سنتز هیدروژل نانوکامپوزیت با استفاده از فراصوت
هیدروژل های نانوکامپوزیت یا نانوژل ها ساختارهای سه بعد چند منظوره ای هستند که اثربخشی های بالایی به عنوان حامل دارو و سیستم های تحویل دارو با انتشار کنترل شده دارند. امواج فراصوت ترویج پراکنده از نانوذرات به اندازه, ذرات هیدروژل پلیمری و همچنین پس از آن گنجاندن / ترکیب نانوذرات را به این ساختارهای پلیمری.
سنتز مافوق صوت نانوگل
هیدروژل های نانوکامپوزیت ساختارهای مواد سه بعدی هستند و می توانند برای نشان دادن ویژگی های خاص طراحی شوند که این باعث می شود آن ها حامل های دارویی قوی و سیستم های تحویل دارو با انتشار کنترل شده باشند. امواج فراصوت ترویج سنتز ذرات نانو به اندازه عملکردی و همچنین پس از آن گنجاندن / ترکیب نانوذرات در ساختارهای پلیمری سه بعدی. از آنجا که نانوژل های سنتز مافوق صوت می توانند ترکیبات زیست فعال را در داخل هسته نانومقیاس خود محصور کنند، این هیدروژل های به اندازه نانو قابلیت های بزرگی را ارائه می دهند.
نانوژل ها پراکنده آبی نانوذرات هیدروژل هستند که از نظر فیزیکی یا شیمیایی به عنوان شبکه پلیمر هیدروفیلی به هم مرتبط هستند. از آنجا که سونوگرافی با عملکرد بالا بسیار کارآمد در تولید نانو پراکنده، مافوق صوت نوع کاوشگر یک ابزار بسیار مهم برای تولید سریع و قابل اعتماد نانوگل با قابلیت های برتر است.
سونوگرافی UIP1000hdT با راکتور شیشه ای برای سنتز هیدروژل نانوکامپوزیت
قابلیت های نانوگل های مافوق صوت تولید
- پایداری کلوئیدی عالی و سطح خاص بزرگ
- می توان به صورت متراکم با نانوذرات بسته بندی کرد
- اجازه می دهد به ترکیب ذرات سخت و نرم در هسته هیبرید / نانوگل پوسته
- پتانسیل هیدراتاسیون بالا
- ترویج در دسترس بودن زیستی
- تورم بالا / خواص تورم زدایی
نانوگل های سنتز شده مافوق صوت در کاربردهای متعدد و صنایع استفاده می شوند، به عنوان مانند.
- برای کاربردهای دارویی و پزشکی: مانند حامل دارو، ژل ضد باکتری، پانسمان زخم ضد باکتری
- در بیوشیمی و زیست پزشکی برای تحویل ژن
- به عنوان جاذب / جاذب زیستی در کاربردهای شیمیایی و زیست محیطی
- در مهندسی بافت به عنوان هیدروژل می تواند خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی، و بیولوژیکی بسیاری از بافت های بومی تقلید
مطالعه موردی: سنتز نانوگل روی از طريق مسير سونوشيميايی
نانوذرات هیبریدی ZnO را می توان در یک ژل کاربوپول از طریق یک فرایند مافوق صوت facile تثبیت: فراصوت استفاده می شود برای رانندگی بارش نانوذرات روی, که پس از آن به صورت مافوق صوت با کاربوپول به شکل نانو هیدروژل.
اسماعیل و همکارانش (۲۰۲۱) نانوذرات اکسید روی را از طریق یک مسیر سونوشیمیایی نما بارش کردند. (پروتکل سنتز سونوشیمیایی نانوذرات ZnO را در اینجا پیدا کنید)
متعاقباً از نانوذرات برای سنتز نانوگل ZnO استفاده شد. بنابراین NPs ZnO تولید شده با آب دیونیزه دو برابر شستشو داده شد. 0.5 گرم کاربوپول 940 در 300 میلی لتون آب دیونیزه دو برابر حل شد و به دنبال آن علاوه بر این از NPs ZnO تازه شسته شده است. از آنجا که کاربوپول به طور طبیعی اسیدی است، محلول نیاز به خنثی سازی مقدار pH دارد، در غیر این صورت ضخیم نمی شود. بنابراین، مخلوط شده بود تحت فراصوت مداوم با استفاده از Hielscher مافوق صوت UP400S با دامنه 95 و چرخه 95٪ برای 1 ساعت. سپس 50 میلی لتر تری اتیلن (TEA) به عنوان یک عامل خنثی کننده (بالا بردن pH به 7) در زیر فراصوت مداوم قطره ای اضافه شد تا زمانی که تشکیل ژل سفید ZnO رخ داد. ضخیم شدن کاربوپول زمانی آغاز شد که pH نزدیک به یک pH خنثی بود.
