توليف هيدروجيل نانوي باستخدام الموجات فوق الصوتية
الهلاميات المائية النانوية أو الهلاميات النانوية هي هياكل 3D متعددة الوظائف ذات كفاءات عالية كناقلات للأدوية وأنظمة توصيل الأدوية الخاضعة للرقابة. يعزز الموجات فوق الصوتية تشتت جزيئات هيدروجيل بوليمرية بحجم النانو بالإضافة إلى إدراج / دمج الجسيمات النانوية لاحقا في هياكل البوليمر هذه.
التوليف بالموجات فوق الصوتية من Nanogels
الهلاميات المائية النانوية هي هياكل مادية ثلاثية الأبعاد ويمكن تصميمها لإظهار ميزات محددة ، مما يجعلها ناقلات أدوية قوية وأنظمة توصيل أدوية خاضعة للرقابة. يعزز Ultrasonication توليف الجسيمات الوظيفية بحجم النانو بالإضافة إلى الإدراج / الدمج اللاحق للجسيمات النانوية في الهياكل البوليمرية ثلاثية الأبعاد. نظرا لأن الهلاميات النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تحبس المركبات النشطة بيولوجيا داخل نواتها النانوية ، 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 للهلام النانوي مع وظائف فائقة.
الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT مع مفاعل زجاجي لتوليف هيدروجيل نانوي
وظائف الهلاميات 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 النواة / القشرة النانوية الهجينة
- إمكانية ترطيب عالية
- تعزيز التوافر البيولوجي
- خصائص عالية التورم / إزالة التورم
تستخدم الهلاميات النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية في العديد من التطبيقات والصناعات ، على سبيل المثال
- للتطبيقات الصيدلانية والطبية: على سبيل المثال حامل الأدوية ، هلام مضاد للبكتيريا ، تضميد الجروح المضاد للبكتيريا
- في الكيمياء الحيوية والطب الحيوي لتوصيل الجينات
- كمادة ماصة / ماصة حيوية في التطبيقات الكيميائية والبيئية
- في هندسة الأنسجة حيث يمكن أن تحاكي الهلاميات المائية الخصائص الفيزيائية والكيميائية والكهربائية والبيولوجية للعديد من الأنسجة الأصلية
دراسة حالة: تخليق الزنك النانوي عبر طريق سونوكيميائي
يمكن تثبيت الجسيمات النانوية الهجينة ZnO في هلام Carbopol عبر عملية الموجات فوق الصوتية السهلة: يستخدم Sonication لدفع ترسيب جزيئات الزنك النانوية ، والتي يتم ربطها لاحقا بالموجات فوق الصوتية مع Carbopol لتشكيل هيدروجيل نانو.
قام Ismail et al. (2021) بترسيب جسيمات أكسيد الزنك النانوية عبر طريق سونوكيميائي سهل. (ابحث عن بروتوكول التخليق الكيميائي الصوتي لجسيمات ZnO النانوية هنا).
بعد ذلك ، تم استخدام الجسيمات النانوية لتجميع ZnO nanogel. لذلك ، تم شطف ZnO NPs المنتجة بماء منزوع الأيونات المزدوج. تم إذابة 0.5 جم من Carbopol 940 في 300 مل من الماء منزوع الأيونات المضاعف ، متبوعا بإضافة ZnO NPs المغسول حديثا. نظرا لأن Carbopol حمضي بشكل طبيعي ، فإن المحلول يتطلب تحييد قيمة الأس الهيدروجيني ، وإلا فلن يثخن. وهكذا, وقد خضع الخليط صوتنة 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 درجة الحموضة إلى 7) بالتنقيط تحت صوتنة مستمرة حتى حدث تكوين هلام ZnO الأبيض. بدأت سماكة الكاربوبول عندما كان الرقم الهيدروجيني قريبا من الرقم الهيدروجيني المحايد .
يشرح فريق البحث الآثار الإيجابية غير العادية للموجات فوق الصوتية على تكوين الهلام النانوي من خلال تعزيز تفاعل الجسيمات والجسيمات. يعزز التحريض الجزيئي بالموجات فوق الصوتية للمكونات في خليط التفاعل عملية السماكة التي تروج لها تفاعلات مذيب البوليمر. بالإضافة إلى ذلك ، صوتنة يعزز حل كاربوبول. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز تشعيع الموجات فوق الصوتية تفاعل البوليمر و ZnO NPs ويحسن الخصائص اللزجة المرنة لهلام الجسيمات النانوية الهجينة Carbopol / ZnO المحضر.
يوضح المخطط الانسيابي التخطيطي أعلاه توليف ZnO NPs وهلام الجسيمات النانوية الهجين Carbopol / ZnO. في الدراسة ، تم استخدام الموجات فوق الصوتية UP400St لترسيب الجسيمات النانوية ZnO وتشكيل هلام النانو. (مقتبس من إسماعيل وآخرون ، 2021)
ZnO NPs توليفها بطريقة الترسيب الكيميائي تحت تأثير الموجات فوق الصوتية ، حيث (أ) في محلول مائي ، و (ب) مشتتة بالموجات فوق الصوتية في هيدروجيل مستقر قائم على كاربوبول.
