Nanokomposit hydrogelsyntese ved hjælp af ultralydbehandling

Nanokomposithydrogeler eller nanogeler er multifunktionelle 3D-strukturer med høj effektivitet som lægemiddelbærere og lægemiddelleveringssystemer med kontrolleret frigivelse. Ultralydbehandling fremmer dispersionen af nanostørrelse, polymere hydrogelpartikler samt den efterfølgende inklusion / inkorporering af nanopartikler i disse polymerstrukturer.

Ultralydsyntese af nanogeler

Ultralydssonde-type homogenisator UP400St til dispersion og syntese af nanokomposithydrogeler eller nanogeler.Nanokomposithydrogeler er tredimensionelle materialestrukturer og kan designes til at udvise specifikke træk, hvilket gør dem til potente lægemiddelbærere og lægemiddelleveringssystemer med kontrolleret frigivelse. Ultralydbehandling fremmer syntesen af funktionaliserede partikler i nanostørrelse samt den efterfølgende inklusion / inkorporering af nanopartikler i tredimensionelle polymere strukturer. Da ultralydsyntetiserede nanogeler kan fange bioaktive forbindelser inde i deres nanoskala kerne, tilbyder disse nano-størrelse hydrogeler store funktionaliteter.
Nanogeler er vandig dispersion af hydrogel nanopartikler, som er fysisk eller kemisk tværbundet som hydrofilt polymernetværk. Da højtydende ultralyd er yderst effektiv til fremstilling af nanodispersioner, er ultralydapparater af sondetypen et afgørende værktøj til hurtig og pålidelig produktion af nanogeler med overlegne funktionaliteter.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralydkavitation fremmer tværbinding og polymerisation under hydrogel og nanogel (nanokomposithydrogel) syntese. Ultralyddispersion letter ensartet fordeling af nanomaterialer til hybrid hydrogelfremstilling.

ultralydsdiske UIP1000hdT med glasreaktor til nanokomposithydrogelsyntese

Funktionaliteter af ultralyd producerede nanogeler

  • fremragende kolloid stabilitet og det store specifikke overfladeareal
  • kan være tæt pakket med nanopartikler
  • gør det muligt at kombinere hårde og bløde partikler i hybrid kerne / skal nanogel
  • højt hydreringspotentiale
  • fremme af biotilgængelighed
  • høj hævelse / de-hævelse egenskaber



 
Ultralydsyntetiserede nanogeler anvendes i mange applikationer og industrier, f.eks.

  • til farmaceutiske og medicinske anvendelser: f.eks. lægemiddelbærer, antibakteriel gel, antibakteriel sårforbinding
  • i biokemi og biomedicin til genlevering
  • som adsorbent/biosorbent i kemiske og miljømæssige anvendelser
  • i vævsteknik som hydrogeler kan efterligne de fysiske, kemiske, elektriske og biologiske egenskaber ved mange indfødte væv

Casestudie: Zink nanogel syntese via sonokemisk rute

Skematisk flowchart til syntese af ZnO NP'er og Carbopol/ZnO hybrid nanopartikelgel. I undersøgelsen blev ultralydapparatet UP400St brugt til ZnO nanopartikeludfældning og nanogeldannelse. (tilpasset fra Ismail et al., 2021)ZnO hybrid nanopartikler kan stabiliseres i en Carbopol gel via en letkøbt ultralydsproces: Sonikering bruges til at drive udfældningen af zink nanopartikler, som efterfølgende ultralyd tværbundet med Carbopol til dannelse af en nano-hydrogel.
Ismail et al. (2021) udfældede zinkoxid nanopartikler via en letkøbt sonokemisk rute. (Find protokollen for den sonokemiske syntese af ZnO nanopartikler her).
Derefter blev nanopartiklerne brugt til at syntetisere ZnO nanogel. Derfor blev de producerede ZnO NP'er skyllet med dobbelt deioniseret vand. 0,5 g Carbopol 940 blev opløst i 300 ml fordoblet deioniseret vand efterfulgt af tilsætning af de nyvaskede ZnO NP'er. Da Carbopol er naturligt surt, kræver opløsningen en neutralisering af pH-værdien, ellers ville den ikke blive tykkere. Således havde blandingen gennemgået kontinuerlig sonikering ved anvendelse af Hielscher ultralydator UP400S med en amplitude på 95 og en cyklus på 95% i 1 time. Derefter blev 50 ml trimethylamin (TEA) som neutraliserende middel (hæve pH til 7) tilsat dråbevis under kontinuerlig sonikering, indtil dannelsen af den hvide ZnO-gel opstod. Fortykkelsen af Carbopol startede, da pH var tæt på en neutral pH .
Forskerholdet forklarer de ekstraordinært positive virkninger af ultralydbehandling på nanogeldannelse ved forbedret partikel-partikelinteraktion. Ultralydinitieret molekylær omrøring af bestanddelene i reaktionsblandingen forbedrer fortykningsprocessen, der fremmes af polymer-opløsningsmiddelinteraktionerne. Derudover fremmer sonikering opløsningen af Carbopol. Derudover forbedrer ultralydbølgebestråling polymer-ZnO NP'ernes interaktion og forbedrer de viskoelastiske egenskaber af den fremstillede Carbopol / ZnO hybrid nanopartikler gel.
Det skematiske flowchart ovenfor viser syntesen af ZnO NP'er og Carbopol/ZnO hybrid nanopartikelgel. I undersøgelsen blev ultralydapparatet UP400St brugt til ZnO nanopartikeludfældning og nanogeldannelse. (tilpasset fra Ismail et al., 2021)

