Molekulaarselt trükitud polümeeride (MIP) ultraheli süntees

Molekulaarselt trükitud polümeerid (MIP-id) on kunstlikult kavandatud retseptorid, millel on etteantud selektiivsus ja spetsiifilisus antud bioloogilise või keemilise molekuli struktuuri jaoks. Ultraheli võib parandada molekulaarselt trükitud polümeeride erinevaid sünteesiteid, muutes polümerisatsiooni tõhusamaks ja usaldusväärsemaks.

Mis on molekulaarselt trükitud polümeerid?

Molekulaarselt trükitud polümeer (MIP) on antikehataoliste äratundmisomadustega polümeersed materjalid, mis on toodetud molekulaarse imprintingu tehnika abil. Molekulaarse imprintingu tehnika toodab molekulaarselt trükitud polümeeri konkreetse sihtmolekuli suhtes. Molekulaarselt trükitud polümeeril on polümeermaatriksis õõnsused, mille afiinsus on spetsiifiline “mall” molecule. The process usually involves initiating the polymerization of monomers in the presence of a template molecule that is extracted afterwards, leaving behind complementary cavities. These polymers have affinity for the original molecule and have been used in applications such as chemical separations, catalysis, or molecular sensors. Molecular imprinted molecules can be compared to a molecular lock, that matches a molecular key (the so-called template molecule). Molecularly imprinted polymers (MIPs) are characterised by specifically tailored binding sites that match the template molecules in shape, size and functional groups. The “lock – key” feature allows to use molecular imprinted polymers for various applications, where a specific type of molecule is recognised and attached to the molecular lock, i.e. the molecular imprinted polymer.

Skemaatiline illustratsioon näitab tsüklodekstriinide molekulaarset jäljendirada kohandatud retseptorite valmistamiseks.Uuring ja pilt: Hishiya et al. 2003

Molekulaarselt trükitud polümeeridel (MIP) on lai kasutusala ja neid kasutatakse kindlaksmääratud bioloogiliste või keemiliste molekulide, sealhulgas aminohapete ja valkude, nukleotiidide derivaatide, saasteainete, samuti ravimite ja toidu eraldamiseks ja puhastamiseks. Kasutusvaldkonnad ulatuvad eraldamisest ja puhastamisest keemiliste andurite, katalüütiliste reaktsioonide, ravimite manustamise, bioloogiliste antikehade ja retseptorite süsteemideni. (vrd Vasapollo et al. 2011)
Näiteks kasutatakse MIP-tehnoloogiat tahkefaasilise mikroekstraktsioonitehnikana, et käitada ja puhastada kanepist saadud molekule, nagu CBD või THC, kogu spektriekstraktist, et saada kannabinoidisolaate ja destillaate.

Molekulaarselt trükitud molekulide ultraheli süntees

Sõltuvalt sihtmärgi (malli) tüübist ja MIP lõplikust rakendusest saab MIP-sid sünteesida erinevates vormingutes, nagu nano- ja mikronisuurused sfäärilised osakesed, nanojuhtmed, nanovardad, nanofilamentid või õhukesed kiled. Spetsiifilise MIP-vormi saamiseks võib rakendada erinevaid polümerisatsioonimeetodeid, nagu hulgitrükk, sadestamine, emulsiooni polümerisatsioon, suspensioon, dispersioon, geelistamine ja mitmeastmeline turse polümerisatsioon.
Madala sagedusega, suure intensiivsusega ultraheli rakendamine pakub väga tõhusat, mitmekülgset ja lihtsat tehnikat polümeersete nanostruktuuride sünteesimiseks.
Sonikatsioon toob MIP-sünteesis mitmeid eeliseid võrreldes traditsiooniliste polümerisatsiooniprotsessidega, sest see soodustab kõrgemaid reaktsioonikiirusi, homogeensemat polümeeri ahela kasvu, suuremat saagikust ja kergemaid tingimusi (nt madal reaktsioonitemperatuur). Lisaks võib see muuta siduva koha populatsiooni jaotust ja seega ka lõpliku polümeeri morfoloogiat. (Svenson 2011)
Rakendades sonokeemilist energiat MIPide polümerisatsioonile, algatatakse polümerisatsioonireaktsioonid ja mõjutatakse neid positiivselt. Samaaegselt soodustab ultrahelitöötlus polümeeri segu tõhusat degaseerimist, ohverdamata sidumisvõimet või jäikust.
Ultrasonic homogenization, dispersing and emulsification offers superior mixing and agitation to form homogeneous suspensions and to provide initiation energy for polymerization processes. Viveiros et al. (2019) investigated the potential of ultrasonic MIP synthesis and state that “MIPs prepared ultrasonically presented binding properties similar or superior to the conventional methods”.
Nanoformaadis mitmeaastased impordihinnad avavad paljulubavaid võimalusi sidumiskohtade homogeensuse parandamiseks. Ultraheli on tuntud oma erakordsete tulemuste poolest nanodispersioonide ja nanoemulsioonide valmistamisel.

