Molekyylipainettujen polymeerien ultraäänisynteesi

Molekyylipastitetut polymeerit ovat keinotekoisesti suunniteltuja reseptoreita, joilla on ennalta määrätty valikoivuus ja spesifisyys tietylle biologisen tai kemiallisen molekyylin rakenteelle. Ultrasonication voi parantaa erilaisia molekyylipainettujen polymeerien synteesireittejä, mikä tekee polymerisaatiosta tehokkaamman ja luotettavamman.

Mitä ovat molekyylipainetut polymeerit?

Molekyylipainettu polymeeri (MIP) on polymeerisiä materiaaleja, joilla on vasta-ainemaisia tunnistusominaisuuksia, jotka on tuotettu molekyylipainatustekniikalla. Molekyylipainatustekniikka tuottaa molekyylipainettua polymeeriä tietyn kohdemolekyylin osalta. Molekyylipainetussa polymeerissä on onteloita polymeerimatriisissa, jossa on affiniteetti “Malli” Molekyyli. Prosessiin kuuluu yleensä monomeerien polymeroinnin aloittaminen jälkeenpäin uuttuneen mallimolekyylin läsnä ollessa jättäen jälkeensä täydentäviä onteloita. Nämä polymeerit ovat affiniteetti alkuperäisen molekyylin ja on käytetty sovelluksissa, kuten kemiallisia erotteluja, katalyysi, tai molekyylianturit. Molekyylipainettuja molekyylejä voidaan verrata molekyylilukkoon, joka vastaa molekyyliavainta (ns. mallimolekyyliä). Molekyylipainetuille polymeereille on tunnusomaista erityisesti räätälöidyt sitoutumispaikat, jotka vastaavat mallimolekyylejä muodoltaan, kooltaan ja toiminnallisilta ryhmiltä. "Lukko – avain"-ominaisuuden avulla voidaan käyttää molekyylipainettuja polymeerejä erilaisiin käyttötarkoituksiin, joissa molekyylilukkoon tunnistetaan ja kiinnitetään tietyntyyppinen molekyyli, eli molekyylipainettu polymeeri.

Kaaviossa esitetään syklodekstriinien molekyylipainatusreitti räätälöityjen reseptorien valmistamiseksi.
Tutkimus ja kuva: Hishiya et al. 2003

Molekyylipainetuilla polymeereillä on laaja käyttökenttä, ja niitä käytetään tiettyjen biologisten tai kemiallisten molekyylien, kuten aminohappojen ja proteiinien, nukleotidijohdannaisten, epäpuhtauksien sekä lääkkeiden ja elintarvikkeiden, erottamiseen ja puhdistamiseen. Käyttöalueet vaihtelevat erottelusta ja puhdistuksesta kemiallisiin antureihin, katalyyttisiin reaktioihin, lääkkeiden jakeluun, biologisiin vasta-aineisiin ja reseptoreihin. (ks. vasapollo et al. 2011)
Mip-teknologiaa käytetään esimerkiksi kiinteävaiheisena mikrouuttomenetelmänä kannabiksen johdetut molekyylien, kuten CBD:n tai THC:n, käyttämiseen ja puhdistamiseen täyden spektriuutteen avulla kannabinoidisolaatin ja tisleiden saamiseksi.

