Ultrazvuková syntéza molekulárně potištěných polymerů (MIP)

Molekulárně imprintované polymery (MIP) jsou uměle vytvořené receptory s předem stanovenou selektivitou a specificitou pro danou biologickou nebo chemickou strukturu molekul. Ultrazvuku může zlepšit různé cesty syntézy molekulárně vytištěných polymerů, díky čemuž je polymerace efektivnější a spolehlivější.

Co jsou molekulárně vytištěné polymery?

Molekulárně tištěný polymer (MIP) je polymerní materiál s rozpoznávacími charakteristikami podobnými protilátkám, který byl vyroben pomocí techniky molekulárního imprintingu. Technika molekulárního imprintingu produkuje molekulárně vytištěný polymer vzhledem ke specifické cílové molekule. Molekulárně vytištěný polymer má ve své polymerní matrici dutiny s afinitou ke specifickému “šablona” molekula. Tento proces obvykle zahrnuje zahájení polymerace monomerů v přítomnosti templátové molekuly, která je poté extrahována a zanechává za sebou komplementární dutiny. Tyto polymery mají afinitu k původní molekule a používají se v aplikacích, jako jsou chemické separace, katalýza nebo molekulární senzory. Molekulárně otisknuté molekuly lze přirovnat k molekulárnímu zámku, který se shoduje s molekulárním klíčem (tzv. templátovou molekulou). Molekulárně imprintované polymery (MIP) se vyznačují specificky přizpůsobenými vazebnými místy, která tvarem, velikostí a funkčními skupinami odpovídají molekulám templátu. Značka "zámek" – "klíčová" umožňuje použití molekulárně potištěných polymerů pro různé aplikace, kde je rozpoznán a připojen specifický typ molekuly k molekulárnímu zámku, tj. molekulárně vytištěný polymer.

Schematický obrázek znázorňuje molekulární imprintingovou dráhu cyklodextrinů pro přípravu přizpůsobených receptorů.
Studie a obrázek: Hishiya et al. 2003

Molekulárně vytištěné polymery (MIP) mají široké pole použití a používají se k separaci a čištění specifikovaných biologických nebo chemických molekul včetně aminokyselin a proteinů, derivátů nukleotidů, znečišťujících látek, ale i léků a potravin. Oblasti použití sahají od separace a purifikace až po chemické senzory, katalytické reakce, dodávání léčiv, biologické protilátky a receptorové systémy. (srov. Vasapollo et al. 2011)
Například technologie MIP se používá jako technika mikroextrakce v pevné fázi k provozu a čištění molekul odvozených z konopí, jako je CBD nebo THC, z plnospektrálního extraktu za účelem získání kanabinoidních izolátů a destilátů.

Ultrazvuková syntéza molekulárně vytištěných molekul

V závislosti na cílovém typu (templátu) a konečném použití postupu při makroekonomické nerovnováze lze MIP syntetizovat v různých formátech, jako jsou kulovité částice o velikosti nano a mikronů, nanodráty, nanotyčinky, nanofilamenta nebo tenké vrstvy. Aby se vytvořila specifická forma MIP, lze použít různé polymerační techniky, jako je hromadný tisk, srážení, emulzní polymerace, suspenze, disperze, gelace a vícestupňová polymerace bobtnání.
Aplikace nízkofrekvenčního ultrazvuku s vysokou intenzitou nabízí vysoce účinnou, všestrannou a jednoduchou techniku syntézy polymerních nanostruktur.
Sonikace přináší několik výhod při syntéze MIP ve srovnání s tradičními polymeračními procesy, protože podporuje vyšší reakční rychlosti, homogennější růst polymerního řetězce, vyšší výtěžky a mírnější podmínky (např. Nízká reakční teplota). Kromě toho může změnit distribuci populace vazebných míst, a tím i morfologii finálního polymeru. (Svenson 2011)
Aplikací sonochemické energie na polymeraci MIP jsou zahájeny polymerační reakce a pozitivně ovlivněny. Současně sonikace podporuje účinné odplyňování polymerní směsi bez obětování vazebné kapacity nebo tuhosti.
Ultrazvuková homogenizace, dispergace a emulgace nabízí vynikající míchání a míchání za vzniku homogenních suspenzí a poskytuje iniciační energii pro polymerační procesy. Viveiros et al. (2019) zkoumali potenciál ultrazvukové syntézy MIP a uvádějí, že "MIP připravené ultrazvukem prezentované vazebné vlastnosti podobné nebo lepší než konvenční metody".
MIP v nano formátu otevírají slibné možnosti pro zlepšení homogenity vazebných míst. Ultrazvuku je dobře známý pro své výjimečné výsledky při přípravě nanodisperzí a nanoemulzí.

