Sintesis Hidrogel Nanokomposit menggunakan Ultrasonikasi

Hidrogel nanokomposit atau nanogel adalah struktur 3D multi-fungsi dengan kemanjuran tinggi sebagai pembawa obat dan sistem pengiriman obat pelepasan terkontrol. Ultrasonikasi mempromosikan dispersi partikel hidrogel polimer berukuran nano serta inklusi? penggabungan nanopartikel selanjutnya ke dalam struktur polimer ini.

Sintesis Ultrasonik Nanogel

Hidrogel nanokomposit adalah struktur material tiga dimensi dan dapat dirancang untuk menunjukkan fitur tertentu, yang menjadikannya pembawa obat yang kuat dan sistem pengiriman obat pelepasan terkontrol. Ultrasonikasi mempromosikan sintesis partikel berukuran nano yang difungsikan serta inklusi? penggabungan nanopartikel berikutnya dalam struktur polimer tiga dimensi. Karena nanogel yang disintesis secara ultrasonik dapat menjebak senyawa bioaktif di dalam inti skala nanonya, hidrogel berukuran nano ini menawarkan fungsionalitas yang hebat.
Nanogel adalah dispersi berair dari nanopartikel hidrogel, yang secara fisik atau kimiawi dihubungkan silang sebagai jaringan polimer hidrofilik. Karena ultrasound berkinerja tinggi sangat efisien dalam memproduksi dispersi nano, ultrasonicators tipe probe adalah alat penting untuk produksi nanogel yang cepat dan andal dengan fungsionalitas unggul.

Fungsionalitas Nanogel yang Diproduksi Ultrasonik

• stabilitas koloid yang sangat baik dan luas permukaan spesifik yang besar
• dapat dikemas padat dengan nanopartikel
• memungkinkan untuk menggabungkan partikel keras dan lunak dalam nanogel inti? cangkang hibrida
• potensi hidrasi tinggi
• mempromosikan ketersediaan hayati
• sifat pembengkakan? de-pembengkakan yang tinggi

 
Nanogel yang disintesis secara ultrasonik digunakan dalam berbagai aplikasi dan industri, misalnya

• Untuk aplikasi farmasi dan medis: misalnya pembawa obat, gel antibakteri, pembalut luka antibakteri
• dalam biokimia dan biomedis untuk pengiriman gen
• sebagai adsorben? biosorben dalam aplikasi kimia dan lingkungan
• Dalam rekayasa jaringan karena hidrogel dapat meniru sifat fisik, kimia, listrik, dan biologis dari banyak jaringan asli

Studi Kasus: Sintesis Nanogel Seng melalui Rute Sonokimia

Nanopartikel hibrida ZnO dapat distabilkan dalam gel Carbopol melalui proses ultrasonik yang mudah: Sonikasi digunakan untuk mendorong pengendapan nanopartikel seng, yang kemudian dihubungkan silang secara ultrasonik dengan Carbopol untuk membentuk nano-hidrogel.
Ismail et al. (2021) mengendapkan nanopartikel seng oksida melalui rute sonokimia yang mudah. (Temukan protokol untuk sintesis sonokimia nanopartikel ZnO di sini).
Selanjutnya, nanopartikel digunakan untuk mensintesis nanogel ZnO. Oleh karena itu, NP ZnO yang dihasilkan dibilas dengan air deionisasi ganda. 0,5 g Carbopol 940 dilarutkan dalam 300 mL air deionisasi ganda, diikuti dengan penambahan NP ZnO yang baru dicuci. Karena Carbopol secara alami bersifat asam, larutan memerlukan netralisasi nilai pH, jika tidak maka tidak akan mengental. Dengan demikian, campuran telah mengalami sonikasi terus menerus menggunakan ultrasonicator Hielscher UP400S dengan amplitudo 95 dan siklus 95% selama 1 jam. Kemudian, 50 mL trimethylamine (TEA) sebagai zat penetral (menaikkan pH menjadi 7) ditambahkan setetes di bawah sonikasi terus menerus sampai pembentukan gel putih ZnO terjadi. Penebalan Carbopol dimulai ketika pH mendekati pH netral.
Tim peneliti menjelaskan efek luar biasa positif dari ultrasonication pada pembentukan nanogel dengan meningkatkan interaksi partikel-partikel. Agitasi molekuler yang dimulai secara ultrasonik dari konstituen dalam campuran reaksi meningkatkan proses penebalan yang dipromosikan oleh interaksi polimer-pelarut. Selain itu, sonikasi mempromosikan pelarutan Carbopol. Selain itu, iradiasi gelombang ultrasound meningkatkan interaksi polimer-ZnO NPs dan meningkatkan sifat viskoelastis dari gel nanopartikel hibrida Carbopol/ZnO yang disiapkan.
Diagram alur skema di atas menunjukkan sintesis ZnO NPs dan gel nanopartikel hibrida Carbopol/ZnO. Dalam penelitian tersebut, ultrasonicator UP400St digunakan untuk pengendapan nanopartikel ZnO dan pembentukan nanogel. (diadaptasi dari Ismail et al., 2021)

NP ZnO disintesis dengan metode pengendapan kimia di bawah pengaruh ultrasonikasi, di mana (a) berada dalam larutan berair, dan (b) tersebar secara ultrasonik ke dalam hidrogel berbasis Carbonol yang stabil.(studi dan gambar: Ismail et al., 2021)

Case Stuy: Persiapan Ultrasonik Nanogel Poli (asam metakrilat)? Montmorillonite (PMA? nMMT)

Khan et al. (2020) menunjukkan keberhasilan sintesis hidrogel nanokomposit poli(asam metakrilik)/Montmorillonite (PMA/nMMT) melalui polimerisasi redoks berbantuan ultrasound. Biasanya, 1,0 g nMMT disebarkan dalam 50 mL air suling dengan ultrasonication selama 2 jam untuk membentuk dispersi homogen. Sonikasi meningkatkan dispersi tanah liat, menghasilkan peningkatan sifat mekanik dan kapasitas adsorpsi hidrogel. Monomer asam metakrilat (30 mL) ditambahkan setetes ke suspensi. Inisiator amonium persulfat (APS) (0,1 M) ditambahkan ke dalam campuran diikuti dengan 1,0 mL akselerator TEMED. Dispersi diaduk dengan kuat selama 4 jam pada suhu 50°C dengan pengaduk magnetik. Massa kental yang dihasilkan dicuci dengan aseton dan dikeringkan selama 48 jam pada suhu 70°C dalam oven. Produk yang dihasilkan digiling dan disimpan dalam botol kaca. Gel nanokomposit yang berbeda disintesis dengan memvariasikan nMMT dalam jumlah 0,5, 1,0, 1,5, dan 2,0 g. Hidrogel nanokomposit yang dibuat menggunakan 1,0 g nMMT menggambarkan hasil adsorpsi yang lebih baik daripada komposit lainnya dan oleh karena itu digunakan untuk penyelidikan adsorpsi lebih lanjut.
Mikrograf SEM-EDX di sebelah kanan menunjukkan analisis unsur dan struktural nanogel yang terdiri dari montmorillonite (MMT), nano-montmorillonite (nMMT), poli(asam metakrilik)/nano-montmorillonite (PMA/nMMT), dan amoksisilin (AMX)- dan diklofenak (DF) yang dimuat PMA/nMMT. Mikrograf SEM direkam pada pembesaran 1.00 KX bersama dengan EDX

• montmorillonite (MMT),
• nano-montmorillonite (nMMT),
• poli (asam metakrilik)? nano-montmorillonite (PMA? nMMT),
• dan PMA/nMMT yang dimuat amoksisilin (AMX) dan diklofenak (DF).

Diamati bahwa MMT mentah berutang struktur lembaran berlapis yang menunjukkan adanya butiran yang lebih besar. Setelah modifikasi, lembaran MMT terkelupas menjadi partikel kecil, yang mungkin disebabkan oleh penghapusan Si2+ dan Al3+ dari situs oktahedral. Spektrum EDX nMMT menunjukkan persentase karbon yang tinggi, yang mungkin terutama disebabkan oleh surfaktan yang digunakan untuk modifikasi karena konstituen utama CTAB (C19H42BrN) adalah karbon (84%). PMA/nMMT menampilkan struktur yang koheren dan hampir ko-kontinu. Selanjutnya, tidak ada pori-pori yang terlihat, yang menggambarkan pengelupasan lengkap nMMT ke dalam matriks PMA. Setelah penyerapan dengan molekul farmasi amoksisilin (AMX) dan diklofenak (DF), perubahan morfologi PMA/nMMT diamati. Permukaan menjadi asimetris dengan peningkatan tekstur kasar.
Penggunaan dan fungsionalitas hidrogel berukuran nano berbasis tanah liat: Nanokomposit hidrogel berbasis tanah liat dibayangkan menjadi adsorben super potensial untuk penyerapan kontaminan anorganik dan/atau organik dari larutan berair karena karakteristik penggabungan tanah liat dan polimer, seperti biodegradabilitas, biokompatibilitas, kelangsungan ekonomi, kelimpahan, luas permukaan spesifik tinggi, jaringan tiga dimensi, dan sifat pembengkakan? de-pembengkakan.
(lih. Khan et al., 2020)

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Produksi Hidrogel dan Nanogel

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Produksi Hidrogel dan Nanogel
Hielscher Ultrasonics memproduksi peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk sintesis hidrogel dan nanogel dengan fungsi unggul. Dari R ukuran kecil dan menengah&D dan pilot ultrasonicators ke sistem industri untuk pembuatan hidrogel komersial dalam mode kontinu, Hielscher Ultrasonics memiliki prosesor ultrasonik yang tepat untuk memenuhi kebutuhan Anda untuk produksi hidrogel? nanogel.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: