Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera (MIP)

Molekularno utisnuti polimeri (MIP) su umjetno dizajnirani receptori sa unaprijed određenom selektivnošću i specifičnošću za datu biološku ili hemijsku strukturu molekula. Ultrasonication može poboljšati različite puteve sinteze molekularno utisnutih polimera, čineći polimerizaciju efikasnijom i pouzdanijom.

Šta su molekularno utisnuti polimeri?

Molekularno utisnuti polimer (MIP) je polimerni materijal sa karakteristikama prepoznavanja sličnih antitijelima koji je proizveden tehnikom molekularnog otiskivanja. Tehnika molekularnog otiskivanja proizvodi molekularno utisnut polimer u odnosu na specifičnu ciljnu molekulu. Molekularno utisnuti polimer ima šupljine u svojoj polimernoj matrici sa afinitetom prema specifičnim “šablon” molecule. The process usually involves initiating the polymerization of monomers in the presence of a template molecule that is extracted afterwards, leaving behind complementary cavities. These polymers have affinity for the original molecule and have been used in applications such as chemical separations, catalysis, or molecular sensors. Molecular imprinted molecules can be compared to a molecular lock, that matches a molecular key (the so-called template molecule). Molecularly imprinted polymers (MIPs) are characterised by specifically tailored binding sites that match the template molecules in shape, size and functional groups. The “lock – key” feature allows to use molecular imprinted polymers for various applications, where a specific type of molecule is recognised and attached to the molecular lock, i.e. the molecular imprinted polymer.

Šematski prikaz pokazuje put molekularnog utiskivanja ciklodekstrina za pripremu prilagođenih receptora.Studija i slika: Hishiya et al. 2003

Molekularno utisnuti polimeri (MIP) imaju široko polje primjene i koriste se za odvajanje i prečišćavanje određenih bioloških ili hemijskih molekula uključujući aminokiseline i proteine, derivate nukleotida, zagađivače, kao i lijekove i hranu. Područja primjene se kreću od odvajanja i prečišćavanja do hemijskih senzora, katalitičkih reakcija, isporuke lijekova, bioloških antitijela i receptorskih sistema. (usp. Vasapollo et al. 2011.)
Na primjer, MIP tehnologija se koristi kao tehnika mikro-ekstrakcije u čvrstoj fazi za djelovanje i pročišćavanje molekula dobivenih od kanabisa kao što su CBD ili THC iz ekstrakta punog spektra kako bi se dobili kanabinoidni izolati i destilati.

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih molekula

Ovisno o tipu cilja (šablona) i konačnoj primjeni MIP-a, MIP-ovi se mogu sintetizirati u različitim formatima kao što su sferne čestice nano i mikronske veličine, nanožice, nano-šipke, nano-filamenti ili tanki filmovi. Da bi se proizveo specifičan MIP oblik, mogu se primijeniti različite tehnike polimerizacije kao što su masovno utiskivanje, precipitacija, emulzijska polimerizacija, suspenzija, disperzija, geliranje i polimerizacija u više koraka bubrenja.
Primjena ultrazvuka niske frekvencije visokog intenziteta nudi visoko efikasnu, svestranu i jednostavnu tehniku za sintezu polimernih nanostruktura.
Sonikacija donosi nekoliko prednosti u MIP sintezi u poređenju sa tradicionalnim procesima polimerizacije, jer promoviše veće brzine reakcije, homogeniji rast polimernog lanca, veće prinose i blaže uslove (npr. niska temperatura reakcije). Nadalje, može promijeniti distribuciju populacije mjesta vezivanja, a time i morfologiju konačnog polimera. (Svenson 2011.)
Primjenom sonohemijske energije na polimerizaciju MIP-ova, pokreću se reakcije polimerizacije i pozitivno utječu. Istovremeno, sonication promoviše efikasno otplinjavanje polimerne mješavine bez žrtvovanja kapaciteta vezivanja ili krutosti.
Ultrasonic homogenization, dispersing and emulsification offers superior mixing and agitation to form homogeneous suspensions and to provide initiation energy for polymerization processes. Viveiros et al. (2019) investigated the potential of ultrasonic MIP synthesis and state that “MIPs prepared ultrasonically presented binding properties similar or superior to the conventional methods”.
MIP-ovi u nano-formatu otvaraju obećavajuće mogućnosti za poboljšanje homogenosti mjesta vezivanja. Ultrazvuk je poznat po svojim izuzetnim rezultatima u pripremi nanodisperzija i nanoemulzija.

