توليف هيدروجيل مركب نانوي باستخدام الموجات فوق الصوتية
الهلاميات المائية النانوية أو الهلاميات النانوية هي هياكل 3D متعددة الوظائف مع كفاءة عالية كناقلات المخدرات وأنظمة توصيل الأدوية الخاضعة للرقابة. Ultrasonication يعزز تشتت نانو الحجم، جزيئات هيدروجيل البوليمر، فضلا عن إدراج? دمج اللاحقة من الجسيمات النانوية في هذه الهياكل البوليمر.
التوليف بالموجات فوق الصوتية من المواد الهلامية النانوية
الهلاميات المائية النانوية المركبة عبارة عن هياكل مادية ثلاثية الأبعاد ويمكن تصميمها لإظهار ميزات محددة ، مما يجعلها حاملات قوية للأدوية وأنظمة توصيل الأدوية الخاضعة للرقابة. Ultrasonication يعزز تخليق الجسيمات وظيفية نانو الحجم وكذلك إدراج? دمج اللاحقة من الجسيمات النانوية في الهياكل البوليمرية ثلاثية الأبعاد. نظرا لأن الهلاميات النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تحبس المركبات النشطة بيولوجيا داخل قلبها النانوي ، فإن هذه الهلاميات المائية ذات الحجم النانوي توفر وظائف رائعة.
الهلاميات النانوية هي تشتت مائي لجسيمات الهيدروجيل النانوية ، والتي ترتبط فيزيائيا أو كيميائيا كشبكة بوليمر محبة للماء. نظرا لأن الموجات فوق الصوتية عالية الأداء عالية الكفاءة في إنتاج تشتت النانو ، فإن الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار هي أداة حاسمة للإنتاج السريع والموثوق للمواد الهلامية النانوية ذات الوظائف الفائقة.
الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT مع مفاعل زجاجي لتخليق هيدروجيل نانوي
وظائف المواد الهلامية النانوية المنتجة بالموجات فوق الصوتية
- استقرار غرواني ممتاز ومساحة سطح محددة كبيرة
- يمكن أن تكون معبأة بكثافة مع الجسيمات النانوية
- السماح بدمج الجسيمات الصلبة واللينة في قلب هجين? غلاف نانوجل
- إمكانات ترطيب عالية
- تعزيز التوافر البيولوجي
- خصائص عالية التورم? إزالة التورم
تستخدم المواد الهلامية النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية في العديد من التطبيقات والصناعات ، على سبيل المثال
- للتطبيقات الصيدلانية والطبية: على سبيل المثال حامل الدواء ، هلام مضاد للبكتيريا ، تضميد الجروح المضادة للبكتيريا
- في الكيمياء الحيوية والطب الحيوي لتوصيل الجينات
- كممتص? ممتز حيوي في التطبيقات الكيميائية والبيئية
- في هندسة الأنسجة ، يمكن أن تحاكي الهلاميات المائية الخصائص الفيزيائية والكيميائية والكهربائية والبيولوجية للعديد من الأنسجة الأصلية
دراسة حالة: تخليق نانوجيل الزنك عبر طريق Sonochemical
يمكن تثبيت الجسيمات النانوية الهجينة ZnO في هلام Carbopol عبر عملية الموجات فوق الصوتية السهلة: يتم استخدام Sonication لدفع ترسيب جزيئات الزنك النانوية ، والتي يتم ربطها لاحقا بالموجات فوق الصوتية مع Carbopol لتشكيل nano-hydrogel.
قام Ismail et al. (2021) بترسيب جسيمات أكسيد الزنك النانوية عبر طريق سونوكيميائي سهل. (ابحث عن بروتوكول التخليق الكيميائي لجسيمات ZnO النانوية هنا).
