분자 각인 폴리머(MIPs)의 초음파 합성

분자 각인 폴리머(MIPs)는 주어진 생물학적 또는 화학적 분자 구조에 대해 미리 결정된 선택성과 특이성을 가진 인위적으로 설계된 수용체입니다. 초음파는 분자로 각인 된 폴리머의 다양한 합성 경로를 개선하여 중합을보다 효율적이고 신뢰할 수 있게 만들 수 있습니다.

분자 각인된 폴리머란 무엇입니까?

MIP(molecularly imprinted polymer)는 분자 각인 기술을 사용하여 생산된 항체와 유사한 인식 특성을 가진 고분자 재료입니다. 분자 임프린팅 기술은 특정 타겟 분자와 관련하여 분자로 각인된 폴리머를 생성합니다. 분자로 각인된 중합체에는 특정을 위한 친화력을 가진 그것의 중합체 기질에 있는 구멍이 있습니다 “템플렛” molecule. The process usually involves initiating the polymerization of monomers in the presence of a template molecule that is extracted afterwards, leaving behind complementary cavities. These polymers have affinity for the original molecule and have been used in applications such as chemical separations, catalysis, or molecular sensors. Molecular imprinted molecules can be compared to a molecular lock, that matches a molecular key (the so-called template molecule). Molecularly imprinted polymers (MIPs) are characterised by specifically tailored binding sites that match the template molecules in shape, size and functional groups. The “lock – key” feature allows to use molecular imprinted polymers for various applications, where a specific type of molecule is recognised and attached to the molecular lock, i.e. the molecular imprinted polymer.

개략적인 그림은 맞춤형 수용체의 준비를 위한 cyclodextrins의 분자 각인 경로를 보여줍니다.연구 및 사진: Hishiya et al. 2003

분자 각인 폴리머(MIP)는 광범위한 응용 분야를 가지고 있으며 아미노산 및 단백질, 뉴클레오티드 유도체, 오염 물질, 약물 및 식품을 포함한 특정 생물학적 또는 화학적 분자를 분리하고 정제하는 데 사용됩니다. 응용 분야는 분리 및 정제에서 화학 센서, 촉매 반응, 약물 전달, 생물학적 항체 및 수용체 시스템에 이르기까지 다양합니다. (참조: Vasapollo et al. 2011)
예를 들어, MIP 기술은 카나비노이드 분리 물 및 증류 액을 얻기 위해 전체 스펙트럼 추출물에서 CBD 또는 THC와 같은 대마초 유래 분자를 작동하고 정제하는 고체상 마이크로 추출 기술로 사용됩니다.

분자로 각인된 분자의 초음파 합성

MIP의 타겟(템플릿) 유형 및 최종 응용 분야에 따라 MIP는 나노 및 미크론 크기의 구형 입자, 나노와이어, 나노 막대, 나노 필라멘트 또는 박막과 같은 다양한 형식으로 합성할 수 있습니다. 특정 MIP 형태를 생산하기 위해 벌크 임프린팅, 침전, 에멀젼 중합, 현탁, 분산, 겔화 및 다단계 팽윤 중합과 같은 다양한 중합 기술을 적용할 수 있습니다.
저주파, 고강도 초음파의 적용은 고분자 나노 구조를 합성하는 매우 효율적이고 다재다능하며 간단한 기술을 제공합니다.
초음파 처리는 더 높은 반응 속도, 더 균질한 고분자 사슬 성장, 더 높은 수율 및 더 온화한 조건(예: 낮은 반응 온도)을 촉진하기 때문에 기존 중합 공정과 비교할 때 MIP 합성에서 몇 가지 이점을 제공합니다. 또한, 결합 부위 집단 분포를 변경할 수 있으며, 따라서 최종 폴리머의 형태를 변경할 수 있습니다. (스벤슨 2011)
MIP의 중합에 초음파 화학 에너지를 적용하면 중합 반응이 시작되고 긍정적인 영향을 받습니다. 동시에, 초음파 처리는 결합 능력이나 강성을 희생하지 않고 고분자 혼합물의 효과적인 탈기를 촉진합니다.
Ultrasonic homogenization, dispersing and emulsification offers superior mixing and agitation to form homogeneous suspensions and to provide initiation energy for polymerization processes. Viveiros et al. (2019) investigated the potential of ultrasonic MIP synthesis and state that “MIPs prepared ultrasonically presented binding properties similar or superior to the conventional methods”.
나노 형식의 MIP는 결합 부위의 균질성을 개선할 수 있는 유망한 가능성을 열어줍니다. 초음파는 나노 분산 및 나노 에멀젼의 제조에서 탁월한 결과로 잘 알려져 있습니다.

초음파 나노 에멀젼 중합

MIP는 에멀젼 중합에 의해 합성될 수 있습니다. 에멀젼 중합은 일반적으로 계면 활성제를 첨가하여 수중유 에멀젼을 형성함으로써 달성됩니다. 안정적인 나노 크기를 형성하려면 고성능 유화 기술이 필요합니다. 초음파 유화는 나노 및 미니 에멀젼을 제조하는 잘 정립 된 기술입니다.
초음파 나노 유화에 대해 자세히 알아보십시오!

