Ултразвуков синтез на молекулярно отпечатани полимери (MIP)

Молекулярно отпечатаните полимери (MIP) са изкуствено проектирани рецептори с предварително определена селективност и специфичност за дадена биологична или химична молекулна структура. Ултразвукът може да подобри различни пътища на синтез на молекулярно отпечатани полимери, което прави полимеризацията по-ефективна и надеждна.

Какво представляват молекулярно отпечатаните полимери?

Молекулярно отпечатан полимер (MIP) е полимерни материали с антитялоподобни характеристики на разпознаване, които са произведени с помощта на техниката на молекулярен импринтинг. Техниката на молекулярен отпечатък произвежда молекулярно отпечатан полимер по отношение на конкретна целева молекула. Молекулярно отпечатаният полимер има кухини в полимерната си матрица с афинитет към специфичното “Шаблон” молекула. Процесът обикновено включва иницииране на полимеризация на мономери в присъствието на шаблонна молекула, която се извлича след това, оставяйки след себе си допълващи кухини. Тези полимери имат афинитет към оригиналната молекула и са били използвани в приложения като химическо разделяне, катализа или молекулярни сензори. Молекулярните отпечатани молекули могат да бъдат сравнени с молекулярна ключалка, която съответства на молекулярен ключ (така наречената молекула на матрицата). Молекулярно отпечатаните полимери (MIP) се характеризират със специално пригодени места за свързване, които съответстват на молекулите на матрицата по форма, размер и функционални групи. "Ключалката – Функцията "Key" позволява да се използват молекулярни отпечатани полимери за различни приложения, където специфичен тип молекула се разпознава и прикрепя към молекулярната ключалка, т.е. молекулярния отпечатан полимер.

Схематичната илюстрация показва молекулярния импринтинг път на циклодекстрините за получаване на персонализирани рецептори.
Проучване и картина: Hishiya et al. 2003

Молекулярно отпечатаните полимери (MIP) имат широко поле на приложение и се използват за разделяне и пречистване на определени биологични или химични молекули, включително аминокиселини и протеини, нуклеотидни производни, замърсители, както и лекарства и храни. Областите на приложение варират от разделяне и пречистване до химически сензори, каталитични реакции, доставяне на лекарства, биологични антитела и рецепторни системи. (срв. Vasapollo et al. 2011)
Например, технологията MIP се използва като техника за микроекстракция в твърда фаза за работа и пречистване на молекули, получени от канабис, като CBD или THC от екстракта от пълния спектър, за да се получат канабиноидни изолати и дестилати.

Ултразвуков синтез на молекули, молекулярно отпечатани

В зависимост от типа на целта (шаблона) и крайното приложение на MIP, MIP могат да се синтезират в различни формати като сферични частици с нано- и микронни размери, нанопроводници, нано-пръчки, нанофиламенти или тънки филми. За да се получи специфична MIP форма, могат да се приложат различни техники за полимеризация като насипно отпечатване, утаяване, емулсионна полимеризация, суспензия, дисперсия, гелиране и многоетапна полимеризация с набъбване.
Прилагането на нискочестотен ултразвук с висока интензивност предлага високоефективна, гъвкава и проста техника за синтез на полимерни наноструктури.
Соникацията носи няколко предимства в синтеза на MIP в сравнение с традиционните процеси на полимеризация, тъй като насърчава по-високи скорости на реакцията, по-хомогенен растеж на полимерната верига, по-високи добиви и по-меки условия (напр. ниска температура на реакцията). Освен това може да промени разпределението на популацията на мястото на свързване и по този начин морфологията на крайния полимер. (Свенсън 2011)
Чрез прилагане на сонохимична енергия към полимеризацията на MIP се инициират реакции на полимеризация и се влияе положително. Едновременно с това ултразвукът насърчава ефективната дегазация на полимерната смес, без да се жертва способността на свързване или твърдостта.
Ултразвуковата хомогенизация, диспергиране и емулгиране предлагат превъзходно смесване и разбъркване за образуване на хомогенни суспензии и осигуряване на енергия за иницииране на процесите на полимеризация. Viveiros et al. (2019) изследват потенциала на ултразвуковия синтез на MIP и заявяват, че "MIP, приготвени ултразвуково, представят свойства на свързване, подобни или превъзхождащи конвенционалните методи".
MIP в наноформат отварят обещаващи възможности за подобряване на хомогенността на местата на свързване. Ултразвукът е добре известен с изключителните си резултати при получаването на нанодисперсии и наноемулсии.

