Avantagéis Hydrogel Produktioun iwwer Ultraschall
Sonication ass eng héich efficace, zouverlässeg an einfach Technik fir d'Virbereedung vun héich-Performance Hydrogels. Dës Hydrogelen bidden exzellent Materialeigenschaften wéi Absorptiounskapazitéiten, Viskoelastizitéit, mechanesch Kraaft, Kompressiounsmodul a Selbstheilungsfunktionalitéiten.
Ultraschall Polymeriséierung a Dispersioun fir Hydrogel Produktioun
Hydrogels sinn hydrophil, dreidimensional polymeresch Netzwierker déi fäeg sinn grouss Quantitéite Waasser oder Flëssegkeeten opzehuelen. Hydrogels weisen eng aussergewéinlech Schwellungskapazitéit. Gemeinsam Bausteng vun Hydgelen enthalen Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol, Natriumpolyacrylat, Acrylatpolymerer, Carbomeren, Polysacchariden oder Polypeptide mat enger grousser Zuel vu hydrophile Gruppen, an natierlech Proteine wéi Kollagen, Gelatin a Fibrin.
Sougenannte Hybrid Hydrogelen besteet aus verschiddene chemesch, funktionell a morphologesch ënnerschiddleche Materialien, wéi Proteinen, Peptiden oder Nano-/Mikrostrukturen.
Ultrasonic Dispersioun gëtt wäit benotzt als eng héich effizient an zouverlässeg Technik fir Nanomaterialien wéi Kuelestoff Nanotubes (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), Cellulose Nanokristalle, Chitin Nanofaser, Titandioxid, Sëlwer Nanopartikelen, Proteinen an aner Mikron- oder Nanostrukturen ze homogeniséieren an d'polymermatrix vun Hydrogelen. Dëst mécht d'Sonicatioun en Haaptinstrument fir High-Performance Hydrogelen mat aussergewéinleche Qualitéiten ze produzéieren.
Ultrasonicator UIP1000hdT mat Glasreaktor fir Hydrogel Synthese
Wat Fuerschung weist – Ultraschall Hydrogel Virbereedung
Als éischt fördert d'Ultraschall Polymeriséierung a Cross-linking Reaktiounen während der Hydrogelbildung.
Zweetens ass d'Ultraschall als zouverléisseg an effektiv Dispersiounstechnik fir d'Produktioun vun Hydrogelen an Nanocomposite Hydrogelen bewisen.
Ultrasonic Cross-Linking a Polymeriséierung vu Hydrogelen
Ultrasonication hëlleft d'Bildung vu polymeresche Netzwierker wärend der Hydrogel Synthese iwwer fräi Radikal Generatioun. Intens Ultraschallwellen generéieren akustesch Kavitatioun déi héich Schéierkräften, molekulare Schéier a fräi Radikalbildung verursaachen.
Cass et al. (2010) preparéiert verschidde "Acrylhydrogelen goufen iwwer Ultraschallpolymeriséierung vu Waasserlösleche Monomeren a Makromonomeren virbereet. Ultraschall gouf benotzt fir initiéierend Radikale a viskos wässerlech Monomerléisungen ze kreéieren andeems d'Additive Glycerol, Sorbitol oder Glukos an engem oppene System bei 37 ° C benotzt. D'Waasserlöslech Additive ware wesentlech fir d'Hydrogelproduktioun, Glycerol ass am effektivsten. Hydrogels goufen aus de Monomeren 2-Hydroxyethylmethacrylat, Poly(ethyleneglycol)dimethacrylat, Dextranmethacrylat, Acrylsäure / Ethylenglycoldimethacrylat an Acrylamid / Bisacrylamid virbereet. [Cass et al. 2010] Ultraschallapplikatioun mat Hëllef vun engem Sonde-Ultraschall gouf fonnt als eng effektiv Method fir d'Polymeriséierung vu Waasserléisleche Vinylmonomeren an déi spéider Virbereedung vun Hydrogelen. Déi ultraschall initiéiert Polymeriséierung geschitt séier an der Verontreiung vun engem chemeschen Initiator.