Ultrazvuková nanoemulzní polymerace

MIP lze syntetizovat emulzní polymerací. Emulzní polymerace se běžně dosahuje vytvořením emulze olej ve vodě přidáním povrchově aktivní látky. K vytvoření stabilní, nano-rozměrné, vysoce výkonné emulgační techniky je zapotřebí. Ultrazvuková emulgace je dobře zavedená technika přípravy nano- a miniemulzí.
Přečtěte si více o ultrazvukové nanoemulgaci!

Ultrazvuk může zlepšit následující cesty syntézy pro výrobu nanoMIP: srážecí polymerace, emulzní polymerace a polymerace jádro-skořepina.
Studie a obrázek: Refaat et al. 2019

Ultrazvuková extrakce šablony

Po syntéze molekulárně potištěných polymerů musí být templát odstraněn z vazebného místa, aby se získal aktivní molekulárně potištěný polymer. Intenzivní směšovací síly sonikace podporují rozpustnost, difuzivitu, pronikání a transport molekul rozpouštědla a templátu. Tím jsou šablony rychle odstraněny z vazebných míst.
Ultrazvuková extrakce může být také kombinována se Soxhletovou extrakcí pro odstranění šablony z vytištěného polymeru.

Případové studie: Ultrazvukové aplikace pro molekulárně potištěné polymery

Ultrazvuková syntéza molekulárně potištěných polymerů

Zapouzdřením magnetických nanočástic polymery s potiskem 17β-estradiolu pomocí ultrazvukové syntézy se dosahuje rychlého odstranění 17β-estradiolu z vodného prostředí. Pro ultrazvukovou syntézu nanoMIPs byla jako monomer použita kyselina methakrylová (MAA), jako síťovadlo ethylenglykoldimethylakrylát (EGDMA) a azobisisobutyronitril (AIBN) jako iniciátor. Postup ultrazvukové syntézy byl prováděn po dobu 2 hodin při 65 ° C. Průměrná velikost částic magnetických NIPs a magnetických MIP byla 200 a 300 nm. Použití ultrazvuku nejen zvýšilo rychlost polymerace a morfologii nanočástic, ale také vedlo ke zvýšení počtu volných radikálů, a tím usnadnilo růst MIP kolem magnetických nanočástic. Adsorpční kapacita směrem k 17β-estradiolu byla srovnatelná s tradičními přístupy. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrazvuk pro molekulárně tištěné senzory

Yu a kol. navrhli molekulárně tištěný elektrochemický senzor založený na elektrodách modifikovaných nanočásticemi niklu pro stanovení fenobarbitalu. Uváděný elektrochemický senzor byl vyvinut termickou polymerací s použitím kyseliny methakrylové (MAA) jako funkčního monomeru, 2,2-azobisisobutyronitrilu (AIBN) a ethylenglykolmaleinátu rosinátu (EGMRA) akrylátu jako síťovacího činidla, fenobarbitalů (PBs) jako templátové molekuly a dimethylsulfoxidu (DMSO) jako organického rozpouštědla. V procesu výroby senzoru byly 0,0464 g PB a 0,0688 g MAA smíchány ve 3 ml DMSO a sonikovány po dobu 10 minut. Po 5 hodinách bylo do směsi přidáno 1,0244 g EGMRA a 0,0074 g AIBN a sonikováno po dobu 30 minut, aby se získaly roztoky polymeru vytištěné PB. Poté 10 μl z 2,0 mg ml^-1Roztok nanočástic Ni spadl na povrch GCE a poté byl senzor vysušen při pokojové teplotě. Přibližně 5 μl připraveného polymerního roztoku s PB potiskem bylo poté naneseno na nanočásticemi modifikované GCE Ni a vakuově sušeno při 75 °C po dobu 6 hodin. Po tepelné polymeraci byl vytištěný senzor promýván (kyselinou octovou) HAc/methanolem (objemový poměr, 3:7) po dobu 7 minut, aby se odstranily molekuly templátu. (srov. Uygun et al. 2015)

Ultrazvuková mikroextrakce pomocí MIP

Aby bylo možné získat analýzy nikotinamidů ze vzorků, je použita ultrazvukem asistovaná disperzní mikroextrakce na pevné fázi následovaná UV-vis spektrofotometrem (UA-DSPME-UV-vis). Pro extrakci a prekoncentraci nikotinamidu (vitamín B3) byly použity molekulárně vytištěné polymery na bázi kovového organického rámce (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro polymerní aplikace

