Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Síntesis ultrasónica de polímeros de impresión molecular (MIP)

Los Polímeros Impresos Molecularmente (PIM) son receptores diseñados artificialmente con una selectividad y especificidad predeterminadas para una estructura molecular biológica o química determinada. La ecografía puede mejorar varias vías de síntesis de los polímeros con impresión molecular haciendo la polimerización más eficiente y fiable.

¿Qué son los polímeros de impresión molecular?

Un polímero de impresión molecular (PIM) es un material polimérico con características de reconocimiento similares a las de un anticuerpo que se ha producido mediante la técnica de impresión molecular. La técnica de impronta molecular produce un polímero con impronta molecular en relación con una molécula objetivo específica. El polímero con impresión molecular tiene cavidades en su matriz de polímero con una afinidad por la “plantilla” molécula. El proceso suele consistir en iniciar la polimerización de los monómeros en presencia de una molécula patrón que se extrae posteriormente, dejando cavidades complementarias. Estos polímeros tienen afinidad con la molécula original y se han utilizado en aplicaciones como separaciones químicas, catálisis o sensores moleculares. Las moléculas impresas moleculares pueden compararse con una cerradura molecular, que coincide con una llave molecular (la llamada molécula plantilla). Los polímeros con impronta molecular (PIM) se caracterizan por sitios de unión específicamente adaptados que coinciden con las moléculas patrón en cuanto a forma, tamaño y grupos funcionales. La "cerradura – La característica "clave" permite utilizar polímeros con impronta molecular para diversas aplicaciones, en las que se reconoce un tipo específico de molécula y se une a la cerradura molecular, es decir, el polímero con impronta molecular.

Ultrasonication is an effective technique to produce molecularly imprinted polymers.

La ilustración esquemática muestra la vía de impronta molecular de las ciclodextrinas para la preparación de receptores adaptados.
Estudio e imagen: Hishiya et al. 2003

Los polímeros de impresión molecular (PIM) tienen un amplio campo de aplicaciones y se utilizan para separar y purificar determinadas moléculas biológicas o químicas, incluidos los aminoácidos y las proteínas, los derivados de los nucleótidos, los contaminantes, así como los medicamentos y los alimentos. Los ámbitos de aplicación van desde la separación y la purificación hasta los sensores químicos, las reacciones catalíticas, la administración de medicamentos, los anticuerpos biológicos y los sistemas de receptores. (cf. Vasapollo et al. 2011)
Por ejemplo, la tecnología MIP se utiliza como técnica de microextracción en fase sólida para operar y purificar moléculas derivadas del cannabis, como el CBD o el THC, a partir del extracto de espectro completo a fin de obtener aislados y destilados de cannabinoides.

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Síntesis ultrasónica de moléculas con impresión molecular

Dependiendo del tipo de objetivo (plantilla) y de la aplicación final del MIP, los MIP pueden sintetizarse en diferentes formatos como partículas esféricas de tamaño nano y micrónico, nanocables, nanobras, nanofilamentos o películas delgadas. Para producir una forma específica de MIP, se pueden aplicar diferentes técnicas de polimerización como la impresión en masa, la precipitación, la polimerización en emulsión, la suspensión, la dispersión, la gelificación y la polimerización por hinchamiento en varios pasos.
La aplicación de ultrasonidos de baja frecuencia y alta intensidad ofrece una técnica muy eficiente, versátil y sencilla para sintetizar nanoestructuras poliméricas.
La sonicación aporta varias ventajas en la síntesis de PIM en comparación con los procesos de polimerización tradicionales, porque promueve tasas de reacción más elevadas, un crecimiento más homogéneo de la cadena de polímeros, mayores rendimientos y condiciones más suaves (por ejemplo, una baja temperatura de reacción). Además, puede alterar la distribución de la población del sitio de unión y, por lo tanto, la morfología del polímero final. (Svenson 2011)
Aplicando la energía sonoquímica a la polimerización de los MIP, las reacciones de polimerización se inician y se impactan positivamente. Simultáneamente, la sonicación promueve una desgasificación efectiva de la mezcla de polímeros sin sacrificar la capacidad de unión o la rigidez.
La homogeneización, dispersión y emulsificación ultrasónica ofrece una mezcla y agitación superiores para formar suspensiones homogéneas y proporcionar energía de iniciación para los procesos de polimerización. Viveiros y otros (2019) investigaron el potencial de la síntesis ultrasónica de los PIM y afirman que "los PIM preparados por ultrasonido presentaban propiedades aglutinantes similares o superiores a los métodos convencionales".
Los MIP en nano formato abren posibilidades prometedoras para mejorar la homogeneidad de los sitios de unión. La ecografía es conocida por sus excepcionales resultados en la preparación de nanodispersiones y nanoemulsiones.

Polimerización ultrasónica de nano-emulsión

Los MIP pueden ser sintetizados por polimerización de emulsiones. La polimerización de la emulsión se logra comúnmente formando una emulsión de aceite en agua bajo la adición de un surfactante. Para formar una emulsión estable y de tamaño nanométrico, se requiere una técnica de emulsificación de alto rendimiento. La emulsificación ultrasónica es una técnica bien establecida para preparar nano- y mini-emulsiones.
Lea más sobre la Nano-Emulsificación Ultrasónica!

