초음파를 이용한 나노 복합 하이드로겔 합성

나노 복합 하이드로 겔 또는 나노 겔은 약물 운반체 및 제어 방출 약물 전달 시스템으로서 높은 효율을 갖는 다기능 3D 구조입니다. 초음파는 나노 크기의 고분자 하이드로겔 입자의 분산뿐만 아니라 이러한 고분자 구조에 나노 입자의 후속 포함 / 통합을 촉진합니다.

나노 젤의 초음파 합성

나노 복합 하이드로 겔은 3 차원 물질 구조이며 특정 기능을 나타내도록 설계 될 수있어 강력한 약물 운반체 및 제어 방출 약물 전달 시스템을 만듭니다. 초음파는 기능화 된 나노 크기의 입자의 합성뿐만 아니라 3 차원 고분자 구조에 나노 입자의 포함 / 통합을 촉진합니다. 초음파 합성 나노 젤이 나노 스케일 코어 내부에 생리 활성 화합물을 가둘 수 있기 때문에,이 나노 크기의 하이드로 젤은 훌륭한 기능을 제공합니다.
나노 겔은 친수성 고분자 네트워크로서 물리적 또는 화학적으로 가교 결합 된 하이드로 겔 나노 입자의 수성 분산액입니다. 고성능 초음파는 나노 분산액을 생산하는 데 매우 효율적이므로 프로브 형 초음파 는 우수한 기능을 갖춘 나노 젤의 빠르고 안정적인 생산을위한 중요한 도구입니다.

초음파로 생산 된 나노 젤의 기능

• 우수한 콜로이드 안정성과 큰 비표면적
• 나노 입자로 조밀하게 포장 될 수 있습니다.
• 하이브리드 코어/쉘 나노젤에서 단단하고 부드러운 입자를 결합할 수 있습니다.
• 높은 수화 잠재력
• 생체 이용률 촉진
• 높은 팽창 / 팽창 제거 특성

 
초음파 합성 나노 젤은 수많은 응용 분야와 산업에서 사용됩니다.

• 제약 및 의료 응용 분야: 예: 약물 운반체, 항균 젤, 항균 상처 드레싱
• 유전자 전달을 위한 생화학 및 생의학
• 화학 및 환경 응용 분야의 흡착제/생물 흡착제
• 조직 공학에서 하이드로겔은 많은 천연 조직의 물리적, 화학적, 전기적 및 생물학적 특성을 모방할 수 있습니다.

사례 연구: 소노케미컬 경로를 통한 아연 나노젤 합성

ZnO 하이브리드 나노 입자는 간편한 초음파 공정을 통해 카보폴 겔에서 안정화 될 수 있습니다 : 초음파 처리는 아연 나노 입자의 침전을 구동하는 데 사용되며, 이후 카보폴과 초음파로 가교되어 나노 하이드로 겔을 형성합니다.
Ismail et al. (2021)은 손쉬운 초음파 화학적 경로를 통해 산화 아연 나노 입자를 침전시켰다. (여기에서 ZnO 나노 입자의 초음파 화학적 합성을위한 프로토콜을 찾으십시오.).
이어서, 나노입자를 사용하여 ZnO 나노젤을 합성하였다. 따라서, 생성된 ZnO NP를 이중 탈이온수로 헹구었다. 0.5g의 카보폴 940을 300mL의 2배된 탈이온수에 용해시키고, 이어서 새로 세척된 ZnO NP를 첨가하였다. 카보폴은 자연적으로 산성이기 때문에 용액은 pH 값의 중화가 필요하며 그렇지 않으면 두껍지 않습니다. 따라서, 혼합물은 Hielscher 초음파 처리기 UP400S를 사용하여 95의 진폭과 1 시간 동안 95 %의 사이클을 사용하여 연속 초음파 처리를 거쳤다. 그런 다음 중화제로서 트리메틸 아민 (TEA) 50mL (pH를 7로 상승)를 ZnO 백색 겔의 형성이 발생할 때까지 연속 초음파 처리 하에서 적가했다. 카보 폴의 농축은 pH가 중성 pH에 가까울 때 시작되었습니다.
연구팀은 향상된 입자-입자 상호 작용에 의해 나노 젤 형성에 대한 초음파의 매우 긍정적 인 효과를 설명합니다. 반응 혼합물에서 구성 성분의 초음파 개시 분자 교반은 폴리머-용매 상호 작용에 의해 촉진되는 농축 과정을 향상시킵니다. 또한, 초음파 처리는 카보폴의 용해를 촉진합니다. 또한, 초음파 조사는 폴리머 – ZnO NPs 상호 작용을 향상시키고 제조 된 카보폴 / ZnO 하이브리드 나노 입자 겔의 점탄성 특성을 향상시킨다.
위의 개략적 순서도는 ZnO NP 및 카보폴 / ZnO 하이브리드 나노 입자 겔의 합성을 보여줍니다. 이 연구에서 초음파 처리기 UP400St는 ZnO 나노 입자 침전 및 나노 겔 형성에 사용되었습니다. (이스마일 외, 2021에서 발췌)

