مروری کوتاه بر نانوراکتورها: انواع و کاربرد
محورهای موضوعی : سایر
عبدالحمید دهقانی
1
,
میلاد قزلسفلو
2
,
لیلا مرادی
3
1 - گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2 - گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
3 - گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
کلید واژه: نانوراکتور, نانوراکتورهای خود آرا, نانوراکتورهای طبیعی و مصنوعی,
چکیده مقاله :
یک دغدغه بسیار چالش برانگیز محققان در قرن اخیر همواره تولید مواد شیمیایی در مقیاس نانومتری بوده است و همسو شیمیدانان تلاش کرده اند تا درک کنند که چگونه اصول شیمیایی اساسی در زمانی که سیستم ها به فضاهایی با ابعاد نانو محدود می شوند، تغییر می کنند. بنابراین هدفی که مدت‌ها در علم نانو دنبال می‌شود این است که ماهیت ساختارها و عملکرد سیستم‌های بیولوژیکی پیچیده که توسط سلول‌ها پوشش داده می شوند، را با ایجاد نانوساختارهای مصنوعی به شیوه‌ای منطقی به تصویر بکشد. بدین منظور راهبردهای متفاوتی پیشنهاد شده و مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. در این بین، نانوراکتورها به عنوان یک پدیده نوظهور و یک راهبرد عملی و علمی جدید برای تولید نانومواد مطرح شده‌اند. نانوراکتورها ماهیت شیمیایی پایه مولکول‌ها و مولکول های درون خود را تغییر می‌دهند و نحوه رفتار آنها را در واکنش‌های شیمیایی تغییر می‌دهند. در حقیقت نانوراکتورها محفظه‌های بسیار کوچکی با اندازه نانومتر هستند که از کاتالیزگرها یا دارو که به عنوان مهمان در داخل ساختار نانوراکتور جایگذاری شده است در برابر تاثیرات محیطی محافظت کرده و واکنشگرها و کاتالیزگرها را در فضایی کوچک به مدت طولانی محصور می‌کنند و در نتیجه پتانسیل زیادی برای بهبود فرآیندهای شیمیایی از خود نشان می‌دهند. نکته حائز اهمیت این است که علاوه بر انجام گستره وسیعی از واکنش‌های شیمیایی، فضای درون نانوراکتورها محیط مناسبی برای تولید نانوساختارهای مختلف می‌باشد. در این مقاله، به طور خلاصه به معرفی نانوراکتورها و برخی از کاربردهای آن پرداخته می شود.
A very challenging concern of researchers in the last century has always been the production of chemicals at the nanometer scale, and at the same time, chemists have tried to understand how basic chemical principles change when systems are confined to nanoscale spaces. A long-pursued goal in nanoscience is to capture the essence of structures and functions of complex biological systems, as epitomised by cells, by creating artificial nanostructures in a rational manner. For this purpose, different strategies have been proposed and experimentally investigated. In the meantime, nanoreactors have been proposed as an emerging phenomenon and a new practical and scientific strategy for the production of nanomaterials. Nanoreactors change the basic chemical nature of molecules and moieties within them, and alter how they behave in chemical reactions. In fact, nanoreactors are very small chambers of nanometer size that protect the catalysts or the drug that is placed as a guest inside the nanoreactor structure from environmental influences, and they enclose reactants and catalysts in a small space for a long time, and as a result, they show great potential for improving chemical processes.The important point is that in addition to performing a wide range of chemical reactions, the space inside nanoreactors is a suitable environment for the production of various nanostructures. In this article, nanoreactors and some of their applications are briefly introduced.
