Sintesis Ultrasonik Polimer Tercetak Molekuler (MIP)

Polimer Tercetak Molekuler (MIP) adalah reseptor yang dirancang secara artifisial dengan selektivitas dan spesifisitas yang telah ditentukan terhadap struktur molekul biologis atau kimia tertentu. Ultrasonikasi dapat meningkatkan berbagai jalur sintesis polimer tercetak molekuler sehingga polimerisasi menjadi lebih efisien dan andal.

Apa Itu Polimer Tercetak Molekuler?

Polimer tercetak molekuler (MIP) adalah bahan polimer dengan karakteristik pengenalan menyerupai antibodi yang dihasilkan menggunakan teknik pencetakan molekuler. Teknik pencetakan molekuler menghasilkan polimer tercetak molekuler untuk molekul target tertentu. Polimer tercetak molekuler memiliki rongga dalam matriks polimernya dengan afinitas terhadap molekul “templat” tertentu. Proses ini biasanya melibatkan inisiasi polimerisasi monomer dengan adanya molekul templat yang kemudian diekstraksi, sehingga meninggalkan rongga yang komplementer. Polimer ini memiliki afinitas terhadap molekul asal dan telah digunakan dalam aplikasi seperti pemisahan kimia, katalisis, atau sensor molekuler. Molekul tercetak molekuler dapat diibaratkan sebagai gembok molekuler yang cocok dengan kunci molekuler (yang disebut molekul templat). Polimer tercetak molekuler (MIP) dicirikan oleh situs pengikatan yang disesuaikan secara khusus agar cocok dengan molekul templat dalam hal bentuk, ukuran, dan gugus fungsi. Karakteristik “gembok–kunci” memungkinkan penggunaan polimer tercetak molekuler untuk berbagai aplikasi, ketika jenis molekul tertentu dikenali dan diikat pada gembok molekuler, yaitu polimer tercetak molekuler.

Ilustrasi skematis menunjukkan jalur pencetakan molekuler siklodekstrin untuk pembuatan reseptor yang disesuaikan.
Studi dan gambar: Hishiya et al. 2003

Polimer tercetak molekuler (MIP) memiliki cakupan aplikasi yang luas dan digunakan untuk memisahkan serta memurnikan molekul biologis atau kimia tertentu, termasuk asam amino dan protein, turunan nukleotida, polutan, serta obat dan pangan. Bidang aplikasinya mencakup pemisahan dan pemurnian hingga sensor kimia, reaksi katalitik, penghantaran obat, antibodi biologis, dan sistem reseptor. (bdk. Vasapollo et al. 2011)
Sebagai contoh, teknologi MIP digunakan sebagai teknik mikroekstraksi fase padat untuk memproses dan memurnikan molekul yang berasal dari kanabis, seperti CBD atau THC, dari ekstrak spektrum penuh guna memperoleh isolat dan distilat kanabinoid.

Sintesis Ultrasonik Molekul Tercetak Molekuler

Bergantung pada jenis target (templat) dan aplikasi akhir MIP, MIP dapat disintesis dalam berbagai bentuk, seperti partikel bulat berukuran nano dan mikron, kawat nano, batang nano, filamen nano, atau film tipis. Untuk menghasilkan bentuk MIP tertentu, berbagai teknik polimerisasi dapat diterapkan, seperti pencetakan massal, presipitasi, polimerisasi emulsi, suspensi, dispersi, gelasi, dan polimerisasi pengembangan bertahap.
Penerapan ultrasonik berfrekuensi rendah dan berintensitas tinggi menawarkan teknik yang sangat efisien, serbaguna, dan sederhana untuk menyintesis struktur nano polimer.
Sonikasi memberikan beberapa keuntungan dalam sintesis MIP dibandingkan dengan proses polimerisasi tradisional karena mendorong laju reaksi yang lebih tinggi, pertumbuhan rantai polimer yang lebih homogen, rendemen yang lebih tinggi, dan kondisi yang lebih ringan (misalnya, suhu reaksi rendah). Selain itu, sonikasi dapat mengubah distribusi populasi situs pengikatan dan, dengan demikian, morfologi polimer akhir. (Svenson 2011)
Dengan menerapkan energi sonokimia pada polimerisasi MIP, reaksi polimerisasi diinisiasi dan dipengaruhi secara positif. Secara bersamaan, sonikasi mendorong penghilangan gas yang efektif dari campuran polimer tanpa mengorbankan kapasitas pengikatan atau kekakuan.
Homogenisasi, pendispersian, dan emulsifikasi ultrasonik menawarkan pencampuran dan pengadukan yang unggul untuk membentuk suspensi homogen serta menyediakan energi inisiasi bagi proses polimerisasi. Viveiros et al. (2019) meneliti potensi sintesis MIP ultrasonik dan menyatakan bahwa “MIP yang dibuat secara ultrasonik menunjukkan sifat pengikatan yang serupa atau lebih unggul dibandingkan metode konvensional”.
MIP dalam bentuk nano membuka peluang yang menjanjikan untuk meningkatkan homogenitas situs pengikatan. Ultrasonikasi dikenal karena hasilnya yang luar biasa dalam pembuatan nanodispersi dan nanoemulsi.

Polimerisasi Nanoemulsi Ultrasonik

MIP dapat disintesis melalui polimerisasi emulsi. Polimerisasi emulsi umumnya dilakukan dengan membentuk emulsi minyak dalam air dengan penambahan surfaktan. Untuk membentuk emulsi berukuran nano yang stabil, diperlukan teknik emulsifikasi berkinerja tinggi. Emulsifikasi ultrasonik merupakan teknik yang telah mapan untuk membuat nanoemulsi dan miniemulsi.
Baca selengkapnya tentang nanoemulsifikasi ultrasonik!

Ultrasonik dapat meningkatkan jalur sintesis berikut untuk produksi nanoMIP: polimerisasi presipitasi, polimerisasi emulsi, dan polimerisasi inti–cangkang.
Studi dan gambar oleh: Refaat et al. 2019

Ekstraksi Ultrasonik Templat

Setelah sintesis polimer tercetak molekuler, templat harus dikeluarkan dari situs pengikatan untuk memperoleh polimer tercetak molekuler yang aktif. Gaya pencampuran intensif dari sonikasi meningkatkan kelarutan, difusivitas, penetrasi, dan transportasi molekul pelarut serta templat. Dengan demikian, templat dikeluarkan dengan cepat dari situs pengikatan.
Ekstraksi ultrasonik juga dapat dikombinasikan dengan ekstraksi Soxhlet untuk mengeluarkan templat dari polimer tercetak.

Studi Kasus: Aplikasi Ultrasonik untuk Polimer Tercetak Molekuler

Sintesis Ultrasonik Polimer Tercetak Molekuler

Enkapsulasi nanopartikel magnetik oleh polimer tercetak 17β-estradiol menggunakan jalur sintesis ultrasonik menghasilkan penghilangan 17β-estradiol secara cepat dari lingkungan berair. Untuk sintesis ultrasonik nanoMIP, asam metakrilat (MAA) digunakan sebagai monomer, etilena glikol dimetakrilat (EGDMA) sebagai pengikat silang, dan azobisisobutironitril (AIBN) sebagai inisiator. Prosedur sintesis ultrasonik dilakukan selama 2h pada 65ºC. Diameter partikel rata-rata NIP magnetik dan MIP magnetik masing-masing adalah 200 dan 300 nm. Penggunaan ultrasonik tidak hanya meningkatkan laju polimerisasi dan morfologi nanopartikel, tetapi juga meningkatkan jumlah radikal bebas sehingga memfasilitasi pertumbuhan MIP di sekitar nanopartikel magnetik. Kapasitas adsorpsi terhadap 17β-estradiol sebanding dengan pendekatan tradisional. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrasonik untuk Sensor Tercetak Molekuler

