Sintesis Hidrogel Nanokomposit menggunakan Ultrasonication

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

Sintesis Ultrasonik Nanogels

Hidrogel nanokomposit adalah struktur material tiga dimensi dan dapat dirancang untuk menunjukkan fitur spesifik, yang menjadikannya pembawa obat yang kuat dan sistem pengiriman obat pelepasan terkontrol. Ultrasonication 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 nano mereka, hidrogel berukuran nano ini menawarkan fungsionalitas yang hebat.
Nanogel adalah dispersi nanopartikel hidrogel dalam air, yang secara fisik atau kimiawi saling terkait sebagai jaringan polimer hidrofilik. Karena ultrasound berkinerja tinggi sangat efisien dalam menghasilkan dispersi nano, ultrasonikator tipe probe adalah alat penting untuk produksi nanogel yang cepat dan andal dengan fungsi unggul.

Fungsionalitas Nanogel yang Diproduksi Secara Ultrasonik

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

 
Nanogel ultrasonically disintesis 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 sebagai 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 facile: Sonikasi digunakan untuk mendorong pengendapan nanopartikel seng, yang kemudian secara ultrasonik saling terkait dengan Carbopol untuk membentuk nano-hidrogel.
Ismail et al. (2021) mengendapkan nanopartikel seng oksida melalui rute sonokimia facile. (Temukan protokol untuk sintesis sonokimia nanopartikel ZnO di sini).
Selanjutnya, nanopartikel digunakan untuk mensintesis nanogel ZnO. Oleh karena itu, NPs ZnO yang diproduksi dibilas dengan air deionisasi ganda. 0,5 g Carbopol 940 dilarutkan dalam 300 mL air deionisasi ganda, diikuti dengan penambahan NPs ZnO yang baru dicuci. Karena Carbopol bersifat asam alami, larutan memerlukan netralisasi nilai pH, jika tidak maka tidak akan menebal. 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 demi setetes di bawah sonikasi terus menerus sampai pembentukan gel putih ZnO terjadi. Penebalan Karbopol dimulai ketika pH mendekati pH netral .
Tim peneliti menjelaskan efek ultrasonikasi yang luar biasa positif pada pembentukan nanogel dengan interaksi partikel-partikel yang ditingkatkan. Ultrasonically dimulai agitasi molekuler konstituen dalam campuran reaksi meningkatkan proses penebalan dipromosikan oleh interaksi polimer-pelarut. Selain itu, sonikasi mempromosikan pembubaran Karbopol. Selain itu, iradiasi gelombang ultrasound meningkatkan interaksi polimer-ZnO NPs dan meningkatkan sifat viskoelastik dari gel nanopartikel hibrida Carbopol/ZnO yang disiapkan.
Diagram alur skematik di atas menunjukkan sintesis ZnO NPs dan gel nanopartikel hibrida Carbopol/ZnO. Dalam penelitian ini, ultrasonicator UP400St digunakan untuk presipitasi nanopartikel ZnO dan pembentukan nanogel. (disadur dari Ismail et al., 2021)

ZnO NPs disintesis dengan metode presipitasi kimia di bawah pengaruh ultrasonikasi, di mana (a) berada dalam larutan air, dan (b) tersebar secara ultrasonik menjadi hidrogel berbasis Karbopol yang stabil.
(kajian dan gambar: Ismail dkk., 2021)

Kasus Stuy: Persiapan Ultrasonik Poli (asam metakrilat) / Montmorillonite (PMA / nMMT) Nanogel

Khan et al. (2020) mendemonstrasikan keberhasilan sintesis hidrogel nanokomposit poli(asam metakrilat)/Montmorillonite (PMA/nMMT) melalui polimerisasi redoks yang dibantu ultrasound. Biasanya, 1,0 g nMMT tersebar dalam 50 mL air suling dengan ultrasonikasi 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 demi setetes ke suspensi. Inisiator amonium persulfat (APS) (0,1 M) ditambahkan ke dalam campuran diikuti oleh 1,0 mL akselerator TEMED. Dispersi diaduk dengan kuat selama 4 jam pada suhu 50 °C oleh 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), poly(methacrylic acid)/nano-montmorillonite (PMA/nMMT), dan amoxicillin (AMX)- dan diclofenac (DF)-loaded PMA/nMMT. Mikrograf SEM direkam pada pembesaran 1,00 KX bersama dengan EDX dari

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

Diamati bahwa MMT mentah berutang struktur lembaran berlapis yang menunjukkan adanya butiran yang lebih besar. Setelah modifikasi, lembaran MMT dikelupas 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 bersamaan. 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 sebagai adsorben super potensial untuk penyerapan kontaminan anorganik dan / atau organik dari larutan berair karena karakteristik penggabungan tanah liat dan polimer, seperti biodegradabilitas, biokompatibilitas, viabilitas ekonomi, kelimpahan, luas permukaan spesifik tinggi, jaringan tiga dimensi, dan sifat pembengkakan / de-pembengkakan.
(lihat Khan dkk., 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 kecil dan menengah&D dan pilot ultrasonicators untuk 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: