سنتز فراصوتی پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی (MIPs)

پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی (MIPs) گیرنده‌هایی هستند که به‌صورت مصنوعی و با گزینش‌پذیری و اختصاصیت ازپیش‌تعیین‌شده برای ساختار یک مولکول زیستی یا شیمیایی مشخص طراحی می‌شوند. فراصوت‌دهی می‌تواند مسیرهای گوناگون سنتز پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی را بهبود دهد و پلیمریزاسیون را کارآمدتر و قابل‌اعتمادتر کند.

پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی چیستند؟

پلیمر قالب‌گیری‌شده مولکولی (MIP) ماده‌ای پلیمری با ویژگی‌های شناسایی مشابه آنتی‌بادی است که با استفاده از روش قالب‌گیری مولکولی تولید می‌شود. روش قالب‌گیری مولکولی، پلیمر قالب‌گیری‌شده مولکولی را متناسب با یک مولکول هدف مشخص تولید می‌کند. این پلیمر در ماتریس پلیمری خود حفره‌هایی دارد که به مولکول «الگو»ی مشخص تمایل اتصال دارند. این فرایند معمولاً شامل آغاز پلیمریزاسیون مونومرها در حضور یک مولکول الگو است که سپس استخراج می‌شود و حفره‌هایی مکمل بر جای می‌گذارد. این پلیمرها به مولکول اولیه تمایل اتصال دارند و در کاربردهایی مانند جداسازی‌های شیمیایی، کاتالیز یا حسگرهای مولکولی به کار رفته‌اند. مولکول‌های قالب‌گیری‌شده مولکولی را می‌توان به یک قفل مولکولی تشبیه کرد که با یک کلید مولکولی، موسوم به مولکول الگو، تطابق دارد. مشخصهٔ پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی (MIPs)، جایگاه‌های اتصال اختصاصی و متناسب‌سازی‌شده‌ای است که از نظر شکل، اندازه و گروه‌های عاملی با مولکول‌های الگو مطابقت دارند. ویژگی «قفل و کلید» امکان استفاده از پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی را در کاربردهای گوناگون فراهم می‌کند؛ در این کاربردها، نوع مشخصی از مولکول شناسایی می‌شود و به قفل مولکولی، یعنی پلیمر قالب‌گیری‌شده مولکولی، متصل می‌شود.

این تصویر شماتیک، مسیر قالب‌گیری مولکولی سیکلودکسترین‌ها را برای تهیهٔ گیرنده‌های متناسب‌سازی‌شده نشان می‌دهد.
پژوهش و تصویر: Hishiya et al. 2003

پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی (MIPs) دامنهٔ کاربرد گسترده‌ای دارند و برای جداسازی و خالص‌سازی مولکول‌های زیستی یا شیمیایی مشخص، از جمله اسیدهای آمینه و پروتئین‌ها، مشتقات نوکلئوتیدی، آلاینده‌ها و همچنین داروها و مواد غذایی استفاده می‌شوند. حوزه‌های کاربرد آن‌ها از جداسازی و خالص‌سازی تا حسگرهای شیمیایی، واکنش‌های کاتالیزی، دارورسانی و سامانه‌های آنتی‌بادی و گیرنده‌های زیستی را در بر می‌گیرد. (رجوع کنید به Vasapollo et al. 2011)
برای مثال، فناوری MIP به‌عنوان روش ریزاستخراج فاز جامد برای پردازش و خالص‌سازی مولکول‌های مشتق از شاهدانه، مانند CBD یا THC، از عصارهٔ تمام‌طیف به کار می‌رود تا ایزوله‌ها و فرآورده‌های تقطیری کانابینوئیدی به دست آیند.

