分子インプリント高分子（MIP）の超音波合成

分子インプリントポリマー（MIP）は、所定の生物学的または化学的分子構造に対する所定の選択性と特異性を有する人工的に設計された受容体である。超音波照射は、分子インプリント高分子の様々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します。

分子インプリントポリマーとは？

分子インプリンティングポリマー（MIP）とは、分子インプリンティング技術を用いて製造された、抗体のような認識特性を持つ高分子材料である。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製造する。分子インプリントポリマーは、そのポリマーマトリックスに空洞を持ち、特定の標的分子と親和性がある。 “テンプレート” 分子。このプロセスでは通常、鋳型分子の存在下でモノマーの重合を開始させ、その後に鋳型分子を取り出して相補的な空洞を残す。これらのポリマーは元の分子と親和性があり、化学分離、触媒作用、分子センサーなどの応用に用いられてきた。分子インプリント分子は、分子鍵（いわゆる鋳型分子）に適合する分子錠に例えることができる。分子インプリントポリマー（MIP）は、形状、サイズ、官能基が鋳型分子と一致するよう、特別に調整された結合部位を特徴とする。ロック – キー」機能により、分子インプリントポリマーをさまざまな用途に使用することができる。

模式図は、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、テーラーメイドのレセプターを調製する。
研究と写真菱谷ほか 2003年

分子インプリントポリマー（MIP）の応用分野は広く、アミノ酸やタンパク質、ヌクレオチド誘導体、汚染物質、薬物、食品など、特定の生体分子や化学分子を分離・精製するために使用されている。その応用分野は、分離・精製から、化学センサー、触媒反応、薬物送達、生物学的抗体、受容体システムまで多岐にわたる。(参照：Vasapollo et al.）
例えば、MIP技術は、カンナビノイド単離物や蒸留物を得るために、フルスペクトル抽出物からCBDやTHCなどの大麻由来分子を操作・精製する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（鋳型）の種類やMIPの最終的な用途に応じて、MIPはナノサイズやミクロンサイズの球状粒子、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノフィラメント、薄膜など、さまざまな形態で合成することができます。特定の形態のMIPを製造するためには、バルクインプリンティング、沈殿、乳化重合、懸濁、分散、ゲル化、多段階膨潤重合などの異なる重合技術を適用することができます。
低周波、高強度の超音波を応用することで、非常に効率的で、汎用性が高く、簡単な手法で高分子ナノ構造を合成することができる。
ソニケーションは、従来の重合プロセスと比較して、MIP合成にいくつかの利点をもたらす。なぜなら、ソニケーションは、より高い反応速度、より均一なポリマー鎖の成長、より高い収率、より穏やかな条件（例えば、低い反応温度）を促進するからである。さらに、結合部位の集団分布を変化させることができるため、最終的なポリマーの形態も変化させることができる。(Svenson 2011)
MIPの重合に超音波エネルギーを加えることで、重合反応が開始され、プラスの影響を与えます。同時に、超音波照射は、結合力や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します。
超音波による均質化、分散、乳化は、均質な懸濁液を形成し、重合プロセスに開始エネルギーを提供するための優れた混合と撹拌を提供する。Viveirosら（2019）は、超音波MIP合成の可能性を調査し、「超音波で調製されたMIPは、従来の方法と同等かそれ以上の結合特性を示した」と述べている。
ナノフォーマットのMIPは、結合部位の均質性を向上させる有望な可能性を開いている。超音波処理は、ナノ分散液やナノエマルションの調製において卓越した結果をもたらすことでよく知られている。

超音波ナノ乳化重合

MIPは乳化重合によって合成することができる。乳化重合は一般的に、界面活性剤の添加下で水中油型エマルションを形成することで達成される。安定したナノサイズを形成するには、高性能の乳化技術が必要である。超音波乳化は、ナノおよびミニエマルションを調製するための確立された技術である。
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超音波は、ナノMIP製造のための以下の合成ルートを改善することができる：沈殿重合、乳化重合、コアシェル重合。
による研究と写真：リファート他2019年

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、活性な分子インプリントポリマーを得るためには、結合部位からテンプレートを除去しなければならない。超音波処理による激しい混合力は、溶媒とテンプレート分子の溶解性、拡散性、浸透性、輸送性を促進する。これにより、テンプレートは結合部位から速やかに除去される。
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、超音波抽出を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高分子の超音波アプリケーション

分子インプリント高分子の超音波合成

超音波合成法を用いた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により、水環境からの17β-エストラジオールの迅速な除去が達成された。ナノMIPの超音波合成には、モノマーとしてメタクリル酸（MAA）、架橋剤としてエチレングリコールジメチルアクリレート（EGDMA）、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）を用いた。超音波合成は65℃で2時間行った。磁性NIPと磁性MIPの平均粒子径はそれぞれ200nmと300nmであった。超音波の使用は、ナノ粒子の重合速度と形態を向上させただけでなく、フリーラジカルの数を増加させ、磁性ナノ粒子周囲のMIPの成長を促進した。17β-エストラジオールに対する吸着能は、従来のアプローチと同等であった。[Xiaら、2012／Viveiroら、2019］。

