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 molekule. Ultrasonication može poboljšati različite puteve sinteze molekularno utisnutih polimera čineći polimerizaciju učinkovitijom i pouzdanijom.

Što su molekularno utisnuti polimeri?

Molekularno utisnuti polimer (MIP) je polimerni materijal s karakteristikama prepoznavanja sličnim protutijelima koji je proizveden pomoću tehnike molekularnog utiska. Tehnika molekularnog utiskivanja proizvodi molekularno utisnuti polimer u odnosu na specifičnu ciljnu molekulu. Molekularno utisnuti polimer ima šupljine u svojoj polimernoj matrici s afinitetom za specifične “predložak” molekula. Proces obično uključuje pokretanje polimerizacije monomera u prisutnosti predloške molekule koja se nakon toga ekstrahira, ostavljajući za sobom komplementarne šupljine. Ovi polimeri imaju afinitet prema izvornoj molekuli i korišteni su u aplikacijama kao što su kemijska separacija, kataliza ili molekularni senzori. Molekularno utisnute molekule mogu se usporediti s molekularnom bravom koja odgovara molekularnom ključu (tzv. šablonska molekula). Molekularno utisnuti polimeri (MIP) karakterizirani su specifično prilagođenim veznim mjestima koja odgovaraju obliku, veličini i funkcionalnim skupinama predlošcima molekula. “Brava – ključ” omogućuje korištenje molekularno utisnutih polimera za različite primjene, gdje se specifična vrsta molekule prepoznaje i pričvršćuje na molekularnu bravu, tj. molekularno utisnuti polimer.

Shematska ilustracija prikazuje put molekularnog utiskivanja ciklodekstrina za pripremu prilagođenih receptora.
Studija i slika: Hishiya et al. 2003. godine

Molekularno utisnuti polimeri (MIP) imaju široko polje primjene i koriste se za odvajanje i pročišćavanje specifičnih bioloških ili kemijskih molekula uključujući aminokiseline i proteine, derivate nukleotida, zagađivače, kao i lijekove i hranu. Područja primjene kreću se od odvajanja i pročišćavanja do kemijskih senzora, katalitičkih reakcija, isporuke lijekova, bioloških antitijela i receptorskih sustava. (usp. Vasapollo et al. 2011.)
Na primjer, MIP tehnologija koristi se kao tehnika mikroekstrakcije u čvrstoj fazi za rad i pročišćavanje molekula dobivenih iz kanabisa kao što su CBD ili THC iz ekstrakta punog 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 se mogu sintetizirati u različitim formatima kao što su sferične čestice nano i mikronske veličine, nanožice, nanoštapići, nanofilamenti ili tanki filmovi. Kako bi se proizveo specifičan MIP oblik, mogu se primijeniti različite tehnike polimerizacije kao što su skupno utiskivanje, taloženje, emulzijska polimerizacija, suspenzija, disperzija, geliranje i polimerizacija bubrenja u više koraka.
Primjena niskofrekventnog ultrazvuka visokog intenziteta nudi vrlo učinkovitu, svestranu i jednostavnu tehniku za sintezu polimernih nanostruktura.
Sonikacija donosi nekoliko prednosti u sintezi MIP-a u usporedbi s tradicionalnim procesima polimerizacije, jer potiče veće brzine reakcije, homogeniji rast lanca polimera, veće prinose i blaže uvjete (npr. niska temperatura reakcije). Nadalje, može promijeniti distribuciju populacije mjesta vezivanja, a time i morfologiju konačnog polimera. (Svenson 2011.)
Primjenom sonokemijske energije na polimerizaciju MIP-a, pokreću se reakcije polimerizacije i na njih se pozitivno utječe. Istovremeno, sonikacija potiče učinkovito otplinjavanje polimerne smjese bez žrtvovanja kapaciteta vezivanja ili krutosti.
Ultrazvučna homogenizacija, dispergiranje i emulgiranje nudi vrhunsko miješanje i miješanje kako bi se formirale homogene suspenzije i osigurala energija inicijacije za procese polimerizacije. Viveiros i sur. (2019) istraživali su potencijal ultrazvučne sinteze MIP-a i navode da su "MIP-ovi pripremljeni ultrazvučno prezentirana svojstva vezivanja slična ili bolja od konvencionalnih metoda".
MIP-ovi u nano-formatu otvaraju obećavajuće mogućnosti za poboljšanje homogenosti veznih mjesta. Ultrazvuk je dobro poznat po svojim iznimnim rezultatima u pripremi nanodisperzija i nanoemulzija.