Ultrasonic emulsification and dispersion has positive impacts on the polymerization of molecularly imprinted polymers.

Los ultrasonidos pueden mejorar las siguientes rutas de síntesis para la producción de nanoMIP: polimerización por precipitación, polimerización por emulsión y polimerización del núcleo.
Estudiar y fotografiar por: Refaat et al. 2019

Extracción ultrasónica de la plantilla

Tras la síntesis de los polímeros con impresión molecular, la plantilla debe ser retirada del lugar de unión para obtener un polímero activo con impresión molecular. Las intensas fuerzas de mezcla de la sonicación promueven la solubilidad, la difusividad, la penetración y el transporte de las moléculas de disolvente y de plantilla. De este modo, las plantillas se eliminan rápidamente de los sitios de unión.
La extracción ultrasónica también puede combinarse con la extracción Soxhlet para quitar la plantilla del polímero impreso.

Rutas de síntesis MIP asistidas por ultrasonidos:

  • Polimerización radical controlada
  • Polimerización por precipitación
  • La polimerización en emulsión
  • Injerto de nanopartículas en la cubierta del núcleo
  • Síntesis ultrasónica de partículas magnéticas
  • Fragmentación de polímeros agregados
  • Extracción ultrasónica de la plantilla

Estudios de casos: Aplicaciones ultrasónicas para polímeros con impresión molecular

Síntesis ultrasónica de polímeros de impresión molecular

The encapsulation of magnetic nanoparticles by 17β-estradiol-imprinted polymers using an ultrasonic synthesis route achieves fast removal of 17β-estradiol from aqueous environments. For the ultrasonic synthesis of the nanoMIPs, methacrylic acid (MAA) was used as monomer, ethylene glycol dimethylacrylate (EGDMA) as crosslinker, and azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator. The ultrasonic synthesis procedure was carried out for 2h at 65ºC. The average particle size diameters of magnetic NIPs and magnetic MIPs were 200 and 300 nm, respectively. The use of ultrasound not only enhanced the polymerization rate and morphology of the nanoparticles, but also led to an increase in the number of free radicals, and thus, facilitated MIP growth around the magnetic nanoparticles. The adsorption capacity towards to 17β-estradiol was comparable to traditional approaches. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrasonidos para sensores con impresión molecular

Yu y otros diseñaron un sensor electroquímico con impresión molecular basado en electrodos modificados con nanopartículas de níquel para la determinación del fenobarbital. El sensor electroquímico se desarrolló mediante polimerización térmica con el uso de ácido metacrílico (MAA) como monómero funcional, 2,2-azobisisobutironitrilo (AIBN) y acrilato de etilenglicol rosinato maleico (EGMRA) como agente reticulante, fenobarbitales (PB) como molécula patrón y dimetil sulfóxido (DMSO) como disolvente orgánico. En el proceso de fabricación del sensor, 0,0464g PB y 0,0688g MAA se mezclaron en 3 mL de DMSO y fueron sonicados durante 10 min. Después de 5 h, 1,0244g EGMRA y 0,0074g AIBN fueron añadidos a la mezcla y sonicados durante 30 min para obtener soluciones de polímeros impresos con PB. Después de eso, 10 μL de 2.0 mg mL-1La solución de nanopartículas de Ni cayó sobre la superficie de la CME y luego el sensor se secó a temperatura ambiente. Aproximadamente 5 μL de la solución de polímeros impresos de PB preparada se recubrieron entonces en la CME modificada por nanopartículas de Ni y se secaron al vacío en 75◦C durante 6 h. Tras la polimerización térmica, el sensor impreso se lavó con (ácido acético) HAc/metanol (relación de volumen, 3:7) durante 7 min para eliminar las moléculas de la plantilla. (cf. Uygun et al. 2015)

Micro-extracción ultrasónica usando MIPs

Para recuperar los análisis de nicotinamida de las muestras, se aplica una microextracción en fase sólida dispersiva asistida por ultrasonido seguida de un espectrofotómetro UV-vis (UA-DSPME-UV-vis). Para la extracción y preconcentración de la nicotinamida (vitamina B3), se han utilizado polímeros impresos molecularmente basados en el marco orgánico metálico (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

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Ultrasonidos de alto rendimiento para aplicaciones de polímeros

Del laboratorio a la producción con escalabilidad lineal: En primer lugar, se desarrollan y prueban polímeros de impresión molecular específicamente diseñados en un pequeño laboratorio y a escala de mesa, para investigar la viabilidad de la síntesis de los polímeros. Si se ha logrado la viabilidad y optimización de los PIM, la producción de PIM se escala a volúmenes mayores. Las rutas de síntesis ultrasónicas pueden escalarse linealmente desde la producción de mesa hasta la producción totalmente comercial. Hielscher Ultrasonics ofrece equipos sonoquímicos para la síntesis de polímeros en pequeños laboratorios y bancos de trabajo hasta sistemas ultrasónicos en línea totalmente industriales para la producción 24/7 a plena carga. El ultrasonido puede ser escalado linealmente desde el tamaño del tubo de ensayo hasta grandes capacidades de producción de cargas de camiones por hora. La amplia cartera de productos de Hielscher Ultrasonics, desde el laboratorio hasta los sistemas industriales de sonoquímica, tiene el ultrasonido más adecuado para su capacidad de proceso prevista. Nuestro personal, con una larga experiencia, le asistirá desde las pruebas de viabilidad y optimización de procesos hasta la instalación de su sistema de ultrasonidos en el nivel de producción final.