(دراسة وصورة: إسماعيل وآخرون ، 2021)
حالة ستوي: إعداد بالموجات فوق الصوتية من بولي (حمض الميثاكريليك) / مونتموريلونيت (PMA / nMMT) نانوجيل
أظهر Khan et al. (2020) التوليف الناجح لهيدروجيل مركب نانوي بولي (حمض ميثاكريليك) / 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 الامتصاص للهلاميات المائية. تمت إضافة مونومر حمض الميثاكريليك (30 مل) بالتنقيط إلى التعليق. تمت إضافة بادئ كبريتات الأمونيوم (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 بالأسيتون وتجفيفها لمدة 48 ساعة عند 70 درجة مئوية في الفرن. تم طحن المنتج الناتج وتخزينه في زجاجة زجاجية. تم تصنيع المواد الهلامية النانوية المركبة المختلفة عن طريق تغيير nMMT بكميات 0.5 و 1.0 و 1.5 و 2.0 جم. أظهرت الهلاميات المائية المركبة النانوية 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 العنصري والهيكلي للهلام النانوي الذي يتكون من مونتموريلونيت (MMT) ، نانو مونتموريلونيت (nMMT) ، بولي (حمض ميثاكريليك) / نانو مونتموريلونيت (PMA / nMMT) ، وأموكسيسيلين (AMX) - وديكلوفيناك (DF) محمل PMA / nMMT. سجلت الصور المجهرية SEM عند تكبير 1.00 KX جنبا إلى جنب مع EDX
- مونتموريلونيت (MMT) ،
- نانو مونتموريلونيت (nMMT) ،
- بولي (حمض الميثاكريليك) / نانو مونتموريلونيت (PMA / nMMT) ،
- وأموكسيسيلين (AMX) - وديكلوفيناك (DF) محملة PMA / nMMT.
لوحظ أن MMT الخام مدين بهيكل ورقة الطبقات التي تظهر وجود حبيبات أكبر. بعد التعديل ، يتم تقشير صفائح MMT إلى جزيئات صغيرة ، والتي قد تكون بسبب القضاء على Si2 + و Al3 + من مواقع ثماني السطوح. يظهر طيف EDX من nMMT نسبة عالية من الكربون ، والتي قد تكون 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 ، والتي تصور التقشير الكامل ل nMMT في مصفوفة PMA. بعد الامتصاص مع الجزيئات الصيدلانية أموكسيسيلين (AMX) وديكلوفيناك (DF) ، لوحظت تغيرات في مورفولوجيا PMA / nMMT. يصبح السطح غير متماثل مع زيادة في الملمس الخشن.
استخدام ووظائف الهلاميات المائية ذات الحجم النانو القائمة على الطين: من المتصور أن تكون مركبات الهيدروجيل النانوية القائمة على الطين مواد ماصة فائقة محتملة لامتصاص الملوثات غير العضوية و / أو العضوية من محلول مائي بسبب الخصائص المشتركة لكل 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)
صور مجهرية SEM-EDX ل (أ) MMT ، (ب) nMMT ، (ج) PMA / nMMT ، و (د) AMX- و (ه) الهلاميات المائية المركبة النانوية المحملة DF. تم إعداد الهلاميات النانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية.
(دراسة وصور: ©خان وآخرون 2020)
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج هيدروجيل ونانوجيل
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج هيدروجيل ونانوجيل
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتوليف الهلاميات المائية والهلاميات النانوية مع وظائف متفوقة. من R الصغيرة والمتوسطة الحجم&D والطيار الموجات فوق الصوتية للأنظمة الصناعية لتصنيع هيدروجيل التجارية في وضع مستمر، Hielscher الموجات فوق الصوتية لديه المعالج بالموجات فوق الصوتية الحق لتغطية الاحتياجات الخاصة بك لإنتاج هيدروجيل / نانوجيل.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- الموثوقية & متانة
- دفعة & في النسق
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (مثل بروتوكول البيانات)
- سهلة وآمنة للعمل
- صيانة منخفضة
- CIP (نظيفة في المكان)
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر/دقيقة | UIP6000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
(دراسة وفيلم: Rutgeerts et al. ، 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 العلم
بروتوكول للتخليق فوق الكيميائي لجسيمات ZnO النانوية
تم تصنيع ZnO NPs باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي تحت تأثير التشعيع بالموجات فوق الصوتية. في إجراء نموذجي ، تم استخدام ثنائي هيدرات خلات 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. في وقت لاحق ، تعرض محلول أيونات الزنك لتشعيع الموجات 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 ، وتم إضافة 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 وتم تركها للاستقرار. في الخلف ، تم تجفيف الراسب الذي تم الحصول عليه في درجة حرارة الغرفة.