Yu et al. merancang sensor elektrokimia tercetak molekuler berbasis elektrode yang dimodifikasi dengan nanopartikel nikel untuk penentuan fenobarbital. Sensor elektrokimia yang dilaporkan dikembangkan melalui polimerisasi termal menggunakan asam metakrilat (MAA) sebagai monomer fungsional, 2,2-azobisisobutironitril (AIBN) dan etilena glikol maleat rosinat (EGMRA) akrilat sebagai agen pengikat silang, fenobarbital (PB) sebagai molekul templat, dan dimetil sulfoksida (DMSO) sebagai pelarut organik. Dalam proses pembuatan sensor, 0,0464g PB dan 0,0688g MAA dicampurkan dalam 3 mL DMSO dan disonikasi selama 10 min. Setelah 5 h, 1,0244g EGMRA dan 0,0074g AIBN ditambahkan ke dalam campuran dan disonikasi selama 30 min untuk memperoleh larutan polimer tercetak PB. Setelah itu, sebanyak 10 μL larutan nanopartikel Ni dengan konsentrasi 2,0 mg mL^-1 diteteskan pada permukaan GCE, lalu sensor dikeringkan pada suhu ruang. Sekitar 5 μL larutan polimer tercetak PB yang telah disiapkan kemudian dilapiskan pada GCE yang dimodifikasi dengan nanopartikel Ni dan dikeringkan dalam vakum pada 75◦C selama 6 h. Setelah polimerisasi termal, sensor tercetak dicuci dengan (asam asetat) HAc/metanol (rasio volume, 3:7) selama 7 min untuk menghilangkan molekul templat. (bdk. Uygun et al. 2015)

Mikroekstraksi Ultrasonik Menggunakan MIP

Untuk memperoleh kembali analit nikotinamida dari sampel, diterapkan mikroekstraksi fase padat dispersif berbantuan ultrasonik yang diikuti dengan pengukuran menggunakan spektrofotometer UV-vis (UA-DSPME-UV-vis). Untuk ekstraksi dan prakonsentrasi nikotinamida (vitamin B3), telah digunakan polimer tercetak molekuler berbasis kerangka logam organik (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Aplikasi Polimer

Dari Laboratorium hingga Produksi dengan Skalabilitas Linear: Polimer tercetak molekuler yang direkayasa secara khusus terlebih dahulu dikembangkan dan diuji pada skala laboratorium kecil dan skala meja untuk menyelidiki kelayakan sintesis polimer. Setelah kelayakan dan optimasi MIP tercapai, produksi MIP ditingkatkan skalanya ke volume yang lebih besar. Semua jalur sintesis ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara linear dari skala meja hingga produksi komersial penuh. Hielscher Ultrasonics menawarkan peralatan sonokimia untuk sintesis polimer dalam fasilitas laboratorium kecil dan skala meja hingga sistem ultrasonik inline skala industri penuh untuk produksi 24/7 dengan beban penuh. Ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara linear dari ukuran tabung reaksi hingga kapasitas produksi besar sebanyak muatan truk per jam. Portofolio produk Hielscher Ultrasonics yang luas, dari sistem sonokimia laboratorium hingga industri, menyediakan sonikator yang paling sesuai untuk kapasitas proses yang Anda rencanakan. Staf kami yang berpengalaman selama bertahun-tahun akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.

Hielscher Ultrasonics – Peralatan Sonokimia Canggih

Portofolio produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh jajaran ekstraktor ultrasonik berkinerja tinggi dari skala kecil hingga besar. Aksesori tambahan memungkinkan perakitan konfigurasi perangkat ultrasonik yang paling sesuai untuk proses Anda dengan mudah. Konfigurasi ultrasonik yang optimal bergantung pada kapasitas, volume, bahan, proses batch atau inline, serta jadwal yang direncanakan. Hielscher membantu Anda menyiapkan proses sonokimia yang ideal.

Batch dan Inline

Sonikator Hielscher dapat digunakan untuk pemrosesan batch dan aliran kontinu. Volume kecil dan menengah dapat disonikasi dengan mudah dalam proses batch (misalnya, vial, tabung reaksi, gelas beker, tangki, atau drum). Untuk pemrosesan volume besar, sonikasi inline mungkin lebih efektif. Sementara pemrosesan batch membutuhkan lebih banyak waktu dan tenaga kerja, proses pencampuran inline kontinu lebih efisien, lebih cepat, dan membutuhkan jauh lebih sedikit tenaga kerja. Hielscher Ultrasonics memiliki konfigurasi ekstraksi yang paling sesuai untuk reaksi polimerisasi dan volume proses Anda.

Probe Ultrasonik untuk Setiap Kapasitas Produksi

Jajaran produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh spektrum prosesor ultrasonik, mulai dari sonikator laboratorium yang ringkas, sistem skala meja dan pilot, hingga prosesor ultrasonik skala industri penuh dengan kapasitas pemrosesan sebanyak muatan truk per jam. Jajaran produk yang lengkap memungkinkan kami menawarkan peralatan ultrasonik yang paling sesuai untuk polimer, kapasitas proses, dan target produksi Anda.
Sistem ultrasonik skala meja ideal untuk uji kelayakan dan optimasi proses. Peningkatan skala linear berdasarkan parameter proses yang telah ditetapkan sangat memudahkan peningkatan kapasitas pemrosesan dari lot yang lebih kecil hingga produksi komersial penuh. Peningkatan skala dapat dilakukan dengan memasang unit ekstraktor ultrasonik yang lebih kuat atau menggabungkan beberapa sonikator secara paralel. Dengan UIP16000, Hielscher menawarkan unit ultrasonik paling kuat di dunia.

Amplitudo yang Dapat Dikendalikan secara Presisi untuk Hasil Optimal

Semua sonikator Hielscher dapat dikendalikan secara presisi sehingga menjadi perangkat andalan dalam produksi. Amplitudo merupakan salah satu parameter proses penting yang memengaruhi efisiensi dan efektivitas reaksi sonokimia, termasuk reaksi polimerisasi dan jalur sintesis.
Semua prosesor Hielscher Ultrasonics memungkinkan pengaturan amplitudo secara presisi. Sonotrode dan horn penguat merupakan aksesori yang memungkinkan perubahan amplitudo dalam rentang yang lebih luas lagi. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi dengan tuntutan tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan terus-menerus dalam operasi 24/7.
Pengaturan amplitudo yang presisi dan pemantauan parameter proses ultrasonik secara terus-menerus melalui perangkat lunak cerdas memungkinkan Anda menyintesis polimer tercetak molekuler dengan kondisi ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk hasil polimerisasi terbaik!
Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan operasi 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan dengan tuntutan tinggi. Hal ini menjadikan peralatan ultrasonik Hielscher sebagai alat kerja andal yang memenuhi kebutuhan proses sonokimia Anda.

Pengujian Mudah dan Bebas Risiko

Proses ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara sepenuhnya linear. Ini berarti setiap hasil yang Anda capai menggunakan sonikator laboratorium atau skala meja dapat ditingkatkan skalanya untuk menghasilkan keluaran yang persis sama dengan menggunakan parameter proses yang persis sama. Hal ini menjadikan ultrasonikasi ideal untuk pengujian kelayakan bebas risiko, optimasi proses, dan penerapan selanjutnya dalam manufaktur komersial. Hubungi kami untuk mengetahui bagaimana sonikasi dapat meningkatkan rendemen dan kualitas MIP Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai perusahaan yang dimiliki dan dikelola keluarga, Hielscher mengutamakan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua sonikator dirancang, diproduksi, dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Ketangguhan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya perangkat andalan dalam produksi Anda. Operasi 24/7 dengan beban penuh dan di lingkungan dengan tuntutan tinggi merupakan karakteristik alami pencampur berkinerja tinggi Hielscher.

Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:

Anda dapat membeli prosesor ultrasonik Hielscher dalam berbagai ukuran dan dengan konfigurasi yang tepat sesuai kebutuhan proses Anda. Dari pengolahan reaktan dalam tabung laboratorium kecil hingga pencampuran bubur polimer dengan aliran kontinu pada skala industri, Hielscher Ultrasonics menawarkan sonikator yang sesuai untuk Anda! Silakan hubungi kami – kami dengan senang hati merekomendasikan konfigurasi ultrasonik yang ideal untuk Anda!