Buy a new FL3-22 spectrofluorometer and get a DeltaTime TCSPC upgrade for half price

There are 2 related live offers.

DeltaTime TCSPC Half Price | Horiba - DeltaTime - 20% Off | See All
Related Offers

Miljö- Verkställer av Nanotechnology


Vid Dr Priyanka Battacharya

Dr Priyanka Battachara, Nano-BioPhysics och Mjukt MateriaLaboratorium, Avdelning av Fysik och Astronomi, Clemson Universitetar.
Motsvarande författare: pbhatta@g.clemson.edu

Bordlägga av Tillfredsställer

Inledning
Nanomaterials för Bevattnar Behandling
Miljö- Applikationer av Dendritic Polymrer
Framtida Riktningar
Hänvisar till

Inledning

Nya framflyttningar i materiell vetenskap och nanotechnology har givit löneförhöjning till en myriad av utvecklingar, som har bly- till appeller för forskning in i får effekt av nanomaterials på den vård- miljön och människan. Över det förgångna årtiondet har det växt bekymmer över det potentiellt motsatt miljö-, och vård- får effekt av nanomaterials.1 Samtidigt har nanotechnology git förbättrade miljö- lösningar, speciellt i sätta in av bevattnar kvalitets-.2 Miljö- problem är en invecklad mosaik av multipelfenomen som kräver multidimensional analys och lösningar. Oss som fysikerförsök att förstå grundläkarundersökningväxelverkan mellan nanomaterials och ekosystemet och att ha framkallat flera facile intriger för att göra så genom att använda principerna och teknikerna av fysik, material och läkarundersökningkemi. Fokusera av denna artikel är de nyckel- bidragen som vårt labb har gjort till sätta in av dricksvattenremediation genom att använda nanomaterials.

Nanomaterials för Bevattnar Behandling

Över hela världen bevattnar det 1,1 miljard folket som brist tar fram till tillräckliga belopp av kassaskåp.3 Adekvat tillförsel av sanerat bevattnar med kickgenomgång på en low kostar är en växande utmaning runt om världen. Strömmen bevattnar purificationmetoder i brett bruk använder chemically intensiv behandling som är förhållandevis dyr, skadlig till miljön och inte är anpassningsbar till denindustrialized världen. Nanomaterial-Baserade teknologier, adsorbents och katalysatorer kunde skapa romanen, miljömässigt godartada lösningar för bevattnar behandling. Det finns tre huvudsakliga applikationer var nanomaterials visar löfte - avkänning och upptäckt av föroreningar, behandling och remediation av föroreningar, och slutligen, förhindrandet av förorening. Nanomaterials är också van vid förhöjer membranavskiljande bearbetar och att leda till mer stor selectivity och kostar lower. Emellertid kräver lyckade applikationer av dessa teknologier kickgrad av kontrollerar av nanoparticle (NP)rörlighet, reactivity, och idealt, intresserar noggrannheten för föroreningen av.

Det okända ekologiskt verkställer, miljö- stabilitet som trasslar till rekvisita, begränsar låg upptäckt, kostar kicken, och bekymmer över deras regeneration och miljö- avlagring begränsar de stora fjällapplikationerna av många gemensamt använda nanomaterials för bevattnar behandling, liksom nano nollvalent stryker, titanium dioxidnanoparticles, kolnanotubes och zeolites. Framflyttningar i macromolecular kemi liksom syntesen av dendritic polymrer har git stora tillfällen för att förbättra, och framkallande effektiv filtration bearbetar för bevattnar purification för att avlägsna olika organiska solutes och oorganiska anions. Dendritic polymrer, som inkluderar hyperbranched, och dendrigraftpolymrer, dendrons och dendrimers är högt syntetmaterialet, förgrena sig nanoscale strukturerar med en kickgrad av ytbehandlar funktionsdugligheter, monodispersityen, kontrollerad sammansättning, och arkitektur, som visar deras intressant physicochemical uppförande tack vare, formar, storleksanpassar och multipelfunktionsdugligheter.4

Miljö- Applikationer av Dendritic Polymrer

En dendritic polymer kan betraktas som en mjuk' nanoparticle för ` som består av tre huvudsakliga delar - en kärna ur, förgrena sig inre celler, och ett slutligt förgrena sig cellen. Storleksanpassa av en dendritic polymer karakteriseras av dess `-utveckling' (G), eller numrera av förgrena sig emanating från centralen kärnar ur (Figurera 1). Dendrimers har en kick att vara värd kapacitet för gift för att belägga med metall joner, radionuclides, oorganiska anions, organiska solutes och polycyclic aromatiska hydrocarbons (PAHs).5,6 Dessutom pH-anhörigen låter olja-bevattnar den amphiphilic egenskapen av dendritic polymrer dem till olik kemisk art för tillfångatagandet i olika miljöer liksom aqueous och organiska lösningar och har kontakt och frigör därefter dessa kemiska art i ett kontrollerat sätt, genom att ändra pHen i situ, utan att måste att tillgripa till intensiv och dyr regeneration.


