Ultrazvuková syntéza molekulárně potištěných polymerů (MIPs)

Molekulárně potištěné polymery (MIPs) jsou uměle navržené receptory s předem určenou selektivitou a specifičností pro danou biologickou nebo chemickou strukturu molekul. Ultrazvuku může zlepšit různé cesty syntézy molekulárně potištěných polymerů, takže polymerace účinnější a spolehlivější.

Co jsou molekulárně potištěné polymery?

Molekulárně potištěný polymer (MIP) jsou polymerní materiály s vlastnostmi rozpoznávání podobné protilátkám, které byly vytvořeny pomocí molekulární imprintingové techniky. Molekulární imprinting technika produkuje molekulárně potištěný polymer s ohledem na konkrétní cílovou molekulu. Molekulárně potištěný polymer má dutiny ve své polymerní matrici s afinitou ke specifickým “Šablony” Molekuly. Tento proces obvykle zahrnuje zahájení polymerace monomerů za přítomnosti molekuly šablony, která se poté extrahuje a zanechává za sebou doplňkové dutiny. Tyto polymery mají afinitu k původní molekule a byly použity v aplikacích, jako jsou chemické separace, katalýza nebo molekulární senzory. Molekulárně potištěné molekuly lze přirovnat k molekulárnímu zámku, který odpovídá molekulárnímu klíči (tzv. molekula šablony). Molekulárně potištěné polymery (MIP) se vyznačují specificky přizpůsobenými vazebnými místy, která odpovídají molekulám šablony ve tvaru, velikosti a funkčních skupinách. "Zámek – klíč" umožňuje používat molekulární potištěné polymery pro různé aplikace, kde je rozpoznán specifický typ molekuly a připojen k molekulárnímu zámku, tj.

Schematická ilustrace znázorňuje molekulární imprintingovou dráhu cyklodextrinů pro přípravu receptorů na míru.
Studium a obraz: Hishiya et al. 2003

Molekulárně potištěné polymery (MIP) mají širokou oblast použití a používají se k oddělení a čištění specifikovaných biologických nebo chemických molekul, včetně aminokyselin a bílkovin, derivátů nukleotidů, znečišťujících látek, stejně jako léků a potravin. Oblasti aplikace sahají od separace a čištění až po chemické senzory, katalytické reakce, podávání léků, biologické protilátky a receptory. (srov. Vasapollo et al. 2011)
Například technologie MIP se používá jako technika mikrovýtkávací techniky s pevnou fází k provozu a čištění molekul odvozených z konopí, jako je CBD nebo THC z extraktu celého spektra, aby se získaly kanabinoidní izoláty a destiláty.

Ultrazvuková syntéza molekulárně potištěných molekul

V závislosti na typu cíle (šablony) a konečném použití MIP mohou MIP syntetizovat v různých formátech, jako jsou sférické částice velikosti nano- a mikronů, nanodráty, nanotuřístavy, nano-vlákna nebo tenké filmy. Za účelem vytvoření specifické formy MIP lze použít různé polymerační techniky, jako je hromadné potisk, srážení, polymerace emulze, suspenze, disperze, gelace a vícestupňová polymerace otoku.
Aplikace nízkofrekvenční, vysoce intenzivní ultrazvuku nabízí vysoce účinnou, všestrannou a jednoduchou techniku syntézy polymerních nanostruktur.
Sonikace přináší několik výhod v syntéze MIP ve srovnání s tradičními polymeračními procesy, protože podporuje vyšší reakční rychlosti, homogennější růst polymerního řetězce, vyšší výnosy a mírnější podmínky (např. nízká reakční teplota). Kromě toho může změnit rozložení populace vazebného místa, a tím i morfologii konečného polymeru. (Svenson 2011)
Použitím sonochemické energie na polymerizaci MIP jsou polymerizační reakce iniciovány a pozitivně ovlivněny. Současně, sonikace podporuje efektivní odplynění polymerní směsi bez obětování vazebné kapacity nebo tuhosti.
Ultrazvuková homogenizace, dispergace a emulze nabízí vynikající míchání a míchání tvořit homogenní suspenze a poskytovat iniciační energii pro polymerační procesy. Viveiros et al. (2019) zkoumal potenciál ultrazvukové syntézy MIP a uvedl, že "MIPs připravené ultrazvukem prezentované vazebné vlastnosti podobné nebo lepší než konvenční metody".
MiPs v nanoformátu otevírají slibné možnosti pro zlepšení homogenity vazebných míst. Ultrazvuku je dobře známý pro své výjimečné výsledky při přípravě nanodisperze a nanoemulze.

