Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera (MIPs)

Molekularno utisnuti polimeri (MIP) su umjetno dizajnirani receptori s unaprijed određenom selektivnošću i specifičnošću za određenu biološku ili kemijsku strukturu molekula. Ultrasonication može poboljšati razne sinteze puteva molekularno utisnute polimere čineći polimerizaciju učinkovitijom i pouzdanijom.

Što su Molekularno utisnuti Polimeri?

Molekularno utisnuti polimer (MIP) su polimerni materijali s karakteristikama prepoznavanja nalik protutijelima koji su proizvedeni pomoću tehnike molekularnog utiska. Tehnika molekularnog utiska proizvodi molekularno utisnuti polimer u odnosu na određenu ciljnu molekulu. Molekularno utisnuti polimer ima šupljine u svojoj polimernoj matrici s afinitetom za specifičnu “Predložak” Molekula. Proces obično uključuje pokretanje polimerizacije monomera u prisutnosti molekule predloška koja se izdvaja nakon toga, ostavljajući iza sebe komplementarne šupljine. Ovi polimeri imaju afinitet prema izvornoj molekuli i korišteni su u primjenama kao što su kemijske separacije, katalizatori ili molekularni senzori. Molekularno utisnute molekule mogu se usporediti s molekularnom bravom, koja odgovara molekularnom ključu (tzv. Molekularno utisnute polimere (MIP) karakteriziraju posebno prilagođena mjesta vezanja koja odgovaraju molekulama predloška u obliku, veličini i funkcionalnim skupinama. "Zaključavanje" – ključ" značajka omogućuje korištenje molekularno utisnutih polimera za različite primjene, gdje je određena vrsta molekule prepoznata i pričvršćena na molekularnu bravu, odnosno molekularno utisnuti polimer.

Shematska ilustracija prikazuje molekularni put otiska ciklodekstrina za pripremu prilagođenih receptora.
Studija i slika: Hishiya et al. 2003

Molekularno utisnuti polimeri (MIP) imaju široko područje primjene i koriste se za odvajanje i pročišćavanje navedenih bioloških ili kemijskih molekula uključujući aminokiseline i proteine, derivate nukleotida, onečišćujuće tvari, kao i lijekove i hranu. Područja primjene kreću se od odvajanja i pročišćavanja do kemijskih senzora, katalitičkih reakcija, isporuke lijekova, bioloških protutijela i receptorskih sustava. (usp. Vasapollo et al. 2011)
Primjerice, MIP tehnologija se koristi kao tehnika mikro ekstrakcije u čvrstoj fazi za rad i pročišćavanje molekula dobivenih kanabisom kao što su CBD ili THC iz ekstrakta cijelog spektra kako bi se dobili kanabinoidni izolati i destilati.

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih molekula

Ovisno o vrsti cilja (predloška) i konačnoj primjeni MIP-a, MIP-ovi mogu sintetizirati u različitim formatima kao što su nano- i mikron veličine sferne čestice, nanožice, nano-šipke, nano-filamenti ili tanki filmovi. Kako bi se proizveo specifičan MIP oblik, mogu se primijeniti različite tehnike polimerizacije kao što su masovno utiskanje, oborine, polimerizacija emulzije, ovjes, disperzija, gelacija i polimerizacija oteklina u više koraka.
Primjena niske frekvencije, ultrazvučnika visokog intenziteta nudi visoko učinkovitu, svestranu i jednostavnu tehniku za sintezu polimernih nanostruktur.
Sonication donosi nekoliko prednosti u SINTEZI MIP-a u usporedbi s tradicionalnim procesima polimerizacije, jer potiče veće stope reakcija, homogeniji rast polimernog lanca, veći prinosi, i blaži uvjeti (npr. niska temperatura reakcije). Nadalje, može izmijeniti distribuciju populacije vezanog mjesta, a time i morfologiju konačnog polimera. (Svenson 2011)
Primjenom sonokemijske energije na polimerizaciju MIP-ova iniciraju se i pozitivno utječu reakcije polimerizacije. Istovremeno, sonication promiče učinkovito odmaštanje polimerne smjese bez žrtvovanja kapaciteta vezivanja ili krutosti.
Ultrazvučna homogenizacija, raspršivanje i emulgacija nudi vrhunsko miješanje i agitaciju kako bi se formirale homogene suspenzije i kako bi se pružila energija inicijacije za procese polimerizacije. Viveiros et al. (2019) istraživao potencijal ultrazvučne MIP sinteze i navodi da "MIP-ovi pripremili ultrazvučno predstavljena svojstva vezivanja slična ili superiorna konvencionalnim metodama".
MIP-ovi u nano-formatu otvorene obećavajuće mogućnosti za poboljšanje homogenosti obvezujućih mjesta. Ultrasonication je dobro poznat po svojim iznimnim rezultatima u pripremi nanodisperzije i nanoemulzije.