تیم تحقیقاتی اثرات فوق العاده مثبت فراصوت بر تشکیل نانوگل را با برهم کنش ذرات-ذرات افزایش یافته توضیح می دهد. اولتراسونیک آغاز تحریک مولکولی از اجزای تشکیل دهنده در مخلوط واکنش را افزایش می دهد فرایند ضخیم ترویج شده توسط تعاملات پلیمر حلال. علاوه بر این، فراصوت انحلال کاربوپول را ترویج می کند. علاوه بر این، تابش امواج سونوگرافی تعامل پلیمر–ZnO NPs را افزایش می دهد و خواص ویسکوالاستیک ژل نانوذرات هیبریدی کاربوپول/رویو آماده شده را بهبود می بخشد.
فلوچارت شماتیک بالا سنتز NPs ZnO و ژل نانوذرات هیبریدی Carbopol/ZnO را نشان می دهد. در این مطالعه از دستگاه فراصوت UP400St برای بارش نانوذرات ZnO و تشکیل نانوگل استفاده شد. (اقتباس از اسماعیل و همکاران، ۱۳۰۰)
NPs ZnO سنتز شده توسط روش بارش شیمیایی تحت اثر امواج فراصوت، که در آن () در محلول آبی است، و (ب) به صورت مافوق صوت به هیدروژل پایدار مبتنی بر کاربوپول پراکنده شده است.
(مطالعه و تصویر: اسماعیل و همکاران، ۱۳۰۰)
مورد Stuy: آماده سازی مافوق صوت پلی (اسید متاکرلیک)/ مونتموریلونیت (PMA / nMMT) نانوگل
خان و همکاران (2020) سنتز موفق یک پلی (اسید متاکرلیک)/مونتموریلونیت (PMA/nMMT) هیدروژل نانوکامپوزیت را از طریق پلیمریزاسیون ردوکس به کمک سونوگرافی نشان دادند. به طور معمول، 1.0 گرم nMMT در 50 میلی لون آب متفرق شد با امواج فراصوت به مدت 2 ساعت به شکل یک پراکنده همگن. فراصوت باعث بهبود پراکنده شدن خاک رس می شود و در نتیجه خواص مکانیکی و ظرفیت جذب هیدروژل ها افزایش می یابد. مونومر اسید متاکرلیک (30 میلی ال) در قطره به تعلیق اضافه شد. پرسفات آمونیوم آغازگر (APS) (0.1 M) به مخلوط و به دنبال آن 1.0 میلی ال از شتاب دهنده TEMED اضافه شد. پراکنده شدن به شدت به مدت ۴ ساعت در ۵۰ درجه سانتی گراد توسط یک همزن مغناطیسی به هم زده شد. توده ي ويسکي حاصل به مدت 48 ساعت در 70 درجه سانتيگراد در فر شسته و خشک شد. محصول حاصل زمین بود و در یک بطری شیشه ای ذخیره می شد. ژل های مختلف نانوکامپوزیت با تغییر nMMT در مقادیر 5/0، 0/1، 5/1 و 0/2 گرم سنتز شدند. هیدروژل های نانوکامپوزیت تهیه شده با استفاده از 1.0 گرم nMMT نتایج جذب بهتری را نسبت به بقیه کامپوزیت ها به تصویر کشیدند و به همین دلیل برای بررسی جذب بیشتر مورد استفاده قرار گرفت.
میکروگراف های SEM-EDX در سمت راست نشان می دهد تجزیه و تحلیل عنصری و ساختاری نانوگل های متشکل از مونتموریلونیت (MMT)، نانو مونتموریلونیت (nMMT)، پلی(methacrylic acid)/nano-montmorillonite (PMA/nMMT), and amoxicillin (AMX)- and diclofenac (DF)-loaded PMA/nMMT. میکروگراف های SEM ثبت شده در بزرگنمایی 1.00 KX همراه با EDX از
- montmorillonite (MMT),
- nano-montmorillonite (nMMT),
- poly(methacrylic acid)/nano-montmorillonite (PMA/nMMT),
- و آموکسی سیلین (AMX)- و دیکلوفناک (DF)-لود PMA/nMMT.
مشاهده می شود که MMT خام مدیون یک ساختار ورق لایه ای است که وجود دانه های بزرگتر را نشان می دهد. پس از اصلاح، ورق های MMT به ذرات ریز لایه برداری می شوند که ممکن است به دلیل حذف Si2+ و Al3+ از سایت های هشت ضلعی باشد. طیف EDX از nMMT نمایشگاه درصد بالایی از کربن، که در درجه اول ممکن است به دلیل سورفکتانت مورد استفاده برای اصلاح به عنوان تشکیل دهنده اصلی CTAB (C19H42BrN) کربن (84٪) است. PMA/nMMT یک ساختار منسجم و نزدیک به هم پیوسته را نمایش می دهد. علاوه بر این، هیچ منفذ قابل مشاهده نیست، که لایه برداری کامل nMMT را به ماتریس PMA به تصویر می کشد. پس از جذب با مولکول های دارویی آموکسی سیلین (AMX) و دیکلوفناک (DF)، تغییراتی در ریولوژی PMA/nMMT مشاهده می شود. سطح با افزایش بافت ناهموار نامتقارن می شود.
استفاده و عملکرد هیدروژل های به اندازه نانو بر اساس رس: نانوکامپوزیت های هیدروژل مبتنی بر رس تصور می شود که جاذب های فوق العاده بالقوه برای جذب مواد غیر آلی و / یا آلی از یک محلول آبی با توجه به ویژگی های ترکیب هر دو خاک رس و پلیمر، مانند زیست تخریب پذیری، زیست سازش پذیری، زنده ماندن اقتصادی، فراوانی، سطح خاص بالا، شبکه سه بعدی، و تورم / خواص تورم زدایی.
(cf. Khan et al., 2020)
SEM-EDX micrographs of (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT, and (d) AMX- and (e) DF-loaded nanocomposite hydrogels. نانوگل ها با استفاده از فراصوت آماده شدند.
(مطالعه و تصاویر: ©خان و همکاران ۲۰۲۰)
سونوگرافی با کارایی بالا برای تولید هیدروژل و نانوژل
سونوگرافی با کارایی بالا برای تولید هیدروژل و نانوژل
Hielscher مافوق صوت تولید تجهیزات مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز هیدروژل ها و نانوژل ها با قابلیت های برتر. از کوچک و اواسط اندازه R&D و مافوق صوت خلبان به سیستم های صنعتی برای ساخت هیدروژل تجاری در حالت مداوم، Hielscher مافوق صوت دارای پردازنده مافوق صوت مناسب برای پوشش مورد نیاز خود را برای هیدروژل / تولید نانوژل.
- بازدهی بالا
- تکنولوژی دولت از هنر
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- دسته & درون خطی
- برای هر حجم
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مانند، پروتکل داده ها)
- آسان و ایمن برای کارکردن
- تعمیر و نگهداری کم
- CIP (تمیز در محل)
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:
| دسته ای دوره | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500ML | 10 تا پوست 200ml / دقیقه | UP100H |
| 10 به 2000mL | 20 تا 400ML / دقیقه | UP200Ht، UP400St |
| 00.1 به 20L | 00.2 به 4L / دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L / دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| خب | 10 تا 100L / min و | UIP16000 |
| خب | بزرگتر | خوشه UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
(مطالعه و فیلم: راتگرتس و همکاران، ۲۰۱۹)
ادبیات/منابع
- Ismail, S.H.; Hamdy, A.; Ismail, T.A.; Mahboub, H.H.; Mahmoud, W.H.; Daoush, W.M. (2021): Synthesis and Characterization of Antibacterial Carbopol/ZnO Hybrid Nanoparticles Gel. Crystals 2021, 11, 1092.
