوره على لوحة اثارة والبدء في اثارة بقوة.
  13. فتح خزان النيتروجين خالية من الهواء وتبدأ ببطء تدفق النيتروجين في النظام (وهذا سوف يزيل الهواء). ضبط تدفق النيتروجين باستخدام المنظم حتى تيار بطيء ثابت من فقاعات النموذج في فقاعة النفط المعدنية الوسطى (#7 في الشكل 1).
  14. تشغيل الماء البارد في غطاء الدخان (#12 في الشكل 1) إلى المكثف والتحقق من أن لا تسرب المياه من الأنابيب.
  15. وضع وشاح من غطاء الدخان إلى أسفل قبل أن يبدأ رد الفعل.

3. توليف الجسيمات النانوية

  1. بدوره على وحدة تحكم درجة الحرارة (امدادات الطاقة والتدفئة) لبدء رد فعل. مراقبة وتسجيل لون خليط التفاعل في كل مرحلة. وسوف يبدأ رد الفعل كما لون بني داكن في المراحل 1 إلى 3 وسوف تتحول الخضراء خلال المرحلة 4.
    ملاحظة: كل وحدة تحكم درجة الحرارة تعمل بشكل مختلف. تأكد من استخدام الدليل الصحيح والبرنامج.
  2. المرحلة 1: مراقبة عرض وحدة تحكم درجة الحرارة لتأكيد ارتفاع درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 60 درجة مئوية أكثر من 30 دقيقة.
  3. المرحلة 2: تأكد من أن وحدة تحكم درجة الحرارة تستقر عند 60 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة لأنها تستعد لمعدل تسخين أسرع في المرحلة 3.
  4. المرحلة 3: تحقق من شاشة التحكم في درجة الحرارة حيث ترتفع درجة الحرارة إلى 280 درجة مئوية عند 10 درجة مئوية في الدقيقة على 22 دقيقة. تأكد من تدفق المياه من خلال المكثف كافية، كما سوف تبدأ في التبخر الخليط خلال هذه المرحلة.
  5. المرحلة 4: تأكيد وحدة تحكم درجة الحرارة يعرض درجة حرارة تفاعل ثابت من 280 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. مراقبة تغير لون رد الفعل إلى نغمة خضراء، مما يشير إلى تشكيل MnO. مرة واحدة في رد الفعل تصل إلى 280 درجة مئوية، إيقاف خزان النيتروجين وإغلاق stopcock الحق لمدخل رد فعل على متعددة (#4 في الشكل 1).
    تنبيه: الحفاظ على stopcock السلامة (#10 في الشكل 1) مفتوحة.
  6. المرحلة 5: تحقق من شاشة التحكم في درجة الحرارة للتأكد من توقف التدفئة تلقائيًا. الحفاظ على درجة الحرارة في داخل مسبار (لا تفتح قارورة القاع الجولة) والانتظار حتى تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة للمضي قدما مع جمع الجسيمات النانوية.
    تنبيه: القارورة ستكون ساخنة للغاية. يجب ارتداء قفازات مقاومة للحرارة لإزالة عباءة التدفئة إذا كان هناك حاجة إلى معدل تبريد أسرع.
    ملاحظة: يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.

4. مجموعة الجسيمات النانوية

  1. إيقاف وحدة تحكم درجة الحرارة، لوحة ضجة والماء البارد. إزالة أنابيب المياه المتوافقة من المكثف, صنبور المياه في غطاء محرك الدخان وهجرة. إزالة جميع مقاطع مشتركة مخروطية من وصلات الزجاج.
  2. إزالة محولات الكوع الزجاج من فخ rotovap (#5 في الشكل 1) والمكثف (#6 في الشكل 1). تأمين محولات الكوع إلى شعرية معدنية في غطاء محرك السيارة لاستخدامها لتجربة مستقبلية.
  3. فصل الفخ المكثف والروتوفاب من قارورة القاع الجولة وشطف الدواخل من فخ المكثف والروتوفاب مع الهيكسان.
  4. إزالة سدادة المطاط ودرجة الحرارة التحقيق، وتنظيف مع 70٪ الإيثانول.
  5. صب حل نانو جسيمات MnO من قارورة أسفل جولة في 500 مل من القارص نظيفة. استخدام الهيكسان (~ 5 مل) لشطف قارورة أسفل الجولة وإضافة الهيكسان مع الجسيمات النانوية MnO المتبقية في 500 مل من القارورة.
    ملاحظة: سوف الهيكسان resuspend النانوية MnO بينما 200 الايثانول برهان سيكون بمثابة وكيل متهور.
  6. لاحظ الحجم الحالي لخليط جسيمات نانوية MnO. إضافة 200 الايثانول برهان على خليط نانو جسيمات MnO باستخدام نسبة حجم 2:1 (على سبيل المثال، إضافة 150 مل من الإيثانول إذا كان خليط الجسيمات النانوية هو 75 مل).
  7. صب خليط الجسيمات النانوية بالتساوي في أربعة أنابيب الطرد المركزي، حوالي 3/4 كامل. المسمار على قبعات المناسبة. تحقق للتأكد من توازن مستويات السوائل.
    ملاحظة: سيتم إضافة أي خليط جسيمات نانوية إضافية إلى الأنابيب في الجولة التالية من الطرد المركزي.
  8. جسيمات نانوية للطرد المركزي لمدة 10 دقائق عند 17400 x ز عند 10 درجة مئوية.
    ملاحظة: يمكن استخدام أوقات الطرد المركزي الأطول و/أو سرعات الطرد المركزي الأعلى لزيادة مجموعة جسيمات نانوية أصغر، ولكن يمكن زيادة تراكم الجسيمات النانوية.
  9. تجاهل المابير في كراك النفايات، مع الحرص على عدم إزعاج بيليه. إذا لزم الأمر، استخدم ماصة نقل لجمع المابس.
    ملاحظة: من الطبيعي أن تنتج الجولات المبكرة من الطرد المركزي مُنَطِرًا بني اللون. يجب أن يكون المابير البني وواضحًا ، ولكنه ليس غائمًا. أي الغيوم تشير إلى أن الجسيمات النانوية لا تزال موجودة في عظمى. إذا كان فائقة غائما، الطرد المركزي الأنابيب مرة أخرى قبل التخلص من افرط؛ سوف الطرد المركزي مرة أخرى تقليل فقدان الجسيمات النانوية توليفها، ولكن يمكن أن يسبب التكتل أكثر.
  10. إضافة 5 مل من الهيكسان وأية محلول جسيمات نانوية إضافية متروكة لكل أنبوب طرد مركزي يحتوي على كريات جسيمات نانوية MnO. Resuspend الجسيمات النانوية باستخدام صوتاتور حمام و / أو دوامة. استمر حتى يصبح الحل غائمًا وتختفي الكريه ، مما يشير إلى نجاح تشتت الجسيمات النانوية.
  11. أضف المزيد من الإيثانول الـ200 إلى أنابيب الطرد المركزي حتى 3/4 كامل.
  12. كرر الخطوات 4.8-4.10. ثم، الجمع بين الجسيمات النانوية التي أعيد تعليقها من أربعة أنابيب للطرد المركزي إلى أنبوبين للطرد المركزي. بعد ذلك، كرر الخطوة 4.11.
  13. كرر الخطوات 4.8-4.10 مرة أخرى، والتي سوف تجعل ما مجموعه ثلاثة يغسل مع الهيكسان و 200 الايثانول دليل. لا تضيف أي 200 الايثانول دليل على أنابيب الطرد المركزي.
  14. الجمع بين ونقل الجسيمات النانوية MnO resuspended في الهيكسان في قارورة الزجاج preweighed 20 مل. اترك غطاء القارورة خارجًا للسماح للهيكسان بالتبخر بين عشية وضحاها في غطاء الدخان.
  15. في اليوم التالي، نقل قارورة الزجاج المكشوفة التي تحتوي على الجسيمات النانوية إلى فرن فراغي. حافظ على غطاء القارورة في مكان آمن خارج الفرن. جفف الجسيمات النانوية عند 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
  16. مرة واحدة يتم تجفيف الجسيمات النانوية، واستخدام ملعقة لتفريق مسحوق داخل القارورة. وزن القارورة التي تحتوي على جسيمات نانوية MnO المجففة وطرح الوزن المعروف من قارورة متألق الزجاج لتحديد العائد الجسيمات النانوية.
    تنبيه: يمكن أن تصبح الجسيمات النانوية المجففة محمولة جواً بسهولة وينبغي التعامل معها من قبل الأفراد باستخدام جهاز تنفس جسيم مثل N95 أو P100.
  17. تخزين الجسيمات النانوية في درجة حرارة الغرفة داخل قارورة متألق الزجاج مع غطاء على. التفاف الغطاء مع فيلم من البلاستيك البارافين.

5. حجم الجسيمات النانوية ومورفولوجيا السطح (TEM)

  1. طحن الجسيمات النانوية MnO في مسحوق رقيقة باستخدام هاون وحشرات.
  2. إضافة 5 ملغ من الجسيمات النانوية MnO إلى أنبوب جهاز طرد مركزي مخروطي 15 مل. إضافة 10 مل من 200 الايثانول دليل.
    ملاحظة: يتبخر الإيثانول البروفيّر 200 بسرعة للحصول على انتشار أكثر تجانسًا للجسيمات النانوية على شبكة TEM. يمكن أن يكون لمذيب آخر تعليق جسيمات نانوية أفضل ، ولكنه سيستغرق وقتًا أطول لتتبخر ، وبسبب التوتر السطحي ، تتراكم الجسيمات النانوية على حدود شبكات TEM.
  3. حمام سونيكات خليط الجسيمات النانوية لمدة 5 دقائق أو حتى resuspension كامل من الجسيمات النانوية.
  4. مباشرة عند إعادة النيوسينيون، إضافة ثلاث قطرات 5 ميكرولتر من خليط الجسيمات النانوية على 300 شبكة النحاس دعم فيلم من نوع الكربون-B. دع الهواء يجف.
    1. استخدم ملاقط عكسية لإعداد العينة الأسهل. ضع الشبكة على الملاقط مع الجانب المظلم قبل إضافة القطرات التي تحتوي على الجسيمات النانوية.
      ملاحظة: الشبكات هشة، لذا يجب الحرص على عدم الانحناء وإتلاف الشبكات للحصول على صور أفضل. وبمجرد الجفاف، ينبغي الاحتفاظ بالشبكات داخل صناديق تخزين شبكة TEM المتاحة تجارياً من أجل الحماية.
  5. تقييم شكل وحجم الجسيمات النانوية باستخدام المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM). تطبيق المعلمات النموذجية لTEM بما في ذلك قوة شعاع من 200 كيلو فولت، وحجم بقعة من 1، وتكبير 300x.
  6. جمع الصور على مناطق الشبكة حيث يتم توزيع ما يكفي من الجسيمات النانوية (10 -30 نانو جسيمات) بالتساوي. تجنب المناطق التي تحتوي على تجمعات الجسيمات النانوية، حيث لا يمكن إجراء التحجيم الدقيق إذا لم يتم فصل الجسيمات النانوية بشكل واضح.
    1. صور المناطق من مختلف الساحات الشبكة لضمان توزيع حتى. للحصول على توزيع الحجم الأمثل، خذ ما بين 25-30 صورة من كل عينة للحصول على حجم عينة كاف.