초음파의 영향하에 화학적 침전 방법에 의해 합성 된 ZnO NPs는 (a) 수용액에 있고, (b) 안정한 카보폴 기반 하이드로 겔로 초음파 분산된다.
(연구 및 사진: 이스마일 외, 2021)

케이스 스타이: 폴리(메타크릴산)/몬모릴로나이트(PMA/nMMT) 나노젤의 초음파 준비

Khan 외(2020)는 초음파 보조 산화 환원 중합을 통해 폴리(메타크릴산)/몬모릴로나이트(PMA/nMMT) 나노복합 하이드로젤의 성공적인 합성을 입증했습니다. 전형적으로, nMMT의 1.0g을 2 시간 동안 초음파로 증류수 50mL에 분산시켜 균질 한 분산액을 형성했다. 초음파 처리는 점토의 분산을 개선하여 하이드로겔의 기계적 특성과 흡착 능력을 향상시킵니다. 메타크릴산 단량체(30 mL)를 현탁액에 적가하였다. 개시제인 암모늄 퍼설페이트(APS)(0.1 M)를 이어서 1.0 mL의 TEMED 촉진제를 혼합물에 첨가하였다. 분산액을 자기 교반기에 의해 50°C에서 4시간 동안 격렬하게 교반하였다. 생성 된 점성 덩어리를 아세톤 세척하고 오븐에서 70 ° C에서 48 시간 동안 건조시켰다. 생성 된 생성물을 분쇄하여 유리 병에 보관하였다. 상이한 나노복합체 겔을 0.5, 1.0, 1.5 및 2.0 g의 양으로 nMMT를 변화시킴으로써 합성하였다. 1.0g의 nMMT를 사용하여 제조 된 나노 복합 하이드로 겔은 나머지 복합 재료보다 우수한 흡착 결과를 나타 냈으므로 추가 흡착 조사에 사용되었습니다.
오른쪽의 SEM-EDX 현미경 사진은 몬모릴로나이트(MMT), 나노-몬모릴로나이트(nMMT), 폴리(메타크릴산)/나노-몬모릴로나이트(PMA/nMMT), 아목시실린(AMX)- 및 디클로페낙(DF)이 로드된 PMA/nMMT로 구성된 나노젤의 원소 및 구조 분석을 보여줍니다. SEM 현미경 사진은 EDX와 함께 1.00KX의 배율로 기록되었습니다.

• 몬모릴로나이트 (MMT),
• 나노 - 몬모릴로나이트 (nMMT),
• 폴리 (메타 크릴 산) / 나노 몬모릴로나이트 (PMA / nMMT),
• 및 아목시실린 (AMX) 및 디클로페낙 (DF)로드 PMA / nMMT.

원료 MMT는 더 큰 입자의 존재를 나타내는 층상 시트 구조를 빚지고 있음이 관찰된다. 수정 후, MMT 시트는 Si의 제거로 인한 작은 입자로 박리됩니다.2+ 및 Al3+ 팔면체 부위에서. nMMT의 EDX 스펙트럼은 높은 비율의 탄소를 나타내며, 이는 주로 CTAB(C19H42BrN)의 주성분이 탄소(84%)이기 때문에 변형에 사용되는 계면활성제 때문일 수 있습니다. PMA/nMMT는 일관되고 거의 공연속적인 구조를 표시합니다. 또한, 기공이 보이지 않으며, 이는 PMA 매트릭스로의 nMMT의 완전한 각질 제거를 나타낸다. 제약 분자 아목시실린 (AMX) 및 디클로페낙 (DF)으로 흡착 한 후 PMA / nMMT 형태의 변화가 관찰됩니다. 표면은 거친 질감의 증가로 비대칭이됩니다.
점토 기반 나노 크기의 하이드로 겔의 사용 및 기능 : 점토 기반 하이드로 겔 나노 복합체는 생분해 성, 생체 적합성, 경제적 생존력, 풍부함, 높은 비 표면적, 3 차원 네트워크 및 팽창 / 팽창 제거 특성과 같은 점토와 폴리머의 결합 특성으로 인해 수용액에서 무기 및 / 또는 유기 오염 물질을 흡수하기위한 잠재적 인 슈퍼 흡착제로 구상됩니다.
(칸 외, 2020 참조)

하이드로겔 및 나노겔 생산을 위한 고성능 초음파

하이드로겔 및 나노겔 생산을 위한 고성능 초음파
Hielscher 초음파는 우수한 기능을 갖춘 하이드로겔 및 나노젤의 합성을 위한 고성능 초음파 장비를 제조합니다. 중소형 R에서&연속 모드에서 상업용 하이드로겔 제조를 위한 산업 시스템에 D 및 파일럿 초음파 를 제공하는 Hielscher 초음파는 하이드로겔/나노젤 생산에 대한 요구 사항을 충족하는 올바른 초음파 프로세서를 보유하고 있습니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.