סינתזה קולית של פולימרים מוטבעים מולקולרית (MIPs)

פולימרים מוטבעים מולקולרית (MIPs) הם קולטנים שתוכננו באופן מלאכותי עם סלקטיביות קבועה מראש וספציפיות עבור מבנה מולקולה ביולוגי או כימי נתון. אולטרה-סוניקציה יכולה לשפר מסלולי סינתזה שונים של פולימרים מוטבעים מולקולרית, מה שהופך את הפילמור ליעיל ואמין יותר.

מהם פולימרים מוטבעים מולקולרית?

פולימר מוטבע מולקולרית (MIP) הוא חומר פולימרי בעל תכונות זיהוי דמויות נוגדנים אשר הופק באמצעות טכניקת ההטבעה המולקולרית. טכניקת ההטבעה המולקולרית מייצרת פולימר מוטבע מולקולרית ביחס למולקולת מטרה מסוימת. לפולימר המוטבע מולקולרית יש חללים במטריצה הפולימרית שלו עם זיקה לספציפי “תבנית” מולקולה. התהליך כולל בדרך כלל התחלת פילמור של מונומרים בנוכחות מולקולת תבנית המופקת לאחר מכן, ומשאירה אחריה חללים משלימים. לפולימרים אלה יש זיקה למולקולה המקורית והם שימשו ביישומים כגון הפרדות כימיות, קטליזה או חיישנים מולקולריים. ניתן להשוות מולקולות מוטבעות מולקולריות למנעול מולקולרי, התואם מפתח מולקולרי (מה שנקרא מולקולת התבנית). פולימרים מוטבעים מולקולרית (MIPs) מאופיינים באתרי קישור מותאמים במיוחד התואמים את מולקולות התבנית בצורה, בגודל ובקבוצות פונקציונליות. "המנעול" – תכונת המפתח מאפשרת להשתמש בפולימרים מוטבעים מולקולריים עבור יישומים שונים, שבהם סוג מסוים של מולקולה מזוהה ומחובר למנעול המולקולרי, כלומר הפולימר המוטבע המולקולרי.

האיור הסכמטי מראה את מסלול ההטבעה המולקולרית של ציקלודקסטרין להכנת קולטנים מותאמים.
מחקר ותמונה: Hishiya et al. 2003

לפולימרים מוטבעים מולקולרית (MIPs) יש שדה רחב של יישומים והם משמשים להפרדה וטיהור של מולקולות ביולוגיות או כימיות מוגדרות, כולל חומצות אמינו וחלבונים, נגזרות נוקלאוטידים, מזהמים, כמו גם תרופות ומזון. תחומי היישום נעים בין הפרדה וטיהור לחיישנים כימיים, תגובות קטליטיות, אספקת תרופות, נוגדנים ביולוגיים ומערכות קולטנים. (ראה: Vasapollo et al. 2011)
לדוגמה, טכנולוגיית MIP משמשת כטכניקת מיקרו-מיצוי בשלב מוצק כדי להפעיל ולטהר מולקולות שמקורן בקנאביס כגון CBD או THC מתמצית הספקטרום המלא על מנת להשיג מבודדים ותזקיקי קנבינואידים.

