Produksi Hidrogel yang Menguntungkan melalui Ultrasonikasi

Sonikasi merupakan teknik yang sangat efektif, andal, dan sederhana untuk pembuatan hidrogel berkinerja tinggi. Hidrogel ini menawarkan sifat material yang unggul seperti kapasitas penyerapan, viskoelastisitas, kekuatan mekanis, modulus kompresi, dan kemampuan pemulihan mandiri.

Polimerisasi dan Dispersi Ultrasonik untuk Produksi Hidrogel

Hidrogel adalah jaringan polimer tiga dimensi yang hidrofilik dan mampu menyerap air atau cairan dalam jumlah besar. Hidrogel menunjukkan kapasitas pengembangan yang luar biasa. Bahan penyusun hidrogel yang umum meliputi polivinil alkohol, polietilena glikol, natrium poliakrilat, polimer akrilat, karbomer, polisakarida atau polipeptida dengan banyak gugus hidrofilik, serta protein alami seperti kolagen, gelatin, dan fibrin.
Hidrogel yang disebut hidrogel hibrida terdiri atas berbagai material yang berbeda secara kimia, fungsi, dan morfologi, seperti protein, peptida, atau struktur nano / mikro.
Dispersi ultrasonik banyak digunakan sebagai teknik yang sangat efisien dan andal untuk menghomogenkan nanomaterial seperti nanotabung karbon (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), nanokristal selulosa, nanoserat kitin, titanium dioksida, nanopartikel perak, protein, dan struktur lain berukuran mikron atau nano ke dalam matriks polimer hidrogel. Hal ini menjadikan sonikasi sebagai sarana utama untuk menghasilkan hidrogel berkinerja tinggi dengan kualitas yang luar biasa.

Temuan Penelitian – Pembuatan Hidrogel secara Ultrasonik

Pertama, ultrasonikasi mendorong reaksi polimerisasi dan pengikatan silang selama pembentukan hidrogel.
Kedua, ultrasonikasi telah terbukti sebagai teknik dispersi yang andal dan efektif untuk produksi hidrogel dan hidrogel nanokomposit.

Pengikatan Silang dan Polimerisasi Hidrogel secara Ultrasonik

Ultrasonikasi membantu pembentukan jaringan polimer selama sintesis hidrogel melalui pembentukan radikal bebas. Gelombang ultrasonik yang intens menghasilkan kavitasi akustik yang menyebabkan gaya geser tinggi, penggeseran molekuler, dan pembentukan radikal bebas.

Cass et al. (2010) membuat beberapa hidrogel akrilik: “Hidrogel akrilik dibuat melalui polimerisasi ultrasonik monomer dan makromonomer yang larut dalam air. Ultrasonik digunakan untuk menghasilkan radikal pemicu dalam larutan monomer berair yang kental menggunakan aditif gliserol, sorbitol, atau glukosa dalam sistem terbuka pada 37°C. Aditif yang larut dalam air sangat diperlukan untuk produksi hidrogel, dengan gliserol sebagai yang paling efektif. Hidrogel dibuat dari monomer 2-hidroksietil metakrilat, poli(etilena glikol) dimetakrilat, dekstran metakrilat, asam akrilat/etilena glikol dimetakrilat, dan akrilamida/bis-akrilamida.” [Cass et al. 2010] Penerapan ultrasonik menggunakan sonikator tipe probe terbukti menjadi metode yang efektif untuk polimerisasi monomer vinil yang larut dalam air dan pembuatan hidrogel selanjutnya. Polimerisasi yang dipicu secara ultrasonik berlangsung cepat tanpa inisiator kimia.
Temukan protokol lengkap penelitian ini di sini!
 

Dispersi ultrasonik silika pirogenik: Homogenizer ultrasonik Hielscher UP400S mendispersikan serbuk silika secara cepat dan efisien menjadi nanopartikel individual.

Baca lebih lanjut tentang sintesis ultrasonik hidrogel nanokomposit dan nanogel!

Ultrasonikasi kompatibel dengan semua jenis polimer dan biopolimer serta memungkinkan penguatan hidrogel hibrida dengan material berstruktur nano seperti nanopartikel, nanokristal, atau nanoserat. Penguatan hidrogel dengan berbagai nanomaterial memungkinkan modifikasi dan pengendalian sifat fisikokimia dan reomekanis hidrogel nanokomposit, karena struktur mikro merupakan faktor utama yang menentukan sifat material yang diperoleh.

Pembuatan Hidrogel Poli(akrilamida-ko-asam itakonat) – MWCNT menggunakan Sonikasi

Mohammadinezhada et al. (2018) berhasil menghasilkan komposit hidrogel superabsorben yang mengandung poli(akrilamida-ko-asam itakonat) dan nanotabung karbon berdinding banyak (MWCNTs). Ultrasonikasi dilakukan dengan perangkat ultrasonik Hielscher UP200S. Stabilitas hidrogel meningkat seiring peningkatan rasio MWCNTs, yang mungkin disebabkan oleh sifat hidrofobik MWCNTs serta peningkatan kerapatan pengikat silang. Kapasitas retensi air (WRC) hidrogel P(AAm-co-IA) juga meningkat dengan adanya MWCNT (10 wt%). Dalam penelitian ini, efek ultrasonikasi dinilai lebih unggul dalam hal distribusi nanotabung karbon yang seragam pada permukaan polimer. MWCNTs tetap utuh tanpa adanya gangguan pada struktur polimer. Selain itu, kekuatan nanokomposit yang diperoleh, kapasitas retensi airnya, dan penyerapan bahan terlarut lainnya seperti Pb (II) meningkat. Sonikasi memecah inisiator dan mendispersikan MWCNTs sebagai pengisi yang sangat baik dalam rantai polimer pada suhu yang meningkat.
Para peneliti menyimpulkan bahwa “kondisi reaksi ini tidak dapat dicapai melalui metode konvensional, dan homogenitas serta dispersi partikel yang baik ke dalam matriks tidak dapat dicapai. Selain itu, proses sonikasi memisahkan nanopartikel menjadi partikel tunggal, sedangkan pengadukan tidak dapat melakukannya. Mekanisme lain untuk pengurangan ukuran adalah efek gelombang akustik yang kuat terhadap ikatan sekunder seperti ikatan hidrogen; penyinaran ini memutus ikatan hidrogen antarpartikel, kemudian memisahkan partikel yang teragregasi serta meningkatkan jumlah gugus adsorptif bebas seperti -OH dan aksesibilitasnya. Dengan demikian, peristiwa penting ini menjadikan proses sonikasi sebagai metode yang lebih unggul dibandingkan metode lain seperti pengadukan magnetik yang diterapkan dalam literatur.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Sintesis Hidrogel

Hielscher Ultrasonics memproduksi peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk sintesis hidrogel. Mulai dari sonikator penelitian dan pengembangan serta skala pilot berukuran kecil dan menengah hingga sistem industri untuk produksi hidrogel komersial dalam mode kontinu, Hielscher Ultrasonics memenuhi kebutuhan proses Anda.
Sonikator kelas industri dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi, yang memungkinkan reaksi pengikatan silang dan polimerisasi yang andal serta dispersi nanopartikel yang seragam. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara kontinu dalam operasi 24/7/365. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan.

Hubungi kami hari ini untuk informasi teknis tambahan, harga, dan penawaran tanpa komitmen. Staf kami yang berpengalaman selama bertahun-tahun dengan senang hati memberikan konsultasi kepada Anda!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:

Hielscher SonoStation memudahkan sonikasi batch berukuran sedang menggunakan reaktor sel alir. SonoStation yang ringkas menggabungkan tangki berpengaduk berkapasitas 38 liter dengan pompa rongga progresif yang dapat diatur dan mampu mengalirkan hingga 3 liter per menit ke satu atau dua reaktor sel alir ultrasonik.