分子インプリントポリマー(MIP)の超音波合成

分子インプリントポリマー(MIP)は、特定の生物学的または化学的分子構造に対して所定の選択性と特異性を持つ人工的に設計された受容体です。超音波処理は、分子的にインプリントされたポリマーのさまざまな合成経路を改善し、重合をより効率的で信頼性の高いものにすることができます。

分子インプリントポリマーとは?

分子インプリントポリマー(MIP)は、分子インプリント技術を用いて作製された抗体様認識特性を持つ高分子材料です。分子インプリンティング技術は、特定の標的分子に関して分子インプリントポリマーを生成します。分子的にインプリントされたポリマーは、そのポリマーマトリックスに特定の親和性を持つ空洞を持っています “テンプレート” 分子。このプロセスでは、通常、テンプレート分子の存在下でモノマーの重合を開始し、その後抽出して相補的な空洞を残します。これらのポリマーは、元の分子に対して親和性があり、化学分離、触媒作用、分子センサーなどの用途に使用されています。分子インプリントされた分子は、分子鍵(いわゆるテンプレート分子)に一致する分子ロックと比較できます。分子インプリントポリマー(MIP)は、テンプレート分子の形状、サイズ、官能基に一致する特別に調整された結合部位によって特徴付けられます。「ロック – キー」機能は、特定の種類の分子が認識され、分子ロック、すなわち分子インプリントポリマーに付着する様々な用途に分子インプリントポリマーを使用することを可能にします。

概略図は、テーラード受容体の調製のためのシクロデキストリンの分子インプリンティング経路を示しています。
研究・写真:Hishiya et al. 2003

分子インプリントポリマー(MIP)は、幅広い用途があり、アミノ酸やタンパク質、ヌクレオチド誘導体、汚染物質、医薬品や食品など、特定の生体分子や化学分子の分離・精製に使用されています。アプリケーション分野は、分離および精製から化学センサー、触媒反応、薬物送達、生物学的抗体および受容体システムまで多岐にわたります。(cf. Vasapollo et al. 2011)
例えば、MIP技術は、カンナビノイド分離物および留出物を得るために、フルスペクトル抽出物からCBDまたはTHCなどの大麻由来分子を操作および精製するための固相マイクロ抽出技術として使用される。

分子インプリント分子の超音波合成

ターゲット(テンプレート)の種類とMIPの最終的な用途に応じて、MIPは、ナノおよびミクロンサイズの球状粒子、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノフィラメント、または薄膜などのさまざまな形式で合成することができます。特定のMIP形態を製造するために、バルクインプリント、沈殿、乳化重合、懸濁液、分散、ゲル化、多段階膨潤重合などのさまざまな重合技術を適用できます。
低周波、高強度の超音波の適用は、高分子ナノ構造を合成するための非常に効率的で汎用性の高い簡単な技術を提供します。
超音波処理は、従来の重合プロセスと比較した場合、より高い反応速度、より均質なポリマー鎖成長、より高い収率、およびより穏やかな条件(例えば、低い反応温度)を促進するため、MIP合成にいくつかの利点をもたらします。さらに、結合部位の集団分布、ひいては最終ポリマーの形態を変化させることができる。(スヴェンソン2011)
MIPの重合に音響化学エネルギーを適用することにより、重合反応が開始され、プラスの影響が受けられます。同時に、超音波処理は、結合能力または剛性を犠牲にすることなく、ポリマー混合物の効果的な脱気を促進する。
超音波均質化、分散および乳化は、均質な懸濁液を形成し、重合プロセスの開始エネルギーを提供するための優れた混合および攪拌を提供する。(2019)は、超音波MIP合成の可能性を調査し、「MIPは超音波で調製され、従来の方法と同等またはより優れた結合特性を示した」と述べています。
ナノフォーマットのMIPは、結合部位の均質性を改善するための有望な可能性を開きます。超音波処理は、ナノ分散液およびナノエマルジョンの調製におけるその優れた結果でよく知られている。

超音波ナノ乳化重合

MIPは乳化重合により合成できます。エマルジョン重合は、一般に、界面活性剤を添加して水中油型エマルジョンを形成することによって達成されます。安定したナノサイズを形成するためには、高性能な乳化技術が必要です。超音波乳化は、ナノエマルジョンおよびミニエマルジョンを調製するための確立された技術です。
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超音波は、ナノMIP製造のための以下の合成経路を改善することができる:沈殿重合、乳化重合、およびコアシェル重合。
研究・写真: Refaat et al. 2019

