Sintesis Ultrasonik Polimer Tercetak Molekuler (MIP)

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

Apa itu Polimer Tercetak Molekuler?

Polimer cetakan molekuler (MIP) adalah bahan polimer dengan karakteristik pengenalan seperti antibodi yang telah diproduksi dengan menggunakan teknik pencetakan molekuler. Teknik pencetakan molekuler menghasilkan polimer yang dicetak secara molekuler sehubungan dengan molekul target tertentu. Polimer yang dicetak secara molekuler memiliki rongga dalam matriks polimernya dengan afinitas untuk spesifik “templat” molekul. Proses ini biasanya melibatkan memulai polimerisasi monomer dengan adanya molekul cetakan yang diekstraksi setelahnya, meninggalkan rongga komplementer. Polimer ini memiliki afinitas untuk molekul asli dan telah digunakan dalam aplikasi seperti pemisahan kimia, katalisis, atau sensor molekuler. Molekul tercetak molekuler dapat dibandingkan dengan kunci molekuler, yang cocok dengan kunci molekuler (yang disebut molekul templat). Polimer yang dicetak secara molekuler (MIP) dicirikan oleh situs pengikatan yang disesuaikan secara khusus yang cocok dengan molekul cetakan dalam bentuk, ukuran, dan gugus fungsional. Kunci " – Key" memungkinkan untuk menggunakan polimer tercetak molekuler untuk berbagai aplikasi, di mana jenis molekul tertentu dikenali dan melekat pada kunci molekuler, yaitu polimer tercetak molekuler.

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

Polimer yang dicetak secara molekuler (MIP) memiliki bidang aplikasi yang luas dan digunakan untuk memisahkan dan memurnikan molekul biologis atau kimia tertentu termasuk asam amino dan protein, turunan nukleotida, polutan, serta obat-obatan dan makanan. Area aplikasi berkisar dari pemisahan dan pemurnian hingga sensor kimia, reaksi katalitik, pengiriman obat, antibodi biologis dan sistem reseptor. (lih. Vasapollo et al. 2011)
Misalnya, teknologi MIP digunakan sebagai teknik ekstraksi mikro fase padat untuk mengoperasikan dan memurnikan molekul turunan ganja seperti CBD atau THC dari ekstrak spektrum penuh untuk mendapatkan isolat dan sulingan cannabinoid.

Sintesis Ultrasonik Molekul Tercetak Molekuler

Bergantung pada jenis target (template) dan aplikasi akhir MIP, MIP dapat dengan disintesis dalam format yang berbeda seperti partikel bulat berukuran nano dan mikron, kawat nano, batang nano, filamen nano, atau film tipis. Untuk menghasilkan bentuk MIP tertentu, teknik polimerisasi yang berbeda seperti pencetakan massal, presipitasi, polimerisasi emulsi, suspensi, dispersi, gelasi, dan polimerisasi pembengkakan multi-langkah dapat diterapkan.
Penerapan ultrasonik frekuensi rendah, intensitas tinggi menawarkan teknik yang sangat efisien, serbaguna, dan sederhana untuk mensintesis struktur nano polimer.
Sonikasi membawa beberapa keuntungan dalam sintesis MIP jika dibandingkan dengan proses polimerisasi tradisional, karena mempromosikan laju reaksi yang lebih tinggi, pertumbuhan rantai polimer yang lebih homogen, hasil yang lebih tinggi, dan kondisi yang lebih ringan (misalnya, suhu reaksi rendah). Selain itu, dapat mengubah distribusi populasi situs pengikatan, dan dengan demikian, morfologi polimer akhir. (Svenson 2011)
Dengan menerapkan energi sonokimia pada polimerisasi MIP, reaksi polimerisasi dimulai dan berdampak positif. Secara bersamaan, sonikasi mempromosikan degassing yang efektif dari campuran polimer tanpa mengorbankan kapasitas pengikatan atau kekakuan.
Homogenisasi, dispersi, dan emulsifikasi ultrasonik menawarkan pencampuran dan agitasi yang unggul untuk membentuk suspensi homogen dan untuk menyediakan energi inisiasi untuk proses polimerisasi. Viveiros et al. (2019) menyelidiki potensi sintesis MIP ultrasonik dan menyatakan bahwa "MIP yang disiapkan secara ultrasonik disajikan sifat pengikatan yang serupa atau lebih unggul dari metode konvensional".
MIP dalam format nano membuka kemungkinan yang menjanjikan untuk meningkatkan homogenitas situs pengikatan. Ultrasonikasi terkenal dengan hasilnya yang luar biasa dalam persiapan nanodispersi dan nanoemulsi.

Polimerisasi Nano-Emulsi Ultrasonik

MIP dapat disintesis dengan polimerisasi emulsi. Polimerisasi emulsi umumnya dicapai dengan membentuk emulsi minyak dalam air di bawah penambahan surfaktan. Untuk membentuk teknik pengemulsi yang stabil dan berukuran nano diperlukan. Emulsifikasi ultrasonik adalah teknik yang mapan untuk menyiapkan emulsi nano dan mini.
Baca lebih lanjut tentang Nano-Emulsifikasi Ultrasonik!