Ultrazvučni Nano-Emulzija Polimerizacija

MIP-ovi se mogu sintetizirati polimerizacijom emulzije. Polimerizacija emulzije se obično postiže formiranjem emulzije ulja u vodi pod dodatkom surfaktanta. Za formiranje stabilne, nano veličine, potrebna je tehnika emulgifikacije visokih performansi. Ultrazvučna emulgacija je dobro uspostavljena tehnika za pripremu nano- i mini-emulzije.
Pročitajte više o ultrazvučnoj nano-emulgiji!

Ultrazvučni može poboljšati sljedeće sinteze rute za proizvodnju nanoMIP: oborina polimerizacija, emulzija polimerizacija, i core-shell polimerizacija.
Studija i slika po: Refaat et al. 2019

Ultrazvučni ekstrakcija predloška

Nakon sinteze molekularno utisnutih polimera, predložak se mora ukloniti s mjesta vezanja kako bi se dobio aktivni molekularno utisnuti polimer. Intenzivne snage miješanja sonikacije promiču topljivost, difuzivnost, prodiranje i transport molekula otapala i predložaka. Time se predlošci brzo uklanjaju s mjesta vezanja.
Ultrazvučna ekstrakcija se također može kombinirati s Soxhlet ekstrakcijom kako bi se uklonio predložak iz utisnutog polimera.

Studije slučaja: Ultrazvučne aplikacije za molekularno utisnute polimere

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera

Kapsulacija magnetskih nanočestica 17β-estradiol-utisnutih polimera pomoću ultrazvučne sinteze put postiže brzo uklanjanje 17β-estradiol iz vodenih okruženja. Za ultrazvučnu sintezu nanoMIPs, methakrilna kiselina (MAA) je korištena kao monomer, etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) kao crosslinker, a azobisisobutyronitrile (AIBN) kao inicijator. Postupak ultrazvučne sinteze proveden je za 2h pri 65ºC. Prosječni promjer veličine čestica magnetskih NIP-ova i magnetskih MIP-ova iznosio je 200 odnosno 300 nm. Korištenje ultrazvuka ne samo da je poboljšalo stopu polimerizacije i morfologiju nanočestica, već je dovelo i do povećanja broja slobodnih radikala, a time i olakšalo rast MIP-a oko magnetskih nanočestica. Kapacitet adsorpcije prema 17β-estradiolu bio je usporediv s tradicionalnim pristupima. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrazvučnika za molekularno utisnute senzore

Yu et al. je dizajnirao molekularno utisnute elektrokemijske senzore na temelju elektroda modificiranih nikla nanočesnika za fenobarbitalno određivanje. Prijavljeni elektrokemijski senzor razvijen je toplinskom polimerizacijom uz primjenu metakrilne kiseline (MAA) kao funkcionalnog monomera, 2,2-azobisisobutironitrila (AIBN) i etilen glikol maleic rosinata (EGMRA) akrilat kao sredstvo za ukrštanje, fenobarbitals (PBs) kao molekula predloška, i dimetil sulfoksid (DMSO) kao organski otapal. U procesu izrade senzora, 0.0464g PB i 0.0688g MAA su pomiješani u 3 mL DMSO i soniciran 10 min. Nakon 5 h, 1.0244g EGMRA i 0.0074g AIBN su dodani u smjesu i sonicated za 30 min za dobivanje PB-utisnute otopine polimera. Nakon toga, 10 μL od 2,0 mg mL^-1Ni otopina nanočesnika pala je na GCE površinu i onda se senzor osušio na sobnoj temperaturi. Približno 5 μL pripremljene otopine polimera s otisnutim PB-om tada je obloženo na ni nanočestično modificiranom GCE-u i vakuumu sušenom na 75µ C za 6 h. Nakon toplinske polimerizacije, utisnuti senzor opran je (ocetnom kiselinom) HAc/metanolom (omjer volumena, 3:7) 7 min kako bi se uklonile molekule predloška. (usp. Uygun et al. 2015)

Ultrazvučni Micro-Ekstrakcija pomoću MIP-ova

Kako bi se oporavio nikotinamid analize iz uzoraka, ultrazvučno potpomognut disperzivna kruta faza mikroekstrakcije nakon čega slijedi UV-vis spektrofotometar (UA-DSPME-UV-vis). Za ekstrakciju i pretkoncentraciju nikotinamida (vitamina B3) korišteni su metalni organski okvir HKUST-1 (MOF) na bazi molekularno utisnutih polimera. (Asfaram i dr. 2017.)