Ultralyd produceret nanogel fyldt med zinkoxid nanopartikler.

ZnO NP'er syntetiseret ved den kemiske udfældningsmetode under virkningen af ultralydbehandling, hvor (a) er i den vandige opløsning, og (b) er ultralyd spredt i en stabil Carbopol-baseret hydrogel.
(undersøgelse og billede: Ismail et al., 2021)

Case Stuy: Ultralyd Forberedelse af Poly (methacrylsyre)/Montmorillonit (PMA/nMMT) Nanogel

Khan et al. (2020) demonstrerede den vellykkede syntese af en poly (methacrylsyre) / Montmorillonite (PMA / nMMT) nanokomposithydrogel via ultralydassisteret redoxpolymerisation. Typisk blev 1,0 g nMMT spredt i 50 ml destilleret vand med ultralydbehandling i 2 timer for at danne en homogen dispersion. Sonikering forbedrer spredningen af ler, hvilket resulterer i forbedrede mekaniske egenskaber og adsorptionskapacitet af hydrogelerne. Methacrylsyremonomer (30 ml) blev tilsat dråbevis til suspensionen. Initiator ammoniumpersulfat (APS) (0,1 M) blev tilsat til blandingen efterfulgt af 1,0 ml TEMED accelerator. Spredningen blev kraftigt omrørt i 4 timer ved 50 °C af en magnetisk omrører. Den resulterende tyktflydende masse blev acetonevasket og udtørret i 48 timer ved 70 ° C i en ovn. Det resulterende produkt blev malet og opbevaret i en glasflaske. Forskellige nanokompositgeler blev syntetiseret ved at variere nMMT i mængder på 0,5, 1,0, 1,5 og 2,0 g. De nanokomposithydrogeler, der blev fremstillet ved anvendelse af 1,0 g nMMT, viste bedre adsorptionsresultater end resten af kompositterne og blev derfor anvendt til yderligere adsorptionsundersøgelse.
SEM-EDX mikrograferne til højre viser den elementære og strukturelle analyse af nanogelerne bestående af montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poly(methacrylsyre)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT) og amoxicillin (AMX)- og diclofenac (DF)-loaded PMA/nMMT. SEM-mikrograferne optaget med en forstørrelse på 1,00 KX sammen med EDX af

  • montmorillonit (MMT)
  • nano-montmorillonit (nMMT)
  • poly(methacrylsyre)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT)
  • og amoxicillin (AMX)- og diclofenac (DF)-belastet PMA/nMMT.

Det observeres, at rå MMT skylder en lagdelt arkstruktur, der viser tilstedeværelsen af større korn. Efter modifikation eksfolieres pladerne af MMT til små partikler, hvilket kan skyldes eliminering af Si2+ og Al3+ fra oktaederne. EDX-spektret af nMMT udviser en høj procentdel af kulstof, hvilket primært kan skyldes det overfladeaktive stof, der anvendes til modifikation, da hovedbestanddelen i CTAB (C19H42BrN) er kulstof (84%). PMA/nMMT viser en sammenhængende og næsten sammenhængende struktur. Desuden er ingen porer synlige, hvilket viser fuldstændig eksfoliering af nMMT i PMA-matrixen. Efter sorption med de farmaceutiske molekyler amoxicillin (AMX) og diclofenac (DF) observeres ændringer i PMA/nMMT-morfologien. Overfladen bliver asymmetrisk med en stigning i den ru tekstur.
Anvendelse og funktionalitet af lerbaserede hydrogeler i nanostørrelse: Lerbaserede hydrogel nanokompositter forventes at være potentielle superadsorbenter til optagelse af uorganiske og / eller organiske forurenende stoffer fra en vandig opløsning på grund af de kombinerede egenskaber ved både ler og polymerer, såsom bionedbrydelighed, biokompatibilitet, økonomisk levedygtighed, overflod, højt specifikt overfladeareal, tredimensionelt netværk og hævelse / hævelsesegenskaber.
(jf. Khan et al., 2020)

Ultralydsyntetiserede nanogeler fyldt med forskellige nanopartikler såsom nano-montmorillonit ler.