Ултразвукова нано-емулсионна полимеризация

MIP могат да бъдат синтезирани чрез емулсионна полимеризация. Полимеризацията на емулсията обикновено се постига чрез образуване на емулсия масло във вода с добавяне на повърхностно активно вещество. За да се образува стабилна, наноразмерна, е необходима високоефективна техника за емулгиране. Ултразвуковата емулгификация е утвърдена техника за приготвяне на нано- и мини-емулсии.
Прочетете повече за ултразвуковата наноемулгация!

Ултразвукът може да подобри следните пътища за синтез за производство на nanoMIP: полимеризация на утаяване, полимеризация на емулсия и полимеризация на сърцевината.
Проучване и снимка от: Refaat et al. 2019

Ултразвуково извличане на шаблона

След синтеза на молекулярно отпечатани полимери, шаблонът трябва да бъде отстранен от мястото на свързване, за да се получи активен молекулярно отпечатан полимер. Интензивните сили на смесване на ултразвука насърчават разтворимостта, дифузивността, проникването и транспортирането на молекули на разтворител и матрица. По този начин шаблоните бързо се премахват от местата за подвързване.
Ултразвуковата екстракция може да се комбинира и с екстракция на Soxhlet, за да се премахне шаблонът от отпечатания полимер.

Казуси: Ултразвукови приложения за молекулярно отпечатани полимери

Ултразвуков синтез на молекулярно отпечатани полимери

Капсулирането на магнитни наночастици от 17β-естрадиол-отпечатани полимери с помощта на ултразвуков синтез постига бързо отстраняване на 17β-естрадиол от водна среда. За ултразвуковия синтез на наноMIP метакриловата киселина (MAA) е използвана като мономер, етилен гликол диметилакрилат (EGDMA) като омрежващ и азобизизобутиронитрил (AIBN) като инициатор. Процедурата за ултразвуков синтез се провежда в продължение на 2 часа при 65ºC. Средният диаметър на размера на частиците на магнитните NIP и магнитните MIP са съответно 200 и 300 nm. Използването на ултразвук не само подобрява скоростта на полимеризация и морфологията на наночастиците, но също така води до увеличаване на броя на свободните радикали и по този начин улеснява растежа на MIP около магнитните наночастици. Адсорбционният капацитет към 17β-естрадиол е сравним с традиционния подход. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ултразвук за молекулярно отпечатани сензори

Yu et al. проектират молекулярно отпечатан електрохимичен сензор, базиран на модифицирани от никелови наночастици електроди за определяне на фенобарбитал. Докладваният електрохимичен сензор е разработен чрез термична полимеризация с използването на метакрилова киселина (MAA) като функционален мономер, 2,2-азобизизобутиронитрил (AIBN) и етилен гликол малеин розинат (EGMRA) акрилат като омрежващ агент, фенобарбитали (PB) като матрица молекула и диметилсулфоксид (DMSO) като органичен разтворител. В процеса на производство на сензора 0,0464g PB и 0,0688g MAA бяха смесени в 3 ml DMSO и ултразвук за 10 минути. След 5 часа в сместа се добавят 1.0244g EGMRA и 0.0074g AIBN и се озвучават в продължение на 30 минути, за да се получат полимерни разтвори, отпечатани от PB. След това 10 μL от 2,0 mg ml^-1Разтворът на Ni наночастици пада върху повърхността на GCE и след това сензорът се изсушава при стайна температура. След това приблизително 5 μL от приготвения PB-отпечатан полимерен разтвор се покрива върху модифицирания с Ni наночастици GCE и се суши във вакуум при 75◦C в продължение на 6 часа. След термичната полимеризация, отпечатаният сензор се промива с (оцетна киселина) HAc/метанол (обемно съотношение, 3:7) за 7 минути, за да се отстранят молекулите на шаблона. (срв. Uygun et al. 2015)

Ултразвукова микроекстракция с помощта на MIP

За да се извлекат никотинамидни анализи от проби, се прилага ултразвуково подпомагана дисперсионна твърдофазна микроекстракция, последвана от UV-vis спектрофотометър (UA-DSPME-UV-vis). За екстракция и предварителна концентрация на никотинамид (витамин В3) са използвани молекулярно импринтирани полимери на базата на метална органична рамка (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