بعد ذلك ، تم استخدام الجسيمات النانوية لتوليف هلام ZnO النانوي. لذلك ، تم شطف ZnO NPs المنتجة بالماء منزوع الأيونات المزدوج. تم إذابة 0.5 غرام من Carbopol 940 في 300 مل من الماء مضاعف منزوع الأيونات ، تليها إضافة ZnO NPs المغسولة حديثا. نظرا لأن Carbopol حمضي بشكل طبيعي ، فإن المحلول يتطلب تحييدا لقيمة الأس الهيدروجيني ، وإلا فلن يثخن. وهكذا ، خضع الخليط لصوتنة مستمرة باستخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400S بسعة 95 ودورة 95 ٪ لمدة 1 ساعة. بعد ذلك ، تمت إضافة 50 مل من ثلاثي ميثيل أمين (TEA) كعامل تحييد (رفع الرقم الهيدروجيني إلى 7) بالتنقيط تحت صوتنة مستمرة حتى حدث تكوين هلام أبيض ZnO. بدأت سماكة كاربوبول عندما كان الرقم الهيدروجيني قريبا من درجة الحموضة المحايدة .
يشرح فريق البحث الآثار الإيجابية غير العادية للموجات فوق الصوتية على تكوين الهلام النانوي من خلال تعزيز التفاعل بين الجسيمات والجسيمات. التحريض الجزيئي الذي يبدأ بالموجات فوق الصوتية للمكونات في خليط التفاعل يعزز عملية السماكة التي تروج لها تفاعلات البوليمر والمذيبات. بالإضافة إلى ذلك ، صوتنة يعزز حل كاربوبول. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز تشعيع الموجات فوق الصوتية تفاعل البوليمر-ZnO NPs ويحسن الخصائص اللزجة المرنة لهلام الجسيمات النانوية الهجينة Carbopol? ZnO.
يوضح المخطط الانسيابي التخطيطي أعلاه تخليق ZnO NPs وهلام الجسيمات النانوية الهجين Carbopol? ZnO. في الدراسة ، تم استخدام الموجات فوق الصوتية UP400St لترسيب الجسيمات النانوية ZnO وتشكيل nanogel. (مقتبس من إسماعيل وآخرون ، 2021)
ZnO NPs توليفها بواسطة طريقة الترسيب الكيميائي تحت تأثير الموجات فوق الصوتية ، حيث (أ) في المحلول المائي ، و (ب) يتم تشتيتها بالموجات فوق الصوتية في هيدروجيل مستقر قائم على كاربوبول.
حالة Stuy: التحضير بالموجات فوق الصوتية للبولي (حمض الميثاكريليك)? مونتموريلونيت (PMA? nMMT) نانوجل
أظهر Khan et al. (2020) التوليف الناجح لهيدروجيل مركب نانوي بولي (حمض الميثاكريليك)? مونتموريلونيت (PMA? nMMT) عبر بلمرة الأكسدة والاختزال بمساعدة الموجات فوق الصوتية. عادة ، تم تشتيت 1.0 غرام من nMMT في 50 مل من الماء المقطر مع الموجات فوق الصوتية لمدة 2 ساعة لتشكيل تشتت متجانس. يحسن Sonication تشتت الطين ، مما يؤدي إلى تعزيز الخواص الميكانيكية وقدرة امتصاص الهلاميات المائية. تمت إضافة مونومر حمض الميثاكريليك (30 مل) بالتنقيط إلى التعليق. تمت إضافة بيرسلفات الأمونيوم البادئ (APS) (0.1 M) إلى الخليط متبوعا ب 1.0 مل من مسرع TEMED. تم تحريك التشتت بقوة لمدة 4 ساعات عند 50 درجة مئوية بواسطة محرك مغناطيسي. تم غسل الكتلة اللزجة الناتجة عن الأسيتون وتجفيفها لمدة 48 ساعة عند 70 درجة مئوية في الفرن. تم طحن المنتج الناتج وتخزينه في زجاجة زجاجية. تم تصنيع المواد الهلامية النانوية المختلفة عن طريق تغيير nMMT بكميات 0.5 و 1.0 و 1.5 و 2.0 جم. صورت الهلاميات المائية النانوية المركبة المحضرة باستخدام 1.0 جم من nMMT نتائج امتصاص أفضل من بقية المركبات ، وبالتالي تم استخدامها لمزيد من التحقيق في الامتزاز.
