Molekularno utisnuti polimetri (MIP) su umjetno dizajnirani receptori sa unaprijed određenom selektivnošću i specifičnošću za datu biološku ili hemijsku strukturu molekula. Ultrasonikacija može poboljšati različite sintezne puteve molekularno utisnutih polimera što polimerizaciju čini efikasnijim i pouzdanijim.

Šta su molekularno utisnuti Polimeri?

Molekularno utisnuti polimer (MIP) su polimerni materijali sa karakteristikama prepoznavanja nalikuje antitijela koji su proizvedeni pomoću tehnike molekularnog utiska. Tehnika molekularnog utiska proizvodi molekularno utisnuti polimer u odnosu na određenu ciljnu molekulu. Molekularno utisnuti polimer ima šupljine u svojoj polimernoj matrici sa afinitetom za specifičnu “Šablon” molekula. Proces obično uključuje iniciranje polimerizacije monomera u prisustvu molekule predloška koja se izdvaja nakon toga, ostavljajući iza sebe komplementarne šupljine. Ovi polimeti imaju afinitet prema originalnoj molekuli i korišteni su u primjenama kao što su hemijske separacije, katalize ili molekularni senzori. Molekularno utisnute molekule se mogu usporediti s molekularnom bravom, koja odgovara molekularnom ključu (nazvanoj molekuli predloška). Molekularno utisnuti polimetri (MIP) karakteriziraju posebno skrojena mjesta vezanja koja odgovaraju molekulama predloška u obliku, veličini i funkcionalnim grupama. "Brava" – key" funkcija omogućava korištenje molekularno utisnutih polimera za različite primjene, gdje je određena vrsta molekule prepoznata i pričvršćena za molekularnu bravu, dakle molekularno utisnuti polimer.

Shematska ilustracija pokazuje molekularni put otiska ciklodekstrina za pripremu krojenih receptora.
Studija i slika: Hishiya et al. 2003

Molekularno utisnuti polimetri (MIP) imaju široko polje primjene i koriste se za odvajanje i pročišćavanje određenih bioloških ili hemijskih molekula uključujući aminokiseline i proteine, derivate nukleotida, onečišćujuće zagađivače, kao i lijekove i hranu. Područja primjene se kreću od odvajanja i pročišćavanja do hemijskih senzora, katalitičke reakcije, isporuke lijekova, bioloških antitijela i receptorskih sistema. (cf. Vasapollo et al. 2011)
Na primjer, MIP tehnologija se koristi kao tehnika mikro ekstrakcije čvrste faze za operiranje i pročišćavanje molekula dobivenih kanabisom kao što su CBD ili THC iz ekstrakta punog spektra kako bi se dobili kanabinoidni izolati i destilati.

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih molekula

U zavisnosti od ciljanog (predloška) tipa i konačne primjene MIP-a, MIP-ovi mogu sintetizirati u različitim formatima kao što su nano- i mikron-veličine sferne čestice, 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 utiskanje, padavine, polimerizacija emulzije, suspenzija, disperzija, gelacija i polimerizacija oteklina u više koraka.
Primjena ultrazvuka niske frekvencije, visokog inteziteta nudi visoko efikasnu, svestranu i jednostavnu tehniku za sintezu polimernih nanostruktur.
Sonication donosi nekoliko prednosti u MIP sintezi kada se uporedi sa tradicionalnim procesima polimerizacije, jer promiče više stope reakcija, homogeniji rast polimernog lanca, veći prinosi, i blaži uslovi (npr. niska temperatura reakcije). Nadalje, može izmijeniti vezanu populacijnu distribuciju mjesta, a time i morfologiju konačnog polimera. (Svenson 2011)
Primjenom sonohemske energije na polimerizaciju MIP-ova, reakcije polimerizacije se iniciraju i pozitivno utiče na njih. Istovremeno, sonication promiče efektivno otpuštanje polimerne smjese bez žrtvovanja kapaciteta vezanja ili krutosti.
Ultrazvučna homogenizacija, raspršivanje i emulgacija nudi superiorno miješanje i agitaciju kako bi se formirale homogene suspenzije i da bi se pružila energija inicijacije za procese polimerizacije. Viveiros et al. (2019) je istraživao potencijal ultrazvučne MIP sinteze i izjavio da je "MIP pripremio ultrazvučno predstavljena svojstva vezanja slična ili superiorna konvencionalnim metodama".
MIP-i u nano-formatu otvaraju obećavajuće mogućnosti za poboljšanje homogenosti vezanih lokacija. Ultrasonication je dobro poznat po izuzetnim rezultatima u pripremi nanodisperzija i nanoemulzija.

Ultrazvučna nano-emulzija polimerizacija

MIP se može sintetizirati polimerizacijom emulzije. Polimerizacija emulzije se obično postiže formiranjem emulzije ulja u vodi pod dodatkom surfaktanta. Da bi se formirala stabilna, nano-veličine, potrebna je tehnika emulgacije visokih performansi. Ultrazvučna emulgifikacija je dobro uspostavljena tehnika za pripremu nano- i mini-emulzija.
Pročitajte više o ultrasonični nano-Emulsifikaciji!