Ultrazvučna nano-emulziona polimerizacija

MIP-ovi se mogu sintetizirati emulzionom polimerizacijom. Polimerizacija emulzije se obično postiže formiranjem emulzije ulje u vodi uz dodatak surfaktanta. Da bi se formirala stabilna, nano-veličina, potrebna je tehnika emulgiranja visokih performansi. Ultrazvučna emulzifikacija je dobro uspostavljena tehnika za pripremu nano- i mini-emulzija.
Pročitajte više o ultrazvučnoj nano-emulzifikaciji!

Ultrazvuk može poboljšati sljedeće puteve sinteze za proizvodnju nanoMIP-a: taložna polimerizacija, emulzijska polimerizacija i polimerizacija jezgro-ljuska.Studija i slika: Refaat et al. 2019

Ultrazvučna ekstrakcija predloška

Nakon sinteze molekularno utisnutih polimera, šablon se mora ukloniti sa mjesta vezivanja kako bi se dobio aktivni molekularno utisnuti polimer. Intenzivne sile miješanja sonikacije pospješuju topljivost, difuziju, penetraciju i transport molekula rastvarača i šablona. Na taj način, šabloni se brzo uklanjaju sa mesta vezivanja.
Ultrazvučna ekstrakcija se također može kombinirati sa Soxhlet ekstrakcijom kako bi se uklonio šablon iz utisnutog polimera.

Studije slučaja: Ultrazvučne aplikacije za molekularno utisnute polimere

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera

Inkapsulacija magnetnih nanočestica polimerima utisnutim 17β-estradiolom upotrebom puta ultrazvučne sinteze postiže brzo uklanjanje 17β-estradiola iz vodenog okruženja. Za ultrazvučnu sintezu nanoMIP-a korišćena je metakrilna kiselina (MAA) kao monomer, etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) kao umrežavalac i azobisisobutironitril (AIBN) kao inicijator. Postupak ultrazvučne sinteze izveden je 2 sata na 65ºC. Prosječni prečnici veličine čestica magnetnih NIP-ova i magnetnih MIP-ova bili su 200 i 300 nm, respektivno. Upotreba ultrazvuka ne samo da je poboljšala brzinu polimerizacije i morfologiju nanočestica, već je dovela i do povećanja broja slobodnih radikala, i time olakšala rast MIP-a oko magnetnih nanočestica. Kapacitet adsorpcije prema 17β-estradiolu bio je uporediv sa tradicionalnim pristupima. [Xia et al. 2012? Viveiro et al. 2019]

Ultrazvuk za molekularno utisnute senzore

Yu et al. dizajnirao molekularno utisnut elektrohemijski senzor baziran na elektrodama modifikovanim nanočesticama nikla za određivanje fenobarbitala. Prijavljeni elektrohemijski senzor razvijen je termičkom polimerizacijom uz upotrebu metakrilne kiseline (MAA) kao funkcionalnog monomera, 2,2-azobisisobutironitril (AIBN) i etilen glikol maleinskog rozinata (EGMRA) akrilata kao agensa za umrežavanje, fenobarbitala (PB) kao šablonske molekule i dimetil sulfoksida (DMSO) kao organskog rastvarača. U procesu proizvodnje senzora, 0,0464 g PB i 0,0688 g MAA pomiješano je u 3 mL DMSO i obrađeno sonikacijom 10 minuta. Nakon 5 h, 1,0244 g EGMRA i 0,0074 g AIBN dodano je u smjesu i sonikirano 30 minuta da bi se dobili otopine polimera sa utisnutim PB. Nakon toga, 10 μL od 2,0 mg mL^-1Rastvor nanočestica ni pao je na površinu GCE, a zatim je senzor osušen na sobnoj temperaturi. Približno 5 μL pripremljenog rastvora polimera sa utisnutim PB je zatim premazano na Ni nanočesticama modifikovanim GCE i sušeno u vakuumu na 75◦C tokom 6 h. Nakon termalne polimerizacije, utisnuti senzor je ispran (sirćetna kiselina) HAc/metanol (volumenski odnos, 3:7) tokom 7 minuta da bi se uklonili molekuli šablona. (usp. Uygun et al. 2015.)