تظهر الصور المجهرية SEM-EDX على اليمين التحليل الأولي والهيكلي للهلام النانوي الذي يتكون من المونتموريلونيت (MMT) ، نانو مونتموريلونيت (nMMT) ، بولي (حمض الميثاكريليك)? نانو مونتموريلونيت (PMA? nMMT) ، والأموكسيسيلين (AMX) - وديكلوفيناك (DF) - محمل PMA? nMMT. سجلت الصور المجهرية SEM عند تكبير 1.00 KX جنبا إلى جنب مع EDX من
- مونتموريلونيت (MMT) ،
- نانو مونتموريلونيت (nMMT) ،
- بولي (حمض الميثاكريليك)? نانو مونتموريلونيت (PMA? nMMT) ،
- وأموكسيسيلين (AMX) - وديكلوفيناك (DF) - PMA? nMMT المحملة.
لوحظ أن MMT الخام مدين بهيكل ورقة طبقات يوضح وجود حبيبات أكبر. بعد التعديل ، يتم تقشير صفائح MMT إلى جزيئات صغيرة ، والتي قد تكون بسبب القضاء على Si2 + و Al3 + من المواقع ثماني السطوح. يظهر طيف EDX من nMMT نسبة عالية من الكربون ، والذي قد يكون في المقام الأول بسبب الفاعل بالسطح المستخدم للتعديل حيث أن المكون الرئيسي ل CTAB (C19H42BrN) هو الكربون (84٪). يعرض PMA? nMMT بنية متماسكة وشبه مستمرة. علاوة على ذلك ، لا توجد مسام مرئية ، مما يصور التقشير الكامل ل nMMT في مصفوفة PMA. بعد الامتصاص مع الجزيئات الصيدلانية أموكسيسيلين (AMX) وديكلوفيناك (DF) ، لوحظت تغييرات في مورفولوجيا PMA? nMMT. يصبح السطح غير متماثل مع زيادة في الملمس الخام.
استخدام ووظائف الهلاميات المائية ذات الحجم النانوي القائم على الطين: من المتصور أن تكون المركبات النانوية الهيدروجيل القائمة على الطين مواد ماصة فائقة محتملة لامتصاص الملوثات غير العضوية و? أو العضوية من محلول مائي بسبب خصائص الجمع بين كل من الطين والبوليمرات ، مثل التحلل البيولوجي ، والتوافق الحيوي ، والجدوى الاقتصادية ، والوفرة ، ومساحة السطح المحددة العالية ، والشبكة ثلاثية الأبعاد ، وخصائص التورم? إزالة التورم.
(راجع خان وآخرون ، 2020)
الصور المجهرية SEM-EDX ل (أ) MMT ، (ب) nMMT ، (ج) PMA? nMMT ، و (د) AMX- و (ه) الهلاميات المائية النانوية المركبة المحملة ب DF. تم إعداد المواد الهلامية النانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج هيدروجيل ونانوجيل
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج هيدروجيل ونانوجيل
Hielscher Ultrasonics بتصنيع معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتوليف الهلاميات المائية والمواد الهلامية النانوية مع وظائف متفوقة. من R الصغيرة والمتوسطة الحجم&D والموجات فوق الصوتية التجريبية للأنظمة الصناعية لتصنيع هيدروجيل التجارية في الوضع المستمر، Hielscher Ultrasonics لديه المعالج بالموجات فوق الصوتية الحق لتغطية الاحتياجات الخاصة بك لإنتاج هيدروجيل? نانوجيل.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (مثل بروتوكول البيانات)
- سهل وآمن للعمل
- صيانة منخفضة
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل? دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل? دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر? دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر? دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر? دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر? دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا!? اسألنا!
(دراسة وفيلم: روتجيرتس وآخرون ، 2019)
الأدب? المراجع
- Ismail, S.H.; Hamdy, A.; Ismail, T.A.; Mahboub, H.H.; Mahmoud, W.H.; Daoush, W.M. (2021): Synthesis and Characterization of Antibacterial Carbopol/ZnO Hybrid Nanoparticles Gel. Crystals 2021, 11, 1092.