Figurera 1. Exemplariskt strukturera av utveckling 0 (G0), och dendrimers för polyamidoamine för utveckling 2 (G2) (PAMAM) med amino och amidoethanol ytbehandlar grupper. Avbilda artighet av Sigmaen Aldrich.

Den efter unika physicochemical rekvisitan av dendrimers gör dem bestämt attraktiva som funktionella material för att bevattna behandling.

1. Vara värd kapacitet och recyclability

En kickgrad av böjlighet i syntesen av nästan dendrimers för monodispersenanoscale (storleksanpassa spänner mellan 1-20 nm), med brunn-definierad molekylär sammansättning, storleksanpassar och formar, variabelfunctionalizationen, och hydrophobic hål har råd med dem med den böjliga men styva material till byggnadsställning. Dendrimers har mycket mindre inneboende klibbigheter, än linjära polymrer med den samma kindtanden att samlas på grund av deras klotformigt formar.4 De har också ett mycket stort att ytbehandla område, än bulk partiklar av samma samlas. Således i motsats till omvända osmosis- (RO) och nanofiltrationmembran vars funktioner kräver högtryck, fungerar dendrimer-förhöjda (UF) ultrafiltrationmembran på lägre pressar (kPa 200-700) och kan den molekylära den tillfångatagandebåde lowen och kicken - för att väga föroreningar, i motsats till oförändrade UF-membran som kan endast ta bort upplöst organisk och oorganisk kDa för sammansättningar of3. Dessutom har det visats, att dendritic polymrer kan integreras in i existerande, avskiljandet för reklamfilmUF-membranet bearbetar.7,8

I enbegrepp studie visade vår grupp, att en dendrimer för trifunctional G4-tris PAMAM visar ovanligt och selektiv vara värd kapacitet in mot ha som huvudämne kemisk art av miljö- relevans, namely - cationic 64 förkopprar (Cu (II)) joner per dendrimer ligand-till-belägger med metall igenom komplext bildande för laddningsöverföring (LMCT) på pH 10, 32 anionic nitrat (NO)3-joner till och med elektrostatiska växelverkan på för PAH-phenanthrene för pH 2 och 10 (PN) molekylar till och med hydrophobic växelverkan på pH 7 (Figurera 2).9 Remarkably då pHen fälldes ned till 2, både, PN och Cu (II) var utsläppt från dendrimerinrestunderna som INGA3- joner var utsläppt, då pHen lyfttes till 10.


Figurera 2. (a) Strukturera av en poly utveckling 1 (amidoamine) - hydroxymethyl) amidomethanedendrimer för tris ((Tris-dendrimer), det byggande kvarteret av utvecklingen 4 Tris-dendrimer som används i den närvarande studien. Rött: syre; Gräsplan: sekundär amine; Blått: tertiary amine. (b) Intrig av dendrimeren som absorberar kemisk art på olik pH.9

I tillägg har vi visat effektiv borttagning av upplöst humic syra (HA) genom att använda PAMAM-dendrimers.10 HA är en extremt komplex molekyl som består av flera anionic kemiska grupper. Kickgraden av ytbehandlar funktionsdugligheter på tillåtna PAMAM-dendrimers dem för att uppföra som ”en nanosponge”, i att adsorbera sådan komplex molekylär art. Centralen till denna metod var komplext bildande resultera från elektrostatiska växelverkan mellan de cationic dendrimersna och den anionic HAEN på friläget pH. PAMAM-dendrimersna som dubbelt visades kapaciteten av gemensamt använda polymeric adsorbents för HA, laddningsneutralization, neddes en gång. Emellertid beträffande-stabiliserade beträffande-inställde att ladda av extra dendrimers och aggregaten via elektrostatisk avsky.

Vi framkallade också en ny optisk intrig som baserades på ytbehandlaplasmonresonansen av en guld- nanowire (Au-NW) selektivt för att avkänna Cu (II) i aqueous lösningar, besegrar till nMen spänner vid PAMAM-dendrimers elektrostatiskt immobilized på substraten Au-NW.11 En Sådan upptäckt begränsar är vid långt det lägst, och mest görlig amongst gemensamt använda analytiska intriger för belägga med metall jonupptäckt.

