利用微流控芯片，實現銀納米顆粒的按需可控制備

銀納米顆粒（AgNP）因其獨特的抗菌、抗病毒性質，在醫學、牙科、紡織、塑料、光伏技術和信息處理設備等領域有廣泛的應用前景。然而，不同大小的AgNP可能引發氧化應激和基因毒性等不良效應，因此需要對粒徑進行精細調控以確保其安全有效。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自美國蒙大拿州立大學（Montana State University）的研究人員通過改良Turkevich法，在微流控芯片上利用檸檬酸鈉（NaCit）還原硝酸銀（AgNO?）來制備AgNP，并通過調整流速和化學試劑濃度在同一裝置上獲得不同粒徑的AgNP。該研究不僅推動了微流控技術在納米顆?？煽睾铣深I域的應用，而且對于理解并調控納米顆粒-基質界面相互作用對粒徑的影響具有重要意義，為今后設計和制備功能多樣化的納米材料奠定了堅實的基礎。相關研究成果近期以“Microfluidic production of silver nanoparticles demonstrates ability for on demand synthesis of a wide size distribution of particles”為題發表在Journal of Nanoparticle Research期刊上。

圖1微流控系統的設置及工作原理

研究人員首先使用SU-8 3050光刻膠在玻璃顯微鏡片上制作出微流控芯片的模具。隨后，通過光刻工藝和后續的聚二甲基硅氧烷（PDMS）澆鑄、固化和去泡步驟，制備出具有特定流體通道的微流控芯片。接著，研究人員將AgNO?和NaCit溶液分別裝入注射器，并通過PEEK管連接到微流控芯片的輸入端口。通過使用雙注射泵控制流速，研究人員將兩種化學試劑以預定比例混合在微流控芯片中，實現AgNP的合成。在合成過程中，將微流控芯片放置在熱板上，以85°C的溫度促進反應。

在合成過程中，研究人員通過改變流速和化學試劑的濃度，探索了最佳的AgNP合成條件。具體而言，研究人員測試了不同的流速（0.5至3 μL/min）和NaCit濃度（37.5 ~ 75 mM），以觀察對AgNP尺寸分布的影響。并使用動態光散射（DLS）、透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）對合成的AgNP進行表征，以確定其尺寸、形態和分布。此外，研究人員對微流控芯片進行了連續多周的操作，以評估其耐用性和長期穩定性。

圖2光學顯微鏡下的微流控裝置圖像

圖3 AgNP的SEM圖像及顆粒直徑箱形圖

結果表明，該研究使用微流控芯片成功合成了AgNP，并且可以通過改變流速和化學試劑濃度來控制顆粒的大小。合成的AgNP實現了從24 ~ 400 nm的寬范圍尺寸分布。在該合成方案中，微流控芯片提供了一個可調的環境，能夠進行順序處理或并行合成，有助于生產高質量、一致性好的AgNP。

展望未來，研究人員還可以從以下方面進行更深入的研究工作。

（1）表面相互作用機制研究：深入研究AgNP與微流控芯片材料（如PDMS）之間的相互作用機制，以更好地理解和控制顆粒的形成和生長過程。

（2）多參數優化：系統地研究不同流速、化學試劑濃度以及其他可能影響AgNP合成的因素（如溫度、pH值等），以實現更精細的尺寸控制和提高合成效率。

（3）生物相容性和安全性評估：對合成的AgNP進行詳細的生物相容性和安全性評估，以確保其在醫療和環境應用中的安全性。

（4）應用開發：探索AgNP在特定領域的應用，如抗菌涂層、藥物遞送系統、生物傳感器等，以驗證其實際應用潛力。

（5）復合納米材料的合成：利用微流控技術合成復合納米材料，如將AgNP與其他納米顆粒結合，以創造具有新特性或增強功能的新材料。

（6）環境影響和回收研究：研究AgNP的環境影響，包括其在生態系統中的分布、轉化和毒性，以及開發有效的回收和再利用策略。

（7）微流控裝置的設計改進：設計和優化微流控裝置，以提高其耐用性、可及性和多功能性，使其更適合于工業和實驗室環境。

（8）計算模型和仿真：發展和應用計算模型和仿真工具來預測和優化AgNP的合成過程，從而減少實驗迭代次數并提高研發效率。

論文鏈接： https://doi.org/10.1007/s11051-024-05944-1