1. D.M. Vriezema, M. Comellas Aragonès, J.A. Elemans, J.J. Cornelissen, A.E. Rowan, R.J. Nolte, Chem. Rev 105, 1445-1490 (2005)
2. B. Vafakish, L.D. Wilson, Polysaccharides 2, 168-186 (2021)
3. K. Renggli, P. Baumann, K. Langowska, O. Onaca, N. Bruns, W. Meier, Adv. Funct. Mater 21, 1241-1259 (2011)
4. S.H. Petrosko, R. Johnson, H. White, C.A. Mirkin, J. Am. Chem. Soc 138, 7443-7445 (2016)
5. C. Deraedt, D. Astruc, Coord. Chem. Rev 324, 106-122 (2016)
6. M. Comellas-Aragonès, H. Engelkamp, V.I. Claessen, N.A. Sommerdijk, A.E. Rowan, P.C. Christianen, R.J. Nolte, Nat. Nanotechnol 2, 635-639 (2007)
7. J.W. Wilkerson, S.O. Yang, P.J. Funk, S.K. Stanley, B.C. Bundy, N Biotechnol 44, 59-63 (2018)
8. A. Liu, C.H.H. Traulsen, J.J. Cornelissen, ACS Catal 6, 3084-3091 (2016)
9. D. Ingert, M.P. Pileni, Adv. Funct. Mater 11, 136-139 (2001)
10. Y. Liu, J. Wang, M. Zhang, H. Li, Z. Lin, ACS nano 14, 12491-12521 (2020)
11. D. Zhang, C. Chen, X. Wang, G. Guo, Y. Sun, Part Part Syst Charact 35, 1700413 (2018)
12. S.M. Kim, M. Jeon, K.W. Kim, J. Park, L.S. Lee, J. Am. Chem. Soc 135, 15714-15717 (2013)
13. J.H. Swisher, L. Jibril, S.H. Petrosko, C.A. Mirkin, Nat. Rev. Mater 7, 428-448 (2022)
14. M.T. De Martino, L.K. Abdelmohsen, F.P. Rutjes, J.C. van Hest, Beilstein J. Org. Chem 14, 716-733 (2018)
15. R. Syah, M. Zahar, E. Kianfar, Int. J. Chem. React. Eng 19, 981-1007 (2021)
16. Z. Yu, N. Ji, X. Li, R. Zhang, Y. Qiao, J. Xiong, X. Lu, Angew. Chem., Int. Ed 62, e202213612 (2023)
17. Q. Yang, D. Han, H. Yang, C. Li, Chem. Asian J 3, 1214-1229 (2008)
18. N. Chen, S. Li, X. Li, Q. Zhan, L. Li, L. Long, X. Yuan, J. Chem. Eng 429, 132305 (2022)
19. J. Liu, S.Z. Qiao, J.S. Chen, X.W.D. Lou, X. Xing, G.Q.M. Lu, ChemComm 47, 12578-12591 (2011)
20. V. Balasubramanian, O. Onaca, R. Enea, D.W. Hughes, C.G. Palivan, Expert Opin Drug Deliv 7, 63-78 (2010)
21. A. Ranquin, W. Versées, W. Meier, J. Steyaert, P. Van Gelder, Nano Lett 5, 2220-2224 (2005)
22. S. Mei, X. Xu, R.D. Priestley, Y. Lu, Chem. Sci 11, 12269-12281 (2020)
23. A. Botos, J. Biskupek, T.W. Chamberlain, G.A. Rance, C.T. Stoppiello, J. Sloan, A.N. Khlobystov, J. Am. Chem. Soc 138, 8175-8183. (2016)
24. M.C.M. Van Oers, F.P.J.T. Rutjes, J.C.M. Van Hest, urr. Opin. Biotechnol 28, 10-16 (2014)
25. U. Díaz, A. Corma, Eur. J. Chem.24, 3944-3958 (2018)
26. M. Kuepfert, A.E. Cohen, O. Cullen, M. Weck, Eur. J. Chem 24, 18648-18652 (2018)
27. J. Li, J. Huang, Y. Jiang, L. Wu, Y. Deng, Adv. Funct. Mater 33, 2212317 (2023)
28. M. Kaur, B. Singh, Chem. Sci. J 9, 1000192 (2018)
29. S. Lu, W.W. Li, D. Rotem, E. Mikhailova, H. Bayley, Nat. Chem 2, 921-928 (2010)