Dessutom karakteriserade vi dessa mjuka, miljömässigt godartada nanomaterials för att mildra potentiellt skadliga urladdningsnanoparticles från den aqueous miljön. Här användes fullerenols som en modellerananomaterial, och deras växelverkan med dendrimers av två olika utvecklingar, G1 och G4 var utstuderade genom att använda spectrophotometry och thermodynamic metoder. Specifikt grundar vi att varje fullerenol som är destinerad med två primära amines per dendrimer (både G1 och G4) till och med ionic bindning och bildandet av stora aggregat inter-samla i en klunga tack vare växelverkan som göras lättare av vätebindning och hydrophobic växelverkan var tydliga (Figurera 3). Som synes sådan inter-samla i en klunga bildande kan kontrolleras, genom att justera kindtandförhållandet av dendrimer till fullerenolen. I tillägg var bildandet av dendrimer-fullerenolenheter på maximat som laddar kapacitet, energetically gynnsamt och thermodynamically spontant.12 Sådan inter-samla i en klunga växelverkan mellan dendrimer-fullerenolkomplex ansas önskvärt för att mildra den tillfälliga frigöraren av nanomaterials i miljön; emellertid bör de minimeras för drogleveransen av fullerenederivata av en dendrimer - i ljust av deras diffusion i bloodstreamen och den slutligen celluptaken. Baserat på denna studie, rekommenderar vi en G4/fullerenol som laddar förhållande av 0.005-0.02 för drogleveransen (den nedanföra nederbörden för spänna) och en G4/fullerenol som laddar förhållande av ovanför 0,02 för miljö- remediation. Dessutom för både nanomedicinal och miljö- applikationer, kan räckvidden av denna studie fördjupas till det av förgrena sig/hyperbranched polymrer, och nanoparticles av motsats laddar.


Figurera 3. Illustration av själv-enheten av (en röd) G4--PAMAMdendrimer och fullerenols (försilvra). De primära aminesna av dendrimeren indikeras i blue.12

Sammantaget bevattnar dessa ovannämnda för laboratorium-fjäll studier som visas, att PAMAM-dendrimers möjliggör thermodynamically en spontan adsorption som är processaa för olik kemisk art och miljö- föroreningar än annan konventionella, purificationtillvägagångssätt liksom RO, som kräver energi att köra det processaa till avslutning. Den Sådan rekvisitan av PAMAM-dendrimers bör appellera till framtida utvecklingar av bevattnar behandlingapparater.

2. Biocompatibility

Dendrimer-Släkt toxicitet har observerats endast för G7 och större och även därefter, endast minsta.13 Flera studier på bruket av dendrimers för DNA-transfection, belägger med metall bärare för jonkontrastmedlet för MRI, uppsätta som mål drog och terapeutiska medelleveransmedel, och virus- inhibitors föreslogg att hyperbranched polymrer och PAMAM-dendrimers av G5 och nedanfört är non-giftet och biodegradable.14,15 Dessutom lämnar dendrimers inte bak några potentiellt skadliga biprodukter.

3. Degradability

PAMAM-dendrimers visar mätbar degradering endast i det tredje året av lagring på 5°C och ett hyllaliv av ~6-9 månader på den omgivande temperaturen som baseras på retro-Michael reaktion. En Sådan lång livstid ser till att stabiliteten och effektiviteten av dendritic polymrer för öva av bevattnar behandling. Dessutom kan tillägget av enzym-degradable förbindelser (e.g., amides i PAMAM) vara använt sådan, att intracellular eller extracellular hydrolytic enzym kan bryta polymern, kedjar inom en. Denna egenskap kunde bli relevant på tillfällig uptake av dendritic polymrer under bevattnar förbrukning. En tredje mekanism för dendrimerdegradering är bevattnar by hydrolysis som agerar på esterförbindelser i polymrerna. Den Sådan mekanismen kan användas selektivt för att bryta besegrar dendritic polymrer postar deras användning bevattnar in behandling.

Således gör kicken och de mångsidiga vara värd kapacitetarna, energieffektiviteten, regenerabilityen, selectivityen, biocompatibilityen och den miljömässigt godartada naturen dendritic polymrer en önskvärd nanomaterial för miljö- applikationer. Det är därför vårt försök att exploatera detkemiska uppförandet av dendritic polymrer för miljö- remediation.

Framtida Riktningar

Vi framkallar strategier för fördjupning av räckvidden av dendritic polymrer för miljö- remediation. En av våra nya studier undersökte kapaciteten av dessa dendritic polymrer att skingra spilld olja,16 ett enormt miljö- äventyrar tillhörande med den frånlands- funktionen av oljabranschen. Energetically bevattnar den hydrophobic inre av dessa polymrer på omgivande pH ger för fylligt utrymme för att hydrophobic olje- molekylar ska dela in.