6. التحليل الكمي لقطر الجسيمات النانوية

  1. لتحليل صور TEM مع ImageJ، افتح أول واحدة من الصور بالنقر فوق ملف | مفتوح. حدد الصورة المطلوبة وانقر فوق فتح.
  2. لمعايرة قياس المسافة في ImageJ من بكسل إلى نانومتر، انقر أولاً فوق أداة الخط المستقيم. اضغط على مفتاح Shift وتتبع طول شريط المقياس. ثم، انقر على تحليل | تعيين مقياس.
  3. في الإطار المنبثق تعيين مقياس، اكتب مقياس شريط المقياس الحقيقي في المربع مسافة معروفة (على سبيل المثال، اكتب 50 إذا كان شريط المقياس 50 نانومتر). تغيير وحدة الطول إلى الوحدات المقابلة (على سبيل المثال، نوع نانومتر للناومتر). حدد المربع العمومية للحفاظ على اتساق المقياس في كافة الصور، ثم انقر فوق موافق.
  4. بعد وضع المقياس، استخدم أداة الخط المستقيم لتتبع قطر الجسيمات النانوية. ثم انقر على تحليل | قياس مفاتيح Ctrl+M أو النقر فوقها.
  5. ابحث عن نافذة منبثقة عن النتائج لتظهر مع معلومات مختلفة حول القياس. تأكد من وجود عمود الطول، حيث أنه سيوفر قطر الجسيمات النانوية مع الوحدات المحددة أثناء الخطوة 6.3.
  6. كرر الخطوة 6.4 حتى يتم حجم كافة الجسيمات النانوية في الصورة. للانتقال إلى الصورة التالية، انقر إما فوق ملف | افتح مفاتيح التاليأو Ctrl+Shift+O.
  7. بعد أن يتم حجم جميع الجسيمات النانوية في جميع الصور، انتقل إلى نافذة النتائج وانقر فوق ملف | حفظ باسم. أعد تسمية ملف النتائج وانقر فوق حفظ. عرض وتحليل جميع أقطار الجسيمات النانوية في برنامج جدول البيانات بعد استيراد ملف النتائج.

7. التركيبة الضخمة النانوية (XRD)

  1. إذا لم يتم ذلك خلال الخطوة 5.1، سحق الجسيمات النانوية MnO في مسحوق رقيقة باستخدام هاون وحشرات. ضع مسحوق الجسيمات النانوية الدقيقة في حامل العينة باستخدام ملعقة. اتبع إجراء تحميل العينة المحدد لجهاز الانعراج بالأشعة السينية (XRD) الذي سيتم استخدامه.
  2. تحديد التركيبة المجمعة للجسيمات النانوية MnO باستخدام XRD. اجمع أطياف XRD على مدى 2θ من 10 إلى 110 درجة لعرض قمم MnO (30 درجة إلى 90 درجة) و Mn3O4 (15° إلى 90 درجة).
    ملاحظة: معلمات الإعداد الأخرى الموصى بها ل XRD هي حجم خطوة 0.05 s، قناع شعاع 10 مم، ووقت خطوة مسح 64.77 s.
  3. حفظ . XRD وفتحه في برنامج التحليل XRD.