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

Ekstraksi Ultrasonik Template

Setelah sintesis polimer yang dicetak secara molekuler, cetakan harus dikeluarkan dari tempat pengikatan untuk mendapatkan polimer yang dicetak secara molekuler aktif. Kekuatan pencampuran sonikasi yang intens meningkatkan kelarutan, difusitivitas, penetrasi dan pengangkutan molekul pelarut dan templat. Dengan demikian, templat dengan cepat dihapus dari situs pengikatan.
Ekstraksi ultrasonik juga dapat dikombinasikan dengan ekstraksi Soxhlet untuk menghilangkan templat dari polimer yang dicetak.

Studi Kasus: Aplikasi Ultrasonik untuk Polimer Tercetak Molekuler

Sintesis Ultrasonik Polimer Tercetak Molekuler

Enkapsulasi nanopartikel magnetik oleh polimer yang dicetak 17β-estradiol menggunakan rute sintesis ultrasonik mencapai penghapusan cepat 17β-estradiol dari lingkungan berair. Untuk sintesis ultrasonik nanoMIP, asam metakrilat (MAA) digunakan sebagai monomer, etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) sebagai pengikat silang, dan azobisisobutyronitrile (AIBN) sebagai inisiator. Prosedur sintesis ultrasonik dilakukan selama 2 jam pada suhu 65ºC. Diameter ukuran partikel rata-rata NIP magnetik dan MIP magnetik masing-masing adalah 200 dan 300 nm. Penggunaan ultrasound tidak hanya meningkatkan laju polimerisasi dan morfologi nanopartikel, tetapi juga menyebabkan peningkatan jumlah radikal bebas, dan dengan demikian, 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 Secara Molekuler

Yu et al. merancang sensor elektrokimia yang dicetak secara molekuler berdasarkan elektroda yang dimodifikasi partikel nano nikel untuk penentuan fenobarbital. Sensor elektrokimia yang dilaporkan dikembangkan dengan polimerisasi termal dengan menggunakan asam metakrilat (MAA) sebagai monomer fungsional, 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) dan ethylene glycol maleic rosinate (EGMRA) acrylate sebagai zat pengikat silang, fenobarbital (PB) sebagai molekul templat, dan dimetil sulfoksida (DMSO) sebagai pelarut organik. Dalam proses fabrikasi sensor, 0,0464g PB dan 0,0688g MAA dicampur dalam 3 mL DMSO dan disonikasi selama 10 menit. Setelah 5 jam, 1,0244g EGMRA dan 0,0074g AIBN ditambahkan ke dalam campuran dan sonikasi selama 30 menit untuk mendapatkan larutan polimer yang dicetak PB. Setelah itu, 10 μL 2.0 mg mL^-1Larutan nanopartikel Ni jatuh di permukaan GCE dan kemudian sensor dikeringkan pada suhu kamar. Sekitar 5 μL larutan polimer tercetak PB yang disiapkan kemudian dilapisi pada GCE yang dimodifikasi nanopartikel Ni dan dikeringkan vakum pada 75◦C selama 6 jam. Setelah polimerisasi termal, sensor yang dicetak dicuci dengan (asam asetat) HAc/metanol (rasio volume, 3:7) selama 7 menit untuk menghilangkan molekul templat. (lih. Uygun et al. 2015)

Ekstraksi Mikro Ultrasonik menggunakan MIP

Untuk memulihkan analisis nikotinamida dari sampel, mikroekstraksi fase padat dispersif yang dibantu ultrasonik diikuti dengan spektrofotometer UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis) diterapkan. Untuk ekstraksi dan prakonsentrasi nikotinamida (vitamin B3), polimer yang dicetak secara molekuler berbasis kerangka organik logam (MOF) HKUST-1 telah digunakan. (Asfaram dkk. 2017)

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Aplikasi Polimer

Dari Lab ke Produksi dengan Skalabilitas Linier: Polimer yang dicetak secara molekuler yang direkayasa secara khusus pertama-tama dikembangkan dan diuji pada laboratorium kecil dan skala bench-top, untuk menyelidiki kelayakan sintesis polimer. Jika kelayakan dan optimalisasi MIP telah tercapai, produksi MIP diskalakan ke volume yang lebih besar. Rute sintesis ultrasonik dapat diskalakan secara linier dari bench-top hingga produksi komersial penuh. Hielscher Ultrasonics menawarkan peralatan sonokimia untuk sintesis polimer di laboratorium kecil dan pengaturan bench-top hingga sistem ultrasonik inline industri sepenuhnya untuk produksi 24/7 di bawah beban penuh. Ultrasonik dapat diskalakan secara linier dari ukuran tabung reaksi hingga kapasitas produksi besar muatan truk per jam. Hielscher Ultrasonics portofolio produk yang luas dari laboratorium hingga sistem sonokimia industri memiliki ultrasonicator yang paling cocok untuk kapasitas proses yang Anda bayangkan. Staf kami yang berpengalaman lama akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimalisasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.