Stunder över 70% av jorden ytbehandlar täckas by bevattnar, endast omkring 3% av den är tillgängliga för människaförbrukning. Även värre, i ett u-land, är 80% av illnesses bevattnar släkt. Förutom att ge tekniska lösningar till den förbluffa utmaningen av att ge rent dricksvatten, måste reglerande och offentligt godtagande till att använda nanotechnology för dricksvattenbehandling vara etablerat. I tillägg cyklar liv bedömningar av riskerar och gynnar av dessa nanomaterials är avgörande nödvändigt.


Hänvisar till

  1. Colvin V.L. Den potentiella miljöpåverkan av iscensatte nanomaterials. Nat. Biotechnol. 2003 21, 1166-1170.
  2. Vilden, N. och Diallo, M.S. Nanomaterials och bevattnar purification: Tillfällen och utmaningar. J. Nanopart. Res. 2005 7, 331-342.
  3. Prentice, T. och Reinders, L.T. Den vård- rapporten 2007 för värld: en säkrare framtid: global allmän hälsasäkerhet i det 21st århundradet. Vård- Organisation för Värld. 2007 1-96.
  4. Frechet J.M.J.; Tomalia, D.A. Dendrimers och Andra Dendrtitic Polymrer. Wiley Serie i PolymerVetenskap; Wiley: Chichester England, 2001; pp. 648.
  5. Ottaviani M.F.; Favuzza P.; Bigazzi M.; Turro New Jersey; Jockusch S.; Tomalia D.A. En TEM- och EPR-utredning av det konkurrenskraftiga bandet av uranyljoner till Starburst dendrimers och liposomes: Potentiellt bruk av dendrimers som uranyljonen snyltar. Langmuir 2000, 16, 7368-7372.
  6. Späcka M.; Kim S.H.; Lin S.; Bhattacharya P.; Ke P.C.; Lamm överföring för M.H. Fluorescence resonansenergi mellan phenanthrene och PAMAM-dendrimers. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12, 9285-9291.
  7. Diallo M.S. Bevattna behandling vid dendrimer förhöjde filtration. United States Patenterar 2008, 11/182,314, 1-40.
  8. Halford B. Dendrimers förgrena sig ut. Kemiskt och Iscensätta Nyheterna 2005, 83, 30-36.
  9. Chen P.; Yang Y.; Bhattacharya P.; Wang P.; Ke P.C. En tris-dendrimer för att vara värd olik kemisk art. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 12789-12796.
  10. Bhattacharya P.; Conroy N.; Rao A M.; Powell B.; Ladner D.A.; Ke dendrimer för P.C. PAMAM för att mildra humic foulant, RSC-Adv. 2012 2, 7997-8001.
  11. Bhattacharya P.; Chen P.; Spano M.N.; Zhu L.; Ke, P.C. Förkoppra upptäckt som använder dendrimer, och nanowire-framkallat guld- ytbehandlar plasmonresonans. J. Appl. Phys. 2011 109, 014911-1-6.
  12. Bhattacharya P.; Kim S.H.; Chen P.; Chen R.; Spuches A M.; Brunt J.M.; Lamm M.H.; Ke P.C. Dendrimer-fullerenol som nanoassembly mjuk-kondenseras. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 15775-15781.
  13. Lee C.C.; MacKay J.A.; Frechet J.M.J.; Szoka F.C. Designing dendrimers för biologiska applikationer. Nat. Biotech. 2005 23, 1517-1526.
  14. Mortimer M.; Kasemets K.; Heinlaan M.; Kurvet I.; Kahru analysen för hämning för bioluminescence för fischerien för Vibrioen för A. Kick genomgång den kinetic för studie av giftet verkställer av nanoparticles. Toxicology in vitro 2008, 22, 1412-1417.
  15. Tang M.X.; Redemann C.T.; Szoka genleverans för F.C. In vitro vid degraderade polyamidoaminedendrimers. Bioconjugate Chem. 1996 7, 703-714.
  16. Geitner N.K.; Bhattacharya P.; Steele M.; Ladner D.A.; Ke P.C. Överenskommelse dendritic polymer-hydrocarbon växelverkan för olje- spridning. RSC-Adv. 2012 För- Artikel (DOI: 10.1039/C2RA21602G).


Date Added: Sep 20, 2012 | Updated: Sep 21, 2012

Last Update: 21. September 2012 05:20

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit