Ուլտրաձայնային մշակմամբ հավաքակցված սուպրամոլեկուլային կառուցվածքներ
Ուլտրաձայնային մշակումը հզոր և բազմակողմանի գործիք է սուպրամոլեկուլային քիմիայում, որը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ վերահսկել ոչ կովալենտ հավաքակցման գործընթացները, որոնք հաճախ զգայուն են կինետիկական և թերմոդինամիկական պարամետրերի նկատմամբ։ Հեղուկ միջավայրում բարձր հզորության ուլտրաձայնի կիրառումն ազդում է մոլեկուլային փոխազդեցությունների վրա՝ արագացնելով ինքնահավաքակցումը, ուժեղացնելով խառնումը և նպաստելով նանոմասշտաբում կառուցվածքային վերակազմավորմանը։
Ինչպես է ուլտրաձայնային մշակումն ազդում սուպրամոլեկուլային հավաքակցման վրա
Սուպրամոլեկուլային համակարգերում, որտեղ կառուցվածքի ձևավորումը պայմանավորված է թույլ փոխազդեցություններով, ինչպիսիք են ջրածնային կապերը, π–π շերտավոր դասավորումը, մետաղների կոորդինացիան և վան դեր Վաալսի ուժերը, ուլտրաձայնը կարող է ընտրողաբար ազդել հավաքակցման ուղիների վրա։ Այն հնարավորություն է տալիս ապահովել համասեռ միջուկագոյացում, օժանդակում է կառուցվածքային միավորների դիսպերսմանը և հեշտացնում մետակայուն կամ կինետիկորեն թակարդված կառուցվածքների ձևավորումը, որոնք սովորական պայմաններում հաճախ անհասանելի են։ Ավելին, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է կարգավորել հավաքակցված և տարրալուծված վիճակների միջև հավասարակշռությունը՝ առաջարկելով դարձելի սուպրամոլեկուլային համակարգերի վերահսկման դինամիկ միջոց։
Իր ֆիզիկական ազդեցություններից բացի, սոնոքիմիան ապահովում է շրջակա միջավայրի համար անվնաս և էներգաարդյունավետ մոտեցում, որը հաճախ իրականացվում է առանց լուծիչի կամ մեղմ պայմաններում, ինչը այն գրավիչ է դարձնում սուպրամոլեկուլային գելերի, նանոմանրաթելերի, տեր–հյուր համալիրների և հիբրիդային նանոկառուցվածքների սինթեզի համար։ Արդյունքում, ուլտրաձայնային մշակումը ոչ միայն նմուշների նախապատրաստման մեթոդ է, այլև սուպրամոլեկուլային նյութերի ռացիոնալ նախագծման և մշակման առանցքային մեխանաքիմիական շարժիչ ուժ։
UP400St ուլտրաձայնային սարք սուպրամոլեկուլային կառուցվածքների արդյունավետ սինթեզի համար
Ուլտրաձայնով խթանվող սուպրամոլեկուլների սինթեզ
Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է խթանել սուպրամոլեկուլային համակարգերի լայն շրջանակի ձևավորումը, կայունացումը կամ փոխակերպումը՝ ակուստիկ կավիտացիայի, սահքի անցողիկ գրադիենտների և միկրոշիթերի հարվածների միջոցով։ Հետևյալ կատեգորիաները ներկայացնում են ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ինքնահավաքակցման միջոցով ստացվող կամ դրա ազդեցությանը ենթարկվող բնորոշ կառուցվածքներ․
- Սուպրամոլեկուլային տեր–հյուր համալիրներ
Ցիկլոդեքստրինի ներառման համալիրներ
Կուկուրբիտուրիլի հիմքով տեր–հյուր համակարգեր
Կալիքսարենի և պիլար[5]արենի հավաքակցված կառուցվածքներ
Մեխանիկորեն փոխկապակցված մոլեկուլներ (ռոտաքսաններ, կատենաններ) - Սուպրամոլեկուլային գրաֆենի օքսիդ և 2D հիբրիդներ
- π–π շերտավոր դասավորմամբ գրաֆենի օքսիդ–քրոմոֆոր համալիրներ
- Գրաֆենի օքսիդ–պոլիմեր սուպրամոլեկուլային հիբրիդներ
- Ոչ կովալենտ ֆունկցիոնալացում պորֆիրիններով, ֆուլերեններով կամ պեպտիդներով
- Սուպրամոլեկուլային նանոմանրաթելեր և նանոխողովակներ
- Պեպտիդային ամֆիֆիլների նանոմանրաթելեր
