Биздин изилдөөнүн жүрүшүндө алтындын Fusi формасындагы нанобөлүкчөлөрү суюктуктардагы импульстук плазма жолу менен алынды.  Илимий изилдөөнүн өзү Springer Nature журналында жарыяланган.

Алтындын нанобөлүкчөлөрү химия, физика, материал таануу, электроника, катализ жана бионанотехнология сыяктуу көптөгөн тармактарда кеңири колдонулгандыгына байланыштуу  изилдөөчүлөрдүн көңүл борборунда туруп келет.

Маселен, медицина тармагынын кызыкчылыгынан караганда, алтындын нанобөлүкчөлөрү биомедицина менен хирургияда, in vivo сүрөттөөдө, дары-дармекти даректүү жеткирүүдө жана ткань инженериясында, терапия менен томографияда колдонулуп, сыналган.

Ошондой эле, алтын нанобөлүкчөлөрүнүн сенсордук жана антибактериалдык касиеттерине байланыштуу колдонулуш мүмкүнчүлүктөрү да жакындан тарта белгилүү болду.

Алтын нанобөлүкчөлөрүн даярдоо үчүн колдонулган көптөгөн ыкмалар бар. Алар: “жашыл” кычкылдандыруу, химиялык калыбына келтирүү, бактериялык синтез, грибок синтези, лазердик солвотермикалык, галогенсиз синтез жана урук аралык синтез ыкмалары.

Биз бул макалада суюктуктардагы импульстук плазма жолун колдонуу менен синтезделген Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү тууралуу учкай айтып беребиз.

Суюктуктардагы импульстук плазма ыкмасы металл электроддор бири-бирине тийишүүсүнөн улам пайда болгон дисперсиялык кубулушка негизделген.

1-сүрөт: Суюктуктардагы импульстук плазма методунун схемалык түзүмү.

Ыкманын өзгөчөлүгү – эрозия процессинин локалдуу болгондугунда. Локалдык зонада бир импульстун узактыгы өтө кыска (10⁻³–10⁻⁵ секунда), ал эми токтун күчү абдан кубаттуу(10⁶–10⁸ A/cm²) жана разряд каналында температура менен басым  дагы  жогору болот.

Бул ыкманын кемчилиги – кээде синтезделген нанобөлүкчөлөрдүн ар кандай фазаларына жана морфологиясына байланыштуу аларды бири-биринен бөлүп алуунун (сепарация кылуу) кыйынчылыгы.

 

Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрдү алуу

 

Биздин сунуш кылынган ыкмабыз жөнөкөй иштейт, көп реактивдерди жана сфералык нанобөлүкчөлөрдү алууда өзгөчө шарттарды талап кылбайт.

Суюктуктардагы импульстук плазма ыкмасы аркылуу гексанга алтын электроддорун дисперсиялоо менен алынган алтын нанобөлүкчөлөрүнүн эритмесинен алтынды калыбына келтирүү менен Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрүн синтездедик.

Натрийдин цитраты аркылуу алтындын нано-эритмесин калыбына келтирүү менен Fusi  формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү алынды.

Алынган нанобөлүкчөлөрдүн узундугу 50-150 нанометрге чейин жетсе, диаметри болсо 5–15 нанометрди түздү.

Биздин ыкма менен алынган Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү башка жолдор менен синтезделген, мисалы шпиндель түрүндөгү алтын нанобөлүкчөлөрүнөн айырмаланат.

Алардын структуралык түзүлүшү бош, тыгыздыктары жогору жана өлчөмү да чоңураак, мисалы, узундугу 300–400 нанометр, диаметри 100–150 нанометрге чейин жетет.

Буга чейин окумуштуулар тарабынан анизотроптук алтын нанобөлүкчөлөрү жана наноструктуралар үч бурчтук, жылдызча жана таякча формасында даярдалган (2-сүрөт).

2-сүрөт: Анизотропиялык алтын нанобөлүкчөлөрү жылдыз, үч бурчтук жана таякча формаларында.

Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү жакынкы мезгилдерде гана даярдалып башталды; анда Fusi нанобөлүкчөлөрүнөн 1-D таякчаларына чейинки формалык өсүү эволюциясы аркылуу өсүү эритмесинин көлөмү жөнгө салынат.

Буга чейин жөнөкөй “нымдуу химиялык ыкманы” колдонуу менен шпиндель түрүндөгү алтын нанобөлүкчөлөрү ири өлчөмдө ийгиликтүү даярдалган. Анда бөлмө температурасында бромид, цетил-триметил-аммоний колдонулуп, аскорбин кислотасы (АА) калыбына келтиргич иретинде кызмат кылган.

 

Алынган  алтын нанобөлүкчөлөрдү изилдөө

 

Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү трансмиссиялык электрондук микроскопия (TЭM) анализи аркылуу изилденди.

ТЭМ анализи алтын нанобөлүкчөлөрүнүн эритмесинен үлгү салынуучу жез элекчесине тамчылатуу аркылуу ишке ашты.

Анализдин жыйынтыктары 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, суюктуктардагы импульстук плазма жолу менен синтезделген алтын нанобөлүкчөлөрү: катуу  жана жумшак Fusi формадагы алтын нанобөлүкчөлөрү (а, d); Fusi формасындагы  алтын нанобөлүкчөлөрүнүн агрегаттары (b, c).

3-сүрөт: Суюктуктардагы импульстук плазма жолу менен даярдалган Fusi формаcындагы алтын нанобөлүкчөлөрүнүн ТЭМ сүрөттөрү: жумшак жана катуу алтын нанобөлүкчөлөрү; Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрүнүн агрегаттары.