Ultrazvučna mikro-ekstrakcija pomoću MIP-ova

Da bi se izdvojile analize nikotinamida iz uzoraka, primjenjuje se ultrazvučna disperzivna mikroekstrakcija čvrste faze praćena UV-vis spektrofotometrom (UA-DSPME-UV-vis). Za ekstrakciju i predkoncentraciju nikotinamida (vitamin B3), korišćeni su molekularno utisnuti polimeri na bazi metalnog organskog okvira HKUST-1 (MOF). (Asfaram et al. 2017.)

Ultrasonikatori visokih performansi za polimerne aplikacije

Od laboratorije do proizvodnje uz linearnu skalabilnost: Posebno konstruirani molekularno utisnuti polimeri se prvo razvijaju i testiraju u maloj laboratoriji i na stolu, kako bi se istražila izvodljivost sinteze polimera. Ako je postignuta izvodljivost i optimizacija MIP-ova, proizvodnja MIP-a se povećava na veće količine. Putevi ultrazvučne sinteze mogu se linearno skalirati od bench-top do potpuno komercijalne proizvodnje. Hielscher Ultrasonics nudi sonohemijsku opremu za sintezu polimera u malim laboratorijskim i stonim postavkama do potpuno industrijskih inline ultrazvučnih sistema za 24/7 proizvodnju pod punim opterećenjem. Ultrazvučni se može linearno skalirati od veličine epruvete do velikih proizvodnih kapaciteta kamiona po satu. Hielscher Ultrasonics opsežan portfelj proizvoda od laboratorija do industrijskih sonohemijskih sistema ima najprikladniji ultrasonikator za vaš predviđeni kapacitet procesa. Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testiranja izvodljivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sistema na konačnom nivou proizvodnje.

Hielscher Ultrasonics – Sofisticirana sonohemijska oprema

Hielscher Ultrasonics portfolio proizvoda pokriva cijeli niz ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi od malih do velikih. Dodatni pribor omogućava jednostavnu montažu najprikladnije konfiguracije ultrazvučnog uređaja za vaš proces. Optimalna ultrazvučna postavka zavisi od predviđenog kapaciteta, zapremine, materijala, serijskog ili inline procesa i vremenskog okvira. Hielscher vam pomaže da postavite idealan sonohemijski proces.

batch i inline

Hielscher ultrasonicatori se mogu koristiti za šaržnu i kontinuiranu protočnu obradu. Male i srednje količine mogu se praktično sonikirati u serijskom procesu (npr. bočice, testovi, epruvete, čaše, rezervoari ili burad). Za obradu velikog obima, inline sonikacija bi mogla biti efikasnija. Dok je doziranje zahtjevnije za vrijeme i rad, kontinuirani proces miješanja u liniji je efikasniji, brži i zahtijeva znatno manje rada. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniju postavku ekstrakcije za vašu reakciju polimerizacije i volumen procesa.

Ultrazvučne sonde za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vaše polimere, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.
Ultrazvučni stoni sistemi su idealni za testove izvodljivosti i optimizaciju procesa. Linearno povećanje na osnovu utvrđenih parametara procesa olakšava povećanje preradnih kapaciteta od manjih serija do potpuno komercijalne proizvodnje. Povećanje se može izvršiti bilo instaliranjem snažnije ultrazvučne jedinice za ekstrakciju ili grupiranjem nekoliko ultrazvučnih uređaja paralelno. Sa UIP16000, Hielscher nudi najmoćniju ultrazvučnu jedinicu na svijetu.

Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrasonikatori su precizno kontrolirani i time pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih parametara procesa koji utiču na efikasnost i efektivnost sonohemijskih reakcija uključujući reakcije polimerizacije i puteve sinteze.
Svi Hielscher Ultrasonics’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da sintetizirate svoje molekularno utisnute polimere uz najefikasnije ultrazvučne uslove. Optimalna sonikacija za najbolje rezultate polimerizacije!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.

Lako testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi se mogu potpuno linearno skalirati. To znači da svaki rezultat koji ste postigli korištenjem laboratorijskog ili stonog ultrazvučnog aparata, može se skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. Ovo čini ultrazvučnu obradu idealnim za testiranje izvodljivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas da saznate kako ultrazvuk može povećati vaš MIP prinos i kvalitet.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Hielscher ultrazvučni procesor možete kupiti u bilo kojoj različitoj veličini i točno konfiguriran prema vašim zahtjevima procesa. Od tretmana reaktanata u maloj laboratorijskoj cijevi do kontinuiranog protočnog miješanja polimernih suspenzija na industrijskom nivou, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući ultrasonikator za vas! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je da vam preporučimo idealnu ultrazvučnu postavku!