Ultrazvučna nano-emulzijska polimerizacija

MIP se mogu sintetizirati polimerizacijom emulzije. Polimerizacija emulzije obično se postiže stvaranjem emulzije ulje u vodi uz dodatak površinski aktivne tvari. Za formiranje stabilne, nano veličine, potrebna je tehnika emulgiranja visokih performansi. Ultrazvučna emulgacija je dobro uspostavljena tehnika za pripremu nano- i mini-emulzija.
Pročitajte više o ultrazvučnoj nanoemulzifikaciji!

Ultrasonic može poboljšati sljedeće sintezne rute za proizvodnju nanoMIP-a: taložna polimerizacija, emulzijska polimerizacija i polimerizacija jezgre i ljuske.
Studija i slika: Refaat et al. 2019

Ultrazvučna ekstrakcija predloška

Nakon sinteze molekularno utisnutih polimera, predložak se mora ukloniti s veznog mjesta kako bi se dobio aktivni molekularno utisnuti polimer. Intenzivne sile miješanja sonikacije potiču topljivost, difuznost, prodiranje i transport molekula otapala i šablona. Time se predlošci brzo uklanjaju s veznih mjesta.
Ultrazvučna ekstrakcija također se može kombinirati sa Soxhlet ekstrakcijom za uklanjanje predloška s utisnutog polimera.

Studije slučaja: Ultrazvučne primjene za molekularno utisnute polimere

Ultrazvučna sinteza molekularno utisnutih polimera

Inkapsulacija magnetskih nanočestica polimerima s otisnutim 17β-estradiolom korištenjem ultrazvučnog puta sinteze postiže brzo uklanjanje 17β-estradiola iz vodenih sredina. Za ultrazvučnu sintezu nanoMIP-ova, metakrilna kiselina (MAA) korištena je kao monomer, etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) kao poprečni povezivač i azobisisobutironitril (AIBN) kao inicijator. Postupak ultrazvučne sinteze proveden je 2 sata na 65ºC. Prosječni promjeri veličine čestica magnetskih NIP-ova i magnetskih MIP-ova bili su 200 odnosno 300 nm. Korištenje ultrazvuka ne samo da je povećalo brzinu polimerizacije i morfologiju nanočestica, već je dovelo i do povećanja broja slobodnih radikala, i time 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]

Ultrazvuk za molekularno utisnute senzore

Yu i sur. dizajnirao molekularno otisnuti elektrokemijski senzor koji se temelji na elektrodama modificiranim nanočesticama nikla za određivanje fenobarbitala. Prijavljeni elektrokemijski senzor razvijen je toplinskom polimerizacijom uz upotrebu metakrilne kiseline (MAA) kao funkcionalnog monomera, 2,2-azobizizobutironitrila (AIBN) i etilen glikol maleinskog rozinata (EGMRA) akrilata kao sredstva za umrežavanje, fenobarbitala (PB) kao sredstva za umrežavanje. templatna molekula i dimetil sulfoksid (DMSO) kao organsko otapalo. U procesu izrade senzora, 0,0464 g PB i 0,0688 g MAA pomiješano je u 3 mL DMSO i sonicirano 10 minuta. Nakon 5 h, 1,0244 g EGMRA i 0,0074 g AIBN je dodano u smjesu i sonicirano 30 minuta da se dobiju otopine polimera s utisnutim PB-om. Nakon toga, 10 μL od 2,0 mg mL^-1Otopina nanočestica Ni kapnula je na GCE površinu, a zatim je senzor osušen na sobnoj temperaturi. Približno 5 μL pripremljene otopine polimera s utisnutim PB-om zatim je obloženo na GCE modificiranom nanočesticama Ni i osušeno u vakuumu na 75 °C 6 h. Nakon toplinske polimerizacije, utisnuti senzor je ispran s (octenom kiselinom) HAc/metanolom (omjer volumena, 3:7) tijekom 7 minuta kako bi se uklonile molekule predloška. (usp. Uygun et al. 2015.)

Ultrazvučna mikroekstrakcija pomoću MIP-ova

Kako bi se oporavile analize nikotinamida iz uzoraka, primjenjuje se ultrazvučno potpomognuta mikroekstrakcija disperzivne čvrste faze praćena UV-vis spektrofotometrom (UA-DSPME-UV-vis). Za ekstrakciju i predkoncentraciju nikotinamida (vitamina B3) korišteni su molekularno utisnuti polimeri na bazi HKUST-1 metalnog organskog okvira (MOF). (Asfaram i dr. 2017.)