Fannt de komplette Protokoll vun der Studie hei!
- Nanopartikel, zB TiO2
- Kuelestoff Nanotubes (CNTs)
- Cellulose Nanokristalle (CNCs)
- cellulose Nanofibrillen
- Zännfleesch, zB Xanthan, Salbei Somen Gummi
- Proteinen
Liest méi iwwer Ultraschallsynthese vun Nanokomposit Hydrogelen an Nanogelen!
Hydrogelbildung iwwer Ultraschall-assistéiert Geléierung mat der Ultraschall UP100H (Studie a Film: Rutgeerts et al., 2019)
SEM vu Poly(Acrylamid-Co-itakonsäure-Hydrogel mat MWCNTs. D'MWCNTs goufen ultraschall dispergéiert mat Hëllef vum Ultrasonicator UP200S.
Studie a Bild: Mohammadinezhada et al., 2018
Fabrikatioun vu Poly(Acrylamid-Co-itakonsäure) – MWCNT Hydrogel benotzt Sonication
Mohammadinezhada et al. (2018) huet erfollegräich e superabsorbenten Hydrogel Komposit produzéiert deen Poly(Acrylamid-Co-itakonsäure) a Multi-walled Kuelestoff Nanotubes (MWCNTs) enthält. Ultrasonication gouf mat der Hielscher Ultrasonic Apparat gemaach UP200S.D'Stabilitéit vum Hydrogel erhéicht mat der Erhéijung vun der MWCNTs Verhältnisser, déi zu der hydrophobescher Natur vun den MWCNTs wéi och d'Erhéijung vun der Crosslinker Dicht zougeschriwwe ginn. D'Waasserretentiounskapazitéit (WRC) vum P(AAm-co-IA) Hydrogel gouf och an der Präsenz vum MWCNT (10 wt%) erhéicht. An dëser Etude goufen d'Effekter vun der Ultraschallung superior bewäert wat d'Uniform Verdeelung vun de Kuelestoff Nanotubes op der Polymer Uewerfläch ugeet. D'MWCNTs waren intakt ouni Ënnerbriechung an der polymerescher Struktur. Zousätzlech goufen d'Kraaft vum kritt Nanokomposit a seng Waasserretentiounskapazitéit an d'Absorptioun vun anere lösleche Materialien wéi Pb (II) erhéicht. Sonication huet den Initiator gebrach an d'MWCNTs als en exzellente Filler an de Polymerketten ënner ëmmer méi Temperatur verdeelt.
D'Fuerscher schléissen datt dës "Reaktiounsbedéngungen net duerch konventionell Methoden erreecht kënne ginn, an d'Homogenitéit an d'gutt Dispersioun vu Partikelen an den Host kann net erreecht ginn. Zousätzlech, sonication Prozess trennen Nanopartikelen an eenzel Partikel, iwwerdeems Rühr kann dat net maachen. En anere Mechanismus fir d'Gréisstreduktioun ass den Effekt vu mächtege akustesche Wellen op déi sekundär Bindungen wéi Waasserstoffverbindungen, déi dës Bestrahlung d'H-Bindung vun de Partikel brécht, an duerno déi aggregéiert Partikelen dissoziéiert an d'Zuel vu fräie adsorptive Gruppen wéi -OH a erhéicht. Accessibilitéit. Also, dëst wichtegt geschitt mécht sonication Prozess als eng super Method iwwer déi aner wéi magnetesch Rührung applizéiert an der Literatur. [Mohammadinezhada et al., 2018]
High Performance Ultrasonicators fir Hydrogel Synthese
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert héich performant Ultraschallausrüstung fir d'Synthese vun Hydrogelen. Vu kleng a mëttelgrouss R&D a Pilot Ultrasonicatoren zu industrielle Systemer fir kommerziell Hydrogel Fabrikatioun am kontinuéierleche Modus, Hielscher Ultrasonics huet Är Prozessfuerderunge bedeckt.
