სუპრამოლეკულური სტრუქტურები, რომლებიც აწყობილია სონიკაციის საშუალებით
სონიკაცია სუპრამოლეკულური ქიმიის მძლავრი და მრავალმხრივი ინსტრუმენტია, რომელიც საშუალებას იძლევა ზუსტად აკონტროლოთ არაკოვალენტური აწყობის პროცესები, რომლებიც ხშირად მგრძნობიარეა კინეტიკური და თერმოდინამიკური პარამეტრების მიმართ. სიმძლავრის ულტრაბგერის გამოყენება თხევად გარემოში გავლენას ახდენს მოლეკულურ ურთიერთქმედებებზე, აჩქარებს თვითაწყობას, აძლიერებს შერევას და ხელს უწყობს სტრუქტურულ რეორგანიზაციას ნანომასშტაბიან დონეზე.
როგორ მოქმედებს სონიკაცია სუპრამოლეკულურ ასამბლეაზე
სუპრამოლეკულურ სისტემებში, სადაც სუსტი ურთიერთქმედებები, როგორიცაა წყალბადური ბმები, π–π დაწყობა, ლითონის კოორდინაცია და ვან დერ ვაალის ძალები, არეგულირებს სტრუქტურის ფორმირებას, ულტრაბგერას შეუძლია შერჩევითად იმოქმედოს აწყობის გზებზე. ის უზრუნველყოფს ერთგვაროვან ბირთვწარმოქმნას, ხელს უწყობს სამშენებლო ბლოკების დისპერსიას და ხელს უწყობს მეტასტაბილური ან კინეტიკურად ხაფანგში ჩარჩენილი არქიტექტურების ფორმირებას, რომლებიც ხშირად მიუწვდომელია ჩვეულებრივ პირობებში. გარდა ამისა, ულტრაბგერით თერაპიას შეუძლია წონასწორობის მოდულირება აწყობილ და დაშლილ მდგომარეობებს შორის, რაც შექცევადი სუპრამოლეკულური სისტემების კონტროლის დინამიურ საშუალებას გვთავაზობს.
ფიზიკური ეფექტების გარდა, სონოქიმია უზრუნველყოფს ეკოლოგიურად კეთილთვისებიან და ენერგოეფექტურ მიდგომას. – ხშირად ხორციელდება გამხსნელების გარეშე ან რბილ პირობებში – რაც მას მიმზიდველს ხდის სუპრამოლეკულური გელების, ნანოფიბრების, მასპინძელ-სტუმარი კომპლექსების და ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურების სინთეზისთვის. შედეგად, ულტრაბგერითი თერაპია არა მხოლოდ ნიმუშის მომზადების ტექნიკაა, არამედ სუპრამოლეკულური მასალების რაციონალური დიზაინისა და დამუშავების ცენტრალური მექანოქიმიური მამოძრავებელი ძალაა.
Sonicator UP400St სუპრამოლეკულური სტრუქტურების ეფექტური სინთეზისთვის
ულტრაბგერითი გზით დაწინაურებული სუპრამოლეკულების სინთეზი
ულტრაბგერითი სონიკაციის გამოყენებით შესაძლებელია სუპრამოლეკულური სისტემების ფართო სპექტრის ფორმირება, სტაბილიზაცია ან ტრანსფორმაცია აკუსტიკური კავიტაციის, გარდამავალი ძვრის გრადიენტებისა და მიკროჭავლის ზემოქმედების გზით. შემდეგი კატეგორიები ასახავს ულტრაბგერითი თვითაწყობით მიღებულ ან გავლენიან ტიპურ სტრუქტურებს:
- სუპრამოლეკულური მასპინძელი-სტუმარი კომპლექსები
ციკლოდექსტრინის ინკლუზიური კომპლექსები
კუკურბიტურილზე დაფუძნებული მასპინძელ-სტუმარი სისტემები
კალიქსარენისა და სვეტის[5]არენის შეკრებები
მექანიკურად ურთიერთდაკავშირებული მოლეკულები (როტაქსანები, კატენანები) - სუპრამოლეკულური გრაფენის ოქსიდი და 2D ჰიბრიდები