Ultrazvuková nanoemulzení polymerace

MIPs mohou být syntetizovány emulzní polymerací. Emulzní polymerace se běžně dosahuje vytvořením emulze oleje ve vodě pod přídavkem povrchově aktivní látky. K vytvoření stabilní, nano-velké, je zapotřebí vysoce výkonná emulgační technika. Ultrazvuková emulze je dobře zavedená technika pro přípravu nano- a mini-emulze.
Přečtěte si více o ultrazvukové nano-emulgaci!

Ultrazvukové může zlepšit následující syntetizační cesty pro výrobu nanoMIP: srážecí polymerace, emulze polymerace, a jádro-shell polymerace.
Studie a obrázek: Refaat et al. 2019

Ultrazvuková extrakce šablony

Po syntéze molekulárně potištěných polymerů musí být šablona odstraněna z místa vazby, aby se získal aktivní molekulárně potištěný polymer. Intenzivní míchání síly použití ultrazvuku podporovat rozpustnost, difuzorita, penetrace a transport rozpouštědel a šablony molekul. Tím jsou šablony rychle odstraněny z vazebných webů.
Ultrazvuková extrakce může být také kombinována s extrakcí Soxhlet, aby se odstranila šablona z potištěného polymeru.

Případové studie: Ultrazvukové aplikace pro molekulárně potištěné polymery

Ultrazvuková syntéza molekulárně potištěných polymerů

Zapouzdření magnetických nanočástic polymery s 17β-estradiolem potištěným polymery pomocí ultrazvukové syntézy zajišťuje rychlé odstranění 17β-egendiolu z vodného prostředí. Pro ultrazvukovou syntézu nanoMIPs, kyselina methakrylová (MAA) byl použit jako monomer, ethylenglykol dimethylakrylát (EGDMA) jako crosslinker, a azobisisobutyronitril (AIBN) jako iniciátor. Ultrazvuková syntéza byla provedena po dobu 2h při 65 ° C. Průměrné průměry velikosti částic magnetických HROTŮ a magnetických MCP byly 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 na 17β-estradiol byla srovnatelná s tradičními přístupy. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrazvuk pro molekulárně potištěné senzory

Yu et al. navrhla molekulárně potištěný elektrochemický senzor na bázi niklu nanočástic modifikovaných elektrod pro stanovení fenobarbitu. Hlášený elektrochemický senzor byl vyvinut tepelnou polymerací s použitím kyseliny methakrylové (MAA) jako funkčního monomeru, 2,2-azobisisobutyronitril (AIBN) a ethylenglykol maleic rosinát (EGMRA) jako zesíťovací činidlo, fenobarbitaly (PBs) jako molekula šablony a dimethylsulfoxid (DMSO) jako organické rozpouštědlo. V procesu výroby senzoru, 0.0464g PB a 0.0688g MAA byly smíchány v 3 ml DMSO a sonicated po dobu 10 min. Po 5 h, 1.0244g EGMRA a 0.0074g AIBN byly přidány do směsi a sonicated po dobu 30 minut získat PB-potiskem polymerní roztoky. Poté 10 μL 2,0 mg ml^-1Roztok nanočástic klesl na povrch GCE a poté byl senzor vysušen při pokojové teplotě. Přibližně 5 μl připraveného polymerního roztoku s potiskem PB byl poté potažen na GCE modifikované nanočásticemi Ni a vakuově sušen při 75 °C po dobu 6 hodin. Po tepelné polymeraci byl potištěný senzor promyt (kyselina octová) HAc/methanol (objemový poměr, 3:7) po dobu 7 minut, aby se odstranily molekuly šablony. (srov. Uygun et al. 2015)

Ultrazvuková mikrosátky pomocí MIP

Za účelem obnovení nikotinamidových analýz ze vzorků se použije ultrazvukem asistovaná disperzní fáze mikroextrace s UV-vis spektrofotometrem (UA-DSPME-UV-vis). Pro extrakci a prekoncenturace nikotinamidu (vitamin B3) byly použity molekulárně potištěné polymery na bázi HKUST-1 (Metal Organic Framework (MOF). (Asfaram et al. 2017)

Vysoce výkonné ultrasonicators pro polymerové aplikace

Od laboratoře k výrobě s lineární škálovatelností: Speciálně konstruované molekulárně potištěné polymery jsou nejprve vyvinuty a testovány na malé laboratoři a bench-top měřítku, aby prozkoumala proveditelnost syntézy polymerů. Pokud byla provedena proveditelnost a optimalizace MPP, výroba OVP se škáluje na větší objemy. Ultrazvukové syntézy trasy mohou být všechny lineárně zmenšen od bench-top plně komerční produkce. Hielscher Ultrazvuk nabízí sonochemical zařízení pro syntézu polymerů v malé laboratoři a bench-top nastavení až do plně průmyslové inline ultrazvukové systémy pro 24 / 7 výroby při plném zatížení. Ultrazvukové lze lineárně škálovat od velikosti zkumavky na velké výrobní kapacity nákladu za hodinu. Hielscher Ultrazvuk rozsáhlé portfolio produktů z laboratoře do průmyslových sonochemical systémy má nejvhodnější ultrasonicator pro vaše předpokládané kapacity procesu. Náš dlouholetý zkušený personál vám pomůže od testů proveditelnosti a optimalizace procesů až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na konečné úrovni výroby.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované sonochemické vybavení

Hielscher Ultrazvuk produktové portfolio pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů z malého až velkého rozsahu. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš proces. Optimální ultrazvukové nastavení závisí na předpokládané kapacitě, objemu, materiálu, dávce nebo vloženém procesu a časové ose. Hielscher vám pomůže nastavit ideální sonochemický proces.

Dávka a vložené

Hielscher ultrasonicators lze použít pro dávkové a kontinuální průtok přes zpracování. Malé a střední objemy mohou být pohodlně sonicated v dávkovém procesu (např. lahvičky, zkumavky, trubky, kádinky, nádrže nebo sudy). Pro zpracování velkých objemů může být účinnější inline sonication. Zatímco dávkování je časově náročnější a pracnější, kontinuální proces inline míchání je efektivnější, rychlejší a vyžaduje podstatně méně práce. Hielscher Ultrazvuk má nejvhodnější extrakce nastavení pro vaše polymerační reakce a objemu procesu.

Ultrazvukové sondy pro každou kapacitu produktu

Hielscher Ultrazvuk sortiment pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů z kompaktních laboratorních ultrasonicators přes bench-top a pilotní systémy plně-průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování kamionů za hodinu. Kompletní sortiment nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukové zařízení pro vaše polymery, procesní kapacitu a výrobní cíle.
Ultrazvukové stolní systémy jsou ideální pro testy proveditelnosti a optimalizaci procesů. Lineární scale-up založený na zavedených procesních parametrech velmi usnadňuje zvýšení zpracovatelských kapacit z menších šarží na plně komerční výrobu. Up-škálování lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové odsávací jednotky nebo shlukování několik ultrasonicators paralelně. S UIP16000, Hielscher nabízí nejsilnější ultrazvukové jednotky po celém světě.

Přesně řiditelných amplitud pro optimální výsledky

Všechny Hielscher ultrasonicators jsou přesně kontrolovatelné 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 syntetizačních cest.
Všechny Hielscher Ultrazvuk’ procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou doplňky, které umožňují modifikovat amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscher průmyslové ultrazvukové procesory mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy a poskytovat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dávají možnost syntetizovat vaše molekulárně potištěné polymery s nejúčinnějšími ultrazvukovými podmínkami. Optimální použití ultrazvuku pro nejlepší výsledky polymerace!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz v náročných a náročných prostředích. Díky tomu je Hielscherova ultrazvuková zařízení spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše sonochemické požadavky na proces.

Snadné a bezrizikové testování

Ultrazvukové procesy mohou být zcela lineární škálované. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratoře nebo bench-top ultrasonicator, lze škálovat na přesně stejný výstup pomocí přesně stejné parametry procesu. Díky ultrazvuku ideální pro bezrizikové testování proveditelnosti, optimalizace procesů a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás, abyste se dozvěděli, jak může použití ultrazvuku zvýšit výnos a kvalitu MIP.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný a rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality pro své ultrazvukové procesory. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v naší centrále v Teltow u Berlína, Německo. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher je, aby to pracovní kůň ve vaší výrobě. Nepřetržitý provoz při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných míchacích pultů hielscher.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Můžete si koupit Hielscher ultrazvukový procesor v jakékoli jiné velikosti a přesně nakonfigurován podle vašich požadavků na proces. Od léčení reaktantů v malé laboratorní trubce až po kontinuální průtokové míchání polymerních kalů na průmyslové úrovni, Hielscher Ultrasonics nabízí vhodný ultrasonicator pro vás! Prosím, kontaktujte nás – jsme rádi, že vám můžeme doporučit ideální ultrazvukové nastavení!