(إسماعيل وآخرون ، 2021)
ما هي الهلاميات النانوية؟
الهلاميات النانوية أو الهلاميات المائية المركبة النانوية هي نوع من الهيدروجيل الذي يدمج الجسيمات النانوية ، عادة في نطاق 1-100 نانومتر ، في هيكلها. يمكن أن تكون هذه الجسيمات النانوية عضوية أو غير عضوية أو مزيجا من الاثنين معا.
تتشكل الهلاميات 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 والهلام النانوي. شبكات الهيدروجيل والنانوجيل قادرة على امتصاص كميات كبيرة من الماء ، مما يجعل الهلاميات النانوية عالية الرطوبة وبالتالي 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 هلام تستفيد بشكل كبير من التحريض بالموجات فوق الصوتية.
من ناحية أخرى ، تتكون الهلاميات المائية المركبة النانوية 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 ، تمتلك الهلاميات المائية النانوية والمركبة النانوية مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة في مجالات مثل الطب الحيوي والمعالجة البيئية وتخزين الطاقة نظرا لخصائصها ووظائفها الفريدة.
تطبيقات نانوجيل للعلاجات الطبية
| نوع نانوجيل | دواء | مرض | نشاط | مراجع |
| المواد الهلامية النانوية PAMA-DMMA | دوكسوروبيسين | سرطان | زيادة في معدل الإطلاق مع انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني. ارتفاع السمية الخلوية عند درجة الحموضة 6.8 في دراسات بقاء الخلية | دو وآخرون (2010) |
| الهلاميات النانوية القائمة على الشيتوزان مزينة بالهيالورونات | المحسسات الضوئية مثل رباعي فينيل بورفيرين-تترا-سلفونات (TPPS4) ، رباعي-فينيل-كلورين-تترا-كربوكسيلات (TPCC4) ، وكلورين e6 (Ce6) | الاضطرابات الروماتيزمية | يتم تناولها بسرعة (4 ساعات) بواسطة الضامة وتتراكم في السيتوبلازم والعضيات | شميت وآخرون (2010) |
| جسيمات PCEC النانوية في الهلاميات المائية Pluronic | ليدوكائين | التخدير الموضعي | إنتاج تخدير تسلل طويل الأمد لمدة 360 دقيقة تقريبا | يين وآخرون (2009) |
| بولي (حمض اللاكتيد المشترك والجليكوليك) وجسيمات الشيتوزان النانوية المنتشرة في HPMC وهلام كاربوبول | سبانتيد الثاني | التهاب الجلد التماسي التحسسي واضطرابات التهاب الجلد الأخرى | Nanogelinncreases المحتملة للتسليم عن طريق الجلد من spantide II | بونيت وآخرون (2012) |
| مادة البولي فينيل بيروليدون-بولي الحساسة لدرجة الحموضة (حمض الأكريليك) (PVP / PAAc) الهلاميات النانوية | بيلوكاربين | الحفاظ على تركيز كاف من بيلوكاربين في موقع العمل لفترة طويلة من الزمن | عبد الرحيم وآخرون (2013) | |
| بولي متصالب (جلايكول الإيثيلين) وبولي إيثيلينيمين | قليل النيوكليوتيدات | الأمراض العصبية التنكسية | يتم نقلها بشكل فعال عبر BBB. تزداد فعالية النقل بشكل أكبر عندما يتم تعديل سطح الهلام النانوي باستخدام الترانسفيرين أو الأنسولين | فينوجرادوف وآخرون (2004) |
| الكولسترول تحمل بولولان نانوجيل | الفئران المؤتلفة إنترلوكين -12 | العلاج المناعي للورم | نانوجيل نانوي مستدام الإطلاق | فرحانة وآخرون (2013) |
| بولي (N- إيزوبروبيل لاكريلاميد) والشيتوزان | علاج سرطان ارتفاع الحرارة وتوصيل الأدوية المستهدفة | حساس للحرارة معدل مغناطيسيا | فرحانة وآخرون (2013) | |
| شبكة متفرعة متشابكة من البولي إيثيلين و PEG Polyplexnanogel | فلودارابين | سرطان | ارتفاع النشاط وانخفاض السمية الخلوية | فرحانة وآخرون (2013) |
| نانوجيل متوافق حيويا من بولولان الحامل للكوليسترول | كما مرافقة اصطناعية | علاج مرض الزهايمر | تمنع تراكم بروتين β الأميلويد | إيكيدا وآخرون (2006) |
| الحمض النووي النانوي مع ربط الصور | المادة الوراثية | العلاج الجيني | التسليم المراقب للحمض النووي البلازميد | لي وآخرون (2009) |
| كاربوبول / أكسيد الزنك (ZnO) هلام الجسيمات النانوية الهجين | جسيمات ZnO النانوية | نشاط مضاد للجراثيم ، مثبط بكتيري | إسماعيل وآخرون (2021) |
جدول مقتبس من Swarnali et al. ، 2017
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.