- π–π დაწყობილი გრაფენის ოქსიდ-ქრომოფორის კომპლექსები
- გრაფენის ოქსიდ-პოლიმერის სუპრამოლეკულური ჰიბრიდები
- არაკოვალენტური ფუნქციონალიზაცია პორფირინებით, ფულერენებით ან პეპტიდებით
- სუპრამოლეკულური ნანოფიბრები და ნანომილაკები
- პეპტიდური ამფიფილური ნანოფიბრები
- π-კონიუგირებული ნანოფიბრები (მაგ., პერილენ ბისიმიდი, პორფირინი ან ციანინის წარმოებულები)
- წყალბადური ბმებით შეკრული ან π–π ერთმანეთზე დაწყობილი ნანომილაკები
- სუპრამოლეკულური გელები (სონოგელები)
- ულტრაბგერით გააქტიურებული ან სტაბილიზებული ორგანოგელები და ჰიდროგელები
- ლოკალიზებული გათბობითა და ძვრით გამოწვეული სოლ-გელის გადასვლები
- შექცევადი სუპრამოლეკულური ქსელები (H-ბმიანი, ლითონ-ლიგანდური ან იონური)
- სუპრამოლეკულური აგრეგატები და კონგლომერატები
- ამფიფილური მოლეკულებისგან წარმოქმნილი მიცელები და ვეზიკულები
- კოაკერვატები და კოლოიდური შეკრებები
- ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანის გავლენის ქვეშ მყოფი ქირალური კონგლომერატები და პოლიმორფული შეკრებები
- სუპრამოლეკულური ნანოსპონგები და ფოროვანი ჩარჩოები
- ციკლოდექსტრინზე დაფუძნებული ნანოსპონგები
- სონოქიმიურად გენერირებული მეტალ-ორგანული ჩარჩოები (MOF) და კოვალენტური ორგანული ჩარჩოები (COF)
- ფოროვანი სუპრამოლეკულური ქსელები, რომლებიც გამოიყენება კატალიზისთვის ან წამლის ჩატვირთვისთვის
- სხვა ულტრაბგერითი მგრძნობიარე სუპრამოლეკულური არქიტექტურები
- სუპრამოლეკულური კაფსულები და ნანოკაფსიდები
- თვითაწყობილი ერთშრეები (SAM) და მრავალშრეები
- დნმ-ზე დაფუძნებული სუპრამოლეკულური სტრუქტურები
- კოორდინაციული პოლიმერები და მეტალოგელები
(კვლევა და ფილმი: Rutgeerts et al., 2019)
ულტრაბგერითი აპლიკაციები სუპრამოლეკულურ ასამბლეაში
ულტრაბგერა გავლენას ახდენს სუპრამოლეკულური თვითაწყობაზე მექანიკური, თერმული და კავიტაციური ეფექტების მეშვეობით.
ეს ძირითადი პროცესები მოიცავს:
- ემულსიფიკაცია და ნანოემულსიის ფორმირება
- ხელს უწყობს სუპრამოლეკულურ კაფსულაციას ზეთის/წყლის სისტემებში
- ხელს უწყობს შეურევადი ფაზების ერთგვაროვან შერევას
- ნაწილაკების ზომის შემცირება და დეაგრეგაცია
- შლის უფრო დიდ სუპრამოლეკულურ აგრეგატებს ან კრისტალებს
- აკონტროლებს მორფოლოგიას და პოლიდისპერსიულობას
- დისპერსია და ჰომოგენიზაცია
- აძლიერებს ნანონაწილაკების ან სუპრამოლეკულური საშენი ბლოკების დისპერსიას გამხსნელებში
- აუმჯობესებს გელის ან ჰიბრიდული მასალის ფორმირების ერთგვაროვნებას
- ინკაფსულაციისა და კომპლექსაციის გაძლიერება
- აჩქარებს სტუმრის ჩართვას ციკლოდექსტრინებში ან მიცელურ სისტემებში
- ხელს უწყობს ნანოკაფსულების წარმოქმნას წამლის მიწოდების ან კატალიზისთვის
- ბოჭკოვანი შეერთება / სიგრძის შემცირება
- პეპტიდური ან პოლიმერული ნანოფიბრების შემოკლება კავიტაციური ძვრის მეთოდით