Високоефективни ултразвукови апарати за полимерни приложения

От лаборатория до производство с линейна мащабируемост: Специално проектираните молекулярно отпечатани полимери първо се разработват и тестват в малък лабораторен и настолен мащаб, за да се проучи осъществимостта на синтеза на полимера. Ако осъществимостта и оптимизацията на МВЦ са постигнати, производството на МВЦ се мащабира до по-големи обеми. Всички пътища за ултразвуков синтез могат да бъдат линейно мащабирани от настолно до напълно комерсиално производство. Hielscher Ultrasonics предлага сонохимично оборудване за синтез на полимери в малки лабораторни и настолни настройки до напълно индустриални вградени ултразвукови системи за 24/7 производство при пълно натоварване. Ултразвукът може да бъде линейно мащабиран от размера на епруветката до голям производствен капацитет на камиони на час. Обширното продуктово портфолио на Hielscher Ultrasonics от лабораторни до индустриални сонохимични системи разполага с най-подходящия ултразвуков уред за вашия предвиден технологичен капацитет. Нашият дългогодишен опитен персонал ще ви помогне от тестовете за осъществимост и оптимизацията на процеса до инсталирането на вашата ултразвукова система на крайно производствено ниво.

Hielscher Ultrasonics – Сложно сонохимично оборудване

Продуктовото портфолио на Hielscher Ultrasonics обхваща пълната гама от високоефективни ултразвукови екстрактори от малки до големи мащаби. Допълнителните аксесоари позволяват лесното сглобяване на най-подходящата конфигурация на ултразвуковото устройство за вашия процес. Оптималната ултразвукова настройка зависи от предвидения капацитет, обем, материал, партиден или вграден процес и времева линия. Hielscher ви помага да настроите идеалния сонохимичен процес.

партиден и вграден

Ултразвуковите апарати Hielscher могат да се използват за партидна и непрекъсната обработка. Малки и средни обеми могат да бъдат удобно ултразвукови в партиден процес (напр. флакони, тест, епруветки, чаши, резервоари или бъчви). За обработка на голям обем вградената ултразвук може да бъде по-ефективна. Въпреки че дозирането отнема повече време и труд, непрекъснатият процес на смесване е по-ефективен, по-бърз и изисква значително по-малко труд. Hielscher Ultrasonics разполага с най-подходящата настройка за екстракция за вашата реакция на полимеризация и обем на процеса.

Ултразвукови сонди за всеки капацитет на продукта

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ултразвукови процесори през настолни и пилотни системи до напълно индустриални ултразвукови процесори с капацитет за обработка на камиони на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящото ултразвуково оборудване за вашите полимери, технологичен капацитет и производствени цели.
Ултразвуковите настолни системи са идеални за тестове за осъществимост и оптимизиране на процесите. Линейното мащабиране въз основа на установени параметри на процеса улеснява увеличаването на капацитета за обработка от по-малки партиди до напълно търговско производство. Увеличаването на мащаба може да се извърши чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков екстрактор или чрез групиране на няколко ултразвукови апарата паралелно. С UIP16000 Hielscher предлага най-мощния ултразвуков агрегат в света.

Прецизно контролирани амплитуди за оптимални резултати

Всички ултразвукови апарати на Hielscher са прецизно управляеми и по този начин надеждни работни коне в производството. Амплитудата е един от ключовите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и ефективността на сонохимичните реакции, включително реакциите на полимеризация и пътищата на синтеза.
Всички ултразвукови уреди на Hielscher’ Процесорите позволяват прецизна настройка на амплитудата. Сонотродите и усилващите клаксони са аксесоари, които позволяват да се променя амплитудата в още по-широк диапазон. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигурят много високи амплитуди и да осигурят необходимия ултразвуков интензитет за взискателни приложения. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да синтезирате вашите молекулярно отпечатани полимери с най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвук за най-добри резултати от полимеризацията!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който отговаря на вашите изисквания за сонохимичен процес.

Лесно и безрисково тестване

Ултразвуковите процеси могат да бъдат напълно линейно мащабирани. Това означава, че всеки резултат, който сте постигнали с помощта на лабораторен или настолен ултразвуков апарат, може да бъде мащабиран до абсолютно същия резултат, като се използват абсолютно същите параметри на процеса. Това прави ултразвука идеален за безрисково тестване на осъществимостта, оптимизиране на процесите и последващо внедряване в търговско производство. Свържете се с нас, за да научите как ултразвукът може да увеличи добива и качеството на MIP.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати са проектирани, произведени и щателно тествани в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. Работа 24/7 при пълно натоварване и в взискателни среди е естествена характеристика на високопроизводителните смесители на Hielscher.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Можете да закупите ултразвуков процесор Hielscher във всеки различен размер и точно конфигуриран според вашите изисквания на процеса. От третиране на реагенти в малка лабораторна тръба до непрекъснато проточно смесване на полимерни суспензии на индустриално ниво, Hielscher Ultrasonics предлага подходящ ултразвуков апарат за вас! Моля, свържете се с нас – Радваме се да ви препоръчаме идеалната ултразвукова настройка!