30. H. Ren, C.G. Cheyne, A.M. Fleming, C.J. Burrows, H.S. White, J. Am. Chem. Soc 140, 5153-5160 (2018)
31. W.J. Ramsay, N.A. Bell, Y. Qing, H. Bayley, J. Am. Chem. Soc 140, 17538-17546 (2018)
32. Y.Q. Tan, B. Xue, W.S. Yew, Molecules 26, 1389 (2021)
33. H. Kirst, B.H. Ferlez, S.N. Lindner, C.A. Cotton, A. Bar-Even, C.A. Kerfeld, Proc. Natl. Acad. Sci 119, e2116871119 (2022)
34. V. Balasubramanian, A. Poillucci, A. Correia, H. Zhang, C. Celia, H.A. Santos, ACS Biomater. Sci. Eng 4, 1471-1478 (2018)
35. T.G. Edwardson, M.D. Levasseur, S. Tetter, A. Steinauer, M. Hori, D. Hilvert, Chem. Rev 122, 9145-9197 (2022)
36. N.P. Kamat, J.S. Katz, D.A. Hammer, J. Phys. Chem 2, 1612-1623 (2011)
37. C.G. Palivan, O. Fischer-Onaca, M. Delcea, F. Itel, W. Meier, Chem. Soc. Rev 41, 2800-2823 (2012)
38. Y.M. Mohan, K. Lee, T. Premkumar, K.E. Geckeler, Polymer 48, 158-164 (2007)
39. A. Larrañaga, M. Lomora, J.R. Sarasua, C.G. Palivan, A. Pandit, Prog. Mater. Sci 90, 325-357 (2017)
40. F. Rodrigues, T. Georgelin, G. Gabant, B. Rigaud, F. Gaslain, G. Zhuang, M. Jaber, J. Phys. Chem 10, 4192-4196 (2019)
41. M. Stöter, B. Biersack, N. Reimer, M. Herling, N. Stock, R. Schobert, J. Breu, Chem. Mater 26, 5412-5419 (2014)
42. J. Bain, S.S. Staniland, Phys. Chem. Chem. Phys 17, 15508-15521 (2015)
43. S.F. Van Dongen, W.P. Verdurmen, R.J. Peters, R.J. Nolte, R. Brock, J.C. Van Hest, Angew. Chem 122, 7371-7374 (2010)
44. B. Thingholm, P. Schattling, Y. Zhang, B. Städler, Small 12, 1806-1814 (2016)
45. M. Godoy‐Gallardo, M.J. York‐Duran, L. Hosta‐Rigau, Adv. Healthc. Mater 7, 1700917 (2018)
46. J.S. Plegaria, C.A. Kerfeld, Curr. Opin. Biotechnol 51, 1-7 (2018)
47. C.R. Gonzalez‐Esquer, S.E. Newnham, C.A. Kerfeld, Plant J 87, 66-75 (2016)
48. A. de la Escosura, R.J. Nolte, J.J. Cornelissen, J. Mater. Chem 19, 2274-2278 (2009)
49. K.T. Kim, S.A. Meeuwissen, R.J. Nolte, J.C. van Hest, Nanoscale 2, 844-858 (2010)
50. B. Maity, K. Fujita, T. Ueno, Curr Opin Chem Biol 25, 88-97 (2015)
51. L. Zakharova, Y. Kudryashova, A. Ibragimova, E. Vasilieva, F. Valeeva, E. Popova, A. Konovalov, J. Chem. Eng 185, 285-293 (2012)
52. W.C. e Vries, B.J. Ravoo, Supramolecular Chemistry in Water 375-411 (2019)
53. Y.D. Tretyakov, A.V. Lukashin, A.A. Eliseev, Russ. Chem. Rev 73, 899-921 (2004)
54. G. Chen, X.A. Fang, Q. Chen, J.G. Zhang, Z. Zhong, J. Xu, G. Ouyang, Adv. Funct. Mater 27, 1702126 (38)
55. S. Ordanini, F. Cellesi, Pharmaceutics 10, 209 (2018)
56. T. Nishimura, S. Hirose, Y. Sasaki, K. Akiyoshi, J. Am. Chem. Soc 142, 154-161 (2019)
57. L. Jing, X. Zhang, R. Guan, H. Yang, Catal. Sci. Technol 8, 2304-2311 (2018)
58. G. Song, Y. Chen, C. Liang, X. Yi, J. Liu, X. Sun, Z. Liu, Adv Mater 28, 7143-7148 (2016)