초음파는 nanoMIP 생산을 위한 다음과 같은 합성 경로를 개선할 수 있습니다: 침전 중합, 에멀젼 중합 및 코어 쉘 중합.연구 및 사진 작성자: Refaat et al. 2019

템플릿의 초음파 추출

분자적으로 각인된 중합체의 합성 후에, 활성 분자로 각인된 중합체를 얻기 위해 결합 부위에서 주형을 제거해야 합니다. 초음파 처리의 강렬한 혼합력은 용매 및 템플릿 분자의 용해도, 확산성, 침투 및 수송을 촉진합니다. 따라서 템플릿이 바인딩 사이트에서 빠르게 제거됩니다.
초음파 추출은 Soxhlet 추출과 결합하여 각인된 폴리머에서 템플릿을 제거할 수도 있습니다.

사례 연구: 분자 각인된 폴리머에 대한 초음파 응용

분자로 각인된 고분자의 초음파 합성

초음파 합성 경로를 사용하여 17β-에스트라디올 각인된 폴리머에 의한 자성 나노입자의 캡슐화는 수성 환경에서 17β-에스트라디올을 빠르게 제거할 수 있습니다. nanoMIP의 초음파 합성을 위해 메타크릴산(MAA)을 단량체로, 에틸렌 글리콜 디메틸아크릴레이트(EGDMA)를 가교제로, 아조비시소부티로니트릴(AIBN)을 개시제로 사용했습니다. 초음파 합성 절차는 65ºC에서 2 시간 동안 수행하였다. 자기 NIP와 자기 MIP의 평균 입자 크기 직경은 각각 200nm와 300nm였습니다. 초음파의 사용은 나노 입자의 중합 속도와 형태를 향상시킬뿐만 아니라 자유 라디칼의 수를 증가시켜 자성 나노 입자 주변의 MIP 성장을 촉진했습니다. 17β-estradiol로 향하는 흡착 능력은 전통적인 접근법과 비슷했습니다. [Xia 외 2012? Viveiro 외 2019]

분자 각인 센서를 위한 초음파

Yu et al.은 페노바르비탈 측정을 위해 니켈 나노입자 변성 전극을 기반으로 분자 각인된 전기화학 센서를 설계했습니다. 보고된 전기화학 센서는 기능성 단량체로 메타크릴산(MAA), 가교제로 2,2-아조비시소부티로니트릴(AIBN) 및 에틸렌 글리콜 말레 로진산(EGMRA) 아크릴레이트, 템플릿 분자로 페노바르비탈(PB), 유기 용매로 디메틸 설폭사이드(DMSO)를 사용하여 열 중합으로 개발되었습니다. 센서 제조 공정에서 0.0464g PB 및 0.0688g MAA를 3mL DMSO에 혼합하고 10분 동안 초음파 처리했습니다. 5 시간 후, 1.0244g EGMRA 및 0.0074g AIBN을 혼합물에 첨가하고 30 분 동안 초음파 처리하여 PB 각인 된 폴리머 용액을 얻었다. 그 후, 10μL 2.0 mg mL^-1Ni 나노 입자 용액을 GCE 표면에 떨어 뜨린 다음 센서를 실온에서 건조시켰다. 그런 다음 약 5μL의 준비된 PB 각인된 폴리머 용액을 Ni 나노입자 개질 GCE에 코팅하고 75°C에서 6시간 동안 진공 건조했습니다. 열중합 후, 각인된 센서를 (아세트산) HAc/메탄올(부피 비율, 3:7)로 7분 동안 세척하여 템플릿 분자를 제거했습니다. (Uygun et al. 2015 참조)

MIP를 사용한 초음파 미세 추출

샘플에서 니코틴아미드 분석을 회수하기 위해 초음파를 이용한 분산 고체상 미세추출과 UV-vis 분광광도계(UA-DSPME-UV-vis)를 적용합니다. 니코틴아미드(비타민 B3)의 추출 및 사전 농축을 위해 HKUST-1 금속 유기 프레임워크(MOF) 기반 분자 각인 폴리머가 사용되었습니다. (Asfaram 외. 2017)

고분자 응용을 위한 고성능 초음파기

선형 확장성을 갖춘 실험실에서 생산까지: 특별히 설계된 분자 각인 폴리머는 먼저 폴리머 합성의 타당성을 조사하기 위해 소규모 실험실 및 벤치탑 규모에서 개발 및 테스트됩니다. MIP의 실현 가능성과 최적화가 달성되면 MIP 생산을 더 큰 볼륨으로 확장할 수 있습니다. 초음파 합성 경로는 벤치 탑에서 완전 상업 생산까지 모두 선형 적으로 확장 될 수 있습니다. Hielscher 초음파는 소규모 실험실 및 벤치 탑 설정에서 고분자 합성을위한 초음파 화학 장비를 제공하며, 최대 부하에서 24/7 생산을위한 완전 산업용 인라인 초음파 시스템까지 제공합니다. 초음파는 시험관 크기에서 시간당 트럭 적재량의 대규모 생산 능력에 이르기까지 선형 적으로 확장 할 수 있습니다. Hielscher 초음파는 실험실에서 산업용 초음파 화학 시스템에 이르기까지 광범위한 제품 포트폴리오를 통해 예상되는 공정 용량에 가장 적합한 초음파를 보유하고 있습니다. 오랜 시간 경험이 풍부한 당사의 직원이 타당성 테스트 및 공정 최적화에서 최종 생산 수준의 초음파 시스템 설치에 이르기까지 도움을 드릴 것입니다.

Hielscher Ultrasonics – 정교한 Sonochemical 장비

Hielscher 초음파 제품 포트폴리오는 소규모에서 대규모에 이르기까지 모든 범위의 고성능 초음파 추출기를 다룹니다. 추가 액세서리를 사용하면 공정에 가장 적합한 초음파 장치 구성을 쉽게 조립할 수 있습니다. 최적의 초음파 설정은 예상되는 용량, 부피, 재료, 배치 또는 인라인 프로세스 및 타임라인에 따라 다릅니다. Hielscher는 이상적인 초음파 화학 공정을 설정하는 데 도움을줍니다.

배치 및 인라인

Hielscher 초음파기는 배치 및 연속 플로우 스루 처리에 사용할 수 있습니다. 중소 규모 부피는 배치 공정 (예 : 바이알, 테스트, 튜브, 비커, 탱크 또는 배럴)에서 편리하게 초음파 처리 할 수 있습니다. 대량 처리의 경우 인라인 초음파 처리가 더 효과적일 수 있습니다. 배치는 시간과 노동 집약적이지만 연속 인라인 혼합 프로세스는 더 효율적이고 빠르며 훨씬 적은 노동력이 필요합니다. Hielscher 초음파는 중합 반응 및 공정 부피에 가장 적합한 추출 설정을 갖추고 있습니다.

모든 제품 용량에 맞는 초음파 프로브

Hielscher 초음파 제품 범위는 벤치 탑 및 파일럿 시스템을 통한 소형 실험실 초음파기에서 시간당 트럭 적재량을 처리 할 수있는 완전 산업용 초음파 프로세서에 이르기까지 초음파 프로세서의 전체 스펙트럼을 다룹니다. 전체 제품 범위를 통해 폴리머, 공정 용량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 장비를 제공 할 수 있습니다.
초음파 벤치탑 시스템은 타당성 테스트 및 공정 최적화에 이상적입니다. 확립된 공정 매개변수를 기반으로 한 선형 확장을 통해 소규모 로트에서 완전한 상업 생산에 이르기까지 처리 용량을 매우 쉽게 늘릴 수 있습니다. 업 스케일링은 더 강력한 초음파 추출기 장치를 설치하거나 여러 초음파를 병렬로 클러스터링하여 수행 할 수 있습니다. UIP16000 통해 Hielscher는 전 세계에서 가장 강력한 초음파 장치를 제공합니다.

최적의 결과를 위해 정밀하게 제어 가능한 진폭

모든 Hielscher 초음파기는 정밀하게 제어 할 수 있으므로 생산에서 신뢰할 수있는 작업 말입니다. 진폭은 중합 반응 및 합성 경로를 포함한 초음파 화학 반응의 효율성과 효과에 영향을 미치는 중요한 공정 매개변수 중 하나입니다.
모든 Hielscher 초음파’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
정확한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 지속적인 모니터링은 가장 효과적인 초음파 조건으로 분자 각인된 폴리머를 합성할 수 있는 가능성을 제공합니다. 최상의 중합 결과를위한 최적의 초음파 처리!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.

간편하고 위험이 없는 테스트

초음파 공정은 완전히 선형 스케일이 될 수 있습니다. 즉, 실험실 또는 벤치 탑 초음파기를 사용하여 얻은 모든 결과는 정확히 동일한 프로세스 매개 변수를 사용하여 정확히 동일한 출력으로 확장 할 수 있습니다. 따라서 초음파는 위험없는 타당성 테스트, 공정 최적화 및 상업적 제조로의 후속 구현에 이상적입니다. 초음파 처리가 MIP 수율과 품질을 어떻게 향상시킬 수 있는지 알아 보려면 저희에게 연락하십시오.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.

Hielscher 초음파 프로세서는 다양한 크기로 구입하고 프로세스 요구 사항에 맞게 정확하게 구성 할 수 있습니다. 작은 실험실 튜브에서 반응물을 처리하는 것부터 산업 수준에서 폴리머 슬러리의 연속 플로우 스루 혼합에 이르기까지 Hielscher 초음파는 적합한 초음파를 제공합니다! 문의하시기 바랍니다 – 이상적인 초음파 설정을 추천하게되어 기쁩니다!