Рентген-структуралык анализ бизге алынган үлгүлөрдүн структуралык абалын, тазалыгын (бир тектүүлүгүн) жана фазлык курамын аныктоого жардам берет.

Рентген-структуралык анализдин жыйынтыктары боюнча биздин алтын нанобөлүкчөлөрдүн  кургак күкүм үлгүлөрүнүн  орточо өлчөмү 2,5 нанометрге барабар.

Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү суюктуктардагы импульстук плазма ыкмасын колдонуу менен ийгиликтүү синтезделди.

Алынган нанобөлүкчөлөрдүн морфологиясы жана Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрүнүн алуунун механизмдери толук изилденип бүтө элек.

Бирок бул жумуш алдыда оригиналдуу жана  Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрүн даярдоого  ири салымын кошуп, пайдасын берет деп ишенебиз.

 

Илимий терминдерге түшүндүрмө:

Fusi формасындагы алтын нанобөлүкчөлөрү – борбору кененирээк, учтары ичке болгон уюлчук формасындагы нанотүзүмдөр. Алардын узундугу, адатта, 50дөн 150 нанометрге чейин, ал эми диаметри 5тен 15 нанометрге чейин өзгөрөт. Башка алтын нанобөлүкчөлөрү сыяктуу эле, Fusi формасындагы нанобөлүкчөлөрү да беткабатынын плазмондук резонансына ээ, бул касиет аларды сенсорлордо жана сүрөт тартууда колдонууга мүмкүнчүлүк берет. Өзгөчө формасы жана өлчөмү бул бөлүкчөлөрдү дары заттарды жеткирүү системаларында колдонууга ыңгайлуу кылат. Алар белгилүү бир клеткаларга же ткандарга багытталып иштелип чыгышы мүмкүн. Бул нанобөлүкчөлөрдүн оптикалык касиеттери, айрыкча плазмондук резонансы, биосенсордук максатта, ошондой эле катализ, электроника, жана башка тармактарда да колдонулушу мүмкүн.

Шпиндель түрүндөгү алтын нанобөлүкчөлөрү – узартылган, учтары жука шпинделге окшош формадагы нанобөлүкчөлөр. Бул бөлүкчөлөрдү ар кандай ыкмалар менен синтездөөгө болот, анын ичинде электрохимиялык чөгүү жана биогендик процесстер бар. Аларда беттик плазмондук резонанс (SPR) сыяктуу өзгөчө оптикалык касиеттер болот, бул касиеттер аларды биосенсорлордо жана дары жеткирүүдө колдонууга мүмкүнчүлүк берет.

Fusi формасы (латын тилинен fusus — «шпиндель») – борбор жагы кеңейип, учтары жука болуп кеткен форма. Бул форма лимон сымал формага окшош, бирок көбүнчө түзүмдүн борбордук бөлүгүнүн бир же эки четинен уланган кеңейүүсү менен мүнөздөлөт.

Суюктуктун ичиндеги импульстук плазма – бул эки металл электродунун ортосундагы электр разрядын суюктуктун ичинде колдонуу менен плазма пайда кылып, наноматериалдарды алуу ыкмасы. Бул ыкма жөнөкөйлүгү, арзан чыгымы жана экологияга зыянсыздыгы менен айрымаланат.

Дисперсия – физикада толкундун ылдамдыгы анын жыштыгына же толкун узундугуна жараша өзгөргөн кубулуш. Бул ар кандай жыштыктагы же толкун узундугундагы толкундар бир эле чөйрөдө ар башка ылдамдыкта жүрөт, натыйжада толкун таркап же бөлүнүп кетет дегенди билдирет.

Натрий цитраты – лимон кислотасынын тузу катары да белгилүү болгон ак порошок. Ал алтын нанобөлүкчөлөрүн (AuNPs) синтездөөдө кеңири колдонулат, бул процессте калыбына келтирүүчү, туруктуулукту камсыздоочу зат катары кызмат кылат.

Гексан – химиялык формуласы C₆H₁₄ болгон көмүр суутек. Гексан изомерлери органикалык реакцияларда көбүнчө эриткич катары колдонулат. Гексан алтын нанобөлүкчөлөрүн (AuNPs) синтездөөдө, туруктуу кылууда да кеңири колдонулуучу эриткич.

Алтын электрод – алтындан жасалган электроддор, алар алтындын мыкты өткөрүмдүүлүгү, химиялык туруктуулугу жана биосактоо жөндөмдүүлүгү үчүн электрохимияда, биосенсорлордо жана нанотехнологияда кеңири колдонулат.

Нанометр (нм) – узундуктун бирдиги, ал бир метрдин миллиарддан бир бөлүгүнө (10⁻⁹ метрге) барабар. Бул абдан кичинекей өлчөм. Мисалы, алтындын жалгыз атомунун диаметри болжол менен үчтөн бир нанометрди түзөт. Нанометрлер нанотехнология тармагына тиешелүү болгон наноөлчөмдөгү объектилердин көлөмүн ченөөдө колдонулат.

 

Шилтемелер:

1. Бул макалага негиз болгон илимий изилдөө Springer Nature https://link.springer.com/…%3D.журналында  жарыяланган.
2. Башкы сүрөт Unsplash.com сайтынан алынды, автору Alexander Gray.
3. Макала ичиндеги сүрөттөрдү автор сунуш  кылды.
4. Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.