- სუპრამოლეკულური ძაფებისა და ნანომილაკების კონტროლირებადი ფრაგმენტაცია
- კრისტალიზაცია და პოლიმორფული კონტროლი
- ულტრაბგერითი დახმარებით ბირთვის წარმოქმნა კონტროლირებადი კრისტალების ზრდისთვის
- მეტასტაბილური ან კინეტიკურად სასურველი სუპრამოლეკულური პოლიმორფების წარმოქმნა
- ჯვარედინი კავშირი და ქსელის ფორმირება
- იწვევს ბმების რეორგანიზაციას წყალბადის ბმებთან ან ლითონ-ლიგანდურ ქსელებში
- იწყებს სუპრამოლეკულური მეტალ-ორგანული ჩარჩოების (MOF) ფორმირებას
- ხელს უწყობს სუპრამოლეკულური ჰიდროგელებისა და სონოგელების წარმოქმნას
- სონოქიმიური აქტივაცია და ფუნქციონალიზაცია
- იწყებს სუპრამოლეკულური მოდიფიკაციის რეაქციებს
- უზრუნველყოფს ფუნქციური ფრაგმენტების არაკოვალენტურ მიმაგრებას მასპინძელ სტრუქტურებზე
- დეგრადაცია და შექცევადი დაშლა
- ულტრაბგერითი ენერგია, რომელიც გამოიყენება სუპრამოლეკულური კონსტრუქციების შექცევადად დასაშლელად
- კაფსულირებული სახეობების კონტროლირებადი გამოთავისუფლება ულტრაბგერითი სტიმულაციის ქვეშ
შეიძინეთ საუკეთესო სონიკატორი სუპრამოლეკულებისთვის
Hielscher-ის სონიკატორები წარმოადგენენ მაღალი ხარისხის ზონდის ტიპის ულტრაბგერით სისტემებს, რომლებიც სპეციალურად შექმნილია თხევადი ფაზის პროცესებში ენერგიის ზუსტი მიწოდებისთვის, რაც მათ განსაკუთრებულად შესაფერისს ხდის რთული არქიტექტურების სონოქიმიური და სუპრამოლეკულური აწყობისთვის. მათი ზუსტი კონტროლი ამპლიტუდაზე, დროზე, პულსის რეჟიმზე და ტემპერატურაზე უზრუნველყოფს რეპროდუცირებად კავიტაციის დინამიკას, ხელს უწყობს ეფექტურ შერევას, გაძლიერებულ მასის გადაცემას და არაკოვალენტური ურთიერთქმედებების გააქტიურებას, რაც აუცილებელია სუპრამოლეკულური ორგანიზაციისთვის. სონოქიმიაში, ასეთ კონტროლირებად აკუსტიკურ კავიტაციას შეუძლია დააჩქაროს თვითაწყობა, ხელი შეუწყოს მასპინძელ-სტუმარის კომპლექსაციას და გავლენა მოახდინოს სუპრამოლეკულური აგრეგატების მორფოლოგიაზე ან სტაბილურობაზე. Hielscher-ის მოწყობილობების სიმტკიცე, მასშტაბირება და ციფრული პროცესის მონიტორინგი დამატებით საშუალებას იძლევა რეაქციის პირობების დახვეწა მცირე მასშტაბის ლაბორატორიული ექსპერიმენტებიდან სამრეწველო სინთეზამდე - ფუნდამენტური სუპრამოლეკულური კვლევის გამოყენებითი მასალის დამზადებასთან შერწყმა.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0.5-დან 1.5მლ-მდე | na | VialTweeter |
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150 ლ-მდე | 3-დან 15 ლ/წთ-მდე | UIP6000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000hdT |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000hdT |
დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში
Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.
Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ხელს უწყობს სუპრამოლეკულური სტრუქტურების აწყობას
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- Di Giosia, Matteo; Bomans, Paul; Bottoni, Andrea; Cantelli, Andrea; Falini, Giuseppe; Franchi, Paola; Guarracino, Giuseppe; Friedrich, Heiner; Lucarini, Marco; Paolucci, Francesco; Rapino, Stefania; Sommerdijk, Nico; Soldà, Alice; valle, Francesco ; Zerbetto, Francesco; Calvaresi, Matteo (2018): Proteins as Supramolecular Hosts for C60: A True Solution of C60 in Water. Nanoscale 10(21); 2018.
- Fatemeh Shahangi Shirazi, Kamran Akhbari (2016): Sonochemical procedures; the main synthetic method for synthesis of coinage metal ion supramolecular polymer nano structures. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 31, 2016. 51-61.
- Rutgeerts LAJ , Soultan AH , Subramani R , Toprakhisar B , Ramon H , Paderes MC , De Borggraeve WM , Patterson J . (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chem Commun (Camb). 2019 Jun 20;55(51):7323-7326.
ხშირად დასმული შეკითხვები
რა არის სუპრამოლეკულა/სუპერმოლეკულა?
სუპრამოლეკულა, ან სუპერმოლეკულა, არის ორი ან მეტი მოლეკულური ერთეულის დისკრეტული ქიმიური შეკრება, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია არაკოვალენტური ურთიერთქმედებებით, როგორიცაა წყალბადური ბმები, π–π დაწყობა, ლითონების კოორდინაცია ან ვან დერ ვაალის ძალები. კოვალენტურად შეკავშირებული მოლეკულებისგან განსხვავებით, ეს სტრუქტურები წარმოიქმნება შექცევადი და ხშირად მაღალშერჩევითი თვითაწყობის პროცესებით, რაც იწვევს რთულ არქიტექტურას განვითარებადი თვისებებით.
რა არის სუპრამოლეკულური ქიმიის ძირითადი მეთოდები?
სუპრამოლეკულური ქიმიის ძირითადი მეთოდები მოლეკულური ამოცნობისა და თვითორგანიზების გარშემო ტრიალებს. მასპინძელ-სტუმარი ქიმია, შაბლონური სინთეზი, კოორდინაციული ქიმია და სუსტი მოლეკულათშორისი ძალებით განპირობებული თვითაწყობა ქმნის კონცეპტუალურ და ექსპერიმენტულ საფუძველს. ანალიტიკური ინსტრუმენტები, როგორიცაა ბირთვული მაგნიტური რეზონანსული სპექტროსკოპია, იზოთერმული ტიტრაციული კალორიმეტრია და რენტგენის კრისტალოგრაფია, ცენტრალურ როლს თამაშობს ამ ურთიერთქმედებების რაოდენობრივად და სტრუქტურულად შესწავლაში.
რა არის სუპრამოლეკულური მოწყობილობა?
სუპრამოლეკულური მოწყობილობა არის ფუნქციური სისტემა, რომელშიც მოლეკულური კომპონენტები ორგანიზებულია არაკოვალენტური ურთიერთქმედებების გზით კონკრეტული ამოცანების შესასრულებლად, როგორიცაა სიგნალის გადაცემა, მოლეკულური გადართვა, კატალიზი ან ენერგიის გარდაქმნა. ეს მოწყობილობები ხშირად ბაძავენ ბიოლოგიურ ფუნქციებს, იყენებენ კონტროლირებად მოლეკულურ მოძრაობას და შექცევადობას ნანომასშტაბიან დონეზე.
წარმოადგენენ თუ არა მოდულარული ფრაგმენტები სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებს?
მეტალ-ორგანული სტრუქტურები (MOF) მართლაც შეიძლება ჩაითვალოს სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებად, რადგან მათი გაფართოებული კრისტალური ქსელები აგებულია ლითონის იონებს ან კლასტერებსა და ორგანულ შემაკავშირებლებს შორის კოორდინაციული ბმების მეშვეობით. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ბმებს ნაწილობრივი კოვალენტური ხასიათი აქვთ, MOF-ების მოდულური, თვითაწყობადი ბუნება და მიმართულ, შექცევად ურთიერთქმედებებზე დამოკიდებულება მათ კონცეპტუალურად სუპრამოლეკულური ქიმიის უფრო ფართო სფეროში ათავსებს.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.