סינתזה קולית של מולקולות מוטבעות מולקולרית

בהתאם לסוג היעד (תבנית) והיישום הסופי של MIP, MIPs יכולים על ידי מסונתז בפורמטים שונים כגון חלקיקים כדוריים בגודל ננו ומיקרון, ננו-חוטים, ננו-מוטות, ננו-חוטים או יריעות דקות. על מנת לייצר צורת MIP ספציפית, ניתן ליישם טכניקות פילמור שונות כגון הטבעה בתפזורת, משקעים, פילמור תחליב, תרחיף, פיזור, ג'לציה ופילמור נפיחות רב-שלבי.
היישום של אולטרסאונד בתדר נמוך ובעוצמה גבוהה מציע טכניקה יעילה, רב-תכליתית ופשוטה ביותר לסינתזה של ננו-מבנים פולימריים.
סוניקציה מביאה מספר יתרונות בסינתזה של MIP בהשוואה לתהליכי פילמור מסורתיים, מכיוון שהיא מקדמת קצבי תגובה גבוהים יותר, צמיחת שרשרת פולימר הומוגנית יותר, תפוקות גבוהות יותר ותנאים מתונים יותר (למשל, טמפרטורת תגובה נמוכה). יתר על כן, הוא יכול לשנות את התפלגות אוכלוסיית אתר הקשירה, ובכך את המורפולוגיה של הפולימר הסופי. (סוונסון 2011)
על ידי החלת אנרגיה סונוכימית על פילמור של MIPs, תגובות פילמור יזומות ומושפעות לטובה. במקביל, סוניקציה מקדמת פירוק יעיל של תערובת הפולימרים מבלי להקריב את יכולת הקשירה או הקשיחות.
הומוגניזציה על-קולית, פיזור ותחליב מציעים ערבוב ותסיסה מעולים ליצירת מתלים הומוגניים ולספק אנרגיית חניכה לתהליכי פילמור. Viveiros et al. (2019) חקרו את הפוטנציאל של סינתזת MIP קולית וקובעים כי "MIPs הכינו תכונות מחייב הציג אולטרה-סאונד דומה או עדיף על השיטות הקונבנציונליות".
MIPs בפורמט ננו פותחים אפשרויות מבטיחות לשיפור ההומוגניות של אתרי הקשירה. אולטרה-סוניקציה ידועה בתוצאותיה יוצאות הדופן בהכנת ננו-פיזור וננו-תחליבים.

פילמור ננו-תחליב על-קולי

MIPs ניתן לסנתז על ידי פילמור תחליב. פילמור תחליב מושג בדרך כלל על ידי יצירת תחליב שמן במים בתוספת של חומר פעילי שטח. כדי ליצור יציב, בגודל ננו, נדרשת טכניקת תחליב בעלת ביצועים גבוהים. תחליב קולי הוא טכניקה מבוססת היטב להכנת ננו ומיני תחליבים.
קרא עוד על ננו-תחליב על-קולי!

אולטרסאונד יכול לשפר את מסלולי הסינתזה הבאים לייצור ננו-MIP: פילמור משקעים, פילמור תחליב ופילמור מעטפת הליבה.
מחקר ותמונה מאת: Refaat et al. 2019

חילוץ קולי של התבנית

לאחר הסינתזה של פולימרים מוטבעים מולקולרית, יש להסיר את התבנית מאתר הקשירה על מנת לקבל פולימר מוטבע מולקולרית פעילה. כוחות הערבוב האינטנסיביים של הסוניקציה מקדמים מסיסות, דיפוזיביות, חדירה והובלה של מולקולות ממס ותבנית. בכך, התבניות מוסרות במהירות מאתרי האיגוד.
מיצוי קולי יכול להיות משולב גם עם מיצוי Soxhlet כדי להסיר את התבנית מן הפולימר המוטבע.

מקרי מבחן: יישומים על-קוליים עבור פולימרים מוטבעים מולקולרית

סינתזה קולית של פולימרים מוטבעים מולקולרית

האנקפסולציה של ננו-חלקיקים מגנטיים על ידי פולימרים 17β-אסטרדיול באמצעות מסלול סינתזה על-קולי משיגה הסרה מהירה של 17β-אסטרדיול מסביבות מימיות. עבור הסינתזה העל-קולית של ננו-MIPs, חומצה מתאקרילית (MAA) שימשה כמונומר, אתילן גליקול דימתילאקרילט (EGDMA) כקרוסלינקר ואזוביסיסובוטירוניטריל (AIBN) כיוזם. הליך הסינתזה הקולי בוצע במשך 2 שעות ב 65 מעלות צלזיוס. קוטר גודל החלקיקים הממוצע של NIPs מגנטיים ו- MIPs מגנטיים היה 200 ו- 300 ננומטר, בהתאמה. השימוש באולטרסאונד לא רק שיפר את קצב הפילמור והמורפולוגיה של הננו-חלקיקים, אלא גם הוביל לעלייה במספר הרדיקלים החופשיים, ובכך הקל על צמיחת MIP סביב הננו-חלקיקים המגנטיים. יכולת הספיחה לקראת 17β-אסטרדיול הייתה דומה לגישות מסורתיות. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

