Szonikációval összeállított szupramolekuláris szerkezetek
A szonikáció a szupramolekuláris kémia hatékony és sokoldalú eszköze, amely lehetővé teszi a kinetikai és termodinamikai paraméterekre gyakran érzékeny nemkovalens szerelési folyamatok pontos ellenőrzését. Az erős ultrahang folyékony közegre történő alkalmazása befolyásolja a molekuláris kölcsönhatásokat, felgyorsítja az önszerveződést, fokozza a keveredést, és elősegíti a szerkezeti átrendeződést a nanoszintű tartományban.
Hogyan befolyásolja a szonikáció a szupramolekuláris összeszerelést?
A szupramolekuláris rendszerekben, ahol a gyenge kölcsönhatások, mint például a hidrogénkötés, a π-π egymásra épülés, a fémkoordináció és a van der Waals-erők irányítják a szerkezet kialakulását, az ultrahang szelektíven befolyásolhatja az összeszerelési utakat. Lehetővé teszi a homogén nukleációt, segíti az építőelemek diszperzióját, és megkönnyíti a metastabil vagy kinetikusan csapdába esett architektúrák kialakulását, amelyek hagyományos körülmények között gyakran elérhetetlenek. Ezen túlmenően a szonikáció képes módosítani az összeszerelt és szétszerelt állapotok közötti egyensúlyt, dinamikus eszközt kínálva a reverzibilis szupramolekuláris rendszerek szabályozására.
A fizikai hatásokon túl a szonokémia környezetkímélő és energiahatékony megközelítést kínál. – gyakran oldószermentes vagy enyhe körülmények között végzik – ami vonzóvá teszi szupramolekuláris gélek, nanoszálak, gazdatest-vendég komplexek és hibrid nanoszerkezetek szintéziséhez. Ennek eredményeképpen a szonikáció nem csak egy mintaelőkészítési technika, hanem a szupramolekuláris anyagok racionális tervezésének és feldolgozásának központi mechanokémiai mozgatórugója.
Sonicator UP400ST a szupramolekuláris szerkezetek hatékony szintéziséhez
Szupramolekulák ultrahanggal támogatott szintézise
A szonikáció akusztikus kavitáció, átmeneti nyírási gradiensek és mikrosugaras becsapódások révén a szupramolekuláris rendszerek széles skálájának kialakulását, stabilizálását vagy átalakulását képes elősegíteni. A következő kategóriák az ultrahanggal segített önszerveződéssel kapott vagy befolyásolt tipikus szerkezeteket szemléltetik:
- Szupramolekuláris gazdatest-vendég komplexek
Ciklodextrin befogadó komplexek
Cucurbituril alapú gazda-vendég rendszerek
Kalixarén és oszlop[5]arén összeállítások
Mechanikusan összekapcsolt molekulák (rotaxánok, katenánok) - Szupramolekuláris grafén-oxid és 2D hibridek
- π-π halmozott grafén-oxid-kromofór komplexek
- Grafén-oxid-polimer szupramolekuláris hibridek
- Nem kovalens funkcionalizálás porfirinekkel, fullerénekkel vagy peptidekkel
- Szupramolekuláris nanoszálak és nanocsövek
- Peptid amfifil nanoszálak
- π-konjugált nanoszálak (pl. perilén-biszimid, porfirin vagy cianinszármazékok)
- Hidrogénkötésű vagy π-π egymásra rétegzett nanocsövek
- Szupramolekuláris gélek (szonogélek)
- Ultrahanggal kiváltott vagy stabilizált organogélek és hidrogélek
- Lokalizált fűtéssel és nyírással előidézett szol-gél átmenetek
- Reversibilis szupramolekuláris hálózatok (H-kötésű, fém-ligandum vagy ionos)
- Szupramolekuláris aggregátumok és konglomerátumok
- Amfifil molekulákból képződött micellák és vezikulák
- Koacervátumok és kolloid összeállítmányok
- Királis konglomerátumok és polimorf összeállások az ultrahang energiabevitelének hatására
- Szupramolekuláris nanoszivacsok és porózus keretek
- Ciklodextrin alapú nanoszivacsok
- Szonokémiai úton előállított fém-szerves vázak (MOF-ek) és kovalens szerves vázak (COF-ek)
- Katalízisre vagy gyógyszerbetöltésre használt porózus szupramolekuláris hálózatok
- Egyéb ultrahangra reagáló szupramolekuláris architektúrák
- Szupramolekuláris kapszulák és nanokapszidok
- Önszerveződő monorétegek (SAM) és többrétegű rétegek
- DNS-alapú szupramolekuláris szerkezetek
- Koordinációs polimerek és metallogélek
(Tanulmány és film: Rutgeerts et al., 2019)
Ultrahangos alkalmazások a szupramolekuláris szerelésben
Az ultrahang mechanikai, termikus és kavitációs hatásokon keresztül befolyásolja a szupramolekuláris önszerveződést.
Ezek a kulcsfontosságú folyamatok a következők:
- Emulgeálás és nanoemulzió-képződés
- Elősegíti a szupramolekuláris kapszulázást olaj/víz rendszerekben
- Elősegíti az el nem keverhető fázisok homogén keveredését
- Részecskeméret-csökkentés és dezaggregáció
- Lebontja a nagyobb szupramolekuláris aggregátumokat vagy kristályokat.
- Szabályozza a morfológiát és a polidiszperzitást
- Diszperzió és homogenizálás
- Fokozza a nanorészecskék vagy szupramolekuláris építőelemek diszperzióját oldószerekben
- Javítja az egyenletességet a gél- vagy hibridanyag-képzésben
- Kapszulázás és komplexképzés fokozása
- Gyorsítja a vendég befogadását ciklodextrinekbe vagy micelláris rendszerekbe
- Elősegíti a nanokapszulaképződést gyógyszeradagolás vagy katalízis céljából
- Szálak összeillesztése / hosszcsökkentés
- Peptid vagy polimer nanoszálak rövidítése kavitációs nyírással
- Szupramolekuláris szálak és nanocsövek szabályozott fragmentációja
- Kristályosodás és polimorf szabályozás
- Ultrahanggal segített magképzés a szabályozott kristálynövekedéshez
- Metastabil vagy kinetikailag előnyös szupramolekuláris polimorfok előállítása
- Térhálósodás és hálózatépítés
- A hidrogén-kötésű vagy fém-ligandum hálózatokban kötés-átrendeződést idéz elő
- Szupramolekuláris fém-szerves vázak (MOF-ok) kialakulásának kezdeményezése
- Elősegíti a szupramolekuláris hidrogélek és szonogélek kialakulását
- Szonokémiai aktiválás és funkcionalizálás
- Reakciókat indít szupramolekuláris módosításhoz
- Lehetővé teszi funkcionális részek nemkovalens kötését a gazdatestekhez
- Lebomlás és visszafordítható szétszerelés
- Szupramolekuláris szerkezetek reverzibilis szétszerelésére használt ultrahangos energia
- Kapszulázott fajok szabályozott felszabadulása ultrahangos stimuláció mellett
Szerezze be a legjobb szonikátort a szupramolekulákhoz
A Hielscher szonikátorok nagy teljesítményű, szondás ultrahangos rendszerek, amelyeket kifejezetten a folyadékfázisú folyamatok precíz energiaellátására terveztek, így kiválóan alkalmasak komplex architektúrák szonokémiai és szupramolekuláris összeszerelésére. Az amplitúdó, az idő, az impulzusmód és a hőmérséklet pontos szabályozása lehetővé teszi a reprodukálható kavitációs dinamikát, elősegítve a hatékony keveredést, a fokozott anyagátvitelt és a szupramolekuláris szerveződéshez elengedhetetlen nem kovalens kölcsönhatások aktiválását. A szonokémiában az ilyen irányított akusztikus kavitáció felgyorsíthatja az önszerveződést, elősegítheti a gazdatest-vendég komplexképződést, és befolyásolhatja a szupramolekuláris aggregátumok morfológiáját vagy stabilitását. A Hielscher-berendezések robusztussága, méretezhetősége és digitális folyamatfelügyelete lehetővé teszi a reakciókörülmények finomhangolását a kis léptékű laboratóriumi kísérletektől az ipari szintézisekig, így az alapvető szupramolekuláris kutatások és az alkalmazott anyaggyártás között hidat képeznek.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó |
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000hdT |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000hdT |
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Az ultrahangos emulgeálás elősegíti a szupramolekuláris szerkezetek összeépülését
Irodalom / Hivatkozások
- Di Giosia, Matteo; Bomans, Paul; Bottoni, Andrea; Cantelli, Andrea; Falini, Giuseppe; Franchi, Paola; Guarracino, Giuseppe; Friedrich, Heiner; Lucarini, Marco; Paolucci, Francesco; Rapino, Stefania; Sommerdijk, Nico; Soldà, Alice; valle, Francesco ; Zerbetto, Francesco; Calvaresi, Matteo (2018): Proteins as Supramolecular Hosts for C60: A True Solution of C60 in Water. Nanoscale 10(21); 2018.
- Fatemeh Shahangi Shirazi, Kamran Akhbari (2016): Sonochemical procedures; the main synthetic method for synthesis of coinage metal ion supramolecular polymer nano structures. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 31, 2016. 51-61.
- Rutgeerts LAJ , Soultan AH , Subramani R , Toprakhisar B , Ramon H , Paderes MC , De Borggraeve WM , Patterson J . (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chem Commun (Camb). 2019 Jun 20;55(51):7323-7326.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi az a szupramolekula / szupermolekula?
A szupramolekula vagy szupermolekula két vagy több molekuláris egység különálló kémiai együttese, amelyet nem kovalens kölcsönhatások, például hidrogénkötés, π-π egymásra rétegződés, fémkoordináció vagy van der Waals-erők tartanak össze. A kovalens kötésű molekuláktól eltérően ezek a struktúrák reverzibilis és gyakran igen szelektív önszerveződési folyamatok révén jönnek létre, és így összetett, új tulajdonságokkal rendelkező architektúrák jönnek létre.
Melyek a szupramolekuláris kémia alapvető módszerei?
A szupramolekuláris kémia alapvető módszerei a molekuláris felismerés és önszerveződés körül forognak. A fogalmi és kísérleti alapot a gazdatest-vendég kémia, a sablonszintézis, a koordinációs kémia és a gyenge molekulák közötti erők által vezérelt önszerveződés képezi. Az olyan analitikai eszközök, mint az NMR-spektroszkópia, az izotermikus titrációs kalorimetria és a röntgenkrisztallográfia központi szerepet játszanak e kölcsönhatások kvantitatív és strukturális vizsgálatában.
Mi az a szupramolekuláris eszköz?
A szupramolekuláris eszköz olyan funkcionális rendszer, amelyben a molekuláris komponensek nem kovalens kölcsönhatások révén szerveződnek, hogy speciális feladatokat lássanak el, például jelátvitelt, molekuláris kapcsolást, katalízist vagy energiaátalakítást. Ezek az eszközök gyakran utánozzák a biológiai funkciókat, kihasználva a nanoszintű ellenőrzött molekuláris mozgást és a reverzibilitást.
A MOF-ok szupramolekuláris szerkezetek?
A fém-szerves vázszerkezetek (MOF-ek) valóban szupramolekuláris szerkezeteknek tekinthetők, mivel kiterjedt kristályos hálózataik fémionok vagy klaszterek és szerves kötőanyagok közötti koordinációs kötéseken keresztül épülnek fel. Bár ezek a kötések részben kovalens jellegűek, a MOF-ek moduláris, önösszeszerződő jellege és az irányított, reverzibilis kölcsönhatásokra való támaszkodásuk miatt fogalmilag a szupramolekuláris kémia tágabb területére tartoznak.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.