Povoljna proizvodnja hidrogela putem ultrazvučne obrade
Sonikacija je vrlo učinkovita, pouzdana i jednostavna tehnika za pripremu hidrogelova visokih performansi. Ovi hidrogelovi nude izvrsna svojstva materijala kao što su apsorpcijski kapaciteti, viskoelastičnost, mehanička čvrstoća, kompresijski modul i funkcije samozacjeljivanja.
Ultrazvučna polimerizacija i disperzija za proizvodnju hidrogela
Hidrogeli su hidrofilne, trodimenzionalne polimerne mreže koje mogu apsorbirati velike količine vode ili tekućina. Hidrogeli pokazuju izvanrednu sposobnost bubrenja. Uobičajeni građevni blokovi hidrogelova uključuju polivinil alkohol, polietilen glikol, natrijev poliakrilat, akrilatne polimere, karbomere, polisaharide ili polipeptide s velikim brojem hidrofilnih skupina i prirodne proteine kao što su kolagen, želatina i fibrin.
Takozvani hibridni hidrogelovi sastoje se od različitih kemijski, funkcionalno i morfološki različitih materijala, kao što su proteini, peptidi ili nano-/mikrostrukture.
Ultrazvučna disperzija naširoko se koristi kao vrlo učinkovita i pouzdana tehnika za homogeniziranje nanomaterijala kao što su ugljikove nanocijevi (CNT, MWCNT, SWCNT), celulozni nanokristali, hitinska nanovlakna, titanijev dioksid, nanočestice srebra, proteini i druge mikronske ili nanostrukture u polimernu matricu hidrogelova. To čini sonikaciju glavnim alatom za proizvodnju hidrogelova visokih performansi izvanrednih kvaliteta.
Ultrazvučni uređaj UIP1000hdT sa staklenim reaktorom za sintezu hidrogela
Što istraživanja pokazuju – Ultrazvučna priprema hidrogela
Prvo, ultrazvučna obrada potiče polimerizaciju i reakcije unakrsnog povezivanja tijekom formiranja hidrogela.
Drugo, ultrazvuk se pokazao kao pouzdana i učinkovita tehnika disperzije za proizvodnju hidrogelova i nanokompozitnih hidrogelova.
Ultrazvučno umrežavanje i polimerizacija hidrogelova
Ultrasonication pomaže u stvaranju polimernih mreža tijekom sinteze hidrogela putem stvaranja slobodnih radikala. Intenzivni ultrazvučni valovi stvaraju akustičnu kavitaciju koja uzrokuje velike smične sile, molekularno smicanje i stvaranje slobodnih radikala.
Cass i sur. (2010.) pripremili su nekoliko „akrilnih hidrogelova pripremljenih ultrazvučnom polimerizacijom monomera i makromonomera topivih u vodi. Ultrazvuk je korišten za stvaranje inicirajućih radikala u viskoznim vodenim otopinama monomera uz pomoć aditiva glicerola, sorbitola ili glukoze u otvorenom sustavu na 37°C. Aditivi topljivi u vodi bili su bitni za proizvodnju hidrogela, a glicerol je najučinkovitiji. Hidrogeli su pripremljeni od monomera 2-hidroksietil metakrilata, poli(etilen glikol) dimetakrilata, dekstran metakrilata, akrilne kiseline/etilen glikol dimetakrilata i akrilamida/bis-akrilamida.” [Cass et al. 2010] Utvrđeno je da je primjena ultrazvuka pomoću sonde ultrasonicator učinkovita metoda za polimerizaciju vodotopivih vinilnih monomera i kasniju pripremu hidrogelova. Ultrazvučno inicirana polimerizacija događa se brzo u nedostatku kemijskog inicijatora.
Cijeli protokol studije pronađite ovdje!
- nanočestice, npr. TiO2
- ugljikove nanocijevi (CNT)
- nanokristali celuloze (CNC)
- celulozne nanofibrile
- gume, npr. ksantan, guma sjemenki kadulje
- bjelančevine
Pročitajte više o ultrazvučnoj sintezi nanokompozitnih hidrogelova i nanogela!
Formiranje hidrogela putem ultrazvučno potpomognute gelacije pomoću ultrazvuk UP100H (Studija i film: Rutgeerts et al., 2019.)
