Soms is groter niet beter. Onderzoekers van het Savannah River National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben met succes aangetoond dat ze nuttige kleine deeltjes mononatriumtitanaat (MST) kunnen vervangen door nog kleinere deeltjes van nanogrootte. waardoor ze nog nuttiger zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen.

MST is een ionenuitwisselingsmateriaal dat wordt gebruikt voor de decontaminatie van radioactieve en industriële afvalwateroplossingen, en het is aangetoond dat het een effectieve manier is om metalen in levende cellen af ​​te leveren voor sommige soorten medische behandelingen. Typisch, MST, en een gewijzigde vorm die bekend staat als mMST, ontwikkeld door SRNL en Sandia National Laboratories, zijn in de vorm van fijne poeders, bolvormige deeltjes met een diameter van ongeveer 1 tot 10 micron.

"Door elk deeltje kleiner te maken, " zegt Dr. David Hobbs van SRNL, leider van het onderzoeksproject, "je vergroot de oppervlakte, vergeleken met het totale volume van het deeltje. Aangezien het deeltjesoppervlak de plaats is waar reacties plaatsvinden, je hebt het werkgebied van de MST vergroot." een deeltje van 10 nanometer heeft een verhouding van oppervlakte tot volume die 1000 keer zo groot is als die van een deeltje van 10 micron. Dus, dit project probeerde titanaatmaterialen te synthetiseren met deeltjesgroottes op nanoschaal (1 - 200 nm). Na het succesvol synthetiseren van titanaten van nanogrootte, het team onderzocht en ontdekte dat de kleinere deeltjes inderdaad goede ionenuitwisselingseigenschappen vertonen. Ze dienen ook als fotokatalysatoren voor de afbraak van organische verontreinigingen en zijn effectieve platforms voor de levering van therapeutische metalen.

Dr. Hobbs en zijn partners in het project onderzochten drie methoden voor het produceren van nanodeeltjes, resulterend in drie verschillende vormen. Een daarvan is een sol-gel methode, vergelijkbaar met het proces dat wordt gebruikt om "normale" MST-deeltjes van micronformaat te produceren, maar het gebruik van oppervlakteactieve stoffen en verdunde concentraties van reactieve chemicaliën om de deeltjesgrootte te regelen. Deze methode resulteerde in bolvormige deeltjes met een diameter van ongeveer 100 - 150 nm.

Een tweede methode begon met typische micron-sized deeltjes, vervolgens gedelamineerd en "uitgepakt" om vezelachtige deeltjes te produceren met een diameter van ongeveer 10 nm en een lengte van 100 - 150 nm. De derde methode, die eerder in de wetenschappelijke literatuur waren vermeld, was een hydrothermische techniek die nanobuizen produceerde met een diameter van ongeveer 10 nm en een lengte van ongeveer 100 - 500 nm.

Het team had veel expertise in het werken met MST, nadat het eerder is gemodificeerd met peroxide om mMST te vormen, die verbeterde prestaties vertoont bij het verwijderen van bepaalde verontreinigingen uit radioactief afval en het leveren van metalen voor medische behandeling. Nanosize MST geproduceerd door alle drie de methoden werd met succes omgezet in de peroxide-gemodificeerde vorm. Net als bij titanaten ter grootte van een micron, de met peroxide gemodificeerde titanaten van nanogrootte vertonen een gele kleur. De intensiteit van de gele kleur leek minder intens met de hydrothermisch geproduceerde nanobuisjes, wat suggereert dat het chemisch resistente oppervlak van de nanobuisjes de conversie naar mMST kan beperken.

Testen bevestigden dat de materialen functioneren als effectieve ionenwisselaars. Bijvoorbeeld, de sferische nanoMST- en nanobuismonsters en hun respectievelijke peroxide-gemodificeerde vormen verwijderen strontium en actiniden uit alkalisch hoogradioactief afval. Onder zwak zure omstandigheden, de titanaten en peroxotitanaten van nanogrootte verwijderden meer dan 90% van 17 verschillende metaalionen.

De "uitgepakte" titanaten en hun met peroxide gemodificeerde vormen bleken bijzonder goede fotokatalysatoren te zijn voor de afbraak van organische verontreinigingen.

Screening in vitro testen toonden aan dat zowel nano- als micron-formaat metaal-uitgewisselde titanaten de groei van een aantal orale kanker- en bacteriële cellijnen remmen. Het remmingsmechanisme is niet bekend, maar voorlopige resultaten van scanning-elektronenmicroscopie suggereren dat de titanaten een directe interactie kunnen aangaan met de wand van de kern om voldoende metaalionconcentratie aan de celkern te leveren om celreplicatie te remmen.