ייצור הידרוג'ל יתרון באמצעות אולטרה-סוניקציה
סוניקציה היא טכניקה יעילה, אמינה ופשוטה להכנת הידרוג'לים בעלי ביצועים גבוהים. הידרוג'לים אלה מציעים תכונות חומר מצוינות כגון יכולות ספיגה, צמיגות, חוזק מכני, מודולוס דחיסה ופונקציות ריפוי עצמי.
פילמור קולי ופיזור לייצור הידרוג'ל
הידרוג'לים הם רשתות פולימריות הידרופיליות, תלת ממדיות המסוגלות לספוג כמויות גדולות של מים או נוזלים. הידרוג'לים מפגינים יכולת נפיחות יוצאת דופן. אבני הבניין הנפוצות של הידרג'לים כוללות אלכוהול פוליוויניל, פוליאתילן גליקול, נתרן פוליאקרילט, פולימרים אקרילט, קרבומרים, פוליסכרידים או פוליפפטידים עם מספר גבוה של קבוצות הידרופיליות, וחלבונים טבעיים כגון קולגן, ג'לטין ופיברין.
הידרוג'לים היברידיים מורכבים מחומרים שונים הנבדלים זה מזה מבחינה כימית, פונקציונלית ומורפולוגית, כגון חלבונים, פפטידים או ננו-מבנים / מיקרו-מבנים.
פיזור קולי נמצא בשימוש נרחב כטכניקה יעילה ואמינה ביותר להומוגניזציה של ננו-חומרים כגון ננו-צינוריות פחמן (CNT, MWCNTs, SWCNTs), ננו-גבישי תאית, ננו-סיבי כיטין, טיטניום דו-חמצני, ננו-חלקיקי כסף, חלבונים ומיקרונים או ננו-מבנים אחרים למטריצה פולימרית של הידרוג'לים. זה הופך את הסוניקציה לכלי עיקרי לייצור הידרוג'לים בעלי ביצועים גבוהים עם תכונות יוצאות דופן.
Ultrasonicator UIP1000hdT עם כור זכוכית לסינתזה של הידרוג'ל
מה מחקרים מראים – הכנת הידרוג'ל קולי
ראשית, אולטרה-סוניקציה מקדמת פילמור ותגובות צולבות במהלך היווצרות הידרוג'ל.
שנית, אולטרה-סוניקציה הוכחה כטכניקת פיזור אמינה ויעילה לייצור הידרוג'לים והידרוג'לים ננו-מרוכבים.
קולי cross-linking ופילמור של הידרוג'לים
אולטרה-סוניקציה מסייעת להיווצרות רשתות פולימריות במהלך סינתזת הידרוג'ל באמצעות יצירת רדיקלים חופשיים. גלי אולטרסאונד אינטנסיביים יוצרים קוויטציה אקוסטית הגורמת לכוחות גזירה גבוהים, גזירה מולקולרית והיווצרות רדיקלים חופשיים.
Cass et al. (2010) הכינו מספר "הידרוג'לים אקריליים הוכנו באמצעות פילמור קולי של מונומרים מסיסים במים ומקרומונומרים. אולטרסאונד שימש ליצירת רדיקלים יוזמים בסולואי מונומר מימי צמיגים באמצעות התוספים גליצרול, סורביטול או גלוקוז במערכת פתוחה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס. התוספים המסיסים במים היו חיוניים לייצור הידרוג'ל, גליצרול היה היעיל ביותר. הידרוג'לים הוכנו מהמונומרים 2-הידרוקסיאתיל מתקרילט, פולי(אתילן גליקול) דימתקרילט, דקסטרן מתקרילט, חומצה אקרילית/אתילן גליקול דימתקרילט ואקרילאמיד/ביס-אקרילאמיד". [קאס ואח' 2010] יישום אולטרסאונד באמצעות אולטרסאונד בדיקה נמצא כשיטה יעילה לפילמור מונומרים ויניל מסיסים במים והכנת הידרוג'לים לאחר מכן. פילמור יזום אולטרה-סאונד מתרחש במהירות בהיעדר יוזם כימי.
מצא את הפרוטוקול המלא של המחקר כאן!
- ננו-חלקיקים, למשל TiO2
- ננו-צינוריות פחמן (CNT)
- ננו-גבישים תאית (CNC)
- ננו-פיברילים של תאית
- חניכיים, למשל קסנטן, מסטיק זרעי מרווה
- חלבונים
קרא עוד על סינתזה קולית של הידרוג'לים ננו-מרוכבים וננו-ג'לים!
היווצרות הידרוג'ל באמצעות ג'לציה בסיוע אולטרסאונד באמצעות אולטרסוניקטור UP100H (מחקר וסרט: Rutgeerts et al., 2019)
SEM של פולי(אקרילאמיד-קו-חומצה איטאקונית הידרוג'ל המכיל MWCNTs. ה- MWCNTs פוזרו באולטרסאונד באמצעות האולטרסוניקטור UP200S.
מחקר ותמונה: Mohammadinezhada et al., 2018
ייצור של Poly(acrylamide-co-itaconic acid) – MWCNT הידרוג'ל באמצעות סוניקציה
Mohammadinezhada et al. (2018) הפיקו בהצלחה תרכובת הידרוג'ל סופר-סופגת המכילה פולי(חומצה אקרילאמיד-קו-איטקונית) וננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWCNTs). Ultrasonication בוצע עם המכשיר קולי Hielscher UP200S. יציבות ההידרוג'ל עלתה עם העלייה ביחסי MWCNTs, אשר ניתן לייחס לאופי ההידרופובי של MWCNTs כמו גם לעלייה בצפיפות הקרוסלינקרים. יכולת שימור המים (WRC) של הידרוג'ל P(AAm-co-IA) הוגדלה גם בנוכחות MWCNT (10 wt%). במחקר זה, ההשפעות של אולטרה-סוניקציה דורגו כטובות יותר ביחס לפיזור האחיד של ננו-צינוריות הפחמן על פני השטח הפולימרי. ה-MWCNTs היו שלמים ללא כל הפרעה במבנה הפולימרי. בנוסף, חוזק הננו-מרוכב המתקבל ויכולת אגירת המים שלו והספיגה של חומרים מסיסים אחרים כמו Pb (II) גדלו. סוניקציה שברה את היוזם ופיזרה את ה-MWCNTs כחומר מילוי מצוין בשרשראות הפולימר בטמפרטורה עולה.
החוקרים מסיקים כי "לא ניתן להשיג תנאי תגובה אלה בשיטות קונבנציונליות, ולא ניתן להשיג הומוגניות ופיזור טוב של חלקיקים לתוך הפונדקאי. בנוסף, תהליך סוניקציה מפריד ננו-חלקיקים לחלקיק יחיד, בעוד ערבוב אינו יכול לעשות זאת. מנגנון נוסף להקטנת הגודל הוא ההשפעה של גלים אקוסטיים חזקים על הקשרים המשניים כמו קשרי מימן, שקרינה זו שוברת את קשרי H של חלקיקים, וכתוצאה מכך מנתקת את החלקיקים המצטברים ומגדילה את מספר קבוצות הספיחה החופשיות כמו -OH ונגישות. לפיכך, התרחשות חשובה זו הופכת את תהליך הסוניקציה לשיטה עדיפה על פני האחרות כמו ערבוב מגנטי המיושם בספרויות". [Mohammadinezhada et al., 2018]
Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור סינתזת הידרוג'ל
Hielscher Ultrasonics מייצרת ציוד קולי בעל ביצועים גבוהים לסינתזה של הידרוג'לים. מ R קטן ובינוני&D ו טייס ultrasonicators למערכות תעשייתיות לייצור הידרוג'ל מסחרי במצב רציף, Hielscher Ultrasonics יש דרישות התהליך שלך מכוסה.
אולטרסאונד ברמה תעשייתית יכול לספק אמפליטודות גבוהות מאוד, המאפשרות תגובות הצלבה ופילמור אמינות ופיזור אחיד של ננו-חלקיקים. ניתן להפעיל בקלות משרעת של עד 200μm ברציפות בפעולה 24/7/365. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.
- יעילות גבוהה
- טכנולוגיה חדישה
- מהימנות & חוסן
- אצווה & מוטבעים
- עבור כל אמצעי אחסון
- תוכנה חכמה
- תכונות חכמות (למשל, פרוטוקול נתונים)
- CIP (נקי במקום)
בקשו מאיתנו עוד היום מידע טכני נוסף, מחירים והצעת מחיר לא מחייבת. הצוות הוותיק והמנוסה שלנו ישמח להתייעץ איתך!
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
SonoStation הקומפקטית משלבת מיכל נסער בנפח 38 ליטר עם משאבת חלל פרוגרסיבית מתכווננת שיכולה להזין 3 ליטר לדקה לתוך כור תא זרימה קולי אחד או שניים.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
עובדות שכדאי לדעת
למה משמשים הידרוג'לים?
הידרוג'לים משמשים בתעשיות רבות כגון פארמה לאספקת תרופות (למשל שחרור בזמן, דרך הפה, עירוי, מתן תרופות מקומי או רקטלי), רפואה (למשל כפיגומים בהנדסת רקמות, שתלי חזה, חומר ביומכני, חבישות פצעים), מוצרי קוסמטיקה, מוצרי טיפוח (למשל עדשות מגע, חיתולים, מפיות היגייניות), חקלאות (למשל לתכשירי חומרי הדברה, גרגירים להחזקת לחות הקרקע באזורים צחיחים), מחקר חומרים כפולימרים פונקציונליים (למשל חומרי נפץ מג'ל מים, אנקפסולציה של נקודות קוונטיות, ייצור חשמל תרמודינמי), השקיית פחם, שלג מלאכותי, תוספי מזון ומוצרים אחרים (למשל, דבק).
סיווג הידרוג'לים
כאשר הסיווג של הידרוג'לים נעשה בהתאם למבנה הפיזי שלהם ניתן לסווג כדלקמן:
- אמורפי (לא גבישי)
- חצי גבישי: תערובת מורכבת של פאזות אמורפיות וגבישיות
- גבישי
כאשר מתמקדים בהרכב פולימרי, הידרוג'לים יכולים להיות מסווגים גם לשלוש הקטגוריות הבאות:
- הידרוג'לים הומופולימריים
- הידרוג'לים קופולימריים
- הידרוג'לים מולטיפולימריים / הידרוג'לים IPN
בהתבסס על סוג של crosslinking, hydrogels מסווגים לתוך:
- רשתות מוצלבות כימית: צמתים קבועים
- רשתות מוצלבות פיזית: צמתים ארעיים
המראה הפיזי מוביל לסיווג ל:
- מטריצה
- סרט
- מיקרוספירה
סיווג המבוסס על מטען חשמלי ברשת:
- לא יוני (ניטרלי)
- יונית (כולל אניונית או קטיונית)
- אלקטרוליט אמפוטרי (אמפוליטי)
- Zwitterionic (פוליבטאין)
ספרות / מקורות
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- 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.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים! מגוון המוצרים של Hielscher מכסה את כל הספקטרום החל מאולטרסוניקטור מעבדה קומפקטי מעל יחידות ספסל ועד מערכות אולטראסוניות תעשייתיות מלאות.