Hielscher Ultrasonics – Equipo sofisticado de sonoquímica

La cartera de productos de Hielscher Ultrasonics cubre la gama completa de extractores ultrasónicos de alto rendimiento, desde la pequeña a la gran escala. Los accesorios adicionales permiten el fácil montaje de la configuración del dispositivo ultrasónico más adecuado para su proceso. La configuración ultrasónica óptima depende de la capacidad, el volumen, el material, el lote o el proceso en línea y el tiempo previstos. Hielscher le ayuda a configurar el proceso sonoro químico ideal.

Por lotes y en línea

Los ultrasonidos de Hielscher pueden utilizarse para el procesamiento por lotes y de flujo continuo. Los volúmenes pequeños y medianos pueden ser convenientemente sonicados en un proceso por lotes (por ejemplo, viales, pruebas, tubos, vasos, tanques o barriles). Para el procesamiento de grandes volúmenes, la sonicación en línea podría ser más eficaz. Si bien la preparación de lotes requiere más tiempo y mano de obra, un proceso continuo de mezcla en línea es más eficiente, más rápido y requiere mucha menos mano de obra. Hielscher Ultrasonics tiene la configuración de extracción más adecuada para su reacción de polimerización y el volumen del proceso.

Sondas ultrasónicas para cada capacidad de producto

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialLa gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca todo el espectro de procesadores ultrasónicos, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio, pasando por los sistemas de mesa y los sistemas piloto, hasta los procesadores ultrasónicos totalmente industriales con capacidad para procesar cargas de camiones por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el equipo de ultrasonidos más adecuado para sus polímeros, capacidad de proceso y objetivos de producción.
Los sistemas ultrasónicos de mesa son ideales para pruebas de viabilidad y optimización de procesos. La ampliación lineal basada en parámetros de proceso establecidos hace que sea muy fácil aumentar la capacidad de procesamiento de lotes más pequeños a una producción totalmente comercial. El aumento de escala puede hacerse instalando una unidad extractora de ultrasonidos más potente o agrupando varios ultrasonidos en paralelo. Con el UIP16000, Hielscher ofrece la unidad de ultrasonidos más potente del mundo.

Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos

Todos los ultrasonidos de Hielscher son controlables con precisión y, por lo tanto, caballos de trabajo fiables en la producción. La amplitud es uno de los parámetros de proceso cruciales que influyen en la eficiencia y la eficacia de las reacciones sonoquímicas, incluidas las reacciones de polimerización y las rutas de síntesis.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Todos los ultrasonidos de Hielscher’ Los procesadores permiten el ajuste preciso de la amplitud. Los sonotrodos y las bocinas de refuerzo son accesorios que permiten modificar la amplitud en un rango aún más amplio. Los procesadores industriales de ultrasonidos de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy altas y ofrecer la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente operadas continuamente en operación 24/7.
Los ajustes precisos de amplitud y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante un software inteligente le dan la posibilidad de sintetizar sus polímeros de impresión molecular con las condiciones ultrasónicas más eficaces. Sonicación óptima para obtener los mejores resultados de polimerización!
La robustez del equipo de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana, en entornos exigentes. Esto hace del equipo de ultrasonidos de Hielscher una herramienta de trabajo fiable que cumple con los requisitos de sus procesos sonoquímicos.

Pruebas fáciles y sin riesgos

Los procesos ultrasónicos pueden ser completamente lineales. Esto significa que cada resultado que se ha logrado usando un laboratorio o un ultrasonido de mesa, puede ser escalado a exactamente la misma salida usando exactamente los mismos parámetros de proceso. Esto hace que la ultrasonificación sea ideal para la realización de pruebas de viabilidad sin riesgos, la optimización de los procesos y la posterior aplicación en la fabricación comercial. Contáctenos para saber cómo la sonicación puede aumentar el rendimiento y la calidad de su PIM.

La más alta calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar y familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonicadores están diseñados, fabricados y probados a fondo en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad del equipo ultrasónico de Hielscher lo convierten en un caballo de trabajo en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

Puede comprar el procesador ultrasónico de Hielscher en cualquier tamaño diferente y configurado exactamente según sus requerimientos de proceso. Desde el tratamiento de reactivos en un pequeño tubo de laboratorio hasta la mezcla de flujo continuo de lodos de polímeros a nivel industrial, Hielscher Ultrasonics ofrece un ultrasonido adecuado para usted! Póngase en contacto con nosotros – estamos encantados de recomendarle la configuración ultrasónica ideal!

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.