Z laboratoře do produkčního prostředí s lineární škálovatelností: Speciálně navržené molekulárně potištěné polymery jsou nejprve vyvinuty a testovány v malém laboratorním a stolním měřítku, aby se prozkoumala proveditelnost syntézy polymerů. Pokud bylo dosaženo proveditelnosti a optimalizace MIP, je výroba MIP škálována na větší objemy. Cesty ultrazvukové syntézy mohou být lineárně škálovány od stolní až po plně komerční výrobu. Hielscher Ultrasonics nabízí sonochemické zařízení pro syntézu polymerů v malých laboratorních a stolních nastaveních až po plně průmyslové inline ultrazvukové systémy pro výrobu 24/7 při plném zatížení. Ultrazvuk lze lineárně škálovat od velikosti zkumavky až po velké výrobní kapacity nákladních automobilů za hodinu. Hielscher Ultrasonics rozsáhlé portfolio produktů od laboratoře po průmyslové sonochemické systémy má nejvhodnější ultrasonikátor pro vaši předpokládanou kapacitu procesu. Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám pomohou od testů proveditelnosti a optimalizace procesů až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikované sonochemické vybavení

Portfolio produktů Hielscher Ultrasonics pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malých až po velké měřítky. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces. Optimální nastavení ultrazvuku závisí na předpokládané kapacitě, objemu, materiálu, dávkovém nebo inline procesu a časovém harmonogramu. Hielscher vám pomůže nastavit ideální sonochemický proces.

Dávkové a inline

Hielscher ultrasonicators lze použít pro dávkové a kontinuální průtokové zpracování. Malé a středně velké objemy lze pohodlně sonikovat v dávkovém procesu (např. lahvičky, testy, zkumavky, kádinky, nádrže nebo sudy). Pro zpracování velkých objemů může být účinnější inline sonikace. Zatímco dávkování je náročnější na čas a práci, kontinuální proces inline míchání je efektivnější, rychlejší a vyžaduje výrazně méně práce. Hielscher Ultrasonics má nejvhodnější extrakční nastavení pro vaši polymerační reakci a objem procesu.

Ultrazvukové sondy pro každou kapacitu produktu

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrasonicators přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování nákladních automobilů za hodinu. Kompletní sortiment produktů nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvuková zařízení pro vaše polymery, procesní kapacitu a výrobní cíle.
Ultrazvukové stolní systémy jsou ideální pro testy proveditelnosti a optimalizaci procesů. Lineární škálování založené na zavedených procesních parametrech umožňuje velmi snadno zvýšit zpracovatelské kapacity od menších šarží až po plně komerční výrobu. Up-scaling lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové extrakční jednotky, nebo shlukováním několika ultrasonikátorů paralelně. S UIP16000 nabízí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukovou jednotku na světě.

Přesně regulovatelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny Hielscher ultrasonicators jsou přesně ovladatelné a tím spolehlivé pracovní koně ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a účinnost sonochemických reakcí, včetně polymeračních reakcí a cest syntézy.
Všechny Hielscher Ultrazvuk’ Procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou příslušenství, které umožňuje upravit amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dává možnost syntetizovat molekulárně vytištěné polymery za nejefektivnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejlepší výsledky polymerace!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích. Díky tomu je ultrazvukové zařízení Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na sonochemický proces.

Snadné testování bez rizika

Ultrazvukové procesy lze škálovat zcela lineárně. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratorního nebo stolního ultrazvuku, lze škálovat na přesně stejný výstup pomocí přesně stejných parametrů procesu. Díky tomu je ultrazvuku ideální pro bezrizikové testování proveditelnosti, optimalizaci procesů a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás a zjistěte, jak může sonikace zvýšit výtěžnost a kvalitu MIP.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow poblíž Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher z něj činí pracovního koně ve vaší výrobě. Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou charakteristikou vysoce výkonných míchadel Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Ultrazvukový procesor Hielscher si můžete koupit v jakékoli jiné velikosti a přesně nakonfigurovaný podle vašich procesních požadavků. Od ošetření reaktantů v malé laboratorní zkumavce až po kontinuální průtokové míchání polymerních suspenzí na průmyslové úrovni, Hielscher Ultrasonics nabízí vhodný ultrasonicator pro vás! Kontaktujte nás – Jsme rádi, že vám můžeme doporučit ideální ultrazvukové nastavení!