Son teknolojik gelişmeler, çeşitli değerli kimyasalların verimli ve sürdürülebilir sentezi için yeni olanaklar açtı. Bu gelişmelerden bazıları nanometre ölçeğinde malzeme veya cihaz tasarlamak ve incelemek için tasarlanmış nanoteknolojilere, sistemlere veya tekniklere dayanmaktadır.
Nanoreaktörler , sınırlı alanlarda kimyasal reaksiyonları barındırmak ve kontrol etmek için tasarlanmış nanoteknolojilerdir . Bu küçük yapılar, istenen kimyasal reaksiyonları ortaya çıkarmak için tepkime maddelerinin, katalizörlerin ve koşulların hassas bir şekilde manipüle edilmesini sağlayan minik “reaksiyon kapları” olarak hizmet eder.
Çin’deki İç Moğolistan Üniversitesi, Fudan Üniversitesi ve Julin Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda dönen bir manyetik alana maruz kaldığında kendini karıştırabilen yeni bir kürek benzeri mezogözenekli silika nanoreaktör geliştirdiler. Nature Nanotechnology’de yayınlanan bir makalede özetlenen bu nanoreaktör, kimyasalları moleküler düzeyde karıştırabilir , reaksiyonların verimliliğini artırabilir ve böylece potansiyel olarak çeşitli bileşiklerin sentezini artırabilir.
Yuzhu Ma, Peiting Guo ve meslektaşları makalelerinde, ” Dış uyaranları nanometre ölçeğinde kendi kendine sürdürülebilir hareket (örneğin kendi kendine dönme) elde etmek için dönüştürebilen ve aynı anda moleküllerin parçacık içi difüzyon desenlerini çözmek için birden fazla aktif bölgenin mekansal lokalizasyonunu entegre edip dağıtabilen yapay nanomalzeme sistemleri geliştirmek, yeşil sentetik kimya için büyük önem taşımaktadır” diye yazdılar.
“Ayrılmış bölmelere ve aktif bölgelerin kontrol edilebilir yakınlığına sahip, kürek benzeri, kendi kendini karıştıran bir mezogözenekli silika nanoreaktör sistemi gösteriyoruz.”
Ma, Guo ve işbirlikçileri tarafından geliştirilen yeni nanoreaktör, esasen moleküllerin geçebildiği gözeneklere sahip, sünger benzeri küçük bir yapıdır. Özellikle, üzerine dönen bir manyetik alan uygulandığında, bu sünger benzeri yapı otonom olarak kendi kendine dönebilir ve kimyasalları moleküler düzeyde karıştıran bir karıştırma hareketi üretebilir.
Ekibin nanoreaktörü, dönüşünü başlatan manyetik demir oksit (Fe₃O₄) parçacıklarının yanı sıra farklı bölmelerde ayrılmış altın (Au) ve paladyum (Pd) nanokristallerini içeriyor. Bu karakteristik tasarım, katalizörlerin nanoskala düzeyinde karıştırılmasını kolaylaştırarak, belirli bileşikler üretmek için gereken kimyasal reaksiyonların daha hassas bir şekilde kontrol edilmesi ve geliştirilmesinin önünü açıyor.
Ma, Guo ve meslektaşları, “Nanoreaktörler, ilk bölmede manyetik Fe 3 O 4 (~20 nm) kapsüllenerek tasarlandı ve bu arada Au ve Pd nanokristalleri farklı alanlarda mekansal olarak izole edildi” şeklinde açıkladılar.
“Böyle bir nanoreaktör, dönen manyetik alanlar altında nanoskalada dönüş üretir ve geleneksel makro-karıştırma ile karşılaştırıldığında 5,6-dimetilfenantridinyumun kademeli sentezinde (96,4% seçicilik) bir büyüklük sırasına göre aktivite artışı gösterir. Reaktif ara maddelerin ardışık ve ters transferinde dönüş kaynaklı artışı nicel olarak ortaya çıkardık ve sonuç olarak katalitik performansı kontrol etmede öz-dönüşüm ve yakınlık etkilerinin önemini ortaya koyduk.”
Ma, Guo ve meslektaşları, yaptıkları araştırma kapsamında kürek benzeri nanoreaktörlerini kullanarak, endüstriyel malzemelerin yanı sıra tıbbi ve ilaç endüstrilerinde de yaygın olarak kullanılan organik bileşik 5,6-dimetilfenantridinyum’u sentezlediler.
Araştırmacılar bu bileşiği, geleneksel makro-karıştırma teknikleriyle elde edilen seçicilikten önemli ölçüde daha yüksek olan %96,4’lük dikkate değer bir seçicilikle sentezlemeyi başardılar.
Gelecekte, yeni tanıtılan nanoreaktör daha da geliştirilebilir ve diğer bileşiklerin sentezine uygulanabilir. Dahası, altta yatan tasarımı yakında kimyasal üretim veya sentez süreçlerinin verimliliğini ve sürdürülebilirliğini artırabilecek benzer nanoteknolojilerin geliştirilmesine ilham verebilir.
Daha fazla bilgi için: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01915-2 .