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za polimerne primjene

Od laboratorija do proizvodnje s linearnom skalabilnošću: Specifično projektirani polimeri s molekularnim otiskom najprije se razvijaju i testiraju u malom laboratoriju i na stolnom mjerilu, kako bi se istražila izvedivost sinteze polimera. Ako su izvedivost i optimizacija MIP-a postignuti, proizvodnja MIP-a se skalira na veće količine. Rute ultrazvučne sinteze mogu se linearno skalirati od stolne do potpuno komercijalne proizvodnje. Hielscher Ultrasonics nudi sonokemijsku opremu za sintezu polimera u malim laboratorijima i stolnim postavkama do potpuno industrijskih inline ultrazvučnih sustava za proizvodnju 24/7 pod punim opterećenjem. Ultrasonic se može linearno skalirati od veličine epruvete do velikih proizvodnih kapaciteta punjenja kamiona po satu. Hielscher Ultrasonics opsežan portfelj proizvoda od laboratorija do industrijskih sonokemijskih sustava ima najprikladniji ultrasonicator za vaš predviđeni procesni kapacitet. Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testova izvedivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sustava na razini konačne proizvodnje.

Hielscher Ultrasonics – Sofisticirana sonokemijska oprema

Portfelj proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli raspon ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi od malih do velikih. Dodatni pribor omogućuje jednostavnu montažu najprikladnije konfiguracije ultrazvučnog uređaja za vaš proces. Optimalna ultrazvučna postavka ovisi o predviđenom kapacitetu, volumenu, materijalu, šaržnom ili inline procesu i vremenskoj liniji. Hielscher vam pomaže da postavite idealan sonokemijski proces.

batch i inline

Hielscher ultrasonicators može se koristiti za šaržnu i kontinuiranu protočnu obradu. Male i srednje količine mogu se prikladno sonicirati u šaržnom procesu (npr. bočice, testovi, epruvete, čaše, spremnici ili bačve). Za obradu velikih količina, inline ultrazvuk bi mogao biti učinkovitiji. Dok je doziranje više vremena i rada, kontinuirani inline proces miješanja je učinkovitiji, brži i zahtijeva znatno manje rada. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniju postavku ekstrakcije za vašu reakciju polimerizacije i volumen procesa.

Ultrazvučne sonde za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilotskih sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade tereta kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vaše polimere, procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.
Ultrazvučni stolni sustavi idealni su za testove izvedivosti i optimizaciju procesa. Linearno povećanje temeljeno na utvrđenim procesnim parametrima omogućuje vrlo jednostavno povećanje kapaciteta obrade od manjih serija do potpuno komercijalne proizvodnje. Povećanje veličine može se izvršiti ugradnjom snažnije ultrazvučne jedinice za ekstrakciju ili grupiranjem nekoliko ultrazvučnih uređaja paralelno. S UIP16000, Hielscher nudi najmoćniju ultrazvučnu jedinicu na svijetu.

Precizno kontrolirane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrasonicators su precizno kontrolirani i stoga pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost sonokemijskih reakcija uključujući reakcije polimerizacije i puteve sinteze.
Sav Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i booster rogovi su dodaci koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potrebni ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost sintetiziranja vaših molekularno utisnutih polimera s najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najbolje rezultate polimerizacije!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve sonokemijskog procesa.

Jednostavno testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu biti potpuno linearno skalirani. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli korištenjem laboratorijskog ili stolnog ultrazvučnog aparata može skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. To čini ultrazvuk idealnim za testiranje izvedivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas da saznate kako ultrazvuk može povećati vaš MIP prinos i kvalitetu.

Najviša kvaliteta – Dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao tvrtka u obiteljskom vlasništvu, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji dizajnirani su, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u Teltowu u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih miješalica visokih performansi.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Možete kupiti Hielscher ultrazvučni procesor u bilo kojoj veličini i točno konfiguriran prema vašim zahtjevima procesa. Od obrade reaktanata u maloj laboratorijskoj cijevi do kontinuiranog protočnog miješanja polimernih kaša na industrijskoj razini, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući ultrazvučni uređaj za vas! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je što vam možemo preporučiti idealan ultrazvučni setup!