8. تحليل أطياف XRD

  1. في برنامج التحليل XRD، حدد جميع القمم الرئيسية في طيف XRD المقاس للعينة من خلال النقر على زر IdeAll في البرنامج.
  2. لحفظ البيانات، حدد ملف على شريط الأدوات، متبوعاً بحفظ ك... لحفظ البيانات كملف ASC يمكن فتحه باستخدام برنامج جدول بيانات.
  3. استخدام البرنامج لنمط مطابقة قاعدة بيانات XRD من المركبات المعروفة للعثور على أفضل تطابق تكوين للعينة. لتضييق نطاق البحث، حدد المركبات المتوقعة (مثل المنغنيز والأكسجين).
    1. للنقش يطابق الطيف، اختر تحليل | البحث & تطابق. في النافذة المنبثقة، حدد الكيمياء وانقر على العناصر الكيميائية المطلوبة لتقييد البحث البرنامج على أساس العينة.
    2. بمجرد اختيار كافة العناصر، حدد البحث. انتظر حتى تظهر قائمة بالتراكيب الكيميائية المطابقة لطيف XRD.
      ملاحظة: سوف يوفر البرنامج احتمالية أن تتوافق أطياف XRD المعروفة مع تكوين العينة. إذا تم اختيار اثنين أو أكثر من التراكيب، فإن البرنامج يعطي نسبة تكوين كل منها (على سبيل المثال، MnO مقابل Mn3O4).
  4. إذا رغبت في ذلك، قم بإزالة الخلفية من الطيف XRD بالنقر فوق الزر صالح الخلفية ( figure-protocol-18286 ). ثم انقر فوق الخلفية في الإطار المنبثق، متبوعاً بطرح. تأكد من أن الطيف يظهر بدءاً من 0 على المحور y.
    1. حفظ البيانات مرة أخرى دون الخلفية كما هو موضح في الخطوة 8.2.
  5. عند رسم الطيف XRD، إظهار القمم المميزة لكل مركب مطابق (على سبيل المثال، MnO و Mn3O4).
    1. للحصول على قائمة الذروات المميزة للمركبات المتطابقة من قاعدة البيانات، انقر بزر الماوس الأيمن أولاً فوق طيف التطابق للنمط، ثم حدد إظهار النمط. انتظر حتى تظهر نافذة منبثقة مع كافة المعلومات الذروة المقابلة للنقش المحدد.
    2. حدد، نسخ ولصق المعلومات المطلوبة من هذا المركب، ومؤامرة قمم مميزة مع الطيف XRD قياس في برنامج جدول البيانات.

9. تكوين سطح الجسيمات النانوية (FTIR)

  1. أضف مسحوق جسيمات نانوية MnO الجافة إلى حامل العينة لتحليل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) من فورييه.
  2. تقييم كيمياء سطح الجسيمات النانوية باستخدام FTIR. جمع أطياف FTIR بين 4000 و 400 سم-1 الطول الموجي مع قرار من 4 سم-1.
  3. قم بتنظيف حامل عينة FTIR وإضافة أوليلامين سائل. كرر الخطوة 9.2.

10. تحليل أطياف FTIR

  1. في برنامج تحليل FTIR، قم بإزالة الخلفية من طيف FTIR الذي تم جمعه عن طريق تحديد التحويلات في القائمة المنسدلة، متبوعة بـ "تصحيح خط الأساس". حدد الخطي كنوع التصحيح.
  2. استخدام النقر على الماوس الأيسر لتحديد نقاط الأساس على الطيف الأصلي. بمجرد الانتهاء، احفظ الطيف تحت اسم آخر عن طريق تحديد إضافة أو استبدال الطيف القديم عن طريق تحديد استبدال.
    ملاحظة: يمكن أن يؤدي تصحيح الخلفية إلى تعزيز انتشار ذروة FTIR الأضعف التي تثير الاهتمام.
  3. لتصدير طيف FTIR، حدد أولاً الطيف المحدد من القائمة. ثم انقر فوق ملف على شريط الأدوات، متبوعاً بـ "تصدير الطيف".
  4. اختر تنسيق ملف csv من نافذة حفظ باسم وانقر على حفظ. افتح ملف csv ثم رسمه بيانيًا باستخدام برنامج جدول بيانات.
  5. قارن الجسيمات النانوية المكتسبة MnO مع أطياف OLEYLAMINE FTIR كما هو مفصل في قسم النتائج التمثيلية لتقييم وضع حد أقصى للجسيمات النانوية مع الأوليلامين.

النتائج

لتأكيد نجاح التوليف، ينبغي أن يتم تحليل الجسيمات النانوية MnO لحجم ومورفولوجيا (TEM)، وتكوين الجزء الأكبر (XRD)، وتكوين السطح (FTIR). ويبين الشكل 2 تمثيل TEM صور من الجسيمات النانوية MnO توليفها باستخدام انخفاض نسب من الأوليلامين (OA، واستقرار) إلى اثير dibenzyl (DE، المذيبات العضوية): 60:0، 50:...

Discussion

يصف البروتوكول هنا توليفة سهلة، وعاء واحد من الجسيمات النانوية MnO باستخدام Mn(II) ACAC و DE و OA. Mn(II) ACAC يستخدم كمادة البداية لتوفير مصدر Mn2 + لتشكيل جسيمات نانوية متعددة الأطراف. ويمكن بسهولة استبدال المواد بدءا لتمكين إنتاج جسيمات نانوية أكسيد المعادن الأخرى. على سبيل المثال، عندما يتم تطب...

