سنتز هیدروژل نانوکامپوزیت با استفاده از امواج فراصوت
هیدروژل های نانوکامپوزیتی یا نانوژل ها ساختارهای سه بعدی چند منظوره با کارایی بالا به عنوان حامل دارو و سیستم های دارورسانی کنترل شده رهش هستند. امواج فراصوت ترویج پراکندگی نانو اندازه, ذرات هیدروژل پلیمری و همچنین پس از آن گنجاندن / ترکیب نانوذرات به این ساختارهای پلیمری.
سنتز التراسونیک از نانوژل ها
هیدروژل های نانوکامپوزیتی ساختارهای مواد سه بعدی هستند و می توانند برای نشان دادن ویژگی های خاصی طراحی شوند، که آنها را به حامل های دارویی قوی و سیستم های تحویل دارو با رهش کنترل شده تبدیل می کند. فراصوت ترویج سنتز ذرات نانو عامل دار و همچنین پس از آن گنجاندن / ترکیب نانوذرات در ساختارهای پلیمری سه بعدی. از آنجایی که نانوژل های سنتز شده با التراسونیک می توانند ترکیبات فعال زیستی را در هسته در مقیاس نانو خود به دام بیندازند، این هیدروژل های نانو با اندازه عملکردهای عالی را ارائه می دهند.
نانوژل ها پراکندگی آبی نانوذرات هیدروژل هستند که از نظر فیزیکی یا شیمیایی به عنوان شبکه پلیمری آبدوست به هم متصل می شوند. به عنوان سونوگرافی با کارایی بالا در تولید نانو پراکندگی بسیار کارآمد است، سونوگرافی نوع پروب یک ابزار حیاتی برای تولید سریع و قابل اعتماد از نانوژل با قابلیت های برتر هستند.
اولتراسونیک UIP1000hdT با راکتور شیشه ای برای سنتز هیدروژل نانوکامپوزیت
عملکردهای نانوژل های تولید شده به صورت اولتراسونیک
- پایداری کلوئیدی عالی و سطح خاص بزرگ
- می تواند به طور متراکم با نانوذرات بسته بندی شود
- اجازه دهید ذرات سخت و نرم را در نانوژل هسته/پوسته هیبریدی ترکیب کنید
- پتانسیل هیدراتاسیون بالا
- ترویج فراهمی زیستی
- خاصیت تورم / تورم زدایی بالا
نانوژل های سنتز شده با التراسونیک در کاربردها و صنایع متعددی استفاده می شوند، به عنوان مثال
- برای کاربردهای دارویی و پزشکی: به عنوان مثال 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 محیطی
- در مهندسی بافت به عنوان هیدروژل ها می توانند خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی و بیولوژیکی بسیاری از بافت های بومی را تقلید کنند
مطالعه موردی: سنتز نانوژل روی به روش سونوشیمیایی
نانوذرات هیبریدی ZnO را می توان در یک ژل Carbopol از طریق یک فرایند مافوق صوت آسان تثبیت می شود: فراصوت استفاده می شود برای هدایت رسوب نانوذرات روی، که پس از آن به صورت اولتراسونیک با کربوپول متصل می شوند تا یک نانو هیدروژل را تشکیل دهند.
اسماعیل و همکاران (2021) نانوذرات اکسید روی را از طریق یک مسیر سونوشیمیایی آسان رسوب دادند. (پروتکل سنتز سونوشیمیایی نانوذرات ZnO را در اینجا بیابید).
سپس از نانوذرات برای سنتز نانوژل اکسید روی استفاده شد. بنابراین، نانوذرات اکسید روی تولید شده با آب دیونیزه دوگانه شستشو داده شدند. 5/0 گرم کربوپل 940 در 300 میلی لیتر آب دیونیزه دو برابر حل شد و به دنبال آن نانوذرات اکسید روی تازه شسته شده اضافه شد. از آنجایی که کربوپول به طور طبیعی اسیدی است، محلول نیاز به خنثی سازی مقدار pH دارد، در غیر این صورت غلیظ نمی شود. بدین ترتیب, مخلوط تحت فراصوت مداوم با استفاده از مافوق صوت Hielscher UP400S با دامنه 95 و یک چرخه 95٪ برای 1 ساعت. سپس، 50 میلی لیتر تری متیل آمین (TEA) به عنوان یک عامل خنثی کننده (بالا بردن pH به 7) قطره ای تحت فراصوت مداوم اضافه شد تا زمانی که تشکیل ژل سفید ZnO رخ داد. ضخیم شدن کربوپل زمانی آغاز شد که pH نزدیک به pH خنثی بود.
