Virdeelhaft Hydrogelproduktioun mat Ultraschall

D’Ultraschallbehandlung ass eng héichwierksam, zouverlässeg an einfach Technik fir d’Hierstellung vun Héichleeschtungshydrogelen. Dës Hydrogele bidden exzellent Materialeegenschafte wéi Absorptiounskapazitéiten, Viskoelastizitéit, mechanesch Festegkeet, Kompressiounsmodul a Selbstheelungsfunktiounen.

Polymerisatioun an Dispersioun mat Ultraschall fir d’Hydrogelproduktioun

Hydrogele sinn hydrophil, dräidimensional polymer Netzwierker, déi grouss Quantitéite Waasser oder Flëssegkeeten ophuele kënnen. Hydrogele weisen eng aussergewéinlech Quellkapazitéit. Zu den übleche Bausteng vun Hydrogelen ziele Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, Natriumpolyacrylat, Acrylatpolymeren, Carbomeren, Polysacchariden oder Polypeptide mat enger héijer Zuel un hydrophille Gruppen an natierlech Proteinne wéi Kollagen, Gelatin a Fibrin.
Sougenannt Hybridhydrogele bestinn aus verschiddene cheemesch, funktionell a morphologesch ënnerschiddleche Materialie wéi Proteinnen, Peptiden oder Nano- / Mikrostrukturen.
D’Dispersioun mat Ultraschall gëtt verbreet als héicheffizient an zouverlässeg Technik agesat, fir Nanomaterialie wéi Kuelestoffnanoréier (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), Zellulosenanokristaller, Chitinnanofaseren, Titandioxid, Sëlwernanopartikelen, Proteinnen an aner Mikro- oder Nanostrukturen homogen an déi polymer Matrix vun Hydrogelen anzeschaffen. Dat mécht d’Ultraschallbehandlung zu engem Haaptinstrument fir d’Produktioun vun Héichleeschtungshydrogele mat aussergewéinlechen Eegenschaften.

Wat d’Fuerschung weist – Hydrogelhierstellung mat Ultraschall

Éischtens fërdert d’Ultraschallbehandlung d’Polymerisatiouns- a Vernetzungsreaktioune bei der Hydrogelbildung.
Zweetens huet sech d’Ultraschallbehandlung als zouverlässeg an effektiv Dispersiounstechnik fir d’Produktioun vun Hydrogelen an Nanokomposithydrogele bewisen.

Vernetzung a Polymerisatioun vun Hydrogele mat Ultraschall

D’Ultraschallbehandlung ënnerstëtzt d’Bildung vu polymere Netzwierker bei der Hydrogelsynthes duerch d’Erzeugung vu fräie Radikaler. Intensiv Ultraschallwellen erzeugen akustesch Kavitatioun, déi héich Schéierkräften, molekulart Schéieren an d’Bildung vu fräie Radikaler verursaacht.

Cass et al. (2010) hunn e puer „Acrylhydrogeler duerch Ultraschallpolymerisatioun vu waasserléisleche Monomeren a Makromonomeren hiergestallt. Ultraschall gouf agesat, fir initiéierend Radikaler a viskose wässerleche Monomerléisungen ze erzeugen, woubäi d’Zousazstoffer Glyzerol, Sorbitol oder Glukos an engem oppene System bei 37°C benotzt goufen. Déi waasserléislech Zousazstoffer ware fir d’Hydrogelproduktioun essentiell, woubäi Glyzerol am effektivste war. Hydrogele goufen aus de Monomeren 2-Hydroxyethylmethacrylat, Poly(ethylenglykol)dimethacrylat, Dextranmethacrylat, Acrylsaier/Ethylenglykoldimethacrylat an Acrylamid/Bisacrylamid hiergestallt.“ [Cass et al. 2010] D’Applikatioun vun Ultraschall mat engem Ultraschallapparat mat Sond huet sech als effektiv Method fir d’Polymerisatioun vu waasserléisleche Vinylmonomeren an déi uschléissend Hierstellung vun Hydrogele bewisen. Déi duerch Ultraschall initiéiert Polymerisatioun verleeft séier ouni cheemeschen Initiator.
Hei fannt Dir de komplette Protokoll vun der Etüd!
 

Ultraschalldispersioun vu pyrogener Kiselsäier: Den Hielscher Ultraschallhomogenisator UP400S dispergéiert Kiselsäierpolver séier an effizient an eenzel Nanopartikelen.

Liest méi iwwer d’Ultraschallsynthes vun Nanokomposithydrogelen an Nanogelen!

D’Ultraschallbehandlung ass mat allen Zorte vu Polymeren a Biopolymeren kompatibel an erméiglecht et, Hybridhydrogele mat nanostrukturéierte Materialie wéi Nanopartikelen, Nanokristaller oder Nanofaseren ze verstäerken. D’Verstäerkung vun Hydrogele mat verschiddenen Nanomaterialien erméiglecht et, déi physikocheemesch a rheomechanesch Eegenschafte vun Nanokomposithydrogelen ze veränneren an ze kontrolléieren, well d’Mikrostrukturen de Schlësselfaktor fir déi erziilt Materialeegenschafte sinn.

Hierstellung vu Poly(acrylamid-co-itaconsaier)–MWCNT-Hydrogel duerch Ultraschallbehandlung

Mohammadinezhada et al. (2018) hunn erfollegräich e superabsorbéierenden