SEM hidrogela poli(akrilamid-ko-itakonske kiseline) koji sadrži MWCNT. MWCNT su ultrazvučno raspršeni pomoću ultrazvučnog uređaja UP200S.
studija i slika: Mohammadinezhada et al., 2018
Proizvodnja poli(akrilamid-ko-itakonske kiseline) – MWCNT hidrogel korištenjem sonikacije
Mohammadinezhada i dr. (2018.) uspješno su proizveli superupijajući hidrogel kompozit koji sadrži poli(akrilamid-ko-itakonsku kiselinu) i ugljikove nanocijevi s više stijenki (MWCNT). Ultrazvuk je obavljen ultrazvučnim uređajem Hielscher UP200SStabilnost hidrogela povećavala se s povećanjem omjera MWCNT, što se može pripisati hidrofobnoj prirodi MWCNT kao i povećanju gustoće umreživača. Kapacitet zadržavanja vode (WRC) P(AAm-co-IA) hidrogela također je povećan u prisutnosti MWCNT (10 wt%). U ovoj studiji, učinci ultrazvučne obrade ocijenjeni su superiornima u odnosu na jednoliku distribuciju ugljikovih nanocijevi na površini polimera. MWCNT su bili netaknuti bez ikakvih prekida u polimernoj strukturi. Dodatno, povećana je čvrstoća dobivenog nanokompozita i njegova sposobnost zadržavanja vode te apsorpcija drugih topivih materijala poput Pb (II). Sonikacija je razbila inicijator i raspršila MWCNT kao izvrsno punilo u polimernim lancima pod rastućom temperaturom.
Istraživači zaključuju da se ovi “uvjeti reakcije ne mogu postići konvencionalnim metodama, te se ne može postići homogenost i dobra disperzija čestica u domaćinu. Osim toga, proces ultrazvuka razdvaja nanočestice u jednu česticu, dok miješanje to ne može učiniti. Drugi mehanizam za smanjenje veličine je učinak snažnih akustičnih valova na sekundarne veze kao što je vodikova veza pri čemu ovo zračenje prekida H-vezu čestica, a zatim disocira agregirane čestice i povećava broj slobodnih adsorpcijskih skupina kao što su -OH i pristupačnost. Dakle, ovaj važan događaj čini proces sonikacije superiornijom metodom u odnosu na druge poput magnetskog miješanja koje se primjenjuje u literaturi.” [Mohammadinezhada et al., 2018.]
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za sintezu hidrogela
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučnu opremu visokih performansi za sintezu hidrogelova. Od malih i srednjih R&D i pilot ultrasonicators do industrijskih sustava za komercijalnu proizvodnju hidrogela u kontinuiranom načinu rada, Hielscher Ultrasonics pokriva vaše procesne zahtjeve.
Industrijski ultrazvučni uređaji mogu isporučiti vrlo visoke amplitude, koje omogućuju pouzdano unakrsno povezivanje i reakcije polimerizacije te jednoliku disperziju nano čestica. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7/365. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
- visoka efikasnost
- Najnovija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- serija & u redu
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne značajke (npr. protokoliranje podataka)
- CIP (čišćenje na mjestu)
Pitajte nas danas za dodatne tehničke informacije, cijene i neobvezujuću ponudu. Naše dugogodišnje iskusno osoblje rado će vas konzultirati!
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Kompaktni SonoStation kombinira spremnik s miješalicom od 38 litara s podesivom progresivnom pumpom koja može unijeti 3 litre u minuti u jedan ili dva reaktora ultrazvučnih protočnih ćelija.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Činjenice koje vrijedi znati
Za što se koriste hidrogeli?
Hidrogeli se koriste u mnogim industrijama kao što je farmacija za isporuku lijekova (npr. s vremenskim otpuštanjem, oralno, intravenozno, lokalno ili rektalno davanje lijekova), medicini (npr. kao skele u tkivnom inženjeringu, implantati za grudi, biomehanički materijal, zavoji za rane), kozmetici proizvodi, proizvodi za njegu (npr. kontaktne leće, pelene, higijenski ulošci), poljoprivreda (npr. za formulacije pesticida, granule za zadržavanje vlage u tlu u sušnim područjima), istraživanje materijala kao funkcionalni polimeri (npr. vodeni gel eksplozivi, inkapsulacija kvantnih točaka, termodinamički elektricitet generacija), odvodnjavanje ugljena, umjetni snijeg, prehrambeni aditivi i drugi proizvodi (npr. ljepilo).
Klasifikacija hidrogelova
Kada se vrši klasifikacija hidrogelova, ovisno o njihovoj fizičkoj strukturi, može se klasificirati na sljedeći način:
- amorfni (nekristalni)
- polukristalni: Složena mješavina amorfne i kristalne faze
- kristalan
Kad je riječ o polimernom sastavu, hidrogelovi se također mogu klasificirati u sljedeće tri kategorije:
- homopolimerni hidrogelovi
- kopolimerni hidrogelovi
- multipolimerni hidrogelovi / IPN hidrogelovi
Ovisno o vrsti umrežavanja, hidrogelovi se dijele na:
- kemijski umrežene mreže: trajni spojevi
- fizički umrežene mreže: prolazni spojevi
Fizički izgled dovodi do klasifikacije na:
- matrica
- film
- mikrosfera
Klasifikacija na temelju mrežnog električnog naboja:
- neionski (neutralni)
- ionski (uključujući anionski ili kationski)
- amfoterni elektrolit (amfolitski)
- zwitterionski (polibetaini)
Literatura / Reference
- 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.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman proizvoda pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog uređaja preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.