- π-զուգորդված նանոմանրաթելեր (օրինակ՝ պերիլենբիսիմիդի, պորֆիրինի կամ ցիանինի ածանցյալներ)
- Ջրածնային կապերով կապված կամ π–π շերտավոր դասավորմամբ նանոխողովակներ
- Սուպրամոլեկուլային գելեր (սոնոգելեր)
- Ուլտրաձայնով առաջացվող կամ կայունացվող օրգանոգելեր և հիդրոգելեր
- Տեղային տաքացման և սահքի միջոցով հարուցվող զոլ–գել անցումներ
- Դարձելի սուպրամոլեկուլային ցանցեր (ջրածնային կապերով, մետաղ–լիգանդ փոխազդեցություններով կամ իոնային կապերով)
- Սուպրամոլեկուլային ագրեգատներ և կոնգլոմերատներ
- Ամֆիֆիլ մոլեկուլներից ձևավորված միցելներ և վեզիկուլներ
- Կոացերվատներ և կոլոիդային հավաքակցված կառուցվածքներ
- Ուլտրաձայնային էներգիայի ներմուծման ազդեցությանը ենթարկվող քիրալ կոնգլոմերատներ և բազմաձև հավաքակցված կառուցվածքներ
- Սուպրամոլեկուլային նանոսպունգեր և ծակոտկեն հիմնակմախքներ
- Ցիկլոդեքստրինի հիմքով նանոսպունգեր
- Սոնոքիմիական եղանակով ստացված մետաղօրգանական հիմնակմախքներ (MOFs) և կովալենտ օրգանական հիմնակմախքներ (COFs)
- Կատալիզի կամ դեղանյութով բեռնավորման համար օգտագործվող ծակոտկեն սուպրամոլեկուլային ցանցեր
- Ուլտրաձայնին արձագանքող այլ սուպրամոլեկուլային կառուցվածքներ
- Սուպրամոլեկուլային պատիճներ և նանոկապսիդներ
- Ինքնահավաքակցված միաշերտեր (SAMs) և բազմաշերտեր
- DNA պարունակող հիմքով սուպրամոլեկուլային կառուցվածքներ
- Կոորդինացիոն պոլիմերներ և մետաղագելեր
(Հետազոտություն և տեսանյութ՝ Rutgeerts et al., 2019)
Ուլտրաձայնի կիրառությունները սուպրամոլեկուլային հավաքակցման մեջ
Ուլտրաձայնն ազդում է սուպրամոլեկուլային ինքնահավաքակցման վրա մեխանիկական, ջերմային և կավիտացիոն ազդեցությունների միջոցով։
Այս հիմնական գործընթացները ներառում են․
- Էմուլգացում և նանոէմուլսիայի ձևավորում
- Հեշտացնում է սուպրամոլեկուլային պատիճավորումը յուղ/ջուր համակարգերում
- Նպաստում է չխառնվող ֆազերի համասեռ խառնմանը
- Մասնիկների չափերի փոքրացում և ապախոշորացում
- Քայքայում է ավելի խոշոր վերմոլեկուլային ագրեգատները կամ բյուրեղները
- Կարգավորում է մորֆոլոգիան և բազմադիսպերսությունը
- Դիսպերսում և հոմոգենացում
- Բարելավում է նանոմասնիկների կամ վերմոլեկուլային կառուցվածքային միավորների դիսպերսումը լուծիչներում
- Բարելավում է միատարրությունը գելի կամ հիբրիդային նյութի ձևավորման ընթացքում
- Պատիճավորման և կոմպլեքսագոյացման բարելավում
- Արագացնում է հյուր մոլեկուլների ներառումը ցիկլոդեքստրինների կամ միցելային համակարգերի մեջ
- Նպաստում է նանոպատիճների ձևավորմանը՝ դեղանյութերի առաքման կամ կատալիզի համար
- Մանրաթելերի միակցում / երկարության կրճատում
- Պեպտիդային կամ պոլիմերային նանոմանրաթելերի կարճացում՝ կավիտացիոն սահքի միջոցով
- Վերմոլեկուլային թելերի և նանոխողովակների վերահսկվող մասնատում
- Բյուրեղացում և պոլիմորֆ ձևերի վերահսկում
- Ուլտրաձայնով օժանդակվող բյուրեղացման սաղմերի առաջացում՝ բյուրեղների վերահսկվող աճի համար
- Մետակայուն կամ կինետիկորեն նպաստավոր վերմոլեկուլային պոլիմորֆ ձևերի առաջացում
- Խաչաձև կապակցում և ցանցի ձևավորում
- Առաջացնում է կապերի վերակազմավորում ջրածնային կապերով կամ մետաղ–լիգանդ փոխազդեցություններով ձևավորված ցանցերում
- Նախաձեռնում է վերմոլեկուլային մետաղօրգանական հիմնակմախքների (MOFs) ձևավորումը
- Նպաստում է վերմոլեկուլային հիդրոգելերի և սոնոգելերի ձևավորմանը
- Սոնոքիմիական ակտիվացում և ֆունկցիոնալացում
- Նախաձեռնում է վերմոլեկուլային փոփոխման ռեակցիաներ
- Հնարավորություն է տալիս ֆունկցիոնալ խմբերը ոչ կովալենտ եղանակով կցել հյուրընկալող հիմնակմախքներին
- Քայքայում և դարձելի ապահավաքում
- Ուլտրաձայնային էներգիայի կիրառում՝ վերմոլեկուլային կառուցվածքների դարձելի ապահավաքման համար
- Պատիճավորված մասնիկների վերահսկվող ազատում՝ ուլտրաձայնային խթանման ազդեցությամբ
Ձեռք բերեք վերմոլեկուլների համար լավագույն ուլտրաձայնային մշակման սարքը
Hielscher ուլտրաձայնային մշակման սարքերը բարձր արդյունավետությամբ զոնդային ուլտրաձայնային համակարգեր են, որոնք հատուկ նախագծված են հեղուկ ֆազում ընթացող գործընթացներում էներգիայի ճշգրիտ հաղորդման համար, ինչի շնորհիվ բացառիկ հարմար են բարդ ճարտարապետությունների սոնոքիմիական և վերմոլեկուլային հավաքման համար։ Դրանց ամպլիտուդի, ժամանակի, իմպուլսային ռեժիմի և ջերմաստիճանի ճշգրիտ կառավարումն ապահովում է կավիտացիայի վերարտադրելի դինամիկա՝ նպաստելով արդյունավետ խառնմանը, ուժեղացված զանգվածափոխանակությանը և վերմոլեկուլային կազմակերպման համար անհրաժեշտ ոչ կովալենտ փոխազդեցությունների ակտիվացմանը։ Սոնոքիմիայում նման վերահսկվող ակուստիկ կավիտացիան կարող է արագացնել ինքնահավաքումը, դյուրացնել հյուրընկալող–հյուր կոմպլեքսագոյացումը և ազդել վերմոլեկուլային ագրեգատների մորֆոլոգիայի կամ կայունության վրա։ Hielscher սարքերի ամրությունը, մասշտաբը մեծացնելու հնարավորությունը և գործընթացների թվային մոնիթորինգը նաև թույլ են տալիս ճշգրիտ կարգավորել ռեակցիայի պայմանները՝ փոքրածավալ լաբորատոր փորձերից մինչև արդյունաբերական սինթեզ՝ վերմոլեկուլային հիմնարար հետազոտությունները կապելով նյութերի կիրառական պատրաստման հետ։
Ստորև ներկայացված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային մշակման սարքերի մոտավոր մշակման հզորության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալը | Ծավալային հոսքի արագությունը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | կիրառելի չէ | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| կիրառելի չէ | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| կիրառելի չէ | ավելի մեծ | հետևյալ սարքերից կազմված խումբ՝ UIP16000hdT |
Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ
Hielscher ուլտրաձայնային մշակման սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրությունը և շահագործման պարզությունը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային մշակման սարքերը սահուն ինտեգրել արդյունաբերական կայանքներում։ Hielscher ուլտրաձայնային մշակման սարքերը հեշտությամբ դիմակայում են կոշտ պայմաններին և խիստ պահանջներ ներկայացնող միջավայրերին։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և հատուկ ուշադրություն է դարձնում գերժամանակակից տեխնոլոգիաներով ու օգտագործման հարմարավետությամբ աչքի ընկնող բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային մշակման սարքերին։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային մշակման սարքերը համապատասխանում են CE պահանջներին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։
Ուլտրաձայնային էմուլգացումը նպաստում է վերմոլեկուլային կառուցվածքների հավաքմանը
Գրականություն / հղումներ
- 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.