Ultraheli nano-emulsiooni polümerisatsioon

MIP-sid saab sünteesida emulsiooni polümerisatsiooniga. Emulsiooni polümerisatsioon saavutatakse tavaliselt õli-vees emulsiooni moodustamisega pindaktiivse aine lisamisel. Stabiilse, nano-suurusega moodustamiseks on vaja suure jõudlusega emulgeerimistehnikat. Ultraheli emulgeerimine on väljakujunenud tehnika nano- ja miniemulsioonide valmistamiseks.
Loe lähemalt ultraheli nano-emulgeerimise kohta!

Ultraheli võib parandada järgmisi sünteesiviise nanoMIP tootmiseks: sademete polümerisatsioon, emulsiooni polümerisatsioon ja südamiku kestaga polümerisatsioon.Uuring ja pilt: Refaat et al. 2019

Malli ultraheli ekstraheerimine

Pärast molekulaarselt trükitud polümeeride sünteesi tuleb mall sidumiskohast eemaldada, et saada aktiivne molekulaarselt trükitud polümeer. Ultrahelitöötluse intensiivsed segamisjõud soodustavad lahusti- ja mallimolekulide lahustuvust, difusiooni, tungimist ja transportimist. Seega eemaldatakse mallid sidumissaitidelt kiiresti.
Ultraheli ekstraheerimist võib kombineerida ka Soxhleti ekstraheerimisega, et eemaldada mall trükitud polümeerist.

Juhtumiuuringud: molekulaarselt trükitud polümeeride ultrahelirakendused

Molekulaarselt trükitud polümeeride ultraheli süntees

Magnetiliste nanoosakeste kapseldamine 17β-östradiooliga trükitud polümeeridega, kasutades ultraheli sünteesi teed, saavutab 17β-östradiooli kiire eemaldamise vesikeskkonnast. NanoMIPide ultraheli sünteesiks kasutati monomeerina metakrüülhapet (MAA), ristlinkerina etüleenglükooldimetüülakrülaati (EGDMA) ja initsiaatorina asobisisobutüronitriili (AIBN). Ultraheli sünteesi protseduur viidi läbi 2h 65 ° C juures. Magnetiliste NIPide ja magnetiliste MIPide keskmine osakeste suuruse läbimõõt oli vastavalt 200 ja 300 nm. Ultraheli kasutamine mitte ainult ei suurendanud nanoosakeste polümerisatsioonikiirust ja morfoloogiat, vaid viis ka vabade radikaalide arvu suurenemiseni ja hõlbustas seega MIP kasvu magnetiliste nanoosakeste ümber. Adsorptsioonivõime 17β-östradiooli suunas oli võrreldav traditsiooniliste lähenemisviisidega. [Xia et al. 2012? Viveiro et al. 2019]