سنتز فراصوتی مولکول‌های قالب‌گیری‌شده مولکولی

بسته به نوع هدف (الگو) و کاربرد نهایی MIP، می‌توان MIPها را در شکل‌های مختلفی مانند ذرات کروی با ابعاد نانومتری و میکرومتری، نانوسیم‌ها، نانومیله‌ها، نانورشته‌ها یا لایه‌های نازک سنتز کرد. برای تولید شکل مشخصی از MIP، می‌توان از روش‌های مختلف پلیمریزاسیون، مانند قالب‌گیری توده‌ای، رسوبی، پلیمریزاسیون امولسیونی، تعلیقی، پراکنشی، ژل‌شدن و پلیمریزاسیون تورمی چندمرحله‌ای استفاده کرد.
استفاده از فراصوت با فرکانس پایین و شدت بالا، روشی بسیار کارآمد، چندمنظوره و ساده برای سنتز نانوساختارهای پلیمری فراهم می‌کند.
فراصوت‌دهی در مقایسه با فرایندهای متداول پلیمریزاسیون، مزایای متعددی برای سنتز MIP دارد؛ زیرا سرعت واکنش را افزایش می‌دهد، رشد زنجیره‌های پلیمری را همگن‌تر می‌کند، بازده را بالا می‌برد و شرایط ملایم‌تری، مانند دمای پایین واکنش، فراهم می‌کند. افزون بر این، می‌تواند توزیع جمعیت جایگاه‌های اتصال و در نتیجه ریخت‌شناسی پلیمر نهایی را تغییر دهد. (Svenson 2011)
با اعمال انرژی سونوشیمیایی به پلیمریزاسیون MIPها، واکنش‌های پلیمریزاسیون آغاز می‌شوند و تحت تأثیر مثبت قرار می‌گیرند. هم‌زمان، فراصوت‌دهی به گاززدایی مؤثر مخلوط پلیمری کمک می‌کند، بدون آنکه ظرفیت اتصال یا صلبیت کاهش یابد.
همگن‌سازی، پراکنده‌سازی و امولسیون‌سازی فراصوتی، اختلاط و هم‌زدن برتری را برای تشکیل سوسپانسیون‌های همگن و تأمین انرژی آغاز فرایندهای پلیمریزاسیون فراهم می‌کنند. Viveiros et al. (2019) قابلیت سنتز فراصوتی MIP را بررسی کردند و بیان می‌کنند که «MIPهای تهیه‌شده به روش فراصوتی، خواص اتصالی مشابه یا برتر از روش‌های متداول نشان دادند».
MIPها در مقیاس نانو، امکانات امیدبخشی برای بهبود همگنی جایگاه‌های اتصال فراهم می‌کنند. فراصوت‌دهی به‌دلیل نتایج استثنایی خود در تهیهٔ نانوپراکنه‌ها و نانوامولسیون‌ها شناخته شده است.

پلیمریزاسیون نانوامولسیونی فراصوتی

MIPها را می‌توان با پلیمریزاسیون امولسیونی سنتز کرد. پلیمریزاسیون امولسیونی معمولاً با تشکیل امولسیون روغن در آب همراه با افزودن یک مادهٔ فعال سطحی انجام می‌شود. برای تشکیل یک امولسیون پایدار در ابعاد نانو، به روش امولسیون‌سازی با عملکرد بالا نیاز است. امولسیون‌سازی فراصوتی روشی تثبیت‌شده برای تهیهٔ نانوامولسیون‌ها و مینی‌امولسیون‌ها است.
دربارهٔ نانوامولسیون‌سازی فراصوتی بیشتر بخوانید!

فراصوت می‌تواند مسیرهای سنتز زیر را برای تولید nanoMIP بهبود دهد: پلیمریزاسیون رسوبی، پلیمریزاسیون امولسیونی و پلیمریزاسیون هسته–پوسته.
پژوهش و تصویر از: Refaat et al. 2019

استخراج فراصوتی الگو

پس از سنتز پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی، باید الگو از جایگاه اتصال خارج شود تا یک پلیمر قالب‌گیری‌شده مولکولی فعال به دست آید. نیروهای شدید اختلاط ناشی از فراصوت‌دهی، انحلال‌پذیری، قابلیت انتشار، نفوذ و انتقال مولکول‌های حلال و الگو را افزایش می‌دهند. به این ترتیب، الگوها به‌سرعت از جایگاه‌های اتصال خارج می‌شوند.
استخراج فراصوتی را همچنین می‌توان با استخراج سوکسله ترکیب کرد تا الگو از پلیمر قالب‌گیری‌شده خارج شود.

