从天然细菌到人工合成——磁纳米搅拌子的“前世今生”

     磁纳米搅拌子对于实现微小液滴的快速混合,提高化学反应效率至关重要。其发展过程主要经历了以下三个阶段:
1. 趋磁细菌
     1775年,Richard P.Blakemore首次提出了“趋磁细菌”的概念,这种细菌体内含有富铁粒子链,即磁小体,其主要成分是Fe3O4或/和Fe3S4,所以趋磁细菌可以在外部磁场的作用下发生移动[1]。受这一神奇特性的启发,研究人员开始将趋磁细菌用作磁纳米搅拌子( MNSR ),封装在微滴中用于搅拌溶液,以加速质量传输,可显著提高反应速率[2]
2. 人工合成
    趋磁细菌培养耗时长,且专业性强,因此研究人员开始人工制造MNSR。通过在Fe3O4颗粒组装的直线单链表面包覆二氧化硅或聚合物制备的MNSR体积小,可以保持悬浮状态,搅拌过程中产生许多涡流,能够达到有效的液体混合[3]。研究人员常采用在溶液中磁场诱导自组装的方法制备MNSR,但该方法存在有效诱导面积小、效率低、后处理繁杂、批次差异性大等缺点。陈虹宇教授科研团队创造性地利用静电纺丝技术快速制备Fe3O4磁纳米搅拌子,实现了不同尺度搅拌子的简单、灵活、可控合成[4]
3. 拓展应用
    近年来,MNSR开始被用作催化剂载体,Yang等人将制备的含钯纳米颗粒(Fe3O4 NC PZS Pd)的磁纳米搅拌子,用于微观体系中亚甲基蓝的催化氢化,表现出比商业Pd/C更好的催化活性[5]。陈虹宇课题组将制备的磁纳米搅拌子NSB-4表面包覆一层金纳米线用于催化还原4-硝基苯酚,黄色溶液的颜色很快变浅(如图1)[4]
图1 负载Au催化剂的磁纳米搅拌子NSB-4催化还原4-硝基苯酚[4]
     南京工业大学陈虹宇教授专注于磁纳米搅拌子合成十余年,研发的Fe3O4磁纳米搅拌子,产品形貌均一,质量稳定,可满足不同场景下微小空间内的搅拌,该产品由百灵威独家销售:
品名:
Magnetic nano-stir bars, silica coated iron oxide (II,III), 0.1 mg/ml in ethanol
磁纳米搅拌子,二氧化硅负载四氧化三铁,0.1 mg/ml 乙醇溶液
货号:984557
参考文献
  1. Blakemore R. Magnetotactic bacteria[J]. Science, 1975, 190(4212): 377-379.
  2. Zhou X, Chen C, Cao C, et al. Enhancing reaction rate in a Pickering emulsion system with natural magnetotactic bacteria as nanoscale magnetic stirring bars[J]. Chemical science, 2018, 9(9): 2575-2580.
  3. Chong W H, Huang Y, Wong T N, et al. Magnetic nanorobots, generating vortexes inside nanoliter droplets for effective mixing[J]. Advanced Materials Technologies, 2018, 3(4): 1700312.
  4. Ji Q, Hu T, Chen Q, et al. Scalable and continuous preparation of nano-stirbars by electrospinning[J]. Chemical Communications, 2020, 56(79): 11767-11770.
  5. Yang S, Cao C, Sun Y, et al. Nanoscale magnetic stirring bars for heterogeneous catalysis in microscopic systems[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2015, 54(9): 2661-2664.
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