- Khan, Suhail; Fuzail Siddiqui, Mohammad; Khan, Tabrez Alam (2020): Synthesis of poly(methacrylic acid)/montmorillonite hydrogel nanocomposite for efficient adsorption of Amoxicillin and Diclofenac from aqueous environment: Kinetic, isotherm, reusability, and thermodynamic investigations. ACS Omega. 5, 2020. 2843–2855.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
حقائق تستحق المعرفة
بروتوكول التخليق الكيميائي لجسيمات ZnO النانوية
تم تصنيع ZnO NPs باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي تحت تأثير تشعيع الموجات فوق الصوتية. في إجراء نموذجي ، تم استخدام ثنائي هيدرات أسيتات الزنك (Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) كسلائف ، ومحلول أمونيا بنسبة 30-33٪ (NH3) في محلول مائي (NH4OH) كعامل اختزال. تم إنتاج جسيمات ZnO النانوية عن طريق إذابة الكمية المناسبة من أسيتات الزنك في 100 مل من الماء منزوع الأيونات لإنتاج 0.1 M من محلول أيونات الزنك. بعد ذلك ، تعرض محلول أيونات الزنك للإشعاع بالموجات فوق الصوتية باستخدام Hielscher UP400S (400 واط ، 24 كيلو هرتز ، برلين ، ألمانيا) بسعة 79٪ ودورة 0.76 لمدة 5 دقائق عند درجة حرارة 40 درجة مئوية. بعد ذلك ، تمت إضافة محلول الأمونيا بالتنقيط إلى محلول أيونات الزنك تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. بعد لحظات قليلة ، بدأت ZnO NPs في الترسب والنمو ، وأضيف محلول الأمونيا باستمرار حتى حدث هطول الأمطار الكامل ل ZnO NPs.
تم غسل ZnO NPs التي تم الحصول عليها باستخدام الماء منزوع الأيونات عدة مرات وتركت لتستقر. في الخلف ، تم تجفيف الراسب الذي تم الحصول عليه في درجة حرارة الغرفة.
(إسماعيل وآخرون ، 2021)
ما هي المواد الهلامية النانوية؟
الهلاميات النانوية أو الهلاميات المائية النانوية هي نوع من الهيدروجيل الذي يدمج الجسيمات النانوية ، عادة في حدود 1-100 نانومتر ، في بنيتها. يمكن أن تكون هذه الجسيمات النانوية عضوية أو غير عضوية أو مزيج من الاثنين معا.
تتشكل المواد الهلامية النانوية من خلال عملية تعرف باسم التشابك ، والتي تتضمن الترابط الكيميائي لسلاسل البوليمر لتشكيل شبكة ثلاثية الأبعاد. نظرا لأن تكوين الهلاميات المائية والهلام النانوي يتطلب خلطا شاملا من أجل ترطيب البنية البوليمرية ، وتعزيز التشابك ودمج الجسيمات النانوية ، فإن الموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة للغاية لإنتاج الهلاميات المائية والمواد الهلامية النانوية. شبكات الهيدروجيل والنانوجيل قادرة على امتصاص كميات كبيرة من الماء ، مما يجعل المواد الهلامية النانوية عالية الرطوبة وبالتالي فهي مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات مثل توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة وأجهزة الاستشعار الحيوية.
تتكون الهلاميات المائية النانوية عادة من جسيمات نانوية ، مثل جزيئات السيليكا أو البوليمر ، المنتشرة في جميع أنحاء مصفوفة الهيدروجيل. يمكن تصنيع هذه الجسيمات النانوية من خلال طرق مختلفة ، بما في ذلك بلمرة المستحلب ، وبلمرة المستحلب العكسي ، وتوليف سول هلام. هذه البلمرة وتوليفات سول جل تستفيد بشكل كبير من التحريض بالموجات فوق الصوتية.
من ناحية أخرى ، تتكون الهلاميات المائية النانوية المركبة من مزيج من هيدروجيل وحشو نانوي ، مثل الطين أو أكسيد الجرافين. يمكن أن تؤدي إضافة الحشو النانوي إلى تحسين الخواص الميكانيكية والفيزيائية للهيدروجيل ، مثل صلابته وقوة شده وصلابته. هنا ، تسهل قدرات التشتت القوية للصوتنة التوزيع الموحد والمستقر للجسيمات النانوية في مصفوفة الهيدروجيل.