Disclosures

ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

وقد تم دعم هذا العمل من قبل صناديق بدء تشغيل قسم الهندسة الكيميائية والطبية الحيوية WVU (M.F.B.). الكتاب يود أن يشكر الدكتور مارسيلا Redigolo لتوجيهات بشأن إعداد الشبكة والتقاط الصور من الجسيمات النانوية مع TEM، الدكتور تشيانغ وانغ لدعمه في تقييم XRD و FTIR أطياف، الدكتور جون زوندلو وهنتر Snoderly للبرمجة ودمج وحدة تحكم درجة الحرارة في بروتوكول تخليق الجسيمات النانوية، جيمس هول لمساعدته في تجميع تركيب جسيمات نانوية ، الكسندر Pueschel وجينا فيتو للمساعدة في كمي من جسيمات نانوية MnO من الصور TEM، ومرفق البحوث المشتركة WVU لاستخدام TEM، XRD، وFTIR.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Chemicals and Gases
Benzyl ether (DE)Acros OrganicsAC14840-0010Concentration: 99%, 1 L
DrieriteW. A. Hammond Drierite Co. LTD23001Drierite 8 mesh, 1 lb
EthanolDecon Laboratories 2701200 proof, 4 x 3.7 L
HexaneMacron Fine Chemicals5189-08Concentration:  ≥98.5%, 4 L
Hydrochloric acidVWRBDH3030-2.5LPCConcentration: 36.5 - 38.0 % ACS, 2.5 L
Manganese (II) acetyl acetonate (Mn(II)ACAC)Sigma Aldrich245763-100G100 g
Nitrogen gas tankAirgasNI R300Research 5.7 grade nitrogen, size 300 cylinder
Nitrogen regulatorAirgasY11244D580-AGSingle stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-580 with needle outlet
Oleylamine (OA)Sigma AldrichO7805-500GConcentration: 70%, technical grade, 500 g
Silicone oilBeantown Chemical221590-100G100 g
Equipment
CentrifugeBeckman-CoulterAvanti J-EJA-20 fixed-angle aluminum rotor, 8 x 50 mL, 48,400 x g
Hemisphere mantleAce Glass Inc.12035-17115 V, 270 W, 500 mL, temperature up to 450 °C
Hot plate stirrerVWR97042-642120 V, 1000 W, 8.3 A, ceramic top
Temperature controllerYokogawa Electric CorporationUP351
Temperature probeOmegaKMQXL-040G-12Immersion probe, temperature up to 1335 °C
Vacuum ovenFisher Scientific282A120 V, 1800 W, temperature up to 280 °C
Vortex mixerFisher Scientific02-215-365120 V, 50/60 Hz, 150 W
Water bath sonicatorFisher ScientificFS30HUltrasonic power 130 W, 3.7 L tank
Tools and Materials
Dumont tweezerElectron Microscopy Sciences72703DStyle 5/45, Dumoxel, 109 mm, for picking up TEM grids
Dumont reverse tweezerTed Pella5748Style N2a, 118 mm, NM-SS, self-closing, holding TEM grids in place for sample preparation
Mortar and pestleAmazonBS0007BIPEE agate mortar and pestle, 70 X 60 X 15 mm labware
Nalgene™ Oak Ridge tubesThermoFisher Scientific3139-0050Polypropylene copolymer, 50,000 x g, 50 mL, pack of 10
Scintillation vialsFisher Scientific03-337-420 mL vials with white caps, case of 500
TEM gridsTed Pella01813-FCarbon Type-B, 300 mesh, copper, pack of 50
Glassware Setup
4-neck round bottom flaskChemglass Life SciencesCG-1534-0124/40 joint, 500 mL, #7 chem thread for thermometers
6-port vacuum manifoldChemglass Life SciencesCG-4430-02480 nm, 6 ports, 4 mm PTFE stopcocks
AdapterChemglass Life SciencesCG-1014-0124/40 inner joint, 90°
CondenserChemglass Life SciencesCG-1216-0324/40 joint, 365 mm, 250 mm jacket length
Drierite 26800 drying columnCole-Parmer EW-07193-00200 L/hr, 90 psi
FunnelChemglass Life SciencesCG-1720-L-0224/40 joint, 100 powder funnel, 195 mm OAL
Interlocked worm gear hose clampGrainger16P2921/2" wide stainless steel clamp, 3/8" to 7/8" diameter, to secure condenser tubing, 10 pack 
Keck clipsKemtech America IncCS00244024/40 joint
Metal claw clampFisher Scientific05-769-7Q22cm, three-prong extension clamps
Metal claw clamp holderFisher Scientific05-754QClamp regular holder
Mineral oil bubblerKemtech America IncB257040185 mm
Rotovap trapChemglass Life SciencesCG-1319-0224/40 joints, 100 mL, self washing rotary evaporator
Rubber stopperChemglass Life SciencesCG-3022-9824/40 joints, red rubber
Tubing for air/water McMaster-Carr6516T21Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 1/4" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for air/water McMaster-Carr6516T26Clear Tygon PVC for air/water, B-44-3, 3/8" ID, 1/16" wall, 25 ft
Tubing for chemicalsMcMaster-Carr5155T34Clear Tygon PVC for chemicals, E-3603, 3/8" ID, 1/16" wall, 50 ft
Analysis Programs
XRD analysis programMalvern PanalyticalN/AX'Pert HighScore Plus
FTIR analysis programVarian, Inc.N/AVarian Resolutions Pro