Ultrazvučni mogu poboljšati sljedeće sintezne rute za proizvodnju nanoMIP- a: polimerizaciju padavina, polimerizaciju emulzije i polimerizaciju jezgrenog ljuska.
Studija i slika po: Refaat et al. 2019

Ultrazvučno izdvajanje predloška

Nakon sinteze molekularno utisnutih polimera, predložak se mora ukloniti sa mjesta vezanja kako bi se dobio aktivni molekularno utisnuti polimer. Intenzivne snage miješanja sonikacije promoviraju rastvorljivost, difuzivnost, prodiranje i transport molekula otapa i predložaka. Time se predlošci brzo uklanjaju sa mjesta vezanja.
Ultrazvučna ekstrakcija se također može kombinirati sa Soxhlet ekstrakcijom kako bi se uklonio predložak iz utisnutih polimera.

Case Studies: Ultrasonic Applications for Molecularly Imprinted Polymers

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera

Enkapsulacija magnetnih nanočestica od strane 17β-estradiol-utisnutih polimera pomoću ultrazvučnog puta sinteze postiže brzo uklanjanje 17β-estradiola iz quequeous okruženja. Za ultrazvučnu sintezu nanoMIP-ova, metakrilana kiselina (MAA) je korištena kao monomer, etilenski glikol dimetilakrilat (EGDMA) kao crosslinker, a azobisisobutyronitrile (AIBN) kao inicijator. Postupak ultrazvučne sinteze je izvršen za 2h na 65ºC. Prosječni promjeri veličine čestica magnetskih NIP-ova i magnetnih MIP-ova bili su 200 odnosno 300 nm. Upotreba ultrazvuka ne samo da je poboljšala stopu polimerizacije i morfologiju nanočestica, već je dovela i do povećanja broja slobodnih radikala, a time i olakšala rast MIP-a oko magnetskih nanočestica. Adsorpcioni kapacitet prema 17β-estradiolu bio je usporedljiv s tradicionalnim pristupima. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrazvuka za molekularno utisnute senzore

Yu et al. je dizajnirao molekularno utisnute elektrohemijski senzor na osnovu elektroda modificiranih nikla nanočesnika za fenobarbitalno određivanje. Prijavljeni elektrohemijski senzor je razvijen termalnom polimerizacijom uz upotrebu metakrialne kiseline (MAA) kao funkcionalnog monomera, 2,2-azobisisobutironitrila (AIBN) i etilenin glikol maleic rosinata (EGMRA) akrilata kao ukrštajućeg agensa, fenobarbitala (PBs) kao molekula predloška, i dimetil sulfoksid (DMSO) kao organski otapala. U procesu proizvodnje senzora, 0.0464g PB i 0.0688g MAA su pomiješani u 3 mL DMSO i soniciran 10 min. Nakon 5 h, u smjesu su dodani 1.0244g EGMRA i 0.0074g AIBN i sonicated 30 min kako bi se dobili PB-utisnuti polimerni rastvori. Nakon toga, 10 μL od 2,0 mg mL^-1Ni nanočestični rastvor je pao na GCE površinu i onda se senzor osušio na temperaturi sobe. Oko 5 μL pripremljene otopine polimera utisnute PB zatim je obloženo na ni nanočestično modificiranom GCE-u i vakuumu sušenom na 75-C za 6 h. Nakon termalne polimerizacije, utisnuti senzor je opran sa (ocetnom kiselinom) HAc/metanolom (omjer volumena, 3:7) 7 min kako bi se uklonile molekule predloška. (cf. Uygun et al. 2015)

Ultrazvučna mikro-ekstrakcija pomoću MIP-ova

Da bi se oporavile analize nikotinamida iz uzoraka, primjenjuje se ultrazvučno asistiran disperzivna mikroekstrakcija čvrste faze, a slijedi UV-vis spektrofotometar (UA-DSPME-UV-vis). Za ekstrakciju i pretkoncentraciju nikotinamida (vitamina B3), korišteni su metalni organski okvir HKUST-1 (MOF) na bazi molekularno utisnutih polimera. (Asfaram et al. 2017)

High-Performance Ultrasonicators for Polymer Applications

Od Lab to Production with Linear Scalability: Posebno inžinjeriran molekularno utisnuti polimeri se prvo razvijaju i testiraju na malim laboratorijama i klupama, kako bi se istražila izvodljivosti sinteze polimera. Ako su ostvarene izvodljivosti i optimiziranja MIP-ova, PROIZVODNJA MIP-a se mjeri na veće volumene. Ultrazvučni putevi sinteze mogu biti sve linearly scaled od klupe-top do potpuno komercijalne proizvodnje. Hielscher Ultrasonics nudi sonohemijsku opremu za sintezu polimera u malom laboratoriju i klupa-top postavke do potpuno industrijskih inline ultrazvučnih sistema za proizvodnju 24/7 pod punim teretom. Ultrazvučni može biti linearly scaled od veličine epruvete do velikih proizvodnih kapaciteta tereta kamiona na sat. Hielscher Ultrasonics ekstenzivni portfolio proizvoda od laboratorije do industrijskih sonohemijskih sistema ima najpouzdaniji ultrasonicator za vaš predviđeni kapacitet procesa. Naše iskusno osoblje će vam pomoći od testova izvodljivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sistema na završnom nivou proizvodnje.

