گرافن - جلسه ششم

اهداف جلسه:
· آشنایی با سنتزگرافن اکسید مغناطیسی
·آشنایی با نانو ذرات

وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· پودر آهن کلرید 2 و3
·اکسید گرافن
·دستگاه اولتراسونیک
·آمونیاک
· بالن ژوژه 250 سی سی

 مقدمه:
در این جلسه ابتدا با نانوذرات مغناطیسی آشنا می شویم. سپس گرافن اکسید مغناطیسی را که نوعی نانو ذره مغناطیسی است سنتز می کنیم.
 
نانوذرات مغناطیسی
واژه­ی مغناطيس کلمه‌اي يوناني است که به بعضي از سنگ‌هاي طبيعي اکسيد آهن اطلاق مي‌شود. اين سنگ‌ها از اين خاصيت برخوردارند که بر يکديگر و بر ذرات آهن يا فولاد نيرو وارد مي‌آورند. يونانيان باستان، بيش از 2500 سال پيش با پديده‌ي آهنربايي آشنا بودند. تالس[1] که اغلب از او به عنوان پدر علم يونان ياد مي‌شود، ماده‌ي کاني مگنتيت (Fe3O4) که آهن را به خود جذب می­ نماید، مي‌شناخت.
خواص مغناطيسي مواد نتيجه ممان‌‌هاي مغناطيسي حاصل از الکترون‌هاست. هرالکترون در يک اتم داراي ممان مغناطيسي است، که از دو منبع ايجاد مي‌شود: يکي مربوط به حرکت اوربيتالي الکترون حول هسته است و ديگري ناشي از چرخش الکترون به دور محور خودش که حرکت اسپيني ناميده مي‌شود. بنابراين، هر الکترون در يک اتم با ممان‌هاي اوربيتالي و اسپيني مي‌تواند به طور دائم مانند آهنربایي کوچک عمل نمايد.
همه‌ي مواد در مقياس نانو، خواصي متفاوت از خود بروز مي‌دهند. مواد مغناطيسي نيز از اين قاعده مستثني نيستند. در واقع؛ خاصيت مغناطيسي از جمله خواصي است که به مقدار بسيار زيادي به اندازه‌ي ذره وابسته است. هر ماده‌ي مغناطيس در حالت توده، از حوزه‌هاي مغناطيسي تشکيل شده است. هر حوزه حاوي هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترون‌ها يکسان و ممان‌هاي مغناطيسي آنها به صورت موازي جهت يافته‌اند. اما جهت چرخش الکترون ِ هر حوزه با حوزه‌هاي ديگر متفاوت است. هرگاه، يک ميدان مغناطيسي بزرگ، تمام حوزه‌هاي مغناطيسي را هم‌جهت کند، تغيير فاز مغناطيسي رخ داده و مغناطیس شدن به حد اشباع مي‌رسد.
هر چه تعداد حوزه‌ها کم‌تر باشد، نيرو و ميدان کمتري نيز براي هم‌جهت ساختن حوزه‌ها مورد نياز است. چنانچه ماده‌اي تنها داراي يک حوزه باشد، بنابراين نيازي به هم‌جهت کردن آن با ديگر حوزه‌ها نخواهد بود. از آنجا که قطر اين حوزه‌ها در محدوده يک تا چند هزار نانومتر است، هر ذره‌اي که تنها شامل يک حوزه باشد، مي‌تواند نانوذره به شمار رود. نانوذرات[2] مغناطيسي داراي تعداد حوزه‌هاي کمي هستند. از طرف ديگر، بر اساس قانون دوم ترموديناميک «بي نظمي در يک سيستم منزوي، در يک فرآيند خودبخودي، افزايش مي‌يابد.» بنابراين، موادي که از حالت طبيعي خارج مي‌شوند، تمايل شديدي براي برگشت به وضعيت طبيعي خود را دارند اما چون نانوذرات مغناطيسي نياز به نيروي زيادي براي مغناطیسی شدن ندارند، خيلي از حالت طبيعي فاصله نمي‌گيرند و پس از مغناطيس شدن تمايل چنداني براي از دست دادن خاصيت مغناطيسي و بازگشت به وضعيت اوليه را ندارند.