References

  1. Felton, C., et al. Magnetic nanoparticles as contrast agents in biomedical imaging: recent advances in iron- and manganese-based magnetic nanoparticles. Drug Metabolism Reviews. 46 (2), 142-154 (2014).
  2. Hsu, B. Y. W., et al. Relaxivity and toxicological properties of manganese oxide nanoparticles for MRI applications. RSC Advances. 6 (51), 45462-45474 (2019).
  3. Wierzbinski, K. R., et al. Potential use of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vitro and in vivo bioimaging of human myoblasts. Scientific Reports. 8 (1), 1-17 (2018).
  4. Vukojević, V., et al. Enzymatic glucose biosensor based on manganese dioxide nanoparticles decorated on graphene nanoribbons. Journal of Electroanalytical Chemistry. 823, 610-616 (2018).
  5. George, J. M., Antony, A., Mathew, B. Metal oxide nanoparticles in electrochemical sensing and biosensing: a review. Microchimica Acta. 185 (7), 358 (2018).
  6. Fei, J., et al. Tuning the Synthesis of Manganese Oxides Nanoparticles for Efficient Oxidation of Benzyl Alcohol. Nanoscale Research Letters. 12, (2017).
  7. Le, T. H., Ngo, T. H. A., Doan, V. T., Nguyen, L. M. T., Le, M. C. Preparation of Manganese Dioxide Nanoparticles on Laterite for Methylene Blue Degradation. Journal of Chemistry. 2019, 1602752 (2019).
  8. Kuo, C. H., et al. Robust Mesoporous Manganese Oxide Catalysts for Water Oxidation. ACS Catalysis. 5 (3), 1693-1699 (2015).
  9. Farzana, R., Rajarao, R., Hassan, K., Behera, P. R., Sahajwalla, V. Thermal nanosizing: Novel route to synthesize manganese oxide and zinc oxide nanoparticles simultaneously from spent Zn-C battery. Journal of Cleaner Production. 196, 478-488 (2018).
  10. Elbasuney, S., Elsayed, M. A., Mostafa, S. F., Khalil, W. F. MnO2 Nanoparticles Supported on Porous Al2O3 Substrate for Wastewater Treatment: Synergy of Adsorption, Oxidation, and Photocatalysis. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. , (2019).
  11. Shapiro, E. M., et al. MRI detection of single particles for cellular imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (30), 10901-10906 (2004).
  12. Shapiro, E. M., Skrtic, S., Koretsky, A. P. Sizing it up: Cellular MRI using micron-sized iron oxide particles. Magnetic Resonance in Medicine. 53 (2), 329-338 (2005).
  13. Bennewitz, M. F., Tang, K. S., Markakis, E. A., Shapiro, E. M. Specific chemotaxis of magnetically labeled mesenchymal stem cells: implications for MRI of glioma. Molecular imaging and biology: MIB: the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 14 (6), 676-687 (2012).
  14. Bennewitz, M. F., et al. Biocompatible and pH-Sensitive PLGA Encapsulated MnO Nanocrystals for Molecular and Cellular MRI. ACS Nano. 5 (5), 3438-3446 (2011).
  15. Chen, Y., et al. Manganese oxide-based multifunctionalized mesoporous silica nanoparticles for pH-responsive MRI, ultrasonography and circumvention of MDR in cancer cells. Biomaterials. 33 (29), 7126-7137 (2012).
  16. Park, M., et al. Large-Scale Synthesis of Ultrathin Manganese Oxide Nanoplates and Their Applications to T1 MRI Contrast Agents. Chemistry of Materials. 23 (14), 3318-3324 (2011).
  17. Duan, B., et al. Core-Shell Structurized Fe3O4@C@MnO2 Nanoparticles as pH Responsive T1-T2* Dual-Modal Contrast Agents for Tumor Diagnosis. ACS Biomaterials Science & Engineering. 4 (8), 3047-3054 (2018).
  18. Hao, Y., et al. Multifunctional nanosheets based on folic acid modified manganese oxide for tumor-targeting theranostic application. Nanotechnology. 27 (2), 025101 (2015).
  19. Shi, Y., Guenneau, F., Wang, X., Hélary, C., Coradin, T. MnO2-gated Nanoplatforms with Targeted Controlled Drug Release and Contrast-Enhanced MRI Properties: from 2D Cell Culture to 3D Biomimetic Hydrogels. Nanotheranostics. 2 (4), 403-416 (2018).
  20. Zhang, H., et al. Revisiting the coordination chemistry for preparing manganese oxide nanocrystals in the presence of oleylamine and oleic acid. Nanoscale. 6 (11), 5918 (2014).
  21. McDonagh, B. H., et al. L-DOPA-Coated Manganese Oxide Nanoparticles as Dual MRI Contrast Agents and Drug-Delivery Vehicles. Small. 12 (3), 301-306 (2016).
  22. Ding, X., et al. Polydopamine coated manganese oxide nanoparticles with ultrahigh relaxivity as nanotheranostic agents for magnetic resonance imaging guided synergetic chemo-/photothermal therapy. Chemical Science. 7 (11), 6695-6700 (2016).
  23. Wei, R., et al. Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery. Nano Letters. 19 (8), 5394-5402 (2019).