Hielscher Ultrazvuk – Sofisticirana sonohemska oprema

Hielscher Ultrasonics portfolio proizvoda pokriva cijeli raspon ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi od malih do velikih razmjera. Dodatni dodaci omogućavaju lakši sklop najposlanije konfiguracije ultrazvučnih uređaja za vaš proces. Optimalno ultrazvučno podešavanje zavisi od zavidnog kapaciteta, volumena, materijala, sepa ili inline procesa i timeline. Hielscher vam pomaže da namjestite idealan sonohemijski proces.

Batch i Inline

Hielscher ultrasonicators se može koristiti za ser i kontinuiranu obradu protoka. Mali i srednji volumeni mogu se prikladno sonicirati u bačvnom procesu (npr. bočice, test, cijevi, hrastovi, spremnici ili bačve). Za obradu velikog volumena, inline sonication bi mogao biti učinkovitiji. Dok je batching više vremena- i radne intenzivne, kontinuirani inline proces miješanja je efikasniji, brži i zahtijeva znatno manje radne snage. Hielscher Ultrasonics ima najpogovatnije podešavanje ekstrakcije za vašu reakciju polimerizacije i volumen procesa.

Ultrazvučne sonde za svaki proizvod kapacitet

Hielscher Ultrasonics proizvodni raspon pokriva puni spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih lab ultrasonicatora preko bench-top i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu tereta kamiona na sat. Cijeli proizvodni raspon nam omogućava da vam ponudimo najpo odgovarajucu ultrazvučnu opremu za vaše polimere, procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.
Ultrazvučni benchtop sistemi su idealni za testove izvodljivosti i optimizaciju procesa. Linearna skala-up na osnovu utvrđenih parametara procesa čini vrlo lako povećati kapacitete obrade od manjih lotova do potpuno komercijalne proizvodnje. Up-skaliranje se može učiniti ili instaliranjem snažnije ultrazvučne ekstraktorske jedinice ili grupiranjem nekoliko ultrazvučnikatora paralelno. Sa UIP16000, Hielscher nudi najmoćniju ultrazvučnu jedinicu širom svijeta.

Precizno kontrolisane amplitude za optimum rezultate

Svi Hielscherovi ultrasonicatori su precizno kontrolisani i time pouzdani konji u proizvodnji. Amplituda je jedan od presudnih parametara procesa koji utiču na efikasnost i učinkovitost sonohemijskih reakcija uključujući reakcije polimerizacije i rute sinteze.
Sve Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućavaju precizno postavljanje amplitude. Sonotrodes i booster rogovi su pribor koji omogućava modificiranje amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intezitet za zahtjevne aplikacije. Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano pokrenuti u 24/7 operaciji.
Precizne postavke amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost sinteze vaših molekularno utisnutih polimera sa najucinkovitijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonikacija za najbolje rezultate polimerizacije!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad na teškim dužnostima i u zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radom alatom koji ispunjava vaše zahtjeve za sonohemijski proces.

Polako, testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi se mogu potpuno linearno skalirati. To znači svaki rezultat koji ste postigli koristeći laboratorij ili klupa-top ultrasonicator, može se skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste parametre procesa. To čini ultrasonication idealnim za testiranje izvodljivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadno implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas kako biste saznali kako sonication može povećati vaš MIP prinos i kvalitet.

Najkvalitetnije – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao porodični posao i porodična posla, Hielscher prioritete najviše kvalitetnih standarda za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonicatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našoj četvrtini u Teltow blizu Berlina, Njemačka. Robustnost i pouzdanost Hielscherove Ultrasonične opreme čini ga pravim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 operacija pod punim teretom i zahtevna okruženja je prirodna karakteristika Hielscherovih visokouspješnih miksuera.

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Hielscherov ultrazvučni procesor možete kupiti u bilo koju različitu veličinu i točno konfiguriran prema vašim zahtjevima procesa. Od tretiranja reaktanata u maloj laboratorijskoj cijevi do kontinuiranog protoka miješanja polimernih mulja na industrijskom nivou, Hielscher Ultrasonics vam nudi pogodan ultrasonikator! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je da vam preporučujemo idealno ultrazvučno podešavanje!