超音波を使用したナノコンポジットヒドロゲル合成

ナノコンポジットヒドロゲルまたはナノゲルは、薬物キャリアおよび制御放出薬物送達システムとして高い有効性を有する多機能3D構造である。超音波処理は、ナノサイズのポリマーヒドロゲル粒子の分散を促進するだけでなく、これらのポリマー構造へのナノ粒子のその後の包含/組み込みを促進する。

ナノゲルの超音波合成

ナノコンポジットヒドロゲルは三次元材料構造であり、特定の特徴を示すように設計することができ、それはそれらを強力な薬物キャリアおよび制御放出薬物送達システムにする。超音波は、官能化されたナノサイズの粒子の合成だけでなく、三次元ポリマー構造におけるナノ粒子のその後の包含/組み込みを促進する。超音波合成ナノゲルは、ナノスケールコア内に生理活性化合物をトラップすることができるので、これらのナノサイズのヒドロゲルは、優れた機能を提供します。
ナノゲルは、親水性ポリマーネットワークとして物理的または化学的に架橋されているヒドロゲルナノ粒子の水分散液である。高性能超音波はナノ分散液を生成するのに非常に効率的であるため、プローブ型超音波処理器は、優れた機能を備えたナノゲルの迅速かつ信頼性の高い生産のための重要なツールです。

超音波生成ナノゲルの機能

• 優れたコロイド安定性と大きな比表面積
• ナノ粒子を密に充填することができます
• ハイブリッドコア/シェルナノゲルで硬質粒子と軟粒子を組み合わせることができます
• 高い水分補給ポテンシャル
• バイオアベイラビリティの促進
• 高い膨潤・消膨潤性

 
超音波合成ナノゲルは、多くの用途や産業で使用されています。

• 製薬および医療用途:薬物担体、抗菌ゲル、抗菌創傷被覆材など
• 遺伝子送達のための生化学および生物医学
• 化学的および環境的用途における吸着剤/バイオ吸着剤として
• 組織工学では、ヒドロゲルは多くのネイティブ組織の物理的、化学的、電気的、生物学的特性を模倣することができます

ケーススタディ:ソノケミカルルートによる亜鉛ナノゲル合成

ZnOハイブリッドナノ粒子は、簡単な超音波プロセスを介してカルボポールゲル中で安定化することができます:超音波処理は、その後、ナノヒドロゲルを形成するためにカルボポールと超音波架橋される亜鉛ナノ粒子の沈殿を駆動するために使用されます。
Ismailら(2021)は、簡単なソノケミカル経路を介して酸化亜鉛ナノ粒子を沈殿させた。(ここでZnOナノ粒子のソノケミカル合成のためのプロトコルを見つける）。
続いて、ナノ粒子を用いてZnOナノゲルを合成した。したがって、生成されたZnO NPは二重脱イオン水ですすいだ。0.5gのカルボポール940を300mLの2倍の脱イオン水に溶解し、続いて新たに洗浄したZnO NPsを添加した。カルボポールは自然に酸性であるため、溶液はpH値の中和を必要とし、そうでなければ増粘しません。したがって、混合物は、95の振幅と1時間のための95%のサイクルを有するヒールシャー超音波処理器UP400Sを使用して連続超音波処理を受けていた。次いで、中和剤としてのトリメチルアミン(TEA)の50mL(pHを7に上げる)を、ZnO白色ゲルの形成が起こるまで連続超音波処理下で滴下した。カルボポールの増粘は、pHが中性pHに近いときに始まりました。
研究チームは、強化された粒子 - 粒子相互作用によるナノゲル形成に対する超音波の非常に肯定的な効果を説明します。反応混合物中の成分の超音波開始分子攪拌は、ポリマー - 溶媒相互作用によって促進される増粘プロセスを強化する。さらに、超音波処理はカルボポールの溶解を促進します。さらに、超音波照射は、ポリマー-ZnO NPs相互作用を増強し、調製されたカルボポール/ZnOハイブリッドナノ粒子ゲルの粘弾性特性を改善する。
上記の概略フローチャートは、ZnO NPおよびカルボポール/ZnOハイブリッドナノ粒子ゲルの合成を示しています。研究では、超音波装置UP400Stは、ZnOナノ粒子沈殿およびナノゲル形成のために使用された。(イスマイルら、2021年から適応)

