ساختارهای فوق مولکولی مونتاژ شده از طریق فراصوت
فراصوت یک ابزار قدرتمند و همه کاره در شیمی فوق مولکولی است که امکان کنترل دقیق بر فرآیندهای مونتاژ غیر کووالانسی را فراهم می کند که اغلب به پارامترهای جنبشی و ترمودینامیکی حساس هستند. استفاده از اولتراسوند قدرت در یک محیط مایع بر فعل و انفعالات مولکولی، تسریع در خود مونتاژ، افزایش اختلاط و ترویج سازماندهی مجدد ساختاری در مقیاس نانو تأثیر می گذارد.
چگونه فراصوت بر مجمع فوق مولکولی تأثیر می گذارد
در سیستم های فوق مولکولی، جایی که فعل و انفعالات ضعیفی مانند پیوند هیدروژنی، انباشته شدن π-π، هماهنگی فلزات و نیروهای واندروالس بر شکل گیری ساختار حاکم هستند، سونوگرافی می تواند به طور انتخابی بر مسیرهای مونتاژ تأثیر بگذارد. این هسته سازی همگن را امکان پذیر می کند، به پراکندگی بلوک های ساختمانی کمک می کند و تشکیل معماری های فراپایدار یا به دام افتاده جنبشی را که اغلب در شرایط معمولی غیرقابل دسترسی هستند، تسهیل می کند. علاوه بر این، فراصوت می تواند تعادل بین حالت های مونتاژ شده و جدا شده را تعدیل کند، ارائه یک وسیله پویا برای کنترل سیستم های فوق مولکولی برگشت پذیر.
فراتر از اثرات فیزیکی، سونوشیمی رویکردی خوش خیم از نظر زیست محیطی و کارآمد انرژی ارائه می دهد – اغلب در شرایط بدون حلال یا خفیف انجام می شود – آن را برای سنتز ژل های فوق مولکولی، نانوالیاف، کمپلکس های میزبان-مهمان و نانوساختارهای هیبریدی جذاب می کند. در نتیجه، فراصوت نه تنها یک تکنیک آماده سازی نمونه، بلکه یک محرک مکانیکی شیمیایی مرکزی در طراحی منطقی و پردازش مواد فوق مولکولی است.
Sonicator UP400ST برای سنتز کارآمد ساختارهای فوق مولکولی
التراسونیک ترویج سنتز از supramolecules
فراصوت می تواند تشکیل، تثبیت، و یا تبدیل طیف گسترده ای از سیستم های فوق مولکولی را از طریق کاویتاسیون صوتی، شیب برشی گذرا، و اثرات میکروجت درایو. دسته بندی های زیر ساختارهای معمولی به دست آمده یا تحت تأثیر خودمونتاژ به کمک اولتراسوند را نشان می دهند:
- مجتمع های میزبان مهمان فوق مولکولی
مجتمع های گنجاندن سیکلودکسترین
سیستم های میزبان-مهمان مبتنی بر Cucurbituril
مجموعه های Calixarene و ستون [5] آرن
مولکول های مکانیکی به هم پیوسته (روتاکسان ها، کاتنان ها) - اکسید گرافن فوق مولکولی و هیبریدهای دو بعدی
- π-π مجتمع های انباشته گرافن اکسید-کروموفور
- هیبریدهای فوق مولکولی اکسید گرافن-پلیمر
- عملکرد غیر کووالانسی با پورفیرین ها، فولرن ها یا پپتیدها
- نانوالیاف و نانولوله های فوق مولکولی
- نانوالیاف آمفیفیل پپتیدی
- نانوالیاف مزدوج π (به عنوان مثال، پریلن بیسیمید، پورفیرین یا مشتقات سیانین)
- نانولوله های انباشته شده با پیوند هیدروژنی یا π-π
- ژل های فوق مولکولی (Sonogels)
- ارگانوژل ها و هیدروژل ها با سونوگرافی تحریک یا تثبیت می شوند
- انتقال سل-ژل ناشی از حرارت دهی موضعی و برش
- شبکه های فوق مولکولی برگشت پذیر (پیوند H، فلز-لیگاند یا یونی)
- سنگدانه ها و کنگلومراهای فوق مولکولی
- میسل ها و وزیکول ها از مولکول های آمفیفیلیک تشکیل شده اند
- Coacervates و مجموعه های کلوئیدی
- کنگلومراهای کایرال و مجموعه های پلی مورفیک تحت تأثیر انرژی ورودی امواج فراصوت
- نانواسفنج های فوق مولکولی و چارچوب های متخلخل
- نانواسفنج های مبتنی بر سیکلودکسترین
- چارچوب های فلزی-آلی تولید شده به روش سونوشیمیایی (MOFs) و چارچوب های آلی کووالانسی (COFs)
- شبکه های فوق مولکولی متخلخل که برای کاتالیز یا بارگذاری دارو استفاده می شود
- سایر معماری های فوق مولکولی پاسخگو به اولتراسوند
- کپسول های فوق مولکولی و نانوکپسید ها
- تک لایه های خود مونتاژ شده (SAMs) و چند لایه
- ساختارهای فوق مولکولی مبتنی بر DNA
- پلیمرهای هماهنگی و متالوگل ها
(مطالعه و فیلم: Rutgeerts و همکاران، 2019)
کاربردهای مافوق صوت در مونتاژ فوق مولکولی
سونوگرافی از طریق اثرات مکانیکی، حرارتی و حفره ای بر خود مونتاژ فوق مولکولی تأثیر می گذارد.
فرآیندهای کلیدی پایان نامه عبارتند از:
- امولسیون سازی و تشکیل نانوامولسیون
- کپسوله سازی فوق مولکولی در سیستم های نفت/آب را تسهیل می کند
- اختلاط همگن فازهای غیرقابل اختلاط را ترویج می کند
- کاهش و تجمیع اندازه ذرات
- سنگدانه ها یا کریستال های فوق مولکولی بزرگتر را تجزیه می کند
- مورفولوژی و چند پراکندگی را کنترل می کند
- پراکندگی و همگن سازی
- پراکندگی نانوذرات یا بلوک های سازنده فوق مولکولی در حلال ها را افزایش می دهد
- یکنواختی در تشکیل ژل یا مواد هیبریدی را بهبود می بخشد
- کپسوله سازی و افزایش کمپلکس
- گنجاندن مهمان در سیکلودکسترین ها یا سیستم های میسلار را تسریع می کند
- تشکیل نانوکپسول را برای تحویل دارو یا کاتالیز تقویت می کند
- اتصال فیبر / کاهش طول
- کوتاه شدن نانوالیاف پپتیدی یا پلیمری به روش برش کاویتیشنی
- تکه تکه شدن کنترل شده رشته های فوق مولکولی و نانولوله ها
- تبلور و کنترل پلی مورف
- هسته سازی به کمک اولتراسوند برای رشد کریستال کنترل شده
- تولید پلی مورف های فوق مولکولی متناپایدار یا جنبشی مورد علاقه
- اتصال متقابل و تشکیل شبکه
- باعث سازماندهی مجدد پیوند در شبکه های پیوند هیدروژنی یا فلز-لیگاند می شود
- تشکیل چارچوب های فلزی-آلی فوق مولکولی (MOFs) را آغاز می کند
- باعث تشکیل هیدروژل های فوق مولکولی و سونوژل ها می شود
- فعال سازی و عامل سازی سونوشیمیایی
- واکنش هایی را برای اصلاح فوق مولکولی آغاز می کند
- اتصال غیرکووالانسی بخش های عملکردی را به داربست های میزبان امکان پذیر می کند
- تخریب و جداسازی قطعات برگشت پذیر
- انرژی اولتراسونیک مورد استفاده برای جداسازی ساختارهای فوق مولکولی برگشت پذیر
- انتشار کنترل شده گونه های محصور شده تحت تحریک اولتراسونیک
بهترین Sonicator را برای Supramolecules دریافت کنید
Sonicators Hielscher سیستم های اولتراسونیک از نوع پروب با کارایی بالا هستند که به طور خاص برای تحویل انرژی دقیق در فرآیندهای فاز مایع طراحی شده اند و آنها را فوق العاده برای مونتاژ سونوشیمیایی و فوق مولکولی معماری های پیچیده مناسب می کند. کنترل دقیق آنها در مورد دامنه، زمان، حالت پالس و دما دینامیک کاویتاسیون قابل تکرار، ترویج اختلاط کارآمد، افزایش انتقال جرم و فعال سازی فعل و انفعالات غیر کووالانسی ضروری برای سازماندهی فوق مولکولی را امکان پذیر می کند. در سونوشیمی، چنین کاویتاسیون صوتی کنترل شده می تواند خود مونتاژ را تسریع کند، پیچیدگی میزبان و مهمان را تسهیل کند و بر مورفولوژی یا ثبات سنگدانه های فوق مولکولی تأثیر بگذارد. استحکام، مقیاس پذیری و نظارت بر فرآیند دیجیتال دستگاه های Hielscher امکان تنظیم دقیق شرایط واکنش از آزمایش های آزمایشگاهی در مقیاس کوچک گرفته تا سنتز صنعتی - پل زدن تحقیقات بنیادی فوق مولکولی با ساخت مواد کاربردی را فراهم می کند.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 0.5 تا 1.5 میلی لیتر | ن.ا. | VialTweeter(ویال گروهی) |
| 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 | UIP16000hdT |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000hdT |
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.
Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.
امولسیون مافوق صوت ترویج مونتاژ ساختارهای فوق مولکولی
ادبیات / منابع
- Di Giosia, Matteo; Bomans, Paul; Bottoni, Andrea; Cantelli, Andrea; Falini, Giuseppe; Franchi, Paola; Guarracino, Giuseppe; Friedrich, Heiner; Lucarini, Marco; Paolucci, Francesco; Rapino, Stefania; Sommerdijk, Nico; Soldà, Alice; valle, Francesco ; Zerbetto, Francesco; Calvaresi, Matteo (2018): Proteins as Supramolecular Hosts for C60: A True Solution of C60 in Water. Nanoscale 10(21); 2018.
- Fatemeh Shahangi Shirazi, Kamran Akhbari (2016): Sonochemical procedures; the main synthetic method for synthesis of coinage metal ion supramolecular polymer nano structures. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 31, 2016. 51-61.
- Rutgeerts LAJ , Soultan AH , Subramani R , Toprakhisar B , Ramon H , Paderes MC , De Borggraeve WM , Patterson J . (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chem Commun (Camb). 2019 Jun 20;55(51):7323-7326.
پرسش و پاسخهای متداول
فوق مولکول / ابرمولکول چیست؟
سوپرامولکول یا ابرمولکول یک مجموعه شیمیایی گسسته از دو یا چند موجود مولکولی است که توسط فعل و انفعالات غیر کووالانسی مانند پیوند هیدروژنی، انباشته شدن π-π، هماهنگی فلزات یا نیروهای واندروالس در کنار هم نگه داشته می شوند. برخلاف مولکول های پیوند کووالانسی، این ساختارها از طریق فرآیندهای خود مونتاژ برگشت پذیر و اغلب بسیار انتخابی بوجود می آیند و معماری های پیچیده ای با خواص نوظهور را به وجود می آورند.
روش های اساسی در شیمی فرامولکولی چیست؟
روش های اساسی در شیمی فوق مولکولی حول شناخت مولکولی و خودسازماندهی می چرخد. شیمی میزبان-مهمان، سنتز الگویی، شیمی هماهنگی و خود مونتاژ که توسط نیروهای بین مولکولی ضعیف هدایت می شود، پایه مفهومی و تجربی را تشکیل می دهند. ابزارهای تحلیلی مانند طیف سنجی NMR، کالری سنجی تیتراسیون همدما و کریستالوگرافی اشعه ایکس برای مطالعه کمی و ساختاری این برهمکنش ها نقش اساسی دارند.
دستگاه فوق مولکولی چیست؟
دستگاه فوق مولکولی یک سیستم عملکردی است که در آن اجزای مولکولی از طریق فعل و انفعالات غیر کووالانسی برای انجام وظایف خاص مانند انتقال سیگنال، سوئیچینگ مولکولی، کاتالیز یا تبدیل انرژی سازماندهی می شوند. این دستگاه ها اغلب عملکردهای بیولوژیکی را تقلید می کنند و از حرکت مولکولی کنترل شده و برگشت پذیری در مقیاس نانو بهره می برند.
آیا MOF ها ساختارهای فوق مولکولی هستند؟
چارچوب های فلزی-آلی (MOFs) را می توان در واقع به عنوان ساختارهای فوق مولکولی در نظر گرفت، زیرا شبکه های بلوری گسترده آنها از طریق پیوندهای هماهنگی بین یون ها یا خوشه های فلزی و پیوند دهنده های آلی ساخته می شوند. اگرچه این پیوندها دارای ویژگی کووالانسی جزئی هستند، اما ماهیت ماژولار و خود مونتاژ شده MOFها و اتکای آنها به برهمکنش های جهت دار و برگشت پذیر، آنها را از نظر مفهومی در حوزه گسترده تر شیمی فوق مولکولی قرار می دهد.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.