  24. Na, H. B., et al. Development of a T1 contrast agent for magnetic resonance imaging using MnO nanoparticles. Angewandte Chemie (International Ed. in English). 46 (28), 5397-5401 (2007).
  25. Rockenberger, J., Scher, E. C., Alivisatos, A. P. A New Nonhydrolytic Single-Precursor Approach to Surfactant-Capped Nanocrystals of Transition Metal Oxides. Journal of the American Chemical Society. 121 (49), 11595-11596 (1999).
  26. Han, C., et al. Synthesis of a multifunctional manganese(II)-carbon dots hybrid and its application as an efficient magnetic-fluorescent imaging probe for ovarian cancer cell imaging. Journal of Materials Chemistry B. 4 (35), 5798-5802 (2016).
  27. Wang, A., et al. Redox-mediated dissolution of paramagnetic nanolids to achieve a smart theranostic system. Nanoscale. 6 (10), 5270-5278 (2014).
  28. Jia, Q., et al. A Magnetofluorescent Carbon Dot Assembly as an Acidic H2O2-Driven Oxygenerator to Regulate Tumor Hypoxia for Simultaneous Bimodal Imaging and Enhanced Photodynamic Therapy. Advanced Materials. 30 (13), 1706090 (2018).
  29. Yang, B., et al. A three dimensional Pt nanodendrite/graphene/MnO 2 nanoflower modified electrode for the sensitive and selective detection of dopamine. Journal of Materials Chemistry B. 3 (37), 7440-7448 (2015).
  30. Li, J., Li, D., Yuan, R., Xiang, Y. Biodegradable MnO2 Nanosheet-Mediated Signal Amplification in Living Cells Enables Sensitive Detection of Down-Regulated Intracellular MicroRNA. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (7), 5717-5724 (2017).
  31. Fan, H., et al. A Smart DNAzyme-MnO2 Nanosystem for Efficient Gene Silencing. Angewandte Chemie International Edition. 54 (16), 4801-4805 (2015).
  32. Zhang, Y., et al. A real-time fluorescence turn-on assay for acetylcholinesterase activity based on the controlled release of a perylene probe from MnO 2 nanosheets. Journal of Materials Chemistry C. 5 (19), 4691-4694 (2017).
  33. Meng, H. M., et al. Multiple Functional Nanoprobe for Contrast-Enhanced Bimodal Cellular Imaging and Targeted Therapy. Analytical Chemistry. 87 (8), 4448-4454 (2015).
  34. Zhao, Z., et al. Activatable Fluorescence/MRI Bimodal Platform for Tumor Cell Imaging via MnO2 Nanosheet-Aptamer Nanoprobe. Journal of the American Chemical Society. 136 (32), 11220-11223 (2014).
  35. Chen, J. L., et al. A glucose-activatable trimodal glucometer self-assembled from glucose oxidase and MnO 2 nanosheets for diabetes monitoring. Journal of Materials Chemistry B. 5 (27), 5336-5344 (2017).
  36. Yang, G., et al. Hollow MnO 2 as a tumor-microenvironment-responsive biodegradable nano-platform for combination therapy favoring antitumor immune responses. Nature Communications. 8 (1), 1-13 (2017).
  37. Wu, Y., et al. Versatile in situ synthesis of MnO2 nanolayers on upconversion nanoparticles and their application in activatable fluorescence and MRI imaging. Chemical Science. 9 (24), 5427-5434 (2018).
  38. Jing, X., et al. Intelligent nanoflowers: a full tumor microenvironment-responsive multimodal cancer theranostic nanoplatform. Nanoscale. 11 (33), 15508-15518 (2019).
  39. Peng, Y. K., et al. Engineered core-shell magnetic nanoparticle for MR dual-modal tracking and safe magnetic manipulation of ependymal cells in live rodents. Nanotechnology. 29 (1), 015102 (2018).
  40. Ren, S., et al. Ternary-Responsive Drug Delivery with Activatable Dual Mode Contrast-Enhanced in vivo Imaging. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (38), 31947-31958 (2018).
  41. Zhen, W., et al. Multienzyme-Mimicking Nanocomposite for Tumor Phototheranostics and Normal Cell Protection. ChemNanoMat. 5 (1), 101-109 (2019).
  42. Tang, W., et al. Wet/Sono-Chemical Synthesis of Enzymatic Two-Dimensional MnO2 Nanosheets for Synergistic Catalysis-Enhanced Phototheranostics. Advanced Materials. 31 (19), 1900401 (2019).
  43. Ding, B., Zheng, P., Ma, P., Lin, J. Manganese Oxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, and Theranostic Applications. Advanced Materials. , 1905823 (2020).
  44. Schladt, T. D., Graf, T., Tremel, W. Synthesis and Characterization of Monodisperse Manganese Oxide Nanoparticles-Evaluation of the Nucleation and Growth Mechanism. Chemistry of Materials. 21 (14), 3183-3190 (2009).
  45. Yin, M., O'Brien, S. Synthesis of Monodisperse Nanocrystals of Manganese Oxides. Journal of the American Chemical Society. 125 (34), 10180-10181 (2003).