مطالعات موردی: کاربردهای فراصوت برای پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی

سنتز فراصوتی پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی

کپسوله‌سازی نانوذرات مغناطیسی با پلیمرهای قالب‌گیری‌شده با 17β-استرادیول، با استفاده از مسیر سنتز فراصوتی، حذف سریع 17β-استرادیول از محیط‌های آبی را امکان‌پذیر می‌کند. برای سنتز فراصوتی nanoMIPها، از متاکریلیک اسید (MAA) به‌عنوان مونومر، اتیلن گلیکول دی‌متاکریلات (EGDMA) به‌عنوان عامل اتصال عرضی و آزوبیس‌ایزوبوتیرونیتریل (AIBN) به‌عنوان آغازگر استفاده شد. فرایند سنتز فراصوتی به‌مدت 2h در دمای 65ºC انجام شد. میانگین قطر ذرات NIPهای مغناطیسی و MIPهای مغناطیسی به‌ترتیب 200 و 300 nm بود. استفاده از فراصوت نه‌تنها سرعت پلیمریزاسیون و ریخت‌شناسی نانوذرات را بهبود داد، بلکه تعداد رادیکال‌های آزاد را نیز افزایش داد و در نتیجه رشد MIP را پیرامون نانوذرات مغناطیسی تسهیل کرد. ظرفیت جذب سطحی نسبت به 17β-استرادیول با روش‌های متداول قابل‌مقایسه بود. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

فراصوت برای حسگرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی

Yu et al. یک حسگر الکتروشیمیایی قالب‌گیری‌شده مولکولی مبتنی بر الکترودهای اصلاح‌شده با نانوذرات نیکل برای تعیین مقدار فنوباربیتال طراحی کردند. حسگر الکتروشیمیایی گزارش‌شده با پلیمریزاسیون حرارتی و با استفاده از متاکریلیک اسید (MAA) به‌عنوان مونومر عاملی، 2,2-آزوبیس‌ایزوبوتیرونیتریل (AIBN) و آکریلات اتیلن گلیکول مالئیک روزینات (EGMRA) به‌عنوان عامل اتصال عرضی، فنوباربیتال‌ها (PBs) به‌عنوان مولکول الگو و دی‌متیل سولفوکسید (DMSO) به‌عنوان حلال آلی ساخته شد. در فرایند ساخت حسگر، 0٫0464g از PB و 0٫0688g از MAA در 3 mL از DMSO مخلوط شدند و به‌مدت 10 min تحت فراصوت‌دهی قرار گرفتند. پس از 5 h، مقدار 1٫0244g از EGMRA و 0٫0074g از AIBN به مخلوط افزوده شد و مخلوط به‌مدت 30 min تحت فراصوت‌دهی قرار گرفت تا محلول‌های پلیمر قالب‌گیری‌شده با PB به دست آیند. پس از آن، 10 μL از محلول با غلظت 2٫0 mg mL^-1 حاوی نانوذرات Ni روی سطح GCE چکانده شد و سپس حسگر در دمای اتاق خشک شد. پس از آن، حدود 5 μL از محلول تهیه‌شدهٔ پلیمر قالب‌گیری‌شده با PB روی GCE اصلاح‌شده با نانوذرات Ni پوشش داده شد و در خلأ، در دمای 75◦C به‌مدت 6 h خشک شد. پس از پلیمریزاسیون حرارتی، حسگر قالب‌گیری‌شده به‌مدت 7 min با HAc (اسید استیک)/متانول (نسبت حجمی 3:7) شسته شد تا مولکول‌های الگو خارج شوند. (رجوع کنید به Uygun et al. 2015)

ریزاستخراج فراصوتی با استفاده از MIPها

برای بازیابی آنالیت‌های نیکوتینامید از نمونه‌ها، از ریزاستخراج پخشی فاز جامد به کمک فراصوت و سپس سنجش با اسپکتروفتومتر UV-vis ‏(UA-DSPME-UV-vis) استفاده می‌شود. برای استخراج و پیش‌تغلیظ نیکوتینامید (ویتامین B3)، پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی مبتنی بر چارچوب فلزی–آلی (MOF) از نوع HKUST-1 به کار رفته‌اند. (Asfaram et al. 2017)

سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای کاربردهای پلیمری

از آزمایشگاه تا تولید با مقیاس‌پذیری خطی: پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی که به‌طور اختصاصی مهندسی شده‌اند، ابتدا در مقیاس کوچک آزمایشگاهی و رومیزی توسعه می‌یابند و آزمایش می‌شوند تا امکان‌پذیری سنتز پلیمر بررسی شود. پس از احراز امکان‌پذیری و انجام بهینه‌سازی MIPها، تولید MIP به حجم‌های بزرگ‌تر افزایش مقیاس می‌یابد. همهٔ مسیرهای سنتز فراصوتی را می‌توان به‌صورت خطی از مقیاس رومیزی تا تولید کاملاً تجاری افزایش مقیاس داد. Hielscher Ultrasonics تجهیزات سونوشیمیایی برای سنتز پلیمر را از مقیاس‌های کوچک آزمایشگاهی و رومیزی تا سامانه‌های فراصوتی درون‌خطی کاملاً صنعتی برای تولید 24/7 تحت بار کامل عرضه می‌کند. فراصوت را می‌توان به‌صورت خطی از اندازهٔ لولهٔ آزمایش تا ظرفیت‌های تولید بزرگ، در حد چندین محمولهٔ کامیون در ساعت، افزایش مقیاس داد. مجموعهٔ گستردهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics، از سامانه‌های سونوشیمیایی آزمایشگاهی تا صنعتی، مناسب‌ترین سونیکاتور را برای ظرفیت فرایندی موردنظر شما در بر دارد. کارکنان ما با تجربهٔ طولانی خود، از آزمایش‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرایند تا نصب سامانهٔ فراصوتی شما در مقیاس نهایی تولید، همراه شما خواهند بود.

Hielscher Ultrasonics – تجهیزات پیشرفتهٔ سونوشیمیایی

مجموعهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics تمام طیف استخراجگرهای فراصوتی با عملکرد بالا را از مقیاس کوچک تا بزرگ پوشش می‌دهد. لوازم جانبی تکمیلی، مونتاژ آسان مناسب‌ترین پیکربندی دستگاه فراصوتی را برای فرایند شما امکان‌پذیر می‌کنند. آرایش بهینهٔ تجهیزات فراصوتی به ظرفیت، حجم و مادهٔ موردنظر، ناپیوسته یا درون‌خطی بودن فرایند و برنامهٔ زمانی بستگی دارد. Hielscher به شما در راه‌اندازی فرایند سونوشیمیایی ایدئال کمک می‌کند.

ناپیوسته و درون‌خطی

سونیکاتورهای Hielscher را می‌توان برای پردازش ناپیوسته و پردازش با جریان عبوری پیوسته به کار برد. حجم‌های کوچک و متوسط را می‌توان به‌راحتی در یک فرایند ناپیوسته، برای مثال در ویال‌ها، لوله‌های آزمایش، بشرها، مخازن یا بشکه‌ها، تحت فراصوت‌دهی قرار داد. برای پردازش حجم‌های بزرگ، فراصوت‌دهی درون‌خطی ممکن است مؤثرتر باشد. در حالی که پردازش ناپیوسته به زمان و نیروی کار بیشتری نیاز دارد، فرایند اختلاط درون‌خطی پیوسته کارآمدتر و سریع‌تر است و به نیروی کار به‌مراتب کمتری نیاز دارد. Hielscher Ultrasonics مناسب‌ترین آرایش تجهیزات استخراج را برای واکنش پلیمریزاسیون و حجم فرایند شما ارائه می‌دهد.

پروب‌های فراصوتی برای هر ظرفیت تولید

مجموعهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics تمام طیف پردازشگرهای فراصوتی را در بر می‌گیرد؛ از سونیکاتورهای آزمایشگاهی جمع‌وجور و سامانه‌های رومیزی و پایلوت تا پردازشگرهای فراصوتی کاملاً صنعتی با ظرفیت پردازش چندین محمولهٔ کامیون در ساعت. این مجموعهٔ کامل محصولات به ما امکان می‌دهد مناسب‌ترین تجهیزات فراصوتی را برای پلیمرها، ظرفیت فرایند و اهداف تولید شما عرضه کنیم.
سامانه‌های فراصوتی رومیزی برای آزمایش‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرایند ایدئال هستند. افزایش مقیاس خطی بر پایهٔ پارامترهای تثبیت‌شدهٔ فرایند، افزایش ظرفیت پردازش از بچ‌های کوچک‌تر تا تولید کاملاً تجاری را بسیار آسان می‌کند. افزایش مقیاس را می‌توان با نصب یک واحد استخراجگر فراصوتی پرتوان‌تر یا با تشکیل مجموعه‌ای از چند سونیکاتور موازی انجام داد. Hielscher با UIP16000، پرتوان‌ترین واحد فراصوتی جهان را عرضه می‌کند.

دامنه‌های نوسان با قابلیت کنترل دقیق برای نتایج بهینه

تمام سونیکاتورهای Hielscher قابلیت کنترل دقیق دارند و به همین دلیل ابزارهایی پرکار و قابل‌اعتماد در تولید هستند. دامنهٔ نوسان یکی از پارامترهای کلیدی فرایند است که بر کارایی و اثربخشی واکنش‌های سونوشیمیایی، از جمله واکنش‌های پلیمریزاسیون و مسیرهای سنتز، تأثیر می‌گذارد.
تمام پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics امکان تنظیم دقیق دامنهٔ نوسان را فراهم می‌کنند. سونوتْرودها و هورن‌های تقویت‌کننده لوازم جانبی‌ای هستند که امکان تغییر دامنهٔ نوسان را در بازه‌ای باز هم گسترده‌تر فراهم می‌کنند. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher می‌توانند دامنه‌های نوسان بسیار بالا ایجاد کنند و شدت فراصوت موردنیاز برای کاربردهای دشوار را تأمین کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌های نوسان تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است.
تنظیم دقیق دامنهٔ نوسان و پایش دائمی پارامترهای فرایند فراصوتی از طریق نرم‌افزار هوشمند، به شما امکان می‌دهد پلیمرهای قالب‌گیری‌شده مولکولی خود را تحت مؤثرترین شرایط فراصوتی سنتز کنید. فراصوت‌دهی بهینه برای بهترین نتایج پلیمریزاسیون!
استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher، کارکرد 24/7 را تحت شرایط کاری سنگین و در محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند. این ویژگی، تجهیزات فراصوتی Hielscher را به ابزاری قابل‌اعتماد تبدیل می‌کند که نیازهای فرایند سونوشیمیایی شما را برآورده می‌سازد.

آزمایش آسان و بدون ریسک

فرایندهای فراصوتی را می‌توان کاملاً به‌صورت خطی افزایش مقیاس داد. این بدان معناست که هر نتیجه‌ای را که با یک سونیکاتور آزمایشگاهی یا رومیزی به دست آورده‌اید، می‌توان با استفاده از دقیقاً همان پارامترهای فرایند، با افزایش مقیاس به دقیقاً همان خروجی رساند. این ویژگی، فراصوت‌دهی را برای آزمایش‌های امکان‌سنجی بدون ریسک، بهینه‌سازی فرایند و اجرای بعدی آن در تولید تجاری ایدئال می‌کند. با ما تماس بگیرید تا بدانید فراصوت‌دهی چگونه می‌تواند بازده و کیفیت MIP شما را افزایش دهد.

بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت در آلمان

Hielscher به‌عنوان کسب‌وکاری با مالکیت و مدیریت خانوادگی، بالاترین استانداردهای کیفیت را برای پردازشگرهای فراصوتی خود در اولویت قرار می‌دهد. تمام سونیکاتورها در دفتر مرکزی ما در تلتو، نزدیک برلین در آلمان، طراحی، ساخته و به‌طور کامل آزمایش می‌شوند. استحکام و قابلیت اطمینان تجهیزات فراصوتی Hielscher، آن‌ها را به ابزارهایی پرکار در تولید شما تبدیل می‌کند. کارکرد 24/7 تحت بار کامل و در محیط‌های دشوار، ویژگی ذاتی میکسرهای با عملکرد بالای Hielscher است.

جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:

شما می‌توانید پردازشگر فراصوتی Hielscher را در اندازه‌های گوناگون و با پیکربندی دقیقاً متناسب با نیازهای فرایند خود خریداری کنید. از پردازش واکنش‌دهنده‌ها در یک لولهٔ کوچک آزمایشگاهی تا اختلاط دوغاب‌های پلیمری با جریان عبوری پیوسته در مقیاس صنعتی، Hielscher Ultrasonics سونیکاتوری مناسب برای شما ارائه می‌دهد! با ما تماس بگیرید – خوشحال می‌شویم آرایش ایدئال تجهیزات فراصوتی را به شما پیشنهاد کنیم!