超音波の影響下で化学沈殿法によって合成されたZnO NPsは、(a)水溶液中にあり、(b)安定なカルボポールベースのヒドロゲルに超音波分散される。
(研究と写真:イスマイルら、2021年)

ケーススタイ:ポリ(メタクリル酸)/モンモリロナイト(PMA / nMMT)ナノゲルの超音波調製

Khanら(2020)は、超音波支援酸化還元重合を介してポリ(メタクリル酸)/モンモリロナイト(PMA / nMMT)ナノコンポジットヒドロゲルの合成に成功したことを実証した。典型的には、1.0gのnMMTを2時間の超音波処理で50mLの蒸留水に分散させて均質な分散液を形成する。超音波処理は、粘土の分散を改善し、その結果、ヒドロゲルの機械的特性と吸着能力が向上します。メタクリル酸モノマー(30mL)を懸濁液に滴下した。開始剤過硫酸アンモニウム(APS)(0.1 M)を混合物に添加し、続いて1.0 mLのTEMED促進剤を添加しました。分散液をマグネチックスターラーにより50°Cで4時間激しく撹拌した。得られた粘性塊をアセトン洗浄し、オーブン中70°Cで48時間乾燥させた。得られた生成物を粉砕しそしてガラス瓶に貯蔵した。nMMTを0.5、1.0、1.5、および2.0gの量で変化させることによって、異なるナノコンポジットゲルを合成した。1.0 gのnMMTを使用して調製されたナノコンポジットヒドロゲルは、他の複合材料よりも優れた吸着結果を示したため、さらなる吸着調査に使用されました。
右のSEM-EDX顕微鏡写真は、モンモリロナイト(MMT)、ナノモンモリロナイト(nMMT)、ポリ(メタクリル酸)/ナノモンモリロナイト(PMA/nMMT)、およびアモキシシリン(AMX)およびジクロフェナク(DF)担持PMA/nMMTからなるナノゲルの元素および構造分析を示しています。1.00 KXの倍率で記録されたSEM顕微鏡写真は、

• モンモリロナイト(MMT)、
• ナノモンモリロナイト(nMMT)、
• ポリ(メタクリル酸)/ナノモンモリロナイト(PMA / nMMT)、
• アモキシシリン(AMX)およびジクロフェナク(DF)負荷PMA / nMMT。

生のMMTは、より大きな粒子の存在を示す層状のシート構造を負っていることが観察されています。修飾後、MMTのシートは小さな粒子に剥離しますが、これは八面体部位からSi2+とAl3+が除去されたことが原因である可能性があります。nMMTのEDXスペクトルは炭素の割合が高いが、これは主にCTAB(C19H42BrN)の主成分である炭素(84%)であるため、修飾に利用される界面活性剤に起因する可能性がある。PMA/nMMTは、コヒーレントでほぼ共連続的な構造を示します。さらに、細孔は見えず、PMAマトリックスへのnMMTの完全な剥離を示しています。医薬分子アモキシシリン(AMX)およびジクロフェナク(DF)による収着後、PMA / nMMT形態の変化が観察されます。表面は粗い質感の増加とともに非対称になります。
粘土ベースのナノサイズのヒドロゲルの使用と機能:粘土ベースのヒドロゲルナノ複合材料は、生分解性、生体適合性、経済的実行可能性、存在量、高比表面積、三次元ネットワーク、膨潤/消膨潤特性などの粘土とポリマーの両方の特性を組み合わせるため、水溶液からの無機および/または有機汚染物質の取り込みのための潜在的な超吸着剤であると想定されています。
(カーンら、2020年を参照)

ヒドロゲルおよびナノゲル生産のための高性能超音波装置

ヒドロゲルおよびナノゲル生産のための高性能超音波装置
ヒールシャー超音波は、優れた機能を有するヒドロゲルおよびナノゲルの合成のための高性能超音波装置を製造しています。中小Rから&連続モードでの商業ヒドロゲル製造のための産業システムへのDとパイロット超音波装置、ヒールシャー超音波は、ヒドロゲル/ナノゲル生産のためのあなたの要件をカバーするために右の超音波プロセッサを持っています。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：