تخليق البوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs) بالموجات فوق الصوتية

البوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs) هي مستقبلات مصممة اصطناعيًا ذات انتقائية ونوعية محددتين مسبقًا لبنية جزيء بيولوجي أو كيميائي معين. ويمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تحسين مسارات مختلفة لتخليق البوليمرات المطبوعة جزيئيًا، مما يجعل البلمرة أكثر كفاءة وموثوقية.

ما البوليمرات المطبوعة جزيئيًا؟

البوليمر المطبوع جزيئيًا (MIP) هو مادة بوليمرية ذات خصائص تعرّف شبيهة بخصائص الأجسام المضادة، تُنتَج باستخدام تقنية الطبع الجزيئي. وتُنتج تقنية الطبع الجزيئي بوليمرًا مطبوعًا جزيئيًا مخصصًا لجزيء مستهدف معين. ويحتوي البوليمر المطبوع جزيئيًا على تجاويف في مصفوفتِه البوليمرية ذات ألفة لجزيء «القالب» المحدد. وتتضمن العملية عادةً بدء بلمرة المونومرات في وجود جزيء قالب يُستخلص لاحقًا، تاركًا تجاويف مكملة له. وتتمتع هذه البوليمرات بألفة للجزيء الأصلي، وقد استُخدمت في تطبيقات مثل عمليات الفصل الكيميائي أو التحفيز أو المستشعرات الجزيئية. ويمكن تشبيه الجزيئات المطبوعة جزيئيًا بقفل جزيئي يطابق مفتاحًا جزيئيًا (ما يُسمى جزيء القالب). وتتميز البوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs) بمواقع ارتباط مصممة خصيصًا لتطابق جزيئات القالب من حيث الشكل والحجم والمجموعات الوظيفية. وتتيح خاصية «القفل – المفتاح» استخدام البوليمرات المطبوعة جزيئيًا في تطبيقات مختلفة، حيث يجري التعرّف على نوع معين من الجزيئات وربطه بالقفل الجزيئي، أي البوليمر المطبوع جزيئيًا.

يوضح الرسم التخطيطي مسار الطبع الجزيئي للسيكلودكسترينات لتحضير مستقبلات مصممة خصيصًا.
الدراسة والصورة: Hishiya et al. 2003

للبوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs) نطاق واسع من التطبيقات، وتُستخدم لفصل جزيئات بيولوجية أو كيميائية محددة وتنقيتها، بما في ذلك الأحماض الأمينية والبروتينات ومشتقات النيوكليوتيدات والملوثات، وكذلك الأدوية والأغذية. وتتراوح مجالات التطبيق من الفصل والتنقية إلى المستشعرات الكيميائية والتفاعلات التحفيزية وتوصيل الأدوية والأجسام المضادة البيولوجية وأنظمة المستقبلات. (راجع Vasapollo et al. 2011)
على سبيل المثال، تُستخدم تقنية MIP بوصفها تقنية استخلاص دقيق بالطور الصلب لمعالجة الجزيئات المشتقة من القنب، مثل CBD أو THC، وتنقيتها من المستخلص كامل الطيف للحصول على معزولات الكانابينويدات ومقطراتها.

تخليق الجزيئات المطبوعة جزيئيًا بالموجات فوق الصوتية

بحسب نوع الجزيء المستهدف (القالب) والتطبيق النهائي للبوليمر المطبوع جزيئيًا، يمكن تخليق MIPs بأشكال مختلفة، مثل الجسيمات الكروية ذات الأحجام النانوية والميكرونية، أو الأسلاك النانوية، أو القضبان النانوية، أو الخيوط النانوية، أو الأغشية الرقيقة. ولإنتاج شكل محدد من MIP، يمكن تطبيق تقنيات بلمرة مختلفة، مثل الطبع في الكتلة، والترسيب، والبلمرة بالمستحلب، والتعليق، والتشتيت، وتكوين الهلام، والبلمرة بالانتفاخ متعدد الخطوات.
يوفر استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الشدة تقنية عالية الكفاءة ومتعددة الاستخدامات وبسيطة لتخليق البنى النانوية البوليمرية.
تقدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية مزايا عديدة في تخليق MIPs مقارنةً بعمليات البلمرة التقليدية، لأنها تعزز ارتفاع معدلات التفاعل، وزيادة تجانس نمو السلاسل البوليمرية، وارتفاع المردود، وتوفير ظروف ألطف (مثل انخفاض درجة حرارة التفاعل). كما يمكنها تغيير توزيع مواقع الارتباط، ومن ثم مورفولوجيا البوليمر النهائي. (Svenson 2011)
يؤدي تطبيق الطاقة الكيميائية الصوتية على بلمرة MIPs إلى بدء تفاعلات البلمرة والتأثير فيها إيجابيًا. وفي الوقت نفسه، تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية إزالة الغازات بفعالية من المزيج البوليمري دون التضحية بسعة الارتباط أو الصلابة.
يوفر التجانس والتشتيت والاستحلاب بالموجات فوق الصوتية مزجًا وتقليبًا فائقين لتكوين معلقات متجانسة وتوفير طاقة البدء لعمليات البلمرة. وقد بحث Viveiros et al. (2019) إمكانات تخليق MIPs بالموجات فوق الصوتية، وذكروا أن «MIPs المحضرة بالموجات فوق الصوتية أظهرت خصائص ارتباط مماثلة لتلك الناتجة عن الطرق التقليدية أو متفوقة عليها».
تفتح MIPs ذات الشكل النانوي إمكانات واعدة لتحسين تجانس مواقع الارتباط. وتُعرف المعالجة بالموجات فوق الصوتية بنتائجها الاستثنائية في تحضير المشتتات النانوية والمستحلبات النانوية.