SEM-EDX mikrografer af (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT og (d) AMX- og (e) DF-belastede nanokomposithydrogeler. Nanogerne blev fremstillet ved hjælp af ultralydbehandling.
(undersøgelse og billeder: ©Khan et al. 2020)

Højtydende ultralydapparater til hydrogel og nanogel produktion

Højtydende ultralydapparater til hydrogel og nanogel produktion
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydsudstyr til syntese af hydrogeler og nanogeler med overlegne funktionaliteter. Fra lille og mellemstor R&D og pilot ultralydapparater til industrielle systemer til kommerciel hydrogelfremstilling i kontinuerlig tilstand, Hielscher Ultrasonics har den rigtige ultralydsprocessor til at dække dine krav til hydrogel / nanogel produktion.

Hvorfor Hielscher Ultrasonics?

  • høj effektivitet
  • Den nyeste teknologi
  • pålidelighed & robusthed
  • parti & Inline
  • for enhver volumen
  • intelligent software
  • smarte funktioner (f.eks. dataprotokollering)
  • Nem og sikker at betjene
  • Lav vedligeholdelse
  • CIP (clean-in-place)

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
15 til 150L 3 til 15 liter/min UIP6000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


I det korte klip ovenfor, ultralydapparatet UP50H bruges til at danne en hydrogel ved hjælp af en gelator med lav molekylvægt. Resultatet er en selvhelbredende supramolekylære hydrogeler.
(Undersøgelse og film: Rutgeerts et al., 2019)
Ultralyd dispersion af silica nanopartikler i hydrogel: Hielscher ultralyd homogenisator UP400St dispergerer silica nanopartikler hurtigt og effektivt i en ensartet nanogel med multifunktionaliteter.

Ultralyd dispersion af nanopartikler i hydrogel ved hjælp af ultralydsapparatet UP400St

Videominiaturebillede



Litteratur / Referencer

Fakta Værd at vide

Protokol for sonokemisk syntese af ZnO nanopartikler

ZnO NP'er blev syntetiseret ved anvendelse af den kemiske udfældningsmetode under påvirkning af ultralydbestråling. I en typisk procedure blev zinkacetatdihydrat (Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) som en forløber og en ammoniakopløsning på 30-33% (NH3) i en vandig opløsning (NH4OH) som reduktionsmiddel anvendt. ZnO-nanopartiklerne blev fremstillet ved at opløse den passende mængde zinkacetat i 100 ml deioniseret vand for at producere 0,1 M af en zinkionopløsning. Derefter blev zinkionopløsningen udsat for ultralydbølgebestråling ved anvendelse af en Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Tyskland) ved en amplitude på 79% og en cyklus på 0,76 i 5 minutter ved en temperatur på 40 ◦C. Derefter blev ammoniakopløsningen tilsat dråbevis til zinkionopløsningen under virkningen af ultralydbølgerne. Efter få øjeblikke begyndte ZnO NP'erne at udfælde og vokse, og ammoniakopløsningen blev kontinuerligt tilsat, indtil den fuldstændige udfældning af ZnO NP'er opstod.
De opnåede ZnO NP'er blev vasket ved hjælp af deioniseret vand flere gange og blev udeladt for at slå sig ned. Efterfølgende blev det opnåede bundfald tørret ved stuetemperatur.
(Ismail et al., 2021)

Hvad er nanogeler?