High-Performance Ultrasonicators za polimerne aplikacije

Od Laboratorija do proizvodnje s linearnom skalabilnošću: Posebno izrađeni molekularno utisnuti polimeri prvo se razvijaju i testiraju na malom laboratoriju i klupi-top ljestvici, kako bi se istražila izvedivost sinteze polimera. Ako su izvedivost i optimizacija MIP-ova ostvareni, proizvodnja MIP-a razmjer je na veće obujme. Ultrazvučne sinteze rute mogu biti sve linearly scaled od klupe-top do potpuno komercijalne proizvodnje. Hielscher Ultrasonics nudi sonokemijsku opremu za sintezu polimera u malom laboratoriju i klupa-top postavke do potpuno industrijskih inline ultrazvučnih sustava za proizvodnju 24 / 7 pod punim opterećenjem. Ultrazvučni može biti linearly skala od veličine epruvete do velikih proizvodnih kapaciteta tereta kamiona na sat. Hielscher Ultrasonics ekstenzivni portfelj proizvoda od laboratorija do industrijskih sonokemijskih sustava ima najprikladniji ultrasonicator za vaš predviđeni kapacitet procesa. Naše dugotrajno iskusno osoblje pomoći će vam od testova izvedivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sustava na završnoj razini proizvodnje.

Hielscher Ultrasonics – Sofisticirana sonokemijska oprema

Hielscher Ultrasonics portfelj proizvoda pokriva cijeli raspon ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi od malih do velikih razmjera. Dodatni dodaci omogućuju jednostavno sklapanje najprikladnije konfiguracije ultrazvučnog uređaja za vaš proces. Optimalna ultrazvučna postava ovisi o predviđenom kapacitetu, volumenu, materijalu, serije ili inline procesu i vremenskoj crti. Hielscher vam pomaže da postave idealan sonokemijski proces.

Serije i inline

Hielscher ultrasonicators može se koristiti za serije i neprekidan protok-kroz obradu. Mali i srednji volumeni mogu se povoljno sonikirati u postupku serije (npr. bočice, probne, cijevi, hrastovi, spremnici ili bačve). Za obradu velikog volumena, inline sonication može biti učinkovitiji. Dok je batching više vremena- i radne intenzivne, kontinuirani inline proces miješanja je učinkovitiji, brži i zahtijeva znatno manje radne snage. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniji postava ekstrakcije za vašu reakciju polimerizacije i volumen procesa.

Ultrazvučne sonde za svaki proizvod kapacitet

Hielscher Ultrasonics asortiman proizvoda pokriva puni spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih lab ultrazvučnikatora preko klupa-top i pilot sustava do potpuno-industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom za obradu tereta kamiona na sat. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladnije ultrazvučne opreme za vaše polimere, procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.
Ultrazvučni sustavi klupe idealni su za testove izvedivosti i optimizaciju procesa. Linearna skala-up na temelju utvrđenih parametara procesa čini vrlo lako povećati kapacitete obrade od manjih lotova do potpuno komercijalne proizvodnje. Up-skaliranje može biti učinjeno ili instaliranjem snažnije ultrazvučne ekstraktorske jedinice ili nakupljanja nekoliko ultrazvučnikatora paralelno. Uz UIP16000, Hielscher nudi najmoćniju ultrazvučnu jedinicu širom svijeta.

Precizno Controllable Amplitudes za Optimum Rezultate

Svi Hielscher ultrasonicators su precizno kontrolirani i time pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplituda je jedan od presudnih parametara procesa koji utječu na učinkovitost i učinkovitost sonokemijskih reakcija uključujući reakcije polimerizacije i rute sinteze.
Svi Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućuju precizno postavljanje amplitude. Sonotrodes i booster rogovi su pribor koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher je industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne aplikacije. Amplitude do 200μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji.
Precizne postavke amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost sinteze vaših molekularno utisnutih polimera s najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonication za najbolje rezultate polimerizacije!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad na teškim dužnostima i u zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscher ultrazvučnu opremu pouzdanim radnih alat koji ispunjava vaše sonokemijske zahtjeve procesa.

Jednostavno, Testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu biti potpuno linearno skalirati. To znači svaki rezultat koji ste postigli pomoću laboratorija ili klupa-top ultrasonicator, može se skalirati na točno isti izlaz pomoću potpuno istih parametara procesa. To čini ultrasonication idealnim za ispitivanje izvedivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas kako biste saznali kako sonication može povećati vaš MIP prinos i kvalitetu.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao obiteljski i obiteljski posao, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonicators su dizajnirani, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u Teltow u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine ga radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih miješalica visokih performansi.

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Možete kupiti Hielscher ultrazvučni procesor u bilo kojoj različitoj veličini i točno konfiguriran na svoje zahtjeve procesa. Od liječenja reaktanata u maloj laboratorijskoj cijevi do kontinuiranog protoka miješanja polimernih gnojiva na industrijskoj razini, Hielscher Ultrasonics nudi prikladan ultrasonicator za vas! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je preporučiti vam idealno ultrazvučno postavljanje!