从实验室: 统一的纳米世界

纳米科学在perse领域的应用有巨大的可能性，例如健康，药物输送，食品加工，水净化，电子等。

纳米颗粒 (或纳米粉末或纳米簇或纳米晶体) 是其尺寸中的至少一个小于100纳米 (nm) 的微观颗粒。一纳米是十亿分之一米。通常，纳米颗粒会比人类头发的尖端小约一千倍。

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纳米粒子之所以变得特别，因此吸引了如此多的科学兴趣，是因为这些材料在还原为纳米尺寸时表现出非常不同的性能。例如，金的纳米颗粒没有金色。根据纳米范围内颗粒的大小，它表现出非常不同的颜色。因此，4 nm的金颗粒具有与50 nm或200 nm的金颗粒不同的颜色，并且它们都不是金色的。同样，正如我们所看到的，白金在大约1100摄氏度熔化，而金的纳米颗粒可以在100摄氏度熔化。

在纳米尺寸下，粒子也开始表现出一些量子特性，例如超顺磁性。量子特性与亚原子粒子 (例如电子或中子) 有关，它们的行为与我们熟悉的大小物体截然不同。这种特殊特性为将已知材料用于新颖应用提供了多种可能性。

到目前为止，我们通过将较大的正常尺寸的材料分解为纳米尺寸，或者通过以积木方式组装原子或分子以达到纳米尺寸来制造纳米颗粒。还原论方法涉及化学反应。例如，金纳米颗粒可以通过使氯化金和硼氢化钠反应来合成。

虽然两种纳米颗粒的合成方法都很好地工作，但它们都不会产生大小均匀的纳米颗粒。相反，可以实现纳米范围内的随机大小的颗粒。这被称为多分散制备。长期以来，科学家一直在尝试开发生产特定尺寸的纳米颗粒或实现单分散性的方法。不难看出为什么这很重要。让我们再看看黄金。各种尺寸的金纳米粒子的混合物不会显示出特定的颜色。这意味着某些属性 (在这种情况下为颜色) 不会在所有尺寸的随机混合物中变得明显。由于我们对使用这些纳米颗粒的特定特性感兴趣，并且由于这些特性中的许多特性都取决于尺寸，因此创建具有均匀尺寸的纳米颗粒以显示这些特定特性变得非常重要。

正是在这里，我们能够取得一些成功。如前所述，纳米颗粒可以使用化学反应制备。这些通常导致多分散制剂，特别是在具有大而复杂的分子结构的聚合物的情况下。为了实现单分散性，需要非常精确地控制和监测反应参数，例如温度，反应速率，时间，反应物的浓度等。但这在正常反应中很难实现。

因此，我们决定将反应体积限制为微量，以精确控制反应参数。在我们的实验中，我们决定生产壳聚糖的纳米颗粒，这是一种FDA批准的可生物降解和生物相容性的天然聚合物，已经被用作药物递送剂，用于基因治疗和其他过程。我们使用反应物壳聚糖作为微滴。有了这样的限制，我们能够控制温度，反应速率，时间等因素。该反应确实产生了尺寸均匀的纳米颗粒。与正常反应不同，正常反应需要20到60分钟才能产生壳聚糖纳米颗粒，我们能够在短短5秒内产生纳米颗粒。

对于我们的实验，我们设计并制造了可以以连续流动模式运行的微反应器，从而可以按顺序方式生产大量的单分散纳米颗粒。圆柱形微反应器具有入口通道和出口通道。反应物以连续流的方式引入，纳米颗粒也连续合成。使用这种方法，我们现在已经能够在低于10% 的精度误差内生产50 nm和600之间的任何尺寸的壳聚糖纳米颗粒。

By- Kishore paknikar & team