Ultraheli molekulaarselt trükitud andurite jaoks

Yu jt kavandasid fenobarbitaali määramiseks molekulaarselt trükitud elektrokeemilise anduri, mis põhineb nikli nanoosakestega modifitseeritud elektroodidel. Teatatud elektrokeemiline andur töötati välja termilise polümerisatsiooni teel, kasutades funktsionaalse monomeerina metakrüülhapet (MAA), ristsiduva ainena 2,2-asobisisobutüronitriili (AIBN) ja etüleenglükoolmaleiinrosinaadi (EGMRA) akrülaati ristsiduva ainena, fenobarbitaale (PB) mallimolekulina ja dimetüülsulfoksiidi (DMSO) orgaanilise lahustina. Anduri valmistamise protsessis segati 0,0464 g PB ja 0,0688 g MAA 3 ml DMSO-s ja töödeldi ultraheliga 10 minutit. 5 tunni pärast lisati segusse 1,0244 g EGMRA ja 0,0074 g AIBN ning töödeldi ultraheliga 30 minutit, et saada PB-prinditud polümeerilahuseid. Seejärel 10 μL 2,0 mg ml^-1Ni nanoosakeste lahus langes GCE pinnale ja seejärel kuivatati andur toatemperatuuril. Ligikaudu 5 μL ettevalmistatud PB-jäljendiga polümeeri lahust kaeti seejärel Ni nanoosakestega modifitseeritud GCE-ga ja kuivatati vaakumis 75 —�C juures 6 tundi. Pärast termilist polümerisatsiooni pesti trükitud andurit (äädikhape) HAc/metanooliga (mahusuhe, 3:7) 7 minutit, et eemaldada matriitsmolekulid. (vrd Uygun et al. 2015)

Ultraheli mikro-ekstraheerimine MIP-ide abil

Nikotiinamiidi analüüside taastamiseks proovidest rakendatakse ultraheli abil dispergeerivat tahkefaasilist mikroekstraktsiooni, millele järgneb UV-vis spektrofotomeeter (UA-DSPME-UV-vis). Nikotiinamiidi (vitamiin B3) ekstraheerimiseks ja eelkontsentreerimiseks on kasutatud HKUST-1 metalli orgaanilise raamistiku (MOF) põhiseid molekulaarselt trükitud polümeere. (Asfaram et al. 2017)

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid polümeeride rakenduste jaoks

Laborist tootmiseni lineaarse skaleeritavusega: Spetsiaalselt konstrueeritud molekulaarselt trükitud polümeerid töötatakse kõigepealt välja ja testitakse väikestes laborites ja pink-top skaalal, et uurida polümeeri sünteesi teostatavust. Kui minimaalsete impordihindade teostatavus ja optimeerimine on saavutatud, skaleeritakse makromajandusliku tasakaalustamatuse menetluse kohane tootmine suurematesse mahtudesse. Ultraheli sünteesi marsruute saab kõik lineaarselt skaleerida pink-top kuni täielikult kaubandusliku tootmiseni. Hielscher Ultrasonics pakub sonokeemilisi seadmeid polümeeride sünteesiks väikestes labori- ja pink-top seadetes kuni täielikult tööstuslike inline ultraheli süsteemideni 24/7 tootmiseks täiskoormusel. Ultraheli saab lineaarselt skaleerida katseklaasi suurusest kuni veoautode suurte tootmisvõimsusteni tunnis. Hielscher Ultrasonics ulatuslik tooteportfell laborist tööstuslikele sonokeemilistele süsteemidele on teie kavandatud protsessivõimsuse jaoks kõige sobivam ultrasonikaator. Meie pikaajaline kogemus aitab teil teostatavuskatsetest ja protsesside optimeerimisest kuni ultraheli süsteemi paigaldamiseni lõplikule tootmistasemele.

