Ultrasonication istifadə edərək Nanokompozit Hidrogel Sintezi
Nanokompozit hidrogellər və ya nanogellər dərman daşıyıcıları və idarə olunan buraxılışlı dərman çatdırma sistemləri kimi yüksək effektivliyə malik çoxfunksiyalı 3D strukturlardır. Ultrasonication nanoölçülü, polimer hidrojel hissəciklərinin dispersiyasını, həmçinin nanohissəciklərin bu polimer strukturlarına sonrakı daxil edilməsini/daxil edilməsini təşviq edir.
Nanogellərin ultrasəs sintezi
Nanokompozit hidrojellər üçölçülü material strukturlarıdır və spesifik xüsusiyyətləri nümayiş etdirmək üçün dizayn edilə bilər ki, bu da onları güclü dərman daşıyıcıları və idarə olunan buraxılışlı dərman çatdırma sistemləri edir. Ultrasonikasiya funksionallaşdırılmış nanoölçülü hissəciklərin sintezini, həmçinin nanohissəciklərin üçölçülü polimer strukturlara sonrakı daxil edilməsini/daxil edilməsini təşviq edir. Ultrasəslə sintez edilmiş nanogellər öz nanoölçülü nüvələrində bioaktiv birləşmələri tuta bildiyinə görə, bu nanoölçülü hidrogellər böyük funksiyalar təklif edir.
Nanogellər hidrofilik polimer şəbəkəsi kimi fiziki və ya kimyəvi cəhətdən çarpaz bağlı olan hidrogel nanohissəciklərinin sulu dispersiyasıdır. Yüksək performanslı ultrasəs nano-dispersiyaların istehsalında yüksək effektiv olduğundan, zond tipli ultrasəs cihazları üstün funksiyalara malik nanogellərin sürətli və etibarlı istehsalı üçün mühüm vasitədir.
Ultrasəs cihazı UIP1000hdT nanokompozit hidrogel sintezi üçün şüşə reaktor ilə
Ultrasəslə İstehsal olunan Nanogellərin Funksiyaları
- əla kolloid sabitlik və böyük xüsusi səth sahəsi
- nanohissəciklərlə sıx şəkildə qablaşdırıla bilər
- bərk və yumşaq hissəcikləri hibrid nüvə/qabıq nanogelində birləşdirməyə imkan verir
- yüksək nəmləndirmə potensialı
- bioavailability təşviqi
- yüksək şişkinlik / de-şişkinlik xüsusiyyətləri
Ultrasonik olaraq sintez edilmiş nanogellər çoxsaylı tətbiqlərdə və sənayelərdə istifadə olunur, məsələn
- əczaçılıq və tibbi tətbiqlər üçün: məsələn, dərman daşıyıcısı, antibakterial gel, antibakterial yara sarğı
- gen çatdırılması üçün biokimya və biotibbdə
- kimyəvi və ətraf mühit tətbiqlərində adsorbent/biosorbent kimi
- toxuma mühəndisliyində hidrojellər bir çox yerli toxumanın fiziki, kimyəvi, elektrik və bioloji xüsusiyyətlərini təqlid edə bilər
Case Study: Sonochemical Route vasitəsilə Sink Nanogel sintezi
ZnO hibrid nanohissəcikləri asan bir ultrasəs prosesi vasitəsilə Carbopol gelində sabitləşdirilə bilər: Sonikasiya sink nanohissəciklərinin çöküntülərini idarə etmək üçün istifadə olunur, sonradan nano-hidrogel yaratmaq üçün Carbopol ilə ultrasəslə çarpaz bağlıdır.
İsmayıl və b. (2021) asan sonokimyəvi marşrutla sink oksid nanohissəciklərini çökdürdü. (ZnO nanohissəciklərinin sonokimyəvi sintezi üçün protokolu burada tapın).
Daha sonra nanohissəciklər ZnO nanogelini sintez etmək üçün istifadə edilmişdir. Buna görə istehsal edilən ZnO NP-lər ikiqat deionlaşdırılmış su ilə yuyulur. 0,5 q Carbopol 940 300 mL ikiqat deionlaşdırılmış suda həll edildi, ardınca təzə yuyulmuş ZnO NP-ləri əlavə edildi. Carbopol təbii olaraq turşu olduğundan, məhlul pH dəyərinin neytrallaşdırılmasını tələb edir, əks halda qalınlaşmaz. Beləliklə, qarışıq 1 saat ərzində 95 amplituda və 95% dövrü ilə Hielscher ultrasəs cihazı UP400S istifadə edərək davamlı sonikasiyaya məruz qalmışdır. Daha sonra zərərsizləşdirici vasitə kimi 50 mL trimetilamin (TEA) ZnO ağ gel əmələ gələnə qədər davamlı sonikasiya altında damla damla əlavə edildi. Karbopolun qalınlaşması pH neytral pH-a yaxın olduqda başladı.
Tədqiqat qrupu ultrasəsləşdirmənin nanogel əmələ gəlməsinə qeyri-adi müsbət təsirini gücləndirilmiş hissəcik-hissəcik qarşılıqlı əlaqəsi ilə izah edir. Reaksiya qarışığındakı komponentlərin ultrasəslə başlanmış molekulyar təşviqatı polimer-həlledici qarşılıqlı təsirləri ilə təşviq edilən qalınlaşma prosesini artırır. Bundan əlavə, sonikasiya Carbopolun həllini təşviq edir. Bundan əlavə, ultrasəs dalğasının şüalanması polimer-ZnO NP-lərin qarşılıqlı təsirini artırır və hazırlanmış Carbopol/ZnO hibrid nanohissəcikləri gelinin özlü-elastik xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır.
Yuxarıdakı sxematik axın sxemi ZnO NPs və Carbopol/ZnO hibrid nanohissəcik gelinin sintezini göstərir. Tədqiqatda ZnO nanohissəciklərinin çökməsi və nanogel əmələ gəlməsi üçün ultrasəs cihazı UP400St istifadə edilmişdir. (İsmail və başqalarından uyğunlaşdırılmışdır, 2021)
(a) sulu məhlulda və (b) ultrasəs olaraq stabil Carbopol əsaslı hidrogelə səpələnmiş ultrasəsləmə təsiri altında kimyəvi çökmə üsulu ilə sintez edilən ZnO NPs.
(tədqiqat və şəkil: İsmayıl və başqaları, 2021)
Case Stuy: Poli(metakril turşusu)/Montmorillonite (PMA/nMMT) Nanogelin ultrasəslə hazırlanması
Xan və b. (2020) ultrasəs köməyi ilə redoks polimerləşmə yolu ilə poli(metakrilik turşu)/Montmorillonit (PMA/nMMT) nanokompozit hidrogelin uğurlu sintezini nümayiş etdirdi. Tipik olaraq, 1.0 g nMMT homojen bir dispersiya yaratmaq üçün 50 mL distillə edilmiş suda ultrasəslə 2 saat ərzində dağıldı. Sonikasiya gilin dispersiyasını yaxşılaşdırır, nəticədə hidrogellərin mexaniki xüsusiyyətləri və adsorbsiya qabiliyyəti yüksəlir. Metakrilik turşu monomeri (30 mL) suspenziyaya damla əlavə edildi. Qarışığa inisiator ammonium persulfat (APS) (0,1 M), ardınca 1,0 mL TEMED sürətləndiricisi əlavə edildi. Dispersiya maqnit qarışdırıcı ilə 50°C-də 4 saat güclü şəkildə qarışdırıldı. Yaranan özlü kütlə asetonla yuyuldu və sobada 70°C-də 48 saat qurudulub. Nəticədə məhsul üyüdüldü və bir şüşə qabda saxlanıldı. 0,5, 1,0, 1,5 və 2,0 q miqdarlarda nMMT dəyişdirilərək müxtəlif nanokompozit gellər sintez edilmişdir. 1.0 q nMMT istifadə edərək hazırlanmış nanokompozit hidrogellər digər kompozitlərdən daha yaxşı adsorbsiya nəticələrini təsvir etdi və buna görə də əlavə adsorbsiya tədqiqi üçün istifadə edildi.