- Khan, Suhail; Fuzail Siddiqui, Mohammad; Khan, Tabrez Alam (2020): Synthesis of poly(methacrylic acid)/montmorillonite hydrogel nanocomposite for efficient adsorption of Amoxicillin and Diclofenac from aqueous environment: Kinetic, isotherm, reusability, and thermodynamic investigations. ACS Omega. 5, 2020. 2843–2855.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
آمار ارزشمند دانستن
پروتکل سنتز سونوشیمیایی نانوذرات روی
NPs ZnO با استفاده از روش بارش شیمیایی تحت تاثیر تابش سونوگرافی سنتز شد. در یک روش معمولی، روی استات دی هایدرات (Zn(CH3COO)2·2H2O) به عنوان پیش ساز، و محلول آمونیاک 30–33٪ (NH3) در یک محلول آبی (NH4OH) به عنوان یک عامل کاهش دهنده استفاده شد. نانوذرات ZnO با حل مقدار مناسب استات روی در 100 میلی نانومتر آب دیونیزه شده تولید شدند تا 1/0 متر محلول ییون روی تولید شوند. پس از آن، محلول سون های روی با استفاده از یک Hielscher UP400S (400 W، 24 کیلوهرتز، برلین، آلمان) در دامنه 79 درصد و چرخه 0.76 برای 5 دقیقه در دمای 40 درجه C مورد تابش موج مافوق صوت قرار گرفت. سپس محلول آمونیاک در قطره به محلول یونی های روی تحت تأثیر امواج مافوق صوت اضافه شد. پس از چند لحظه، NPs ZnO شروع به بارش و رشد کرد و محلول آمونیاک به طور مداوم اضافه شد تا اینکه بارش کامل NPs ZnO رخ داد.
NPs ZnO به دست آمده با استفاده از آب دیونی چند بار شسته شد و برای حل و فصل باقی مانده بود. پس از آن، بارش به دست آمده در دمای اتاق خشک شد.
(اسماعیل و همکاران، ۱۳۰۰)
نانوگل ها چي هستن؟
نانوژل ها یا هیدروژل های نانوکامپوزیت نوعی هیدروژل هستند که نانوذرات را که معمولاً در محدوده ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار دارند، در ساختار خود گنجانده است. این نانوذرات می توانند آلی، غیر آلی، یا ترکیبی از هر دو باشد.
نانوگل ها از طریق فرایندی که به متقاطع معروف است تشکیل می شوند که شامل پیوند شیمیایی زنجیره های پلیمری برای تشکیل یک شبکه سه بعدی است. از آنجا که تشکیل هیدروژل ها و نانوژل ها نیاز به مخلوط کردن کامل به منظور هیدراته کردن ساختار پلیمری، برای ترویج crosslinking و به ترکیب نانوذرات، فراصوت یک تکنیک بسیار موثر برای تولید هیدروژل ها و نانوژل ها است. شبکه های هیدروژل و نانوژل توانایی جذب مقادیر زیادی آب را دارند و نانوژل ها را به شدت هیدراته می کنند و به این ترتیب برای طیف گسترده ای از کاربردهایی مانند تحویل دارو، مهندسی بافت، و حسگرهای زیستی مناسب هستند.
هیدروژل های نانوژل به طور معمول از نانوذراتی مانند سیلیکا یا ذرات پلیمری تشکیل شده اند که در سراسر ماتریس هیدروژل پراکنده می شوند. این نانوذرات را می توان از طریق روش های مختلف سنتز کرد، از جمله پلیمریزاسیون اولسیون، پلیمریزاسیون امولزی معکوس، و سنتز سل ژل. این پلیمریزاسیون و سنتز سل ژل تا حد زیادی از بی قراری مافوق صوت بهره مند شوند.
از سوی دیگر هیدروژل های نانوکامپوزیت از ترکیبی از یک هیدروژل و یک نانوفیلر مانند خاک رس یا اکسید گرافن تشکیل شده اند. اضافه شدن نانوفیلر می تواند خواص مکانیکی و فیزیکی هیدروژل مانند سفتی، استحکام کششی، و سختی آن را بهبود بخشد. در اینجا، امکانات پراش قدرتمند فراصوت، توزیع یکنواخت و پایدار نانوذرات را به ماتریس هیدروژل تسهیل می کند.