テンプレートの超音波抽出

分子インプリントポリマーの合成後、活性分子インプリントポリマーを得るためには、テンプレートを結合部位から除去する必要があります。超音波処理の強い混合力は、溶媒およびテンプレート分子の溶解性、拡散性、浸透および輸送を促進する。これにより、テンプレートは結合サイトから迅速に削除されます。
超音波抽出は、インプリントポリマーからテンプレートを除去するためにソックスレー抽出と組み合わせることもできる。

ケーススタディ:分子インプリントポリマーの超音波アプリケーション

分子インプリントポリマーの超音波合成

超音波合成経路を用いた17β-エストラジオールインプリントポリマーによる磁性ナノ粒子のカプセル化は、水性環境からの17β-エストラジオールの迅速な除去を達成する。nanoMIPsの超音波合成のために、メタクリル酸(MAA)をモノマーとして、エチレングリコールジメチルアクリレート(EGDMA)を架橋剤として、およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を開始剤として使用した。超音波合成手順は、65°Cで2時間実施しました。磁性NIPと磁性MIPの平均粒径は、それぞれ200nmと300nmでした。超音波の使用は、ナノ粒子の重合速度および形態を増強しただけでなく、フリーラジカルの数の増加にもつながり、したがって、磁性ナノ粒子の周りのMIP成長を促進した。17β-エストラジオールへの吸着能力は、従来のアプローチと同等でした。[Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

分子インプリントセンサー用の超音波

Yuらは、フェノバルビタール測定のためのニッケルナノ粒子修飾電極に基づく分子インプリント電気化学センサーを設計しました。報告されている電気化学センサーは、機能性モノマーとしてメタクリル酸(MAA)、架橋剤として2,2-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)とエチレングリコールマレインロジン酸(EGMRA)アクリレート、テンプレート分子としてフェノバルビタール(PB)、有機溶媒としてジメチルスルホキシド(DMSO)を使用した熱重合によって開発されました。センサーの作製工程では、0.0464g PBと0.0688g MAAを3mL DMSOに混合し、10分間超音波処理しました。5時間後、1.0244gのEGMRAおよび0.0074gのAIBNを混合物に添加し、30分間超音波処理してPBインプリントポリマー溶液を得た。その後、2.0mgmLの10μLを^-1Niナノ粒子溶液をGCE表面に滴下し、センサーを室温で乾燥させました。次いで、調製したPBインプリントポリマー溶液約5μLをNiナノ粒子修飾GCE上にコーティングし、75°Cで6時間真空乾燥した。熱重合後、インプリントされたセンサーを(酢酸)HAc/メタノール(体積比3:7)で7分間洗浄し、テンプレート分子を除去しました。(Uygun et al. 2015参照)

MIPを用いた超音波マイクロ抽出

サンプルからニコチンアミド分析を回復するために、超音波支援分散型固相マイクロ抽出とそれに続くUV-vis分光光度計(UA-DSPME-UV-vis)が適用されます。ニコチンアミド(ビタミンB3)の抽出および予備濃縮には、HKUST-1金属有機フレームワーク(MOF)ベースの分子インプリントポリマーが使用されています。(Asfaram et al. 2017)

ポリマーアプリケーション用の高性能超音波装置

ラボから本番環境まで、直線的なスケーラビリティを実現: 特別に設計された分子インプリントポリマーは、まず、ポリマー合成の実現可能性を調査するために、小規模なラボおよびベンチトップスケールで開発およびテストされます。MIPの実現可能性と最適化が達成された場合、MIPの生産はより大きな量に拡張されます。超音波合成ルートは、ベンチトップから完全に商業生産まですべて直線的にスケーリングできます。ヒールシャー超音波は、全負荷の下で24 / 7生産のための完全に工業用インライン超音波システムまで、小さな実験室やベンチトップの設定でポリマー合成のための音響化学機器を提供しています。超音波は、試験管のサイズから1時間あたりのトラック負荷の大量生産まで直線的にスケーリングできます。ヒールシャー超音波 実験室から工業用超音波システムまでの広範な製品ポートフォリオは、あなたの想定されるプロセス能力に最も適した超音波装置を持っています。当社の長年の経験豊富なスタッフが、実現可能性テストやプロセスの最適化から、最終的な生産レベルでの超音波システムの設置まで、お客様を支援します。