بلمرة المستحلبات النانوية بالموجات فوق الصوتية

يمكن تخليق MIPs بالبلمرة بالمستحلب. وتُجرى البلمرة بالمستحلب عادةً بتكوين مستحلب زيت في ماء مع إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي. ولتكوين مستحلب مستقر ذي حجم نانوي، يلزم استخدام تقنية استحلاب عالية الأداء. ويُعد الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية تقنية راسخة لتحضير المستحلبات النانوية والمستحلبات المصغرة.
اقرأ المزيد عن الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية!

يمكن للموجات فوق الصوتية تحسين مسارات التخليق التالية لإنتاج nanoMIP: البلمرة بالترسيب، والبلمرة بالمستحلب، والبلمرة ذات بنية اللب والغلاف.
الدراسة والصورة من إعداد: Refaat et al. 2019

استخلاص القالب بالموجات فوق الصوتية

بعد تخليق البوليمرات المطبوعة جزيئيًا، يجب إزالة القالب من موقع الارتباط للحصول على بوليمر مطبوع جزيئيًا نشط. وتعزز قوى المزج الشديدة الناتجة عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية الذوبانية والانتشار والنفاذ وانتقال جزيئات المذيب والقالب. وبذلك تُزال القوالب سريعًا من مواقع الارتباط.
ويمكن أيضًا الجمع بين الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية واستخلاص سوكسليت لإزالة القالب من البوليمر المطبوع.

دراسات حالة: تطبيقات الموجات فوق الصوتية للبوليمرات المطبوعة جزيئيًا

تخليق البوليمرات المطبوعة جزيئيًا بالموجات فوق الصوتية

يحقق تغليف الجسيمات النانوية المغناطيسية ببوليمرات مطبوعة بـ17β-إستراديول باستخدام مسار تخليق بالموجات فوق الصوتية إزالة سريعة لـ17β-إستراديول من البيئات المائية. ولتخليق nanoMIPs بالموجات فوق الصوتية، استُخدم حمض الميثاكريليك (MAA) بوصفه مونومرًا، وثنائي ميثاكريلات الإيثيلين غليكول (EGDMA) بوصفه عامل تشابك، وآزوبيس إيزوبوتيرونيتريل (AIBN) بوصفه بادئًا. وأُجريت عملية التخليق بالموجات فوق الصوتية لمدة 2h عند 65ºC. وكان متوسط أقطار جسيمات NIPs المغناطيسية وMIPs المغناطيسية 200 و300 nm، على التوالي. ولم يؤدِّ استخدام الموجات فوق الصوتية إلى تحسين معدل البلمرة ومورفولوجيا الجسيمات النانوية فحسب، بل أدى أيضًا إلى زيادة عدد الجذور الحرة، مما سهّل نمو MIP حول الجسيمات النانوية المغناطيسية. وكانت سعة الامتزاز تجاه 17β-إستراديول مماثلة لتلك المحققة بالطرق التقليدية. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

الموجات فوق الصوتية للمستشعرات المطبوعة جزيئيًا

صمم Yu et al. مستشعرًا كهروكيميائيًا مطبوعًا جزيئيًا يعتمد على أقطاب معدلة بجسيمات النيكل النانوية لتحديد الفينوباربيتال. وطُوّر المستشعر الكهروكيميائي المذكور بالبلمرة الحرارية باستخدام حمض الميثاكريليك (MAA) بوصفه المونومر الوظيفي، و2,2-آزوبيس إيزوبوتيرونيتريل (AIBN) وأكريلات روزينات ماليك الإيثيلين غليكول (EGMRA) بوصفهما عامل التشابك، والفينوباربيتالات (PBs) بوصفها جزيء القالب، وثنائي ميثيل السلفوكسيد (DMSO) بوصفه مذيبًا عضويًا. وفي عملية تصنيع المستشعر، مُزج 0.0464g من PB و0.0688g من MAA في 3 mL من DMSO وعولج المزيج بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 min. وبعد 5 h، أُضيف 1.0244g من EGMRA و0.0074g من AIBN إلى المزيج، وعولج بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 min للحصول على محاليل بوليمر مطبوع بـPB. وبعد ذلك، أُسقط على سطح GCE مقدار 10 μL من محلول جسيمات النيكل النانوية بتركيز 2.0 mg mL^-1، ثم جُفف المستشعر في درجة حرارة الغرفة. وبعد ذلك، طُلي GCE المعدل بجسيمات النيكل النانوية بنحو 5 μL من محلول البوليمر المطبوع بـPB المحضر، وجُفف تحت التفريغ عند 75◦C لمدة 6 h. وبعد البلمرة الحرارية، غُسل المستشعر المطبوع بمزيج (حمض الأسيتيك) HAc/الميثانول (النسبة الحجمية، 3:7) لمدة 7 min لإزالة جزيئات القالب. (راجع Uygun et al. 2015)

الاستخلاص الدقيق بالموجات فوق الصوتية باستخدام MIPs

لاسترجاع النيكوتيناميد المراد تحليله من العينات، يُطبَّق الاستخلاص الدقيق بالطور الصلب المشتت بمساعدة الموجات فوق الصوتية، يليه القياس باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي (UA-DSPME-UV-vis). وقد استُخدمت بوليمرات مطبوعة جزيئيًا قائمة على الإطار الفلزي العضوي (MOF) من نوع HKUST-1 لاستخلاص النيكوتيناميد (فيتامين B3) وتركيزه المسبق. (Asfaram et al. 2017)

أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات البوليمرات

من المختبر إلى الإنتاج مع قابلية التوسع الخطي: تُطوَّر البوليمرات المطبوعة جزيئيًا المصممة خصيصًا وتُختبر أولًا على نطاق مختبري صغير وباستخدام أنظمة توضع على منضدة المختبر، لدراسة جدوى تخليق البوليمر. وعند التحقق من جدوى MIPs وتحسينها، يُوسَّع نطاق إنتاجها إلى أحجام أكبر. ويمكن توسيع جميع مسارات التخليق بالموجات فوق الصوتية خطيًا من أنظمة منضدة المختبر إلى الإنتاج التجاري الكامل. وتوفر Hielscher Ultrasonics معدات كيميائية صوتية لتخليق البوليمرات، بدءًا من التجهيزات المختبرية الصغيرة وأنظمة منضدة المختبر، وصولًا إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل ضمن خط الإنتاج، للإنتاج على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل. ويمكن توسيع نطاق المعالجة بالموجات فوق الصوتية خطيًا من حجم أنبوب اختبار إلى طاقات إنتاجية كبيرة تبلغ حمولات شاحنات في الساعة. وتضم مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics الواسعة، من الأنظمة المختبرية إلى الأنظمة الكيميائية الصوتية الصناعية، جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية الأنسب للطاقة التشغيلية التي تخطط لها. ويساعدك موظفونا ذوو الخبرة الطويلة بدءًا من اختبارات الجدوى وتحسين العملية، وصولًا إلى تركيب نظام الموجات فوق الصوتية الخاص بك على مستوى الإنتاج النهائي.

Hielscher Ultrasonics – معدات كيميائية صوتية متطورة

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics النطاق الكامل من أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء، من النطاق الصغير إلى الكبير. وتتيح الملحقات الإضافية تجميع التكوين الأنسب لجهاز الموجات فوق الصوتية لعمليتك بسهولة. ويعتمد التجهيز الأمثل للموجات فوق الصوتية على الطاقة التشغيلية المخطط لها، والحجم، والمادة، ونوع العملية سواء كانت على دفعات أو ضمن خط الإنتاج، والجدول الزمني. وتساعدك Hielscher على إعداد العملية الكيميائية الصوتية المثالية.

المعالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج

يمكن استخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher للمعالجة على دفعات وللمعالجة المستمرة بالتدفق. ويمكن معالجة الأحجام الصغيرة والمتوسطة بالموجات فوق الصوتية بسهولة في عملية على دفعات (مثل القوارير وأنابيب الاختبار والكؤوس والخزانات أو البراميل). وقد تكون المعالجة بالموجات فوق الصوتية ضمن خط الإنتاج أكثر فعالية لمعالجة الأحجام الكبيرة. وبينما تتطلب المعالجة على دفعات مزيدًا من الوقت والعمل، تكون عملية المزج المستمر ضمن خط الإنتاج أكثر كفاءة وأسرع وتتطلب عملًا أقل بكثير. وتوفر Hielscher Ultrasonics تجهيز الاستخلاص الأنسب لتفاعل البلمرة وحجم المعالجة لديك.