Sağdakı SEM-EDX mikroqrafları montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poli(metakril turşusu)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT) və amoksisillindən (AMX) ibarət olan nanogellərin elementar və struktur analizini göstərir. )- və diklofenak (DF) yüklü PMA/nMMT. EDX ilə birlikdə 1.00 KX böyüdülməsində qeydə alınmış SEM mikroqrafları.
- montmorillonit (MMT),
- nano-montmorillonit (nMMT),
- poli(metakril turşusu)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT),
- və amoksisillin (AMX) və diklofenak (DF) yüklü PMA/nMMT.
Xam MMT-nin daha böyük taxılların mövcudluğunu göstərən laylı təbəqə quruluşuna borcu olduğu müşahidə edilir. Modifikasiyadan sonra MMT vərəqləri xırda hissəciklərə ayrılır ki, bu da Si2+ və Al3+ oktaedral yerlərdən xaric olması ilə əlaqədar ola bilər. nMMT-nin EDX spektri karbonun yüksək faizini nümayiş etdirir, bu, ilk növbədə, CTAB-nin (C19H42BrN) əsas tərkib hissəsi karbon (84%) olduğu üçün modifikasiya üçün istifadə edilən səthi aktiv maddə ilə əlaqədar ola bilər. PMA/nMMT koherent və yaxın birgə davamlı struktur göstərir. Bundan əlavə, heç bir məsamə görünmür, bu da nMMT-nin PMA matrisinə tam aşınmasını təsvir edir. Amoksisillin (AMX) və diklofenak (DF) farmasevtik molekulları ilə sorbsiya edildikdən sonra PMA/nMMT morfologiyasında dəyişikliklər müşahidə olunur. Kobud toxumanın artması ilə səth asimmetrik olur.
Gil əsaslı nanoölçülü hidrogellərin istifadəsi və funksiyaları: Gil əsaslı hidrogel nanokompozitləri həm gillərin, həm də polimerlərin birləşmə xüsusiyyətlərinə görə sulu məhluldan qeyri-üzvi və/və ya üzvi çirkləndiricilərin udulması üçün potensial super adsorbentlər kimi nəzərdə tutulur. bioloji parçalanma, biouyğunluq, iqtisadi həyat qabiliyyəti, bolluq, yüksək spesifik səth sahəsi, üçölçülü şəbəkə və şişkinlik/şişkinlik xüsusiyyətləri kimi.
(bax. Xan və başqaları, 2020)
(a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT və (d) AMX və (e) DF yüklü nanokompozit hidrogellərin SEM-EDX mikroqrafları. Nanogellər ultrasəs üsulu ilə hazırlanmışdır.
(tədqiqat və şəkillər: ©Khan et al. 2020)
Hidrogel və Nanogel istehsalı üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazları
Hidrogel və Nanogel istehsalı üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazları
Hielscher Ultrasonics, üstün funksiyaları olan hidrogellərin və nanogellərin sintezi üçün yüksək performanslı ultrasəs avadanlıqları istehsal edir. Kiçik və orta ölçülü R&D və davamlı rejimdə kommersiya hidrogel istehsalı üçün sənaye sistemlərinə pilot ultrasəs cihazları, Hielscher Ultrasonics, hidrogel / nanogel istehsalı üçün tələblərinizi ödəmək üçün düzgün ultrasəs prosessoruna malikdir.
- yüksək səmərəlilik
- ən müasir texnologiya
- etibarlılıq & möhkəmlik
- dəstə & xətdə
- istənilən həcm üçün
- ağıllı proqram təminatı
- ağıllı funksiyalar (məsələn, məlumat protokolu)
- idarə etmək asan və təhlükəsizdir
- aşağı təmir
- CIP (yerində təmiz)
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| 15-150 l | 3 ilə 15 L/dəq | UIP6000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
(Tədqiqat və film: Rutgeerts et al., 2019)
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə Dəyər Faktlar
ZnO nanohissəciklərinin sonokimyəvi sintezi üçün protokol
ZnO NP-lər ultrasəs şüalanmasının təsiri altında kimyəvi çökmə üsulu ilə sintez edilmişdir. Tipik bir prosedurda sink asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2·2H2O) bir prekursor kimi və reduksiya agenti kimi sulu məhlulda (NH4OH) 30-33% (NH3) ammonyak məhlulu istifadə edilmişdir. ZnO nanohissəcikləri 0,1 M sink ion məhlulu əldə etmək üçün müvafiq miqdarda sink asetatı 100 ml deionlaşdırılmış suda həll etməklə istehsal edilmişdir. Sonradan sink ionlarının məhlulu Hielscher UP400S (400 Vt, 24 kHz, Berlin, Almaniya) istifadə edərək 79% amplituda və 40 ◦C temperaturda 5 dəqiqə ərzində 0,76 dövrə ilə ultrasəs dalğası şüalanmasına məruz qaldı. Sonra ammiak məhlulu ultrasəs dalğalarının təsiri altında sink ionlarının məhluluna damcı-damcı əlavə edildi. Bir neçə dəqiqədən sonra ZnO NP-lər çökməyə və böyüməyə başladı və ZnO NP-lərin tam çökməsi baş verənə qədər ammonyak məhlulu davamlı olaraq əlavə edildi.
Alınan ZnO NP-lər bir neçə dəfə deionlaşdırılmış su ilə yuyulmuş və çökmək üçün kənarda qalmışdır. Arxa tərəfdən, alınan çöküntü otaq temperaturunda qurudulur.
(İsmail və başqaları, 2021)
Nanogellər nədir?
Nanogellər və ya nanokompozit hidrogellər, adətən 1-100 nanometr diapazonunda olan nanohissəcikləri öz strukturlarına daxil edən hidrogel növüdür. Bu nanohissəciklər üzvi, qeyri-üzvi və ya hər ikisinin kombinasiyası ola bilər.
Nanogellər üçölçülü şəbəkə yaratmaq üçün polimer zəncirlərinin kimyəvi birləşməsini nəzərdə tutan çarpaz bağlama kimi tanınan bir proses vasitəsilə əmələ gəlir. Hidrogellərin və nanogellərin əmələ gəlməsi polimer strukturunu nəmləndirmək, çarpaz əlaqəni təşviq etmək və nanohissəcikləri birləşdirmək üçün hərtərəfli qarışdırma tələb etdiyindən, ultrasəsləmə hidrogellərin və nanogellərin istehsalı üçün yüksək effektiv üsuldur. Hidrogel və nanogel şəbəkələri böyük miqdarda suyu udmaq qabiliyyətinə malikdir, nanogelləri yüksək dərəcədə nəmləndirir və beləliklə, dərmanların çatdırılması, toxuma mühəndisliyi və biosensorlar kimi geniş tətbiqlər üçün uyğundur.
Nanogel hidrogelləri adətən hidrogel matrisi boyunca yayılmış silisium və ya polimer hissəcikləri kimi nanohissəciklərdən ibarətdir. Bu nanohissəciklər müxtəlif üsullarla, o cümlədən emulsiya polimerləşməsi, tərs emulsiya polimerləşməsi və sol-gel sintezi ilə sintez edilə bilər. Bu polimerləşmə və sol-gel sintezləri ultrasəs çalkalanmasından çox faydalanır.
Nanokompozit hidrogellər isə hidrogel və gil və ya qrafen oksid kimi nanodoldurucunun birləşməsindən ibarətdir. Nanodoldurucunun əlavə edilməsi hidrogelin sərtliyi, dartılma gücü və möhkəmliyi kimi mexaniki və fiziki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər. Burada sonikasiyanın güclü dispersiya imkanları nanohissəciklərin hidrogel matrisinə vahid və sabit paylanmasını asanlaşdırır.