تیم تحقیقاتی اثرات فوق العاده مثبت امواج فراصوت بر تشکیل نانوژل با افزایش برهمکنش ذرات و ذرات. التراسونیک آغاز تحریک مولکولی از ترکیبات در مخلوط واکنش افزایش فرایند ضخیم شدن ترویج فعل و انفعالات پلیمر حلال. علاوه بر این، فراصوت باعث انحلال کربوپول می شود. علاوه بر این، تابش امواج فراصوت برهمکنش نانوذرات پلیمر-اکسید روی را افزایش می دهد و خواص ویسکوالاستیک ژل نانوذرات هیبریدی کربوپل/اکسید روی تهیه شده را بهبود می بخشد.
فلوچارت شماتیک بالا سنتز نانوذرات اکسید روی و ژل نانوذرات هیبریدی کربوپول/اکسید روی را نشان می دهد. در این مطالعه، اولتراسونیک UP400St برای رسوب نانوذرات ZnO و تشکیل نانوژل استفاده شد. (اقتباس از اسماعیل و همکاران، 2021)
ZnO NPs سنتز شده توسط روش بارش شیمیایی تحت اثر فراصوت ، که در آن (الف) در محلول آبی است ، و (ب) به صورت اولتراسونیک به هیدروژل پایدار مبتنی بر کربوپول پراکنده شده است.
(مطالعه و تصویر: اسماعیل و همکاران، 2021)
مورد مطالعه: آماده سازی اولتراسونیک نانوژل پلی (متاکریلیک اسید)/مونت موریلونیت (PMA/nMMT)
خان و همکاران (2020) سنتز موفقیت آمیز هیدروژل نانوکامپوزیتی پلی (متاکریلیک اسید)/مونت موریلونیت (PMA/nMMT) را از طریق پلیمریزاسیون ردوکس به کمک اولتراسوند نشان دادند. به طور معمول، 1.0 گرم nMMT در 50 میلی لیتر آب مقطر با امواج فراصوت به مدت 2 ساعت پراکنده شد تا پراکندگی همگن ایجاد شود. فراصوت پراکندگی خاک رس را بهبود می بخشد و در نتیجه خواص مکانیکی و ظرفیت جذب هیدروژل ها را افزایش می دهد. مونومر متاکریلیک اسید (30 میلی لیتر) به صورت قطره ای به سوسپانسیون اضافه شد. آغازگر پرسولفات آمونیوم (APS) (0.1 مولار) به مخلوط اضافه شد و به دنبال آن 1.0 میلی لیتر شتاب دهنده TEMED اضافه شد. پراکندگی به مدت 4 ساعت در دمای 50 درجه سانتیگراد توسط یک همزن مغناطیسی به شدت هم زده شد. توده چسبناک حاصل با استون شسته شد و به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سانتی گراد در کوره خشک شد. محصول حاصل آسیاب شده و در یک بطری شیشه ای نگهداری می شود. ژل های نانوکامپوزیتی مختلف با تغییر nMMT در مقادیر 5/0، 0/1، 5/1 و 0/2 گرم سنتز شدند. هیدروژل های نانوکامپوزیتی تهیه شده با استفاده از 1.0 گرم nMMT نتایج جذب بهتری را نسبت به بقیه کامپوزیت ها نشان دادند و بنابراین برای بررسی بیشتر جذب مورد استفاده قرار گرفتند.
میکروگراف های SEM-EDX در سمت راست، آنالیز عنصری و ساختاری نانوژل های متشکل از مونت موریلونیت (MMT)، نانو مونت موریلونیت (nMMT)، پلی (متاکریلیک اسید)/نانو مونت موریلونیت (PMA/nMMT) و آموکسی سیلین (AMX) و دیکلوفناک (DF) بارگذاری شده PMA/nMMT را نشان می دهد. میکروگراف های SEM در بزرگنمایی 1.00 KX به همراه EDX ثبت شدند
- مونت موریلونیت (MMT) ،
- نانو مونت موریلونیت (nMMT)،
- پلی (اسید متاکریلیک) / نانو مونت موریلونیت (PMA / nMMT) ،
- و آموکسی سیلین (AMX) و دیکلوفناک (DF) بارگذاری شده 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، ورقه های MMT به ذرات ریز لایه برداری می شوند که ممکن است به دلیل حذف Si2+ و Al3+ از سایت های هشت وجهی باشد. طیف EDX nMMT درصد بالایی از کربن را نشان می دهد که ممکن است در درجه اول به دلیل سورفکتانت مورد استفاده برای اصلاح باشد زیرا تشکیل دهنده اصلی CTAB (C19H42BrN) کربن (84٪) است. PMA/nMMT یک ساختار منسجم و تقریبا هم پیوسته را نشان می دهد. علاوه بر این، هیچ منافذی قابل مشاهده نیست، که لایه برداری کامل nMMT را در ماتریس PMA نشان می دهد. پس از جذب با مولکول های دارویی آموکسی سیلین (AMX) و دیکلوفناک (DF)، تغییراتی در مورفولوژی PMA/nMMT مشاهده می شود. سطح با افزایش بافت خشن نامتقارن می شود.