به طور کلی، هیدروژل های نانوگل و نانوکامپوزیت به دلیل خواص و قابلیت های منحصر به فرد خود، کاربردهای بالقوه گسترده ای در زمینه هایی مانند زیست پزشکی، اصلاح محیط زیست، و ذخیره انرژی دارند.
کاربردهای نانوگل برای درمان های پزشکی
| نوع نانوگل | مواد مخدر | بیماری | فعالیت | مراجع |
| نانوگل های PAMA-DMMA | دوکسوکوبیسین | سرطان | افزایش نرخ انتشار با کاهش ارزش pH. سميت سلولی بالاتر در pH 6.8 در مطالعات زنده ماندن سلولی | دو و همکاران (۲۰۱۰) |
| نانوگل های مبتنی بر کیتوسان تزئین شده با هیالورونات | دستگاه های فتوسنتز مانند تترا-فنیل-پورفین-تترا-سولفونات (TPPS4)، تترا-فنل-کلرین-تترا-کاربکسیلات (TPCC4)، و کلرین e6 (Ce6) | اختلالات روماتیمیک | به سرعت گرفته تا (4 ساعت) توسط ماکروفاژها و انباشته شده در سیتوپلاسم و اندامک خود را | اشمیت و همکارانش (۲۰۱۰) |
| نانوذرات PCEC در هیدروژل های پلورونیک | ليدوكائين | بیهوشی محلی | تولید بیهوشی نفوذ طولانی مدت حدود 360 دقیقه | یین و همکارانش (۲۰۰۹) |
| پلی(لاکتيد-کو-گليکوليک اسيد) و نانوذره کيتوزان پراکنده در ژل HPMC و کربوپول | اسپانتید ۲ | درماتیت تماس آلرژیک و سایر اختلالات التهابی پوست | نانوژلینکراس پتانسیل برای تحویل جلدی اسپانتید II | پونیت و همکارانش (۲۰۱۲) |
| pH حساس به پلی وینیل pyrrolidone پلی (اکریلیک اسید) (PVP / PAAc) نانوگل | پیلوکارپین | حفظ غلظت کافی پیلوکارپین در محل عمل برای مدت طولانی مدت | عبدالرحیم و همکارانش (۲۰۱۳) | |
| پلی پیوند متقاطع (اتیلن گلیکول) و پلی اتیلنیمین | الیگو لئوتیدها | بیماری های نورودژنراتیو | به طور موثر در سراسر BBB حمل و نقل. اثربخشی حمل و نقل زمانی بیشتر افزایش می یابد که سطح نانوگل با انتقال یا انسولین اصلاح شود | Vinogradov et al. (2004) |
| نانوگل های پولان باربر کلسترول | مورین اینترلوکین-۱۲ recombinant murine | ایمونوتراپی تومور | نانوگل آزاد پایدار | فرحنا و همکارانش (۲۰۱۳) |
| پلی (N-isopropylacrylamide) و کیتوسان | درمان سرطان هیپرترمی و تحویل هدفمند مواد مخدر | ترموسنسیتو مغناطیسی مودالیزه | فرحنا و همکارانش (۲۰۱۳) | |
| شبکه شاخه ای متقاطع پلی اتیلنیمین و پلی پلکسانوگل PEG | فلودارابین | سرطان | افزایش فعالیت و کاهش سیتو توکسیتی | فرحنا و همکارانش (۲۰۱۳) |
| نانوگل زیست سازگار با پولان حامل کلسترول | به عنوان شاپرک مصنوعی | درمان آلزایمر | مهار جماعت آمیلوئید β پروتئین | ایکدا و همکارانش (۲۰۰۶) |
| نانوگل DNA با پیوند متقابل عکس | مواد ژنتیکی | ژن درمانی | تحویل کنترل شده DNA پلاسمید | لی و همکارانش (۲۰۰۹) |
| ژل نانوذرات هیبریدی کربوهیدرات/روی (ZnO) | نانوذرات ZnO | فعالیت ضد باکتریایی، مهارکننده باکتریایی | اسماعیل و همکارانش (۲۰۲۱) |
جدول اقتباس شده از سوارنالی و همکارانش، ۲۰۱۷
Hielscher Ultrasonics تولید هموژنیزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.