Ümumilikdə, nanogel və nanokompozit hidrogellər unikal xassələri və funksionallıqlarına görə biotibb, ətraf mühitin bərpası və enerjinin saxlanması kimi sahələrdə geniş potensial tətbiqlərə malikdir.
Tibbi müalicə üçün Nanogel tətbiqləri
| Nanogel növü | Dərman | xəstəlik | Fəaliyyət | İstinadlar |
| PAMA-DMMA nanogelləri | doksorubisin | Xərçəng | PH dəyəri azaldıqca sərbəst buraxılma sürətini artırın. Hüceyrə canlılığı tədqiqatlarında pH 6.8-də daha yüksək sitotoksiklik | Du və başqaları. (2010) |
| Hialuronat ilə bəzədilmiş xitosan əsaslı nanogellər | Tetra-fenil-porfirin-tetra-sulfonat (TPPS4), tetra-fenil-xlorin-tetra-karboksilat (TPCC4) və xlorin e6 (Ce6) kimi fotosensibilizatorlar | Revmatik xəstəliklər | Makrofaqlar tərəfindən sürətlə (4 saat) alınır və onların sitoplazmasında və orqanellələrində toplanır. | Schmitt və başqaları. (2010) |
| Pluronic hidrogellərindəki PCEC nanohissəcikləri | Lidokain | Yerli anesteziya | Təxminən 360 dəqiqəlik uzunmüddətli infiltrasiya anesteziyası istehsal edildi | Yin və başqaları. (2009) |
| HPMC və Carbopol gelində səpələnmiş poli(laktid-ko-qlikolik turşu) və xitozan nanohissəcikləri | Spandid II | Allergik kontakt dermatit və digər dəri iltihabı xəstəlikləri | Nanogelin spantid II-nin perkutan çatdırılması üçün potensialı artırır | Punit və başqaları. (2012) |
| pH-həssas polivinilpirolidon-poli (akril turşusu) (PVP/PAAc) nanogellər | Pilokarpin | Uzun müddət təsir yerində pilokarpinin adekvat konsentrasiyasını qoruyun. | Abd El-Rehim et al. (2013) | |
| Çapraz bağlı poli (etilen qlikol) və polietilenimin | Oliqonukleotidlər | Neyrodegenerativ xəstəliklər | Effektiv şəkildə BBB boyunca daşınır. Nanogelin səthi transferrin və ya insulinlə dəyişdirildikdə nəqliyyat effektivliyi daha da artır | Vinogradov və b. (2004) |
| Xolesterol daşıyan pullulan nanogellər | Rekombinant fare interleykin-12 | Şiş immunoterapiyası | Davamlı buraxılan nanogel | Farhana və b. (2013) |
| Poli(N-izopropilakrilamid) və xitozan | Hipertermi xərçənginin müalicəsi və hədəflənmiş dərman çatdırılması | Termosensitiv maqnit modallaşdırılmış | Farhana və b. (2013) | |
| Polietilenimin və PEG Polyplexnanogelin çarpaz bağlı budaqlanmış şəbəkəsi | Fludarabin | Xərçəng | Yüksək aktivlik və sitotoksikliyin azalması | Farhana və b. (2013) |
| Xolesterol daşıyan pullulanın biouyğun nanogel | Süni şaperon kimi | Alzheimer xəstəliyinin müalicəsi | Amiloid β-zülalının yığılmasını maneə törədir | Ikeda və başqaları. (2006) |
| Foto çarpaz əlaqə ilə DNT nanogel | Genetik material | Gen terapiyası | Plazmid DNT-nin idarə olunan çatdırılması | Li və başqaları. (2009) |
| Karbopol/sink oksidi (ZnO) hibrid nanohissəcik geli | ZnO nanohissəcikləri | Antibakterial fəaliyyət, bakterial inhibitor | İsmayıl və b. (2021) |
Cədvəl Swarnali et al., 2017-dən uyğunlaşdırılmışdır
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.