                                                                         جداسازی با استفاده از جاذبه مغناطیسی

نانوذرات مغناطیسی که بخش بزرگی از نانومواد را به خود اختصاص می دهند پتانسیل انقلاب در بخش تشخیص و درمان های کلینیکی به سبب خواص منحصر به فرد از جمله مومنتوم تشدید شده مغناطیسی و سوپر پارا مغناطیسی و قدرت برهم کنش های زیستی درسطوح سلولی و ملکولی را دارا می باشند
استفاده پزشکی از پودرهای مغناطیسی به دوران یونان باستان و روم برمی گردد، ولی به شکل اصولی و تحقیقاتی از سال ١٩٧٠ در علوم بیولوژی و پزشکی استفاده شد وپیش بینی می شود این ذرات در آینده نقش چشمگیری در رفع احتیاجات حیطه سلامت بشریت خواهند داشت. نانو ذرات با تکیه بر فناو ری نانو محدوده گسترده ای از کاربردهای تشخیصی و درمانی در بیماری هایی از جمله سرطان،بیماری های قلبی و عصبی را تسهیل کرده اند[3]. نانوذرات مغناطیسی به فراوانی در تحویل هدفمند عوامل درمانی استفاده می شود وبر اساس هدف یابی دارویی مغناطیسی که شامل تمایل قوی بین لیگاند و گیرنده می باشدیا ازطریق جذب مغناطیسی بافت خاص عمل می کنند. به سبب امکان کنترل از راه دورعوامل درمانی در انتقال ذرات به بافت مورد نظر بسیار قابل توجه هستند، وبه همین سبب آنها را حامل های هدفمند مغناطیسی می نامند.
 خواص منحصر به فرد این نوع از نانوذرات شامل سوپر پارامغناطیسی، فوق اشباعیت و پذیرفتاری مغناطیسی می باشد که از خصوصیات مغناطیسی ذاتی آنها منشا می گیرد. از سویی دیگر با استفاده از پوشش های سطحی مختلف می توان خواص زیست - پزشکی مطلوب و پایداری را برای این ذرات ایجاد کرد و از اثرات پارتیکوکنتیک و سمیت نانوذرات مغناطیسی ناشی از برهم کنش های آنها با سلول یا پروتئین های بیولوژیکی ممانعت کرد که منجر به افزایش زیست سازگاری نانوذرات مغناطیسی می شود

از کاربردهای نانوذرات مغناطیسی در پزشکی می توان به موارد زیر اشاره کرد :
• انتقال هدفمند ترکیب مورد نظر از جمله ژن، دارو، سلول بنیادی، پروتئین و آنتی بادی به بافت وسلول هدف
• تصویر برداری بر پایه رزونانس مغناطیسی
• درمان سرطان با روش هایپرترمی
• جداسازی سلول ها و ماکروملکول ها و تخلیص سلولی
• -کاربرد در زیست حسگرها
• امکان ردیابی ذرات در شرایط برون تن ودرون تن از طریق تصویربرداری تشدید مغناطیسی 
• آزمایش های ایمونوسیتو شیمیایی 
ذرات مغناطیسی 
ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند. هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند. ترکیب، سایز و مسیر سنتز نانوذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است اما ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند. اینگونه مواد به دلیل گشتاور مغناطیسی واحد شبکه و ساختار دمین ها شدیدا از میدان مغناطیسی خارجی متاثر می شوند به نحوی که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به صورت یک ذره غیر فعال عمل می کنند.
سوپرپارامغناطیسی ازویژگی های نانوذرات مغناطیسی هستند که منشا بسیاری از خواص منحصر به فردشان می باشد.

 روش کار
1. برای تهیه اکسید گرافن مغناطیسی، 40 میلی گرم اکسید گرافن را در 40 میلی لیتر آب
مقطر بریزید.
2. مخلوط را به مدت 30 دقیقه تحت امواج ماوراء صوت قرار می­گیرد.
3. سپس به آن 50 میلی لیتر محلولی که شامل 800 میلی گرم آهن (III) کلرید  و 300 میلی گرم آهن (II) کلرید و آمونیاک می­باشد، اضافه کنید.
4. در طی این مرحله نانو ذرات مغناطیسی آهن روی اکسید گرافن پخش شده و اکسید گرافن مغناطیسی بدست می­ آید.
سوالات
1. نانو ذره مغناطیسی شکل گرفته چه نام دارد.
2. فرمول تهیه نانو ذره سنتز شده را بنویسید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: محبوبه همت