אולטרסאונד לחיישנים מוטבעים מולקולרית

יו ועמיתיו תכננו חיישן אלקטרוכימי מוטבע מולקולרית המבוסס על אלקטרודות ננו-חלקיקי ניקל לקביעת פנוברביטל. חיישן אלקטרוכימי מדווח פותח על ידי פילמור תרמי תוך שימוש בחומצה מתאקרילית (MAA) כמונומר פונקציונלי, 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) ואתילן גליקול maleic rosinate (EGMRA) אקרילט כסוכן crosslinking, פנוברביטלים (PBs) כמולקולת התבנית, ודימתיל סולפוקסיד (DMSO) כממס אורגני. בתהליך ייצור החיישנים, 0.0464 גרם PB ו-0.0688 גרם MAA עורבבו ב-3 מ"ל DMSO וסונקו במשך 10 דקות. לאחר 5 שעות, 1.0244 גרם EGMRA ו- 0.0074 גרם AIBN נוספו לתערובת וסונקו במשך 30 דקות כדי לקבל תמיסות פולימר מוטבעות PB. לאחר מכן, 10 μL של 2.0 מ"ג מ"ל^-1תמיסת ננו-חלקיקים Ni נפלה על משטח GCE ואז החיישן יובש בטמפרטורת החדר. כ-5 μL של תמיסת הפולימר המוטבעת PB שהוכנה צופתה לאחר מכן ב-GCE ננו-חלקיקי Ni והתייבשה בוואקום ב-75◦C למשך 6 שעות. לאחר פילמור תרמי, החיישן המוטבע נשטף עם (חומצה אצטית) HAc/מתנול (יחס נפח, 3:7) למשך 7 דקות כדי להסיר את מולקולות התבנית. (ראה: Uygun et al. 2015)

מיקרו-חילוץ קולי באמצעות MIPs

על מנת לשחזר ניתוחי ניקוטינאמיד מדגימות, מוחל מיקרו-מיצוי פאזה מוצק מפוזר בסיוע אולטרה-סאונד ואחריו ספקטרופוטומטר UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis). עבור מיצוי וריכוז מוקדם של ניקוטינאמיד (ויטמין B3), נעשה שימוש בפולימרים מוטבעים מולקולרית של מסגרת אורגנית HKUST-1 (MOF). (אספרם ואח' 2017)

אולטרה-סאונד בעל ביצועים גבוהים עבור יישומי פולימרים

ממעבדה לייצור עם מדרגיות ליניארית: פולימרים בעלי הטבעה מולקולרית מהונדסים במיוחד מפותחים ונבדקים תחילה בקנה מידה קטן במעבדה ובספסל עליון, כדי לחקור את ההיתכנות של סינתזת הפולימרים. אם הושגה היתכנות ומיטוב של MIPs, ייצור MIP מורחב לנפחים גדולים יותר. מסלולי הסינתזה העל-קוליים ניתנים להרחבה ליניארית מהספסל ועד לייצור מסחרי מלא. Hielscher Ultrasonics מציעה ציוד סונוכימי לסינתזה פולימרית במעבדה קטנה והגדרות ספסל עד מערכות קוליות מוטבעות תעשייתיות לחלוטין לייצור 24/7 תחת עומס מלא. ניתן לשנות את קנה המידה העל-קולי באופן ליניארי מגודל מבחנה לקיבולת ייצור גדולה של מטעני משאיות בשעה. Hielscher Ultrasonics תיק מוצרים נרחב ממעבדה למערכות סונוכימיות תעשייתיות יש את ultrasonicator המתאים ביותר עבור יכולת התהליך החזוי שלך. הצוות הוותיק והמנוסה שלנו יסייע לכם החל מבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים ועד להתקנת המערכת האולטרסונית שלכם ברמת הייצור הסופי.

Hielscher Ultrasonics – ציוד סונוכימי מתוחכם

תיק המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל מגוון המחלצים האולטרסוניים בעלי הביצועים הגבוהים בקנה מידה קטן עד גדול. אביזרים נוספים מאפשרים הרכבה קלה של תצורת המכשיר העל-קולי המתאימה ביותר לתהליך שלך. ההתקנה הקולית האופטימלית תלויה בקיבולת החזויה, נפח, חומר, אצווה או תהליך מוטבע וציר זמן. Hielscher עוזר לך להגדיר את התהליך הסונוכימי האידיאלי.

אצווה ומוטבע

Hielscher ultrasonicators ניתן להשתמש עבור אצווה ועיבוד זרימה מתמשכת. נפחים קטנים ובינוניים ניתנים לניקוי נוח בתהליך אצווה (למשל, בקבוקונים, מבחנות, צינורות, כוסיות, מיכלים או חביות). עבור עיבוד בנפח גדול, סוניקציה מוטבעת עשויה להיות יעילה יותר. בעוד שהאצווה דורשת זמן רב יותר ועבודה רבה, תהליך ערבוב מוטבע רציף הוא יעיל יותר, מהיר יותר ודורש פחות עבודה באופן משמעותי. Hielscher Ultrasonics יש את ההתקנה מיצוי המתאים ביותר עבור תגובת פילמור שלך נפח התהליך.

בדיקות קוליות לכל קיבולת מוצר

טווח המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את הספקטרום המלא של מעבדים קוליים, החל מאולטרסוניקטורים מעבדה קומפקטיים מעל מערכות ספסל ופיילוט ועד מעבדים קוליים תעשייתיים לחלוטין עם היכולת לעבד מטענים לשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לך את הציוד האולטרסוני המתאים ביותר עבור הפולימרים שלך, קיבולת התהליך ויעדי הייצור שלך.
מערכות ספסל אולטראסוניות אידיאליות לבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים. סקייל-אפ ליניארי המבוסס על פרמטרים של תהליך מבוסס מקל מאוד על הגדלת יכולות העיבוד ממגרשים קטנים יותר לייצור מסחרי מלא. שדרוג קנה המידה יכול להיעשות על ידי התקנת יחידת חילוץ קולי חזק יותר או קיבוץ מספר ultrasonicators במקביל. עם UIP16000, Hielscher מציעה את היחידה קולי החזק ביותר בעולם.

אמפליטודות ניתנות לשליטה מדויקת לקבלת תוצאות מיטביות

כל Ultrasonicators Hielscher הם נשלטים במדויק ובכך סוסי עבודה אמין בייצור. המשרעת היא אחד מפרמטרי התהליך המכריעים המשפיעים על היעילות והאפקטיביות של תגובות סונוכימיות, כולל תגובות פילמור ונתיבי סינתזה.
כל Hielscher Ultrasonics’ מעבדים מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. סונוטרודים וקרניים מאיצים הם אביזרים המאפשרים לשנות את המשרעת בטווח רחב עוד יותר. המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד ולספק את העוצמה הקולית הנדרשת עבור יישומים תובעניים. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7.
הגדרות משרעת מדויקות והניטור הקבוע של פרמטרי התהליך העל-קולי באמצעות תוכנה חכמה מעניקים לך את האפשרות לסנתז את הפולימרים המוטבעים מולקולרית שלך עם התנאים העל-קוליים היעילים ביותר. סוניקציה אופטימלית לתוצאות פילמור מיטביות!
החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות. זה הופך את הציוד הקולי של Hielscher לכלי עבודה אמין הממלא את דרישות התהליך הסונוכימי שלך.

בדיקה קלה ונטולת סיכונים

תהליכים קוליים יכולים להיות בקנה מידה ליניארי לחלוטין. משמעות הדבר היא שכל תוצאה שהשגתם באמצעות מעבדה או אולטרסאונד עליון, ניתן לשנות את קנה המידה לאותה תפוקה בדיוק באמצעות אותם פרמטרים של תהליך. זה הופך את האולטרסוניקציה לאידיאלית לבדיקת היתכנות ללא סיכון, אופטימיזציה של תהליכים ויישום לאחר מכן בייצור מסחרי. צור איתנו קשר כדי ללמוד כיצד סוניקציה יכולה להגדיל את תפוקת ואיכות ה- MIP שלך.

האיכות הגבוהה ביותר – עוצב ויוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ומשפחתית, Hielscher מתעדף את תקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים העל-קוליים שלה. כל האולטרה-סוניקטורים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטאו ליד ברלין, גרמניה. חוסן ואמינות של ציוד קולי של Hielscher להפוך אותו סוס עבודה הייצור שלך. פעולה 24/7 תחת עומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המיקסרים בעלי הביצועים הגבוהים של Hielscher.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

אתה יכול לקנות מעבד קולי Hielscher בכל גודל שונה ומוגדר בדיוק לדרישות התהליך שלך. החל מטיפול במגיבים בצינור מעבדה קטן וכלה בערבוב רציף של תרחיפים פולימריים ברמה תעשייתית, Hielscher Ultrasonics מציעה אולטרסאונד מתאים עבורך! אנא צרו איתנו קשר – אנו שמחים להמליץ לכם על ההתקנה האולטרסונית האידיאלית!