Hielscher Ultrasonics – Peralatan Sonokimia Canggih

Portofolio produk Hielscher Ultrasonics mencakup berbagai macam ekstraktor ultrasonik berkinerja tinggi dari skala kecil hingga besar. Aksesori tambahan memungkinkan perakitan konfigurasi perangkat ultrasonik yang paling sesuai dengan mudah untuk proses Anda. Pengaturan ultrasonik yang optimal tergantung pada kapasitas yang dibayangkan, volume, bahan, batch atau proses inline dan garis waktu. Hielscher membantu Anda mengatur proses sonokimia yang ideal.

batch dan inline

Ultrasonicators Hielscher dapat digunakan untuk pemrosesan batch dan flow-through kontinu. Volume kecil dan menengah dapat dengan mudah disonikasi dalam proses batch (misalnya, botol, uji, tabung, gelas kimia, tangki atau barel). Untuk pemrosesan volume besar, sonikasi inline mungkin lebih efektif. Meskipun batching lebih intensif waktu dan tenaga kerja, proses pencampuran inline berkelanjutan lebih efisien, lebih cepat, dan membutuhkan tenaga kerja yang jauh lebih sedikit. Hielscher Ultrasonics memiliki pengaturan ekstraksi yang paling cocok untuk reaksi polimerisasi dan volume proses Anda.

Probe Ultrasonik untuk Setiap Kapasitas Produk

Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics mencakup spektrum penuh prosesor ultrasonik dari ultrasonicator lab kompak melalui sistem bench-top dan pilot hingga prosesor ultrasonik industri penuh dengan kapasitas untuk memproses muatan truk per jam. Rangkaian produk lengkap memungkinkan kami untuk menawarkan peralatan ultrasonik yang paling cocok untuk polimer, kapasitas proses, dan target produksi Anda.
Sistem benchtop ultrasonik ideal untuk uji kelayakan dan pengoptimalan proses. Peningkatan skala linier berdasarkan parameter proses yang ditetapkan membuatnya sangat mudah untuk meningkatkan kapasitas pemrosesan dari lot yang lebih kecil ke produksi komersial sepenuhnya. Peningkatan skala dapat dilakukan dengan memasang unit ekstraktor ultrasonik yang lebih kuat atau mengelompokkan beberapa ultrasonicator secara paralel. Dengan UIP16000, Hielscher menawarkan unit ultrasonik paling kuat di seluruh dunia.

Amplitudo yang dapat dikontrol secara tepat untuk hasil yang optimal

Semua ultrasonicator Hielscher dapat dikontrol dengan tepat dan dengan demikian kuda kerja yang andal dalam produksi. Amplitudo adalah salah satu parameter proses penting yang mempengaruhi efisiensi dan efektivitas reaksi sonokimia termasuk reaksi polimerisasi dan rute sintesis.
Semua Ultrasonik Hielscher’ prosesor memungkinkan pengaturan amplitudo yang tepat. Sonotrodes dan klakson booster adalah aksesori yang memungkinkan untuk memodifikasi amplitudo dalam jangkauan yang lebih luas. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7.
Pengaturan amplitudo yang tepat dan pemantauan permanen parameter proses ultrasonik melalui perangkat lunak pintar memberi Anda kemungkinan untuk mensintesis polimer yang dicetak secara molekuler dengan kondisi ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk hasil polimerisasi terbaik!
Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hal ini menjadikan peralatan ultrasonik Hielscher sebagai alat kerja yang andal yang memenuhi persyaratan proses sonokimia Anda.

Pengujian yang Mudah dan Bebas Risiko

Proses ultrasonik dapat sepenuhnya berskala linier. Ini berarti setiap hasil yang telah Anda capai menggunakan ultrasonicator lab atau bench-top, dapat diskalakan ke output yang persis sama menggunakan parameter proses yang persis sama. Hal ini membuat ultrasonication ideal untuk pengujian kelayakan bebas risiko, optimalisasi proses dan implementasi selanjutnya ke dalam manufaktur komersial. Hubungi kami untuk mempelajari bagaimana sonikasi dapat meningkatkan hasil dan kualitas MIP Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai bisnis milik keluarga dan dikelola keluarga, Hielscher memprioritaskan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua ultrasonicator dirancang, diproduksi dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Kekokohan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya kuda kerja dalam produksi Anda. Operasi 24/7 di bawah beban penuh dan di lingkungan yang menuntut adalah karakteristik alami dari mixer berkinerja tinggi Hielscher.

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

Anda dapat membeli prosesor ultrasonik Hielscher dalam berbagai ukuran dan dikonfigurasi dengan tepat dengan kebutuhan proses Anda. Dari mengolah reaktan dalam tabung laboratorium kecil hingga pencampuran bubur polimer yang mengalir terus menerus di tingkat industri, Hielscher Ultrasonics menawarkan ultrasonicator yang cocok untuk Anda! Silahkan hubungi kami – Kami dengan senang hati merekomendasikan Anda pengaturan ultrasonik yang ideal!