Nanogeler eller nanokomposithydrogeler er en type hydrogel, der inkorporerer nanopartikler, normalt i området 1-100 nanometer, i deres struktur. Disse nanopartikler kan være organiske, uorganiske eller en kombination af begge.
Nanogeler dannes gennem en proces kendt som tværbinding, som involverer kemisk binding af polymerkæder til dannelse af et tredimensionelt netværk. Da dannelsen af hydrogeler og nanogeler kræver grundig blanding for at hydrere den polymere struktur, for at fremme tværbindingen og for at inkorporere nanopartiklerne, er ultralydbehandling en yderst effektiv teknik til fremstilling af hydrogeler og nanogeler. Hydrogel- og nanogelnetværk er i stand til at absorbere store mængder vand, hvilket gør nanogeler stærkt hydrerede og dermed velegnede til en bred vifte af applikationer såsom lægemiddelafgivelse, vævsteknik og biosensorer.
Nanogelhydrogeler er typisk sammensat af nanopartikler, såsom silica eller polymerpartikler, der er spredt gennem hydrogelmatrixen. Disse nanopartikler kan syntetiseres gennem forskellige metoder, herunder emulsionspolymerisation, invers emulsionspolymerisation og sol-gelsyntese. Disse polymerisations- og sol-gelsynteser drager stor fordel af ultralydsomrøring.
Nanokomposithydrogeler er derimod sammensat af en kombination af en hydrogel og et nanofyldstof, såsom ler eller grafenoxid. Tilsætningen af nanofylderen kan forbedre hydrogelens mekaniske og fysiske egenskaber, såsom dens stivhed, trækstyrke og sejhed. Her letter de kraftige dispersionskapaciteter af sonikering den ensartede og stabile fordeling af nanopartikler i hydrogelmatrixen.
Samlet set har nanogel og nanokomposithydrogeler en bred vifte af potentielle anvendelser inden for områder som biomedicin, miljøsanering og energilagring på grund af deres unikke egenskaber og funktionaliteter.

Anvendelser af nanogel til medicinske behandlinger

Type of Nanogel lægemiddel sygdom Aktivitet Referencer
PAMA-DMMA nanogeler Doxorubicin Kræft Stigning i frigivelseshastigheden, når pH-værdien faldt. Højere cytotoksicitet ved pH 6,8 i cellelevedygtighedsundersøgelser Du et al. (2010)
Chitosan-baserede nanogeler dekoreret med hyaluronat Fotosensibilisatorer som tetra-phenyl-porfyrin-tetra-sulfonat (TPPS4), tetra-phenyl-chlorin-tetra-carboxylat (TPCC4) og chlor e6 (Ce6) Reumatiske lidelser Hurtigt optaget (4 timer) af makrofagerne og akkumuleret i deres cytoplasma og organeller Schmitt et al. (2010)
PCEC nanopartikler i Pluronic hydrogeler Lidocain Lokalbedøvelse Producerede langvarig infiltrationsbedøvelse på ca. 360 min Yin et al. (2009)
Poly (lactid-co-glycolsyre) og chitosan nanopartikel dispergeret i HPMC og Carbopol gel Spantide II Allergisk kontaktdermatitis og andre hudinflammatoriske lidelser Nanogelinncreases potentiale for perkutan levering af spantid II Punit et al. (2012)
pH-følsomme polyvinylpyrrolidon-poly (acrylsyre) (PVP/PAAc) nanogeler Pilocarpine Oprethold en tilstrækkelig koncentration af pilocarpin på virkningsstedet i længere tid Abd El-Rehim et al. (2013)
Tværbundet poly (ethylenglycol) og polyethylenimin Oligonukleotider Neurodegenerative sygdomme Effektivt transporteret over BBB. Transporteffektiviteten øges yderligere, når nanogelens overflade modificeres med transferrin eller insulin Vinogradov et al. (2004)
Kolesterolbærende pullulan nanogeler Rekombinant murin interleukine-12 Tumor immunterapi Nanogel med vedvarende frigivelse Farhana et al. (2013)
Poly(N-isopropylacrylamid) og chitosan Hypertermi kræftbehandling og målrettet lægemiddellevering Termofølsom magnetisk modaliseret Farhana et al. (2013)
Tværbundet forgrenet netværk af polyethylenimin og PEG Polyplexnanogel Fludarabine Kræft Forhøjet aktivitet og reduceret cytotoksicitet Farhana et al. (2013)
Biokompatibel nanogel af kolesterolbærende pullulan Som kunstig chaperone Behandling af Alzheimers sygdom Hæmmer aggregering af amyloid β-protein Ikeda et al. (2006)
DNA nanogel med fotokrydsbinding Genetisk materiale Genterapi Kontrolleret levering af plasmid-DNA Lee et al. (2009)
Carbopol/zinkoxid (ZnO) hybrid nanopartikelgel ZnO nanopartikler Antibakteriel aktivitet, bakteriel hæmmer Ismail et al. (2021)

Tabel tilpasset fra Swarnali et al., 2017


Højtydende ultralyd! Hielschers produktsortiment dækker hele spektret fra den kompakte lab ultralydsprocessor over bench-top enheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.

Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.