Հաճախ տրվող հարցեր
Ի՞նչ է վերմոլեկուլը / սուպերմոլեկուլը։
Սուպրամոլեկուլը կամ սուպերմոլեկուլը երկու կամ ավելի մոլեկուլային միավորներից կազմված առանձին քիմիական հավաքվածք է, որը պահպանվում է ոչ կովալենտ փոխազդեցությունների շնորհիվ, ինչպիսիք են ջրածնային կապերը, π–π շերտադասավորումը, մետաղների կոորդինացումը կամ վան դեր Վաալսի ուժերը։ Ի տարբերություն կովալենտ կապերով կապված մոլեկուլների՝ այս կառուցվածքներն առաջանում են ինքնահավաքման դարձելի և հաճախ խիստ ընտրողական գործընթացների միջոցով՝ ձևավորելով բարդ ճարտարապետություններ, որոնցում ի հայտ են գալիս նոր հատկություններ։
Որո՞նք են սուպրամոլեկուլային քիմիայի հիմնական մեթոդները։
Սուպրամոլեկուլային քիմիայի հիմնական մեթոդների առանցքում մոլեկուլային ճանաչումն ու ինքնակազմակերպումն են։ Հյուրընկալ–հյուր քիմիան, կաղապարով ուղղորդվող սինթեզը, կոորդինացիոն քիմիան և թույլ միջմոլեկուլային ուժերով պայմանավորված ինքնահավաքումը կազմում են հայեցակարգային և փորձարարական հիմքը։ Վերլուծական գործիքները, ինչպիսիք են NMR սպեկտրոսկոպիան, իզոթերմ տիտրման կալորիմետրիան և ռենտգենյան բյուրեղագրությունը, առանցքային դեր ունեն այս փոխազդեցությունների քանակական և կառուցվածքային ուսումնասիրության մեջ։
Կարդացեք ավելին այն մասին, թե ինչպես է ուլտրաձայնային մշակումը նոր ուղիներ բացում սուպրամոլեկուլային քիմիայում։
Ի՞նչ է սուպրամոլեկուլային սարքը։
Սուպրամոլեկուլային սարքը գործառական համակարգ է, որտեղ մոլեկուլային բաղադրիչները կազմակերպվում են ոչ կովալենտ փոխազդեցությունների միջոցով՝ որոշակի առաջադրանքներ կատարելու համար, ինչպիսիք են ազդանշանի փոխանցումը, մոլեկուլային փոխարկումը, կատալիզը կամ էներգիայի փոխակերպումը։ Այս սարքերը հաճախ ընդօրինակում են կենսաբանական գործառույթները՝ օգտագործելով նանոմասշտաբում մոլեկուլների վերահսկվող շարժումն ու դարձելիությունը։
Արդյո՞ք MOFs սուպրամոլեկուլային կառուցվածքներ են։
Մետաղօրգանական հիմնակմախքները (MOFs) իսկապես կարող են դիտարկվել որպես սուպրամոլեկուլային կառուցվածքներ, քանի որ դրանց ընդարձակ բյուրեղային ցանցերը կառուցվում են մետաղական իոնների կամ կլաստերների և օրգանական կապակցիչների միջև կոորդինացիոն կապերի միջոցով։ Թեև այս կապերն ունեն մասնակի կովալենտ բնույթ, մետաղօրգանական հիմնակմախքների մոդուլային, ինքնահավաքմամբ ձևավորված բնույթը և ուղղորդված, դարձելի փոխազդեցություններից դրանց կախվածությունը հայեցակարգային առումով դրանք դասում են սուպրամոլեկուլային քիմիայի ավելի լայն տիրույթին։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։