مسابير بالموجات فوق الصوتية لكل طاقة إنتاجية

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics النطاق الكامل من معالجات الموجات فوق الصوتية، بدءًا من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبرية المدمجة، مرورًا بأنظمة منضدة المختبر والأنظمة التجريبية، وصولًا إلى معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل ذات القدرة على معالجة حمولات شاحنات في الساعة. وتتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة تقديم معدات الموجات فوق الصوتية الأنسب لبوليمراتك وطاقتك التشغيلية وأهدافك الإنتاجية.
تُعد أنظمة الموجات فوق الصوتية التي توضع على منضدة المختبر مثالية لاختبارات الجدوى وتحسين العمليات. ويجعل التوسع الخطي القائم على معلمات العملية المعتمدة زيادة طاقات المعالجة من دفعات أصغر إلى الإنتاج التجاري الكامل أمرًا سهلًا للغاية. ويمكن توسيع النطاق إما بتركيب وحدة استخلاص بالموجات فوق الصوتية أكثر قدرة، أو بتجميع عدة أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية تعمل بالتوازي. ومن خلال UIP16000، تقدم Hielscher أقوى وحدة موجات فوق صوتية في العالم.

سعات اهتزاز قابلة للتحكم الدقيق لتحقيق نتائج مثلى

يمكن التحكم بدقة في جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher، مما يجعلها معدات عمل موثوقة في الإنتاج. وتُعد سعة الاهتزاز إحدى معلمات العملية الحاسمة التي تؤثر في كفاءة التفاعلات الكيميائية الصوتية وفعاليتها، بما في ذلك تفاعلات البلمرة ومسارات التخليق.
تتيح جميع معالجات Hielscher Ultrasonics الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز. وتُعد السونوترودات وأبواق تعزيز السعة ملحقات تتيح تعديل سعة الاهتزاز ضمن نطاق أوسع. ويمكن لمعالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher توفير سعات اهتزاز عالية جدًا وشدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات الصعبة. ويمكن التشغيل المستمر بسهولة بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7.
يتيح لك الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز والمراقبة المستمرة لمعلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية عبر برمجيات ذكية تخليق البوليمرات المطبوعة جزيئيًا الخاصة بك في أكثر ظروف الموجات فوق الصوتية فعالية. معالجة مثلى بالموجات فوق الصوتية لتحقيق أفضل نتائج البلمرة!
تتيح متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة. وهذا يجعل معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher أداة عمل موثوقة تلبي متطلبات عمليتك الكيميائية الصوتية.

اختبارات سهلة وخالية من المخاطر

يمكن توسيع نطاق عمليات الموجات فوق الصوتية خطيًا بالكامل. وهذا يعني أن كل نتيجة حققتها باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مختبري أو موضوع على منضدة المختبر يمكن توسيع نطاقها للحصول على الناتج نفسه تمامًا باستخدام معلمات العملية نفسها تمامًا. وهذا يجعل المعالجة بالموجات فوق الصوتية مثالية لاختبارات الجدوى الخالية من المخاطر، وتحسين العمليات، والتطبيق اللاحق في التصنيع التجاري. تواصل معنا لمعرفة كيف يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية زيادة مردود MIP وجودته لديك.

أعلى جودة – تصميم وتصنيع في ألمانيا

بصفتها شركة مملوكة لعائلة وتديرها العائلة، تمنح Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة لمعالجات الموجات فوق الصوتية الخاصة بها. وتُصمَّم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنَّع وتُختبر بدقة في مقرنا الرئيسي في Teltow بالقرب من برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher وموثوقيتها منها معدات عمل تتحمل أعباء الإنتاج لديك. ويُعد التشغيل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات الصعبة سمة أصيلة لخلاطات Hielscher عالية الأداء.

يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على طاقة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:

يمكنك شراء معالج بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بأحجام مختلفة وبتكوين يطابق متطلبات عمليتك بدقة. من معالجة المتفاعلات في أنبوب مختبري صغير إلى المزج المستمر بالتدفق لمعلقات البوليمرات على المستوى الصناعي، توفر لك Hielscher Ultrasonics جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مناسبًا! يُرجى التواصل معنا – يسعدنا أن نوصي لك بالتجهيز المثالي للموجات فوق الصوتية!