بشكل عام ، تحتوي الهلاميات المائية النانوية والمركبة النانوية على مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة في مجالات مثل الطب الحيوي والمعالجة البيئية وتخزين الطاقة نظرا لخصائصها ووظائفها الفريدة.
تطبيقات نانوجيل للعلاجات الطبية
| نوع النانوجيل | دواء | مرض | نشاط | مراجع |
| المواد الهلامية النانوية PAMA-DMMA | دوكسوروبيسين | سرطان | زيادة في معدل الإطلاق مع انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني. سمية خلوية أعلى عند الرقم الهيدروجيني 6.8 في دراسات صلاحية الخلية | دو وآخرون (2010) |
| المواد الهلامية النانوية القائمة على الشيتوزان مزينة بالهيالورونات | المحسسات الضوئية مثل رباعي فينيل بورفيرين تترا سلفونات (TPPS4) ، رباعي فينيل كلورين رباعي كربوكسيلات (TPCC4) ، وكلورين e6 (Ce6) | الاضطرابات الروماتيزمية | يتم امتصاصها بسرعة (4 ساعات) بواسطة البلاعم وتتراكم في السيتوبلازم والعضيات | شميت وآخرون (2010) |
| الجسيمات النانوية PCEC في الهلاميات المائية pluronic | ليدوكائين | التخدير الموضعي | أنتج تخديرا طويل الأمد للتسلل لمدة 360 دقيقة تقريبا | يين وآخرون (2009) |
| بولي (حمض اللاكتيد المشترك الجليكوليك) وجسيمات الشيتوزان النانوية المنتشرة في HPMC وهلام كاربوبول | سبانتيد الثاني | التهاب الجلد التماسي التحسسي واضطرابات التهاب الجلد الأخرى | Nanogelinncreases المحتملة لتوصيل spantide II عن طريق الجلد | بونيت وآخرون (2012) |
| المواد الهلامية النانوية البولي فينيل بيروليدون بولي (حمض الأكريليك) (PVP? PAAc) الحساسة لدرجة الحموضة | بيلوكاربين | الحفاظ على تركيز كاف من بيلوكاربين في موقع العمل لفترة طويلة من الزمن | عبد الرحيم وآخرون (2013) | |
| بولي متصالبة (جلايكول الإيثيلين) وبولي إيثيلينيمين | قليل النيوكليوتيدات | الأمراض التنكسية العصبية | نقلها بشكل فعال عبر BBB. تزداد فعالية النقل بشكل أكبر عندما يتم تعديل سطح الهلام النانوي باستخدام الترانسفيرين أو الأنسولين | فينوجرادوف وآخرون (2004) |
| المواد الهلامية النانوية بولولان الحاملة للكوليسترول | الفئران المؤتلف إنترلوكين -12 | العلاج المناعي للورم | نانوجيل نانو مستدام الإطلاق | فرحانة وآخرون (2013) |
| بولي (N- إيزوبروبيل لاكريلاميد) والشيتوزان | علاج سرطان ارتفاع الحرارة وتوصيل الأدوية المستهدفة | حساسة للحرارة تعديل مغناطيسي | فرحانة وآخرون (2013) | |
| شبكة متفرعة مترابطة من البولي إيثيلين و PEG Polyplexnanogel | فلودارابين | سرطان | نشاط مرتفع وانخفاض السمية الخلوية | فرحانة وآخرون (2013) |
| نانوجل نانوي متوافق حيويا من بولولان الحامل للكوليسترول | كمرافق اصطناعي | علاج مرض الزهايمر | تمنع تراكم أميلويد β البروتين | إيكيدا وآخرون (2006) |
| نانوجل الحمض النووي مع ربط الصور | المادة الوراثية | العلاج الجيني | التسليم المراقب للحمض النووي البلازميد | لي وآخرون (2009) |
| كاربوبول? أكسيد الزنك (ZnO) هلام الجسيمات النانوية الهجين | جسيمات الزنك النانوية | نشاط مضاد للجراثيم ، مثبط بكتيري | إسماعيل وآخرون (2021) |
جدول مقتبس من Swarnali et al. ، 2017
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.