33136

سنتز نانوذره نقره توسط پلتفرم ميكروفلويديك رباتيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

1400

1403/7/15

دكتر سيد مصطفي حسينعلي‌پور

-

مهندسي مكانيك

سنتز نانومواد مختلف در دهه هاي اخير بسيار مورد توجه بوده است. در اين بين نانوذرات نقره به دليل خواص نوري، الكتريكي و زيستي قابل توجه كاربردهاي بسياري در صنايع گوناگوني همچون صنايع بهداشتي، دارويي، درماني، الكترونيك و ... پيدا كرده اند. روش هاي سنتز نانوذرات به طور كلي به دو دسته پايين-به-بالا و بالا-به-پايين تقسيم مي شوند. در اين دسته بندي كاهش شيميايي به دليل سادگي، ارزان و دردسترس بودن پركاربردترين روش است. اساس اين روش كاهش يون هاي نقره به اتم هاي نقره و تشكيل نانوذرات با تجمع و انباشتگي ذرات است. با پيشرفت ميكروفلوئيديك، ميكروراكتور ها در دو دهه اخير به دليل قابليت هاي كنترل پذيري و انتقال جرم خوبي كه ارائه مي دهند، در سنتز نانوذرات گوناگون از جمله نقره مورد استفاده قرار گرفته اند. اين روش ها اما با برخي مشكلات متدوال رو به رو هستند. از جملۀ اين مشكلات مي توان به هزينه بالاي ساخت تراشه ها و تجهيزات ميكروفلوئيديكي، گرفتگي ميكروكانال ها مخصوصا در زمان تغيير فاز و محدوديت در اعمال نرخ هاي جريان بالا به آن ها اشاره كرد. در اين پژوهش، به منظور رفع مشكلات ذكر شده يك پلتفرم ميكروفلوئيديك رباتيك ارائه شده است كه اساس كار آن دستكاري و اختلاط قطرات بر روي سطح فوق آب گريز با استفاده از يك بازوي رباتيك است. اين بازو به يك سرنگ متصل است . سرنگ با برخورد با قطرات، به دليل نيروي چسبندگي قابليت حركت دادن و اختلاط قطرات را ايجاد مي كند. اين سيستم به صورت گسسته مي تواند قطرات را ادغام كند ولي با انجام اين فرايند با فركانس بالا مي تواند به عنوان يك مكيروراكتور پيوسته مورد استفاده قرار بگيرد. در كاهش شيميايي براي سنتز نانوذرات نقره، بهبود اختلاط يك متغير مهم است كه مطالعاتي زيادي بر روي آن در حال انجام است. نانوذرات نقره به روش كاهش شيميايي با استفاده از نيترات نقره به عنوان پيش ماده، سديم بوروهيدريد به عنوان كاهنده و پي وي پي و سديم هيدروكسيد به عنوان پايدار كننده توسط پلتفرم ميكروفلوئيديك رباتيكي سنتز شده اند. آزمايش هاي طيف سنجي مرئي ماورا-بنفش، تفرق نور پويا و پتانسيل زتا براي بررسي وجود و اندازه نانوذرات نقره در كلوئيد هاي آماده شده صورت گرفته است. آزمايش طيف سنجي نشان دهنده طول موج قله بين 392 − 402nmبود كه بيانگر وجود نانوذرات نقره به صورت كروي و با اندازه مناسب در كلوئيد ها بود. هم چنين عرض قله در نصف حداكثر جذب مقاديري بين 62 − 82nmداشت كه بر پراكندگي مناسب نانوذرات نقره در اين پژوهش اشاره مي كرد. آزمايش تفرق نور پويا نشان دهنده نانوذراتي با قطر 12nm − 20nmو با پراكندگي ±4 − 5nmبود. همچنين نتايج پتانسيل زتا با مقادير −50mV _ − 51mV بر پايداري عاالي نانوذرات سنتز شده دلالت داشت.

1403/12/21

Sythesis of Silver Nanoparticles Via Robotic Microfluidic Setup

10/6/2025 12:00:00 AM

The synthesis of various nanomaterials has garnered significant attention in recent decades. Among them, silver nanoparticles have found numerous applications in industries such as healthcare, pharmaceuticals, electronics, and more, due to their notable optical, electrical, and biological properties. Synthesis methods for nanoparticles are generally categorized into two approaches: bottom-up and top-down. Within this classification, chemical reduction stands out as the most commonly used method due to its simplicity, cost-effectiveness, and accessibility. This method is based on the reduction of silver ions to silver atoms, followed by the formation of nanoparticles through particle aggregation. With advancements in microfluidics, microreactors have been employed over the past two decades for the synthesis of various nanoparticles, including silver, thanks to their good controllability and mass transfer capabilities. However, these methods face several common challenges, such as the high cost of microfluidic chip and equipment fabrication, clogging of microchannels (especially during phase changes), and limitations in applying high flow rates. In this study, to address these challenges, a robotic microfluidic platform is proposed that operates by manipulating and mixing droplets on a superhydrophobic surface using a robotic arm. This arm is connected to a syringe that moves and mixes the droplets by adhesion forces when in contact with them. While this system can discretely merge droplets, at high frequencies, it can function as a continuous microreactor. In the chemical reduction process for synthesizing silver nanoparticles, improved mixing is a crucial factor, and many studies are currently exploring this aspect. In this study, silver nanoparticles were synthesized using the chemical reduction method, with silver nitrate as the precursor, sodium borohydride as the reducing agent, and PVP and sodium hydroxide as stabilizers, all integrated into the robotic microfluidic platform. UV-Vis spectroscopy, dynamic light scattering (DLS), and zeta potential measurements were performed to confirm the presence and size of silver nanoparticles. The spectroscopy results showed a peak wavelength between 392-402 nm, indicating the presence of spherical silver nanoparticles of appropriate size. The full width at half maximum (FWHM) of the absorption peak ranged from 62-82 nm, which suggests proper distribution of the silver nanoparticles. The DLS measurements revealed nanoparticles with diameters between 12-20 nm and a distribution of ±4-5 nm. Additionally, zeta potential results with values of -50 mV to -51 mV indicated excellent stability of the synthesized nanoparticles.

ميكروفلوئيديك رباتيكي , نانوذره نقره , ميكروراكتور , دستكاري قطرات , صفحهات آبگريز

robotic microfluidics , silver nanoparticles , microreactor , droplet manipulation , superhydrophobic surface

Ali Khosravi

Dr. Seyed Mostafa Hosseinalipoor