Molekyylipainettujen molekyylien ultraäänisynteesi

Mip:n kohdetyypistä ja lopullisesta soveltamisesta riippuen mip-muodot voidaan syntetoida eri muodoissa, kuten nano- ja mikronikokoisissa pallomaisissa hiukkasissa, nanolankoissa, nanosauvoissa, nanofilamenteissa tai ohutkalvoissa. Tietyn MIP-muodon tuottamiseksi voidaan soveltaa erilaisia polymerointitekniikoita, kuten irtotavarana painatus, sademäärä, emulsiopolymerointi, jousitus, dispersio, gelaatio ja monivaiheinen turvotuspolymerointi.
Matalataajuisten, korkean intensiteetin ultraäänilaitteiden käyttö tarjoaa erittäin tehokkaan, monipuolisen ja yksinkertaisen tekniikan polymeristen nanorakenteiden syntetisoimiseksi.
Sonikaatio tuo useita etuja MIP-synteesissä verrattuna perinteisiin polymerointiprosesseihin, koska se edistää korkeampia reaktionopeuksia, homogeenisempaa polymeeriketjun kasvua, suurempia tuottoja ja lievempiä olosuhteita (esim. alhainen reaktiolämpötila). Lisäksi se voi muuttaa sitovaa alueen populaation jakautumista ja siten lopullisen polymeerin morfologiaa. (Svenson 2011)
Soveltamalla sonokemiallista energiaa mip:iden polymerointiin polymerointireaktiot aloitetaan ja vaikuttavat positiivisesti. Samanaikaisesti sonikaatio edistää polymeeriseoksen tehokasta kaasunpoistoa tinkimättä sitovasta kapasiteetista tai jäykkyydestä.
Ultraäänihomogenisointi, dispergointi ja emulgointi tarjoavat erinomaisen sekoittamisen ja sekoittamisen homogeenisten jousituksista ja tarjota aloitusenergiaa polymerointiprosesseihin. Viveiros et al. (2019) tutki ultraääni-MIP-synteesin potentiaalia ja toteaa, että "mips valmistettuultraaly esitti sitovia ominaisuuksia samanlaisia tai parempia kuin perinteiset menetelmät".
Nanomuotoiset monivuotiset toimintatavat avaavat lupaavia mahdollisuuksia parantaa sitovien alueiden yhtenäisyyttä. Ultrasonication on tunnettu poikkeuksellisista tuloksistaan nanodispersionien ja nanoemulsioiden valmistuksessa.

Ultraääni nano-emulsio polymerointi

MIP voidaan syntetisoida emulsiopolymerisaatiolla. Emulsiopolymerointi saavutetaan yleisesti muodostamalla öljy-vedessä -emulsio pinta-aktiivisen aineen lisäämisen avulla. Vakaan, nanokokoisen emulgointitekniikan muodostamiseksi tarvitaan tehokasta emulgointitekniikkaa. Ultraääniemulgointi on vakiintunut tekniikka nano- ja miniemulsioiden valmistamiseksi.
Lue lisää ultraääninano-emulgointi!

Ultraääni voi parantaa seuraavia nanoMIP-tuotannon synteesireittejä: sadetuspolymerointi, emulsiopolymerointi ja ydin-kuoripolymerointi.
Tutkimus ja kuva: Refaat et al. 2019

Mallin ultraääniuutto

Molekyylipainettujen polymeerien synteesin jälkeen malli on poistettava sitoutumiskohdasta aktiivisen molekyylipainetun polymeerin saamiseksi. Sonikoinnin voimakkaat sekoitusvoimat edistävät liukoisuutta, diffuusiteettia, liuotin- ja mallimolekyylien tunkeutumista ja kuljetusta. Näin mallit poistetaan nopeasti sidontasivustoista.
Ultraääniuutto voidaan myös yhdistää Soxhlet-uuttoon, jotta malli poistetaan painetusta polymeeristä.

Tapaustutkimukset: Ultraääni sovellukset molekyylipainetut polymeerit

Molekyylipainettujen polymeerien ultraäänisynteesi

Magneettisten nanohiukkasten kapselointi 17β-estradiolilla painettujen polymeerien avulla ultraäänisynteesireitillä poistaa nopeasti 17β-estradiolin vesiympäristöistä. NanoMIPien ultraäänisynteesissä metakryylihappoa (MAA) käytettiin alullepanijana monomeerina, etyleeniglykolidimetyyliakrylaattia (EGDMA) ristiinlinkittäjänä ja atsofosisobutyronitriiliä (AIBN). Ultraäänisynteesimenettely suoritettiin 2 tunnin ajan 65 °C: ssa. Magneettisten hiukkasten hiukkaskoko oli keskimäärin 200 nm ja magneettisten mip:iden 300 nm. Ultraäänen käyttö ei ainoastaan parantanut nanohiukkasten polymerointia ja morfologiaa, vaan myös lisäsi vapaiden radikaalien määrää ja siten helpotti MIP:n kasvua magneettisten nanohiukkasten ympärillä. Adsorptiokyky kohti 17β-estradiolia oli verrattavissa perinteisiin lähestymistavoiin. [Xia ym. 2012 / Viveiro ym. 2019]

Ultraääni molekyylipainetuille antureille

Yu et al. suunnitteli molekyylipainetun sähkökemiallisen anturin, joka perustuu nikkelin nanohiukkasiin muunnettuihin elektrodeihin fenobarbitaalista määritystä varten. Raportoitu sähkökemiallinen anturi kehitettiin lämpöpolymerisaatiolla, jossa käytettiin metakryylihappoa (MAA) funktionaalisena monomeerinä, 2,2-atsobisisobutyrronitriiliä (AIBN) ja etyleeniglykoli maleiiniharsinaaattia (EGMRA) akrylaattina orgaanisena liuottimena. Vuonna anturi valmistus prosessi, 0.0464g PB ja 0.0688g MAA sekoitettiin 3 ml DMSO ja sonicated 10 min. Kun 5 h, 1.0244g EGMRA ja 0.0074g AIBN lisättiin seokseen ja sonicated 30 min saada PB-painettu polymeeri ratkaisuja. Sen jälkeen 10 μL 2,0 mg ml^-1Ni nanoparticle-liuos putosi GCE:n pinnalle ja sitten anturi kuivattiin huoneenlämmössä. Noin 5 μL valmistettua PB-painettua polymeeriliuosta pinnoitettiin sitten Ni nanohiukkasmuuttetun GCE:n päälle ja kuivattiin tyhjiössä 75°C:ssa 6 tunnin ajan. Lämpöpolysoinnin jälkeen painettu anturi pestiin (etikkahapolla) HAc/metanolilla (tilavuussuhde, 3:7) 7 minuutin ajan mallimolekyylien poistamiseksi. (vrt. uygun et al. 2015)

Ultraääni mikro-uutto käyttäen MIPs

Nikotiiniamidianalyysien palauttamiseksi näytteistä käytetään ultraäänellä avustettua dispergoituvaa kiinteän faasin mikroextractionia, jota seuraa UV-vis-spektrofotometri (UA-DSPME-UV-vis). Nikotiiniamidin (B3-vitamiini) uuttamisessa ja esikertyessä on käytetty HKUST-1-metallista orgaanista kehystä (MOF) perustuvia molekyylipainettuja polymeerejä. (Asfaram et al. 2017)

Tehokkaat ultraäänilaitteet polymeerisovelluksiin

Labista tuotantoon lineaarisella skaalautuvuudella: Erityisesti suunniteltu molekyylipainettuja polymeerejä kehitetään ja testataan ensin pienissä laboratorioissa ja penkki-top mittakaavassa, tutkia toteutettavuutta polymeerisynteesin. Jos monivuotisten toimintaohjelmien toteutettavuus ja optimointi on saavutettu, monivuotisten ja huonetuotannon tuotanto skaalataan suurempiin määriin. Ultraäänisynteesireitit voidaan skaalata lineaarisesti penkki-topista täysin kaupalliseen tuotantoon. Hielscher Ultrasonics tarjoaa sonokemiallisia laitteita polymeerisynteesiin pienessä laboratoriossa ja penkki-top-asetuksissa jopa täysin teollisiin inline-ultraäänijärjestelmiin 24/7-tuotantoon täydellä kuormituksella. Ultraääni voidaan lineaarisesti skaalata koeputken koosta kuorma-autojen suuriin tuotantokapasiteettiin tunnissa. Hielscher Ultrasonicsin laaja tuotevalikoima laboratoriosta teollisiin sonokemiallisiin järjestelmiin on sopivin ultraäänilaite suunniteltuun prosessikapasiteettiin. Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessien optimoinnista ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliselle tuotantotasolle.

Hielscher Ultrasonics – Kehittyneet sonokemialliset laitteet

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman korkean suorituskyvyn ultraäänipuristimia pienistä suuriin. Lisätarvikkeet mahdollistavat sopivimman ultraäänilaitteen kokoonpanon helpon asennuksen prosessiin. Optimaalinen ultraääniasetukset riippuvat suunnitellusta kapasiteetista, tilavuudesta, materiaalista, erästä tai inline-prosessista ja aikajanasta. Hielscher auttaa sinua setup ihanteellinen sonochemical prosessi.

Erä ja riviin

Hielscherin ultraäänilaitteita voidaan käyttää erän ja jatkuvan läpivirtauksen käsittelyyn. Pienet ja keskikokoiset tilavuudet voidaan kätevästi sonicoida eräprosessissa (esim. injektiopullot, testi, putket, dekantterilasi, säiliöt tai tynnyrit). Suurten volyymien käsittelyyn inline-sonikointi voi olla tehokkaampaa. Vaikka erät ovat enemmän aikaa ja työvoimavaltaisia, jatkuva inline-sekoitusprosessi on tehokkaampi, nopeampi ja vaatii huomattavasti vähemmän työvoimaa. Hielscher Ultrasonics on sopivin uutto setup teidän polymerointi reaktio ja prosessi tilavuus.

Ultraäänianturit jokaiselle tuotekapasiteetille

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa ultraääniprosessorien täyden kirjon kompakteista laboratorioultraäänitoista penkki- ja pilottijärjestelmien yli täysin teollisiin ultraääniprosessoreihin, joilla on kyky käsitellä kuorma-autokuormaa tunnissa. Koko tuotevalikoiman avulla voimme tarjota sinulle sopivimmat ultraäänilaitteet polymeereillesi, prosessikapasiteetillesi ja tuotantotavoitteillesi.
Ultraääni benchtop järjestelmät ovat ihanteellisia toteutettavuustestejä ja prosessin optimointia. Lineaarinen skaalaus, joka perustuu vakiintuneisiin prosessiparametreihin, tekee käsittelykapasiteetin lisäämisen helpoksi pienemmistä eristä täysin kaupalliseen tuotantoon. Up-skaalaus voidaan tehdä joko asentamalla tehokkaampi ultraääni linko yksikkö tai klusterointi useita ultrasonicators rinnakkain. Kanssa UIP16000, Hielscher tarjoaa tehokkain ultraääni yksikkö maailmanlaajuisesti.

Tarkasti ohjattavat amplitudit optimaaliseen tulokseen

Kaikki Hielscherin ultraäänilaitteet ovat tarkasti hallittavissa ja siten luotettavia työhevosia tuotannossa. Amplitudi on yksi tärkeimmistä prosessiparametreista, jotka vaikuttavat sonokemiallisten reaktioiden tehokkuuteen ja tehokkuuteen, mukaan lukien polymerointireaktiot ja synteesireitit.
Kaikki Hielscher Ultrasonics’ prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asetuksen. Sonotrodes ja booster sarvet ovat lisävarusteita, joiden avulla voidaan muuttaa amplitudi vieläkin laajempi alue. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit ja antaa vaaditun ultraäänivoimakkuuden vaativiin sovelluksiin. Amplitudit jopa 200μm voidaan helposti jatkuvasti ajaa 24 / 7 käyttö.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessin parametrien pysyvä seuranta älykkään ohjelmiston avulla antavat sinulle mahdollisuuden syntetisoida molekyylipainetut polymeerit tehokkaimmilla ultraääniolosuhteilla. Optimaalinen sonikaatio parhaan polymerointituloksen saavuttamiseksi!
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee Hielscherin ultraäänilaitteista luotettavan työvälineen, joka täyttää sonokemialliset prosessivaatimukset.

Helppo, riskitön testaus

Ultraääniprosessit voivat olla täysin lineaarisia skaalataan. Tämä tarkoittaa jokaista tulosta, jonka olet saavuttanut laboratoriolla tai penkki-top ultrasonicator, voidaan skaalata täsmälleen sama tuotos käyttäen täsmälleen samoja prosessiparametreja. Tämä tekee ultraääntä ihanteellinen riskitön toteutettavuustestaus, prosessin optimointi ja myöhemmin täytäntöönpanoa kaupalliseen valmistukseen. Ota meihin yhteyttä ja lue, miten sonikointi voi lisätä MIP-tuottoasi ja laatuasi.

Korkealaatuisia – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perhe- ja perheyrityksenä Hielscher priorisoi ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit. Kaikki ultrasonicators on suunniteltu, valmistettu ja perusteellisesti testattu pääkonttorimme Teltow lähellä Berliiniä, Saksa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät siitä tuotantosi työhevosen. 24/7 käyttö täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on hielscherin suorituskykyisten sekoittimien luonnollinen ominaisuus.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Voit ostaa Hielscher ultraääni prosessori eri kokoisia ja tarkasti määritetty prosessivaatimukset. Hielscher Ultrasonics tarjoaa sinulle sopivan ultraäänilaitteen, joka käsittelee reaktteja pienessä laboratorioputkessa ja polymeeriliettimien jatkuvaan läpivirtaussekoittamiseen teollisella tasolla! Ota yhteyttä – olemme iloisia voidessamme suositella sinulle ihanteellinen ultraääni setup!