Hielscher Ultrasonics – Keerukad sonokeemilised seadmed

Hielscher Ultrasonics tooteportfell hõlmab kõiki suure jõudlusega ultraheli ekstraktoreid väikestest kuni suurteni. Lisatarvikud võimaldavad teie protsessi jaoks kõige sobivama ultraheli seadme konfiguratsiooni lihtsat kokkupanekut. Optimaalne ultraheli seadistamine sõltub kavandatud võimsusest, mahust, materjalist, partii- või tekstisisesest protsessist ja ajakavast. Hielscher aitab teil seadistada ideaalse sonokeemilise protsessi.

partii ja tekstisisene

Hielscheri ultrasonikaatoreid saab kasutada partii ja pideva läbivoolu töötlemiseks. Väikeseid ja keskmise suurusega koguseid saab partiiprotsessis mugavalt ultraheliga töödelda (nt viaalid, test, torud, keeduklaasid, mahutid või tünnid). Suure mahuga töötlemiseks võib inline ultrahelitöötlus olla tõhusam. Kuigi pakkimine on aja- ja töömahukam, on pidev tekstisisene segamisprotsess tõhusam, kiirem ja nõuab oluliselt vähem tööjõudu. Hielscher Ultrasonicsil on teie polümerisatsioonireaktsiooni ja protsessi mahu jaoks kõige sobivam ekstraheerimise seadistus.

Ultraheli sondid iga toote võimsuse jaoks

Hielscher Ultrasonics tootevalik hõlmab kogu ultraheli protsessorite spektrit kompaktsetest labori ultrasonikaatoritest üle pink-top ja pilootsüsteemide kuni täielikult tööstuslike ultraheli protsessoriteni, mis suudavad töödelda veoautode koormust tunnis. Täielik tootevalik võimaldab meil pakkuda teile kõige sobivamaid ultraheli seadmeid teie polümeeride, töötlemisvõimsuse ja tootmiseesmärkide jaoks.
Ultraheli pink-süsteemid sobivad ideaalselt teostatavuskatseteks ja protsessi optimeerimiseks. Kindlaksmääratud protsessiparameetritel põhinev lineaarne skaleerimine muudab töötlemisvõimsuse suurendamise väiksematest partiidest täielikult kaubanduslikuks tootmiseks väga lihtsaks. Mastaapimist saab teha kas võimsama ultraheli ekstraktoriüksuse paigaldamisega või mitme ultrasonikaatori paralleelse koondamisega. UIP16000 pakub Hielscher kõige võimsamat ultraheli seadet kogu maailmas.

Täpselt kontrollitavad amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultrasonikaatorid on täpselt kontrollitavad ja seega usaldusväärsed tööhobused tootmises. Amplituud on üks olulisi protsessiparameetreid, mis mõjutavad sonokeemiliste reaktsioonide, sealhulgas polümerisatsioonireaktsioonide ja sünteesiteede tõhusust ja tõhusust.
Kõik Hielscheri ultraheli’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Täpsed amplituudi seaded ja ultraheli protsessi parameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara kaudu annavad teile võimaluse sünteesida oma molekulaarselt trükitud polümeere kõige tõhusamate ultraheli tingimustega. Optimaalne ultrahelitöötlus parimate polümerisatsioonitulemuste saavutamiseks!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.

Lihtne ja riskivaba testimine

Ultraheli protsessid võivad olla täiesti lineaarsed. See tähendab, et iga tulemust, mille olete saavutanud labori või pink-top ultrasonikaatori abil, saab täpselt samade protsessiparameetrite abil täpselt samale väljundile skaleerida. See muudab ultraheliuuringu ideaalseks riskivabaks teostatavuse testimiseks, protsessi optimeerimiseks ja sellele järgnevaks rakendamiseks kaubanduslikuks tootmiseks. Võtke meiega ühendust, et teada saada, kuidas ultrahelitöötlus võib suurendada teie MIP-i saagikust ja kvaliteeti.

Kõrgeim kvaliteet – Disainitud ja toodetud Saksamaal

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Hielscheri ultraheli protsessorit saate osta mis tahes erineva suurusega ja täpselt konfigureeritud vastavalt teie protsessinõuetele. Alates reaktiivide töötlemisest väikeses laboritorus kuni polümeersuspensiooni pideva läbivoolu segamiseni tööstuslikul tasandil pakub Hielscher Ultrasonics teile sobivat ultrasonikaatorit! Palun võtke meiega ühendust – Meil on hea meel soovitada teile ideaalset ultraheli seadistust!