Industriegrad Ultraschaller kënne ganz héich Amplituden liwweren, déi zouverlässeg Cross-linking- a Polymeriséierungsreaktiounen an déi eenheetlech Dispersioun vun Nano-Partikel erlaben. Amplituden vu bis zu 200µm kënne ganz einfach kontinuéierlech an 24/7/365 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar.
- héich Effizienz
- Staat-vun-der-Konscht Technologie
- Zouverlässegkeet & Robustheet
- batch & an der Schlaang
- fir all Volumen
- intelligent Software
- Smart Features (zB Dateprotokolléierung)
- CIP (clean-in-place)
Frot eis haut fir zousätzlech technesch Informatioun, Präisser an eng onverbindlech Devis. Eis laangjäreg erfuerene Mataarbechter si frou Iech ze konsultéieren!
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Déi kompakt SonoStation kombinéiert en 38 Liter agitéierten Tank mat enger justierbarer progressiver Kavitéitpompel déi 3 Liter pro Minute an een oder zwee Ultraschall-Flowzellreaktoren fidderen kann.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren fir d'Vermëschung vun Uwendungen, Dispersioun, Emulsifikatioun an Extraktioun op Labo, Pilot an Industrieskala.
Fakten Worth Wëssen
Fir wat gi Hydrogelen benotzt?
Hydrogels ginn a villen Industrien benotzt wéi an der Pharma fir Medikament Liwwerung (zB Zäit-verëffentlecht, mëndlech, intravenös, topesch oder rektal Medikament Liwwerung), Medizin (zB als Scaffolds an Tissue Engineering, Broschtimplantater, biomechanesch Material, Woundverband), Kosmetik Produkter, Fleegprodukter (z. B. Kontaktlënsen, Wëndelen, Hygiène Servietten), Landwirtschaft (zB fir Pestizidformuléierungen, Granulat fir Buedemfeuchtigkeit an ariden Gebidder ze halen), Materialfuerschung als funktionell Polymer (zB Waassergel Sprengstoff, Enkapsel vu Quantepunkten, thermodynamesch Elektrizitéit Generatioun), Kuelentwässerung, kënschtleche Schnéi, Liewensmëtteladditive an aner Produkter (zB Klebstoff).
Klassifikatioun vun Hydrogels
Wann d'Klassifikatioun vun Hydrogelen ofhängeg vun hirer physescher Struktur gemaach gëtt, kann dës klasséiert ginn:
- amorph (net-kristallin)
- semicrystalline: Eng komplex Mëschung aus amorphous a kristallin Phasen
- kristallin
Wann Dir op d'polymer Zesummesetzung fokusséiert, kënnen Hydrogelen och an déi folgend dräi Kategorien klasséiert ginn:
- homopolymere Hydrogelen
- kopolymere Hydrogelen
- Multipolymer Hydrogels / IPN Hydrogels
Baséierend op d'Aart vu Crosslinking ginn Hydrogelen an:
- chemesch vernetzt Netzwierker: permanente Kräizungen
- kierperlech vernetzt Netzwierker: transient Kräizung
Kierperlech Erscheinung féiert zu Klassifikatioun an:
- Matrixentgasung
- film
- Mikrosphär
Klassifikatioun baséiert op Netzwierk elektresch Ladung:
- nonionesch (neutral)
- ionesch (anionesch oder kationesch abegraff)
- amphoteresch Elektrolyt (ampholytesch)
- zwitterionesch (polybetaine)
Literatur / Referenzen
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Héich Performance Ultraschall! D'Produktpalette vum Hielscher deckt de ganze Spektrum vum kompakte Labo Ultraschall iwwer Bench-Top Eenheeten bis voll industriell Ultraschallsystemer.