کاربرد و کارکردهای هیدروژل های نانو پایه رس: نانوکامپوزیت های هیدروژل بر پایه رس به دلیل ویژگی های ترکیبی رس و پلیمرها مانند زیست تخریب پذیری، زیست سازگاری، زیست سازگاری، فراوانی، سطح ویژه بالا، شبکه سه بعدی و خواص تورم/تورم، به عنوان ابرجاذب های بالقوه برای جذب آلاینده های معدنی و/آلی از یک محلول آبی پیش بینی می شوند.
(رجوع کنید به خان و همکاران، 2020)
میکروگراف های SEM-EDX از (الف) MMT، (ب) nMMT، (ج) PMA/nMMT، و (د) AMX و (ه) هیدروژل های نانوکامپوزیتی بارگذاری شده با DF. نانوژل ها با استفاده از امواج فراصوت تهیه شدند.
(مطالعه و تصاویر: ©خان و همکاران 2020)
مافوق صوت با کارایی بالا برای تولید هیدروژل و نانوژل
مافوق صوت با کارایی بالا برای تولید هیدروژل و نانوژل
Hielscher مافوق صوت تولید تجهیزات مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز هیدروژل و نانوژل با قابلیت های برتر. از اندازه کوچک و متوسط R&D و مافوق صوت خلبان به سیستم های صنعتی برای تولید هیدروژل تجاری در حالت مداوم، Hielscher مافوق صوت دارای پردازنده مافوق صوت مناسب برای پوشش نیازهای خود را برای تولید هیدروژل / نانوژل.
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، پروتکل داده ها)
- آسان و ایمن برای کار
- تعمیر و نگهداری کم
- CIP (تمیز کردن در محل)
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
(مطالعه و فیلم: Rutgeerts و همکاران، 2019)
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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
پروتکل سنتز سونوشیمیایی نانوذرات اکسید روی
نانوذرات اکسید روی با استفاده از روش رسوب شیمیایی تحت تأثیر پرتودهی فراصوت سنتز شدند. در یک روش معمول، از استات روی دی هیدرات (Zn(CH3COO)2·2H2O) به عنوان پیش ساز و محلول آمونیاک 30-33 درصد (NH3) در محلول آبی (NH4OH) به عنوان عامل احیا کننده استفاده شد. نانوذرات اکسید روی با حل کردن مقدار مناسب استات روی در 100 میلی لیتر آب دیونیزه برای تولید 1/0 مولار محلول یون روی تولید شدند. پس از آن، محلول یون های روی با استفاده از Hielscher UP400S (400 وات، 24 کیلوهرتز، برلین، آلمان) در دامنه 79 درصد و چرخه 0.76 به مدت 5 دقیقه در دمای 40 درجه سانتیگراد تحت تابش امواج اولتراسونیک قرار گرفت. سپس محلول آمونیاک به صورت قطره ای تحت تأثیر امواج فراصوت به محلول یون های روی اضافه شد. پس از چند لحظه، نانوذرات اکسید روی شروع به رسوب و رشد کردند و محلول آمونیاک به طور مداوم اضافه شد تا زمانی که بارش کامل نانوذرات اکسید روی رخ داد.
نانوذرات اکسید روی به دست آمده چندین بار با استفاده از آب دیونیزه شسته شدند و برای ته نشین شدن رها شدند. در خلف، رسوب به دست آمده در دمای اتاق خشک شد.
(اسماعیل و همکاران، 2021)
نانوژل ها چیست؟
نانوژل ها یا هیدروژل های نانوکامپوزیتی نوعی هیدروژل هستند که نانوذرات را معمولا در محدوده 1-100 نانومتر در ساختار خود گنجانده اند. این نانوذرات می توانند آلی، معدنی یا ترکیبی از هر دو باشند.
نانوژل ها از طریق فرآیندی به نام اتصال عرضی 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 اتصال عرضی و ترکیب نانوذرات، فراصوت یک تکنیک بسیار موثر برای تولید هیدروژل ها و نانوژل ها است. شبکه های هیدروژل و نانوژل قادر به جذب مقادیر زیادی آب هستند و باعث می شوند که نانوژل ها بسیار هیدراته شوند و بنابراین برای طیف گسترده ای از کاربردها مانند دارورسانی، مهندسی بافت و حسگرهای زیستی مناسب باشند.
هیدروژل های نانوژل معمولا از نانوذرات مانند ذرات سیلیس یا پلیمری تشکیل شده اند که در سراسر ماتریس هیدروژل پراکنده می شوند. این نانوذرات را می توان از طریق روش های مختلفی از جمله پلیمریزاسیون امولسیون، پلیمریزاسیون امولسیون معکوس و سنتز سل-ژل سنتز کرد. این پلیمریزاسیون و سنتز سل ژل تا حد زیادی از تحریک اولتراسونیک بهره مند می شوند.
از طرف دیگر ، هیدروژل های نانوکامپوزیت از ترکیبی از هیدروژل و نانوپرکننده مانند خاک رس یا اکسید گرافن تشکیل شده اند. افزودن نانوپرکننده می تواند خواص مکانیکی و فیزیکی هیدروژل مانند سختی، استحکام کششی و چقرمگی آن را بهبود بخشد. در اینجا، ظرفیت پراکندگی قدرتمند فراصوت تسهیل توزیع یکنواخت و پایدار نانوذرات به ماتریس هیدروژل.
به طور کلی، هیدروژل های نانوژل و نانوکامپوزیت به دلیل ویژگی ها و عملکردهای منحصر به فردشان، کاربردهای بالقوه گسترده ای در زمینه هایی مانند زیست پزشکی، اصلاح محیط زیست و ذخیره انرژی دارند.
کاربردهای نانوژل برای درمان های پزشکی
| نوع نانوژل | مواد مخدر | بیماری | فعالیت | مراجع |
| نانوژل های PAMA-DMMA | دوکسوروبیسین | سرطان | با کاهش مقدار pH، نرخ رهاسازی افزایش می یابد. سمیت سلولی بالاتر در pH 6.8 در مطالعات زنده مانی سلول | دو و همکاران (2010) |
| نانوژل های مبتنی بر کیتوزان تزئین شده با هیالورونات | حساس کننده های نوری مانند تترا-فنیل-پورفیرین-تترا سولفونات (TPPS4)، تترا فنیل-کلر-تترا کربوکسیلات (TPCC4) و کلر e6 (Ce6) | اختلالات روماتیسمی | به سرعت (4 ساعت) توسط ماکروفاژها گرفته شده و در سیتوپلاسم و اندامک های آنها انباشته شده است. | اشمیت و همکاران (2010) |
| نانوذرات PCEC در هیدروژل های پلورونیک | ليدوكائين | بی حسی موضعی | تولید بی حسی نفوذی طولانی مدت حدود 360 دقیقه | یین و همکاران (2009) |
| پلی لاکتید-کوگلیکولیک اسید و نانوذرات کیتوزان در HPMC و ژل کربوپول پراکنده شدند | اسپنتید II | درماتیت تماسی آلرژیک و سایر اختلالات التهابی پوست | پتانسیل Nanogelinncreases برای تحویل از راه پوست اسپانتید II | پونیت و همکاران (2012) |
| نانوژل های پلی وینیل پیرولیدون-پلی (اسید اکریلیک) (PVP/PAAc) حساس به pH | پیلوکارپین | غلظت کافی پیلوکارپین را در محل عمل برای مدت طولانی حفظ کنید | عبدالرحیم و همکاران (2013) | |
| پلی متقاطع (اتیلن گلیکول) و پلی اتیلن امین | الیگونوکلئوتیدها | بیماری های تخریب عصبی | به طور موثر در سراسر BBB حمل و نقل می شود. هنگامی که سطح نانوژل با ترانسفرین یا انسولین اصلاح شود، کارایی حمل و نقل بیشتر می شود | وینوگرادوف و همکاران (2004) |
| نانوژل های پولولان تحمل کننده کلسترول | اینترلوکین موش نوترکیب-12 | ایمونوتراپی تومور | نانوژل رهش پایدار | فرحانه و همکاران (2013) |
| پلی (N-ایزوپروپیل آکریل آمید) و کیتوزان | درمان سرطان هیپرترمی و دارورسانی هدفمند | حساس به حرارت مغناطیسی مودالیزه شده است | فرحانه و همکاران (2013) | |
| شبکه شاخه ای متقاطع پلی اتیلن آمین و پلی پلکسنوژل PEG | فلودارابین | سرطان | افزایش فعالیت و کاهش سمیت سلولی | فرحانه و همکاران (2013) |
| نانوژل زیست سازگار پولولان دار کلسترول دار | به عنوان همراه مصنوعی | درمان بیماری آلزایمر | مهار تجمع آمیلوئید β پروتئین | ایکدا و همکاران (2006) |
| نانوژل DNA با اتصال عرضی عکس | مواد ژنتیکی | ژن درمانی | تحویل کنترل شده DNA پلاسمید | لی و همکاران (2009) |
| ژل نانوذرات هیبریدی کربوپول/اکسید روی (ZnO) | نانوذرات اکسید روی | فعالیت ضد باکتریایی، مهارکننده باکتریایی | اسماعیل و همکاران (2021) |
جدول اقتباس شده از Swarnali و همکاران، 2017
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.