Hielscher Ultrasonics – 洗練されたソノケミカル機器

ヒールシャー超音波製品ポートフォリオは、小規模から大規模まで高性能超音波抽出器の全範囲をカバーしています。追加のアクセサリにより、プロセスに最適な超音波装置構成を簡単に組み立てることができます。最適な超音波セットアップは、想定される容量、容量、材料、バッチまたはインラインプロセス、およびタイムラインによって異なります。ヒールシャーは、理想的な音響化学プロセスを設定するのに役立ちます。

バッチおよびインライン

ヒールシャー超音波処理器は、バッチおよび連続フロースルー処理に使用できます。小および中規模のボリュームは、バッチプロセス(バイアル、テスト、チューブ、ビーカー、タンク、バレルなど)で便利に超音波処理できます。大量の処理では、インライン超音波処理がより効果的かもしれません。バッチ処理はより時間と労力を要しますが、連続的なインライン混合プロセスはより効率的で迅速で、必要な労力が大幅に削減されます。ヒールシャー超音波は、あなたの重合反応とプロセス量に最適な抽出セットアップを持っています。

あらゆる製品容量に対応する超音波プローブ

ヒールシャー超音波製品群は、ベンチトップおよびパイロットシステム上のコンパクトなラボ用超音波装置から、1時間あたりのトラック負荷を処理する能力を持つ完全産業用超音波プロセッサまで、超音波プロセッサの全範囲をカバーしています。全製品範囲により、お客様のポリマー、プロセス能力、生産目標に最適な超音波装置を提供できます。
超音波ベンチトップシステムは、実現可能性試験やプロセスの最適化に最適です。確立されたプロセスパラメータに基づく線形スケールアップにより、処理能力を小ロットから完全な商業生産に容易に増やすことができます。アップスケーリングは、より強力な超音波抽出ユニットをインストールするか、または並列にいくつかの超音波装置をクラスタリングすることによって行うことができます。UIP16000により、ヒールシャーは世界で最も強力な超音波ユニットを提供しています。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

すべてのヒールシャー超音波装置は、正確に制御可能であり、それにより生産における信頼性の高い働き馬です。振幅は、重合反応や合成経路などの音響化学反応の効率と有効性に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです。
すべてのヒールシャー超音波’ プロセッサは、振幅の正確な設定を可能にします。ソノトロードとブースターホーンは、さらに広い範囲で振幅を変更できるアクセサリーです。ヒールシャーの産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供し、要求の厳しいアプリケーションに必要な超音波強度を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。
正確な振幅設定とスマートソフトウェアによる超音波プロセスパラメータの恒久的な監視により、最も効果的な超音波条件で分子的にインプリントされたポリマーを合成することができます。最高の重合結果を得るための最適な超音波処理!
ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、ヘビーデューティと要求の厳しい環境での24 / 7操作を可能にします。これにより、ヒールシャーの超音波装置は、あなたのソノケミカルプロセスの要件を満たす信頼性の高いワークツールになります。

簡単でリスクのない検査

超音波プロセスは完全に線形スケーリングすることができます。これは、実験室またはベンチトップ超音波装置を使用して達成したすべての結果は、まったく同じプロセスパラメータを使用してまったく同じ出力にスケーリングできることを意味します。これにより、超音波処理は、リスクのない実現可能性試験、プロセスの最適化、およびその後の商業製造への実装に理想的です。超音波処理があなたのMIPの収量と品質をどのように向上させることができるかを学ぶために私達に連絡してください。

最高品質 – ドイツで設計および製造

家族経営の企業として、ヒールシャーは、その超音波プロセッサのための最高の品質基準を優先しています。すべての超音波装置は、ドイツのベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的にテストされています。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性と信頼性は、それをあなたの生産の働き者にします。全負荷下で、要求の厳しい環境での24 / 7操作は、ヒールシャーの高性能ミキサーの自然な特性です。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

あなたは、任意の異なるサイズでヒールシャー超音波プロセッサを購入し、正確にあなたのプロセス要件に合わせて構成することができます。小さな実験用チューブ内での反応物の処理から、工業レベルでのポリマースラリーの連続フロースルー混合まで、ヒールシャー超音波はあなたに適切な超音波装置を提供します!お問い合わせください – 私たちはあなたに理想的な超音波セットアップをお勧めしてうれしいです!