نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
نانوذرات سریم‌اکسید کاربردهای گستردهای در حوزه‌ی پزشکی دارند. اندازه‌ی ذرات، شکل و غلظت نانوسریا برای استفاده‌ی بیولوژیکی و زیستسازگاری آنها اهمیت زیادی دارد. روش تولید نانوذرات سریم‌اکسید نقش مهمی در تعیین شکل، اندازه‌ی ذرات و غلظت آن ایفا میکند. در این مطالعه، پارامترهای موثر در تعیین غلظت، اندازه و پراکندگی ذرات، کریستالی بودن و تولید بیش‌ترین مقدار سریم‌اکسید از مواد اولیه، شبیهسازی و آزمایش شده است. از آن‌جا که کنترل نانوذرات تولید شده با روشهای مختلف به چالشی مهم تبدیل شده، برای کنترل اندازه‌ی ذرات سریم‌اکسید از روش آسان و بسیار موثر به کارگیری تراشه‌ی میکروفلوئید استفاده شده است. از میان روشهای موجود برای تولید نانوذرات، روش همرسوبی به دلیل سادگی فرایند، کم‌هزینه بودن و صرفه‌جویی در زمان نسبت به سایر روشها انتخاب شده است. از سریم‌نیترات و سدیم‌هیدروکسید به عنوان مواد اولیه برای تولید نانوذرات سریم‌اکسید استفاده شده است. شبیهسازی در نرم‌افزار کامسول انجام شده و از نتایج به دست آمده برای انجام آزمایشات تجربی، مقایسه و صحت‌سنجی استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داده که استفاده از تراشه‌ی میکروفلوئید روشی موثر برای کنترل اندازه‌ی نانوذرات است و افزایش غلظت سدیم‌هیدروکسید سبب کامل شدن واکنش و تولید حداکثر سریم‌اکسید و کاهش سرعت واکنش دهنده سبب کاهش پراکندگی، افزایش کریستالی بودن ذرات و افزایش اندازه‌ی ذرات تولید شده میشود. رسوب زردرنگ تولید شده در این روش، با توجه به معادله‌ی شرر حاوی نانوذرات سریم‌اکسید با اندازه‌ی ذرات 1/0±16/1 نانومتر و 85% ذرات کریستالی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Investigation of The Optimal Synthesis Conditions of Biocompatible Cerium Oxide Nanoparticles by Microfluidic Chip
نویسندگان [English]
- Mohadese Shahriaripour 1
- Sasan Asiaei 2
1 M.Sc. Student, Biomedical Engineering Group, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Biomedical Engineering Group, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]
Cerium oxide nanoparticles have many applications in medicine. Particle size, shape and concentration of nanoceria are very important for biological applications and biocompatibility. The synthesis method of cerium oxide nanoparticles has an important role in determining nanoceria shape, particle size and concentration. In this project, the effective parameters in determining the concentration, size and size distribution, crystallinity and production of maximum cerium oxide produced from the reactants were simulated and tested. Since in different method, particle size control has become an important challenge, microfluidic chips were used to control particle size. Among the existing methods for nanoparticle synthesis, co-precipitation method was chosen because of its simplicity, cheapness and short time method compared with other methods. Cerium nitrate and sodium hydroxide were used as raw materials to synthesize cerium oxide nanoparticles. Simulations were performed in Comsol and then the results were used for experimental tests, comparison and validation. The nanoparticles were characterized for size and size distribution using x-ray diffraction. The results of this study showed that the use of microfluidic chips is an effective method for controling nanoparticle size. Increasing concentration of sodium hydroxide can complete reaction and have maximum efficiency and decreasing the reactives velocity can reduce the size dispersion, increases the crystallinity and particle size. The yellow precipitate produced, according to Scherer equation, contains cerium oxide nanoparticles with particle size of 1.16±0.1 nm and 85% of crystallinity.
کلیدواژه‌ها [English]
- Nanoparticles
- Microfluidic Chip
- Cerium Oxide
- Ceria Nanoparticles
- Co-Precipitation Method
- A.-H. S. A.-D. M.MG. Fouda, “Antibacterial modification of cotton using nanotechnology,” Carbohydrate polymers, V 92, I 2, pp. 943-954, 2013.
- A. I. Kosacki, “Microstructure—Property relationships in nanocrystalline oxide thin films,” Ionics, V 6, I 3, pp. 294-311, 2000.
- T. A. P. C. W. J. Muhammad Usman, “Analysis of passive mixing in a serpentine microchannel with sinusoidal side walls,” Micromachines, V 9, I 1, p. 8, 2018.
- L. H. W. A. A. A. B. M. N. A. M. A. H. Hasnia, “Finite element simulation of antigen-antibody transport and adsorption in a microfluidic chip,” Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, V 104, pp. 177-186, 2018.
- K. K. Z. Y. S. Thoriq, “Advancements in microfluidics for nanoparticle separation,” Lab on a Chip, V 17, I 1, pp. 11-33, 2017.
- H. L, “Ionic conduction in nanocrystalline materials,” Solid State Ionics, V 131, I 12, pp. 143-157, 2000.
- N. S. Rajeshkumar, “Synthesis and biomedical applications of cerium oxide nanoparticles--a review,” Biotechnology Reports, V 17, pp. 1-5, 2018.
- B. S. H. S. H. M. D. J. V. L. H. K. M. M. S. Kargozar, “Biomedical applications of nanoceria: new roles for an old player,” Nanomedicine, V 13, I 23, pp. 3051-3069, 2018.
- H. S. F. A. M. M.Naseri-Nosar, “Cerium oxide nanoparticle-containing poly ($varepsilon$-caprolactone)/gelatin electrospun film as a potential wound dressing material: in vitro and in vivo evaluation,” Materials Science and Engineering: C, V 81, pp. 366-372, 2017.
- Q. C. S. J. L.Wong, “Catalytic nanoceria are preferentially retained in the rat retina and are not cytotoxic after intravitreal injection,” PloS one, V 8, I 3, p. e58431, 2013.
- X. D. J. J.Fergus, Solid oxide fuel cells: materials properties and performance, CRC press, 2016.
- M.-K. M.-N. M.Panahi-Kalamuei, “Synthesis and characterization of CeO2 nanoparticles via hydrothermal route,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, V 21, pp. 1301-1305, 2015.
- M. M. A. S. S. S. K.Polychronopoulou, “Rapid microwave assisted sol-gel synthesis of CeO2 and CexSm1-xO2 nanoparticle catalysts for CO oxidation,” Molecular Catalysis, V 428, pp. 41-55, 2017.
- S. Joon.Lee, “Synthesis of nano-sized ceria powders by two-emulsion method using sodium hydroxide,” Materials Letters, V 59, I 2-3, pp. 395-398, 2005.
- X. Z. Z. C. Y.Li, “Synthesis of CeO2 nanoparticles by mechanochemical processing and the inhibiting action of NaCl on particle agglomeration”, Materials Letters, V 59, I 1, pp. 48-52, 2005.
- Q. K. A. J. J.Yu, “Sonochemical preparation of nanoporous composites of titanium oxide and size-tunable strontium titanate crystals”, Langmuir, V 19, I 18, pp. 7673-7675, 2003.
- J. W.Chen, “Combustion synthesis and characterization of nanocrystalline CeO2-based powders via ethylene glycol--nitrate process”, Materials Letters, V 60, I 1, pp. 57-62, 2006.
- H. X-D.Zhou, “Processing of nanometer-scale CeO2 particles,” Chemistry of materials, V 15, I 2, pp. 378-382, 2003.
- M. J. E.Sasmaz, “In situ spectroscopic investigation of a Pd local structure over Pd/CeO 2 and Pd/MnO x--CeO 2 during CO oxidation”, Journal of Materials Chemistry A, V 5, I 25, pp. 12998-13008, 2017.
- E.-E. M. D. O. Kepenekci, “Effect of alkali metal hydroxides on the morphological development and optical properties of ceria nanocubes under hydrothermal conditions”, Journal of nanoscience and nanotechnology, V 11, I 4, pp. 3565-3577, 2011.
- a. P. B. Palanisamy, “Continuous flow synthesis of ceria nanoparticles using static T-mixers”, Chemical engineering science, V 78, pp. 46-52, 2012.
- a. R. Y. a. H. L. a. T. Y. a. J. T. a. L. W. a. J. H. Feng, “Tri-fluid mixing in a microchannel for nanoparticle synthesis”, Lab on a Chip, V 19, I 17, pp. 2936-2946, 2019.
- “https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/a-general-overview-of-microfluidics.
- Z. X. Chen, “A novel research on serpentine microchannels of passive micromixers”, Microsystem Technologies, V 23, I 7, pp. 2649-2656, 2017.
- A. S. F. L. E. F.Caputo, “A novel synthetic approach of cerium oxide nanoparticles with improved biomedical activity”, Scientific reports, V 7, I 1, pp. 1-13, 2017.
)