分子インプリント・センサーのための超音波技術

Yuらは、フェノバルビタール測定のために、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た。報告された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）およびエチレングリコールマレイン酸ロジン（EGMRA）アクリレート、鋳型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）を用いた熱重合によって開発された。センサー作製プロセスでは、0.0464gのPBと0.0688gのMAAを3mLのDMSOに混合し、10分間超音波処理した。5時間後、1.0244gのEGMRAと0.0074gのAIBNを加え、30分間超音波処理し、PBインプリントポリマー溶液を得た。その後、10μLの2.0 mg mL^-1GCE表面にNiナノ粒子溶液を滴下した後、センサーを室温で乾燥させた。その後、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。熱重合の後、インプリントセンサーを（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た（cf. Uygun et al.(Uygun et al. 2015参照）。

MIPを用いた超音波マイクロ抽出

試料からニコチンアミドを回収するために、超音波アシスト分散固相マイクロ抽出法とUV-vis分光光度計（UA-DSPME-UV-vis）を適用した。ニコチン酸アミド（ビタミンB3）の抽出と前濃縮には、HKUST-1有機金属骨格（MOF）ベースの分子インプリンティングポリマーが使用されている。(Asfaram et al.）

ポリマー用途向け高性能超音波発生装置

リニアなスケーラビリティで研究室から生産現場へ： 具体的に設計された分子インプリントポリマーは、まず最初に開発され、小規模の実験室やベンチトップスケールでテストされ、ポリマー合成の実現可能性が調査される。MIPの実現可能性と最適化が達成されれば、MIPの生産はより大量にスケールアップされる。超音波合成ルートは、ベンチトップから完全な商業生産まで、すべて直線的にスケールアップすることができます。Hielscher Ultrasonics社は、小規模な実験室やベンチトップでのポリマー合成から、24時間365日フル稼働の工業用インライン超音波システムまで、超音波化学装置を提供しています。超音波は、試験管サイズからトラック1台分の生産能力まで、リニアにスケールアップすることができます。ラボ用から工業用まで幅広い製品ラインナップの中から、お客様のプロセス容量に最適な超音波装置をお選びいただけます。長年経験を積んだスタッフが、フィージビリティテストやプロセスの最適化から、最終生産レベルでの超音波システムの設置までお手伝いいたします。

Hielscher Ultrasonics – 洗練されたソノケミカル装置

Hielscher Ultrasonicsの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。追加アクセサリーにより、お客様の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、量、材料、バッチまたはインラインプロセス、タイムラインによって異なります。Hielscherは、理想的なソノケミカルプロセスのセットアップをお手伝いします。

バッチとインライン

Hielscher 社の超音波処理装置は、バッチ処理にも連続フロースルー処理にも使用できます。小・中容量であれば、バッチ処理（バイアル、試験管、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。大量処理には、インライン超音波処理が効果的です。バッチ処理は時間と労力がかかりますが、インラインでの連続混合は効率的で、より速く、より少ない労力で行えます。Hielscher Ultrasonics社は、お客様の重合反応と処理量に最適な抽出セットアップを提供します。

超音波プローブ

Hielscher Ultrasonicsの製品レンジは、コンパクトなラボ用超音波処理装置から、ベンチトップやパイロットシステム、トラック1台分の処理能力を持つ工業用超音波処理装置まで、あらゆる超音波処理装置をカバーしています。お客様のポリマー、処理能力、生産目標に最適な超音波装置を提供できるよう、幅広い製品ラインナップを取り揃えています。
超音波ベンチトップシステムは、フィージビリティテスト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ーに基づくリニアなスケールアップにより、小ロットから完全な商業生産まで、処理能力を非常に簡単に向上させることができます。スケールアップは、より強力な超音波抽出ユニットを設置するか、複数の超音波処理装置を並列にクラスタリングすることで可能です。UIP16000により、Hielscher社は世界で最も強力な超音波ユニットを提供します。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

Hielscher社の超音波発生装置は、すべて精密に制御可能であり、生産現場において信頼性の高い作業馬となります。振幅は、重合反応や合成経路を含むソノケミカル反応の効率と効果に影響を与える重要なプロセスパラメーターの一つです。
すべての Hielscher Ultrasonics’ プロセッサーにより、振幅を正確に設定できます。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。Hielscherの工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時間365日の連続運転が可能です。
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常時モニタリングにより、最も効果的な超音波条件で分子インプリントポリマーを合成することができます。最適な超音波処理により、最高の重合結果を得ることができます！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。これにより、Hielscherの超音波装置は、お客様のソノケミカルプロセスの要件を満たす信頼性の高い作業ツールとなります。

簡単でリスクのないテスト

超音波プロセスは、完全にリニアにスケールすることができます。つまり、実験室やベンチトップの超音波発生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ーを使用して、まったく同じ出力にスケールアップすることができます。このため、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、その後の商業生産への導入に理想的です。超音波処理によってMIPの歩留まりと品質を向上させる方法については、当社までお問い合わせください。

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族経営の企業として、Hielscher社は超音波プロセッサーの最高品質基準を優先しています。すべての超音波処理装置は、ドイツ・ベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的なテストが行われています。Hielscherの超音波装置は、頑丈で信頼性が高いため、お客様の生産現場で活躍します。全負荷、過酷な環境下での24時間365日の稼働は、Hielscherの高性能ミキサーの当然の特徴です。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：

Hielscher ultrasonic processorは、お客様のプロセス要件に合わせて、様々なサイズで購入することができます。小さなチューブ内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、Hielscher Ultrasonicsはお客様に適した超音波処理装置を提供します！お問い合わせ – 理想的な超音波セットアップをご提案させていただきます！