59. J. Gaitzsch, D. Appelhans, L. Wang, G. Battaglia, B. Voit, Angew. Chem., Int. Ed 51, 4448-4451 (2012)
60. M. Fang, P.S. Grant, M.J. McShane, G.B. Sukhorukov, V.O. Golub, Y.M. Lvov, Langmuir 18, 6338-6344 (2002)
61. S.B. Timmermans, J.C. van Hest, Curr Opin Colloid Interface 35, 26-35 (2018)
62. T.S. Koblenz, J. Wassenaar, J.N. Reek, Chem. Soc. Rev 37, 247-262 (2008)
63. P. Khullar, V. Singh, A. Mahal, H. Kumar, G. Kaur, M.S. Bakshi, J. Phys. Chem. B 117, 3028-3039 (2013)
64. S. Sadjadi, Academic Press 257-303 (2016)
65. D. Bonifazi, S. Mohnani, A. Llanes‐Pallas, Eur. J. Chem 15, 7004-7025 (2009)
66. K. Chaudhary, K. Prakash, D.T. Masram, Appl. Surf. Sci 509, 144902 (2020)
67. J. Li, H.C. Zeng, Angew. Chem., Int. Ed. 44, 4342-4345 (2005)
68. X. Huang, C. Guo, J. Zuo, N. Zheng, G.D. Stucky, Small 5, 361-365 (2009)
69. X. Lu, X. Bian, G. Nie, C. Zhang, C. Wang, Y. Wei, J. Mater. Chem. 22, 12723-12730 (2012)
70. H. Miyamura, R.G. Bergman, K.N. Raymond, F.D. Toste, J. Am. Chem. Soc 142, 19327-19338 (2020)
71. J. Wei, K. Li, H. Yu, H. Yin, M.A. Cohen Stuart, J. Wang, S. Zhou, ACS omega 5, 6852-6861 (2020)
72. S. Singh, C. Rao, C.K. Nandi, T.K. Mukherjee, ACS Appl. Nano Mater 5, 7427-7439 (2022)
73. Y.M. Chung, H.K. Rhee, CATAL LETT 85, 159-164 (2003)
74. B.D. Chandler, J.D. Gilbertson, Dendrimer catalysis 97-120 (2006)
75. J.S. Croley, K.J. Stevenson, UT-Austin 1-21 (2008)
76. R. Ricciardi, J. Huskens, W. Verboom, J. Flow Chem 5, 228-233 (2015)
77. B. Devadas, A.P. Periasamy, K. Bouzek, Coord. Chem. Rev 444, 214062 (2021)
78. A. Ostafin, K. Landfester, K. Artech House (2008)
79. A. Najer, D. Wu, D. Vasquez, C.G. Palivan, W. Meier, Nanomed 8, 425-447 (2013)
80. Y.C. Chen, The University of Utah (2011)
81. I. Louzao, J.C. van Hest, Biomacromolecules 14, 2364-237 (2013)
82. S.A. Dergunov, A.T. Khabiyev, S.N. Shmakov, M.D. Kim, N. Ehterami, M.C> Weiss, E. Pinkhassik, ACS nano 10, 11397-11406 (2016)
83. D.P. Patterson, B. Schwarz, K. El-Boubbou, J. van der Oost, P.E. Prevelige, T. Douglas, Soft Matter 8, 10158-10166 (2012)
84. P. Kraj, E. Selivanovitch, B. Lee, T. Douglas, Biomacromolecules 22, 2107-2118 (2021)
85. P. Tanner, P. Baumann, R. Enea, O. Onaca, C. Palivan, W. Meier, Acc. Chem. Res 44, 1039-1049 (2011)
86. C. Wu, Z. Xing, B. Fang, Y. Cui, Z. Li, W. Zhou, J. Mater. Chem 10, 180-191 (2022)
87. V.P. Nanikov, Chem. Rev 111, 418-454 (2011)
88. L. León-Boigues, L.A. érez, C. Mijangos, Polymers 13, 602 (2021)
89. K. Damarla, Y. Rachuri, E. Suresh, A. Kumar, Langmuir 34, 10081-10091 (2018)
90. M.A. Martínez, D. Aranda, E. Ortí, J. Aragó, L. Sánchez, Org. Chem. Front 10, 1959-1967 (2023)