  46. Chen, Y., Johnson, E., Peng, X. Formation of Monodisperse and Shape-Controlled MnO Nanocrystals in Non-Injection Synthesis: Self-Focusing via Ripening. Journal of the American Chemical Society. 129 (35), 10937-10947 (2007).
  47. Nolis, G. M., Bolotnikov, J. M., Cabana, J. Control of Size and Composition of Colloidal Nanocrystals of Manganese Oxide. Inorganic Chemistry. 57 (20), 12900-12907 (2018).
  48. Seo, W. S., et al. Size-Dependent Magnetic Properties of Colloidal Mn3O4 and MnO Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 43 (9), 1115-1117 (2004).
  49. Douglas, F. J., et al. Formation of octapod MnO nanoparticles with enhanced magnetic properties through kinetically-controlled thermal decomposition of polynuclear manganese complexes. Nanoscale. 6 (1), 172-176 (2013).
  50. Salazar-Alvarez, G., Sort, J., Suriñach, S., Baró, M. D., Nogués, J. Synthesis and Size-Dependent Exchange Bias in Inverted Core-Shell MnO|Mn 3 O 4 Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 129 (29), 9102-9108 (2007).
  51. Zhang, T., Ge, J., Hu, Y., Yin, Y. A General Approach for Transferring Hydrophobic Nanocrystals into Water. Nano Letters. 7 (10), 3203-3207 (2007).
  52. Chhour, P., et al. Nanodisco balls: control over surface versus core loading of diagnostically active nanocrystals into polymer nanoparticles. ACS nano. 8 (9), 9143-9153 (2014).
  53. Suk, J. S., Xu, Q., Kim, N., Hanes, J., Ensign, L. M. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 99, 28-51 (2016).
  54. Huang, C. C., Khu, N. H., Yeh, C. S. The characteristics of sub 10 nm manganese oxide T1 contrast agents of different nanostructured morphologies. Biomaterials. 31 (14), 4073-4078 (2010).
  55. Zhao, N., et al. Size-Controlled Synthesis and Dependent Magnetic Properties of Nearly Monodisperse Mn3O4 Nanocrystals. Small. 4 (1), 77-81 (2008).
  56. He, D., Hai, L., He, X., Yang, X., Li, H. W. Glutathione-Activatable and O2/Mn2+-Evolving Nanocomposite for Highly Efficient and Selective Photodynamic and Gene-Silencing Dual Therapy. Advanced Functional Materials. 27 (46), 1704089 (2017).
  57. He, D., et al. Redox-responsive degradable honeycomb manganese oxide nanostructures as effective nanocarriers for intracellular glutathione-triggered drug release. Chemical Communications. 51 (4), 776-779 (2015).
  58. Chen, Y., et al. Multifunctional Graphene Oxide-based Triple Stimuli-Responsive Nanotheranostics. Advanced Functional Materials. 24 (28), 4386-4396 (2014).
  59. Prasad, P., et al. Multifunctional Albumin-MnO2 Nanoparticles Modulate Solid Tumor Microenvironment by Attenuating Hypoxia, Acidosis, Vascular Endothelial Growth Factor and Enhance Radiation Response. ACS Nano. 8 (4), 3202-3212 (2014).
  60. Perez De Berti, I., et al. Alternative low-cost approach to the synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles by thermal decomposition of organic precursors. Nanotechnology. 24, 175601 (2013).
  61. Mourdikoudis, S., Liz-Marzán, L. M. Oleylamine in Nanoparticle Synthesis. Chemistry of Materials. 25 (9), 1465-1476 (2013).
  62. Zheng, M., et al. A simple additive-free approach for the synthesis of uniform manganese monoxide nanorods with large specific surface area. Nanoscale Research Letters. 8 (1), 166 (2013).
  63. Xu, Z., Shen, C., Hou, Y., Gao, H., Sun, S. Oleylamine as Both Reducing Agent and Stabilizer in a Facile Synthesis of Magnetite Nanoparticles. Chemistry of Materials. 21 (9), 1778-1780 (2009).
  64. Hou, Y., Xu, Z., Sun, S. Controlled Synthesis and Chemical Conversions of FeO Nanoparticles. Angewandte Chemie. 119 (33), 6445-6448 (2007).
  65. McCall, R. L., Sirianni, R. W. PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS. Journal of Visualized Experiments. (82), (2013).
  66. Le Joncour, V., Laakkonen, P. Seek & Destroy, use of targeting peptides for cancer detection and drug delivery. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 26 (10), 2797-2806 (2018).
  67. Perry, J. L., et al. Mediating Passive Tumor Accumulation through Particle Size, Tumor Type, and Location. Nano Letters. 17 (5), 2879-2886 (2017).
  68. Tang, L., et al. Investigating the optimal size of anticancer nanomedicine. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (43), 15344-15349 (2014).
  69. Godunov, E. B., Izotov, A. D., Gorichev, I. G. Dissolution of Manganese Oxides of Various Compositions in Sulfuric Acid Solutions Studied by Kinetic Methods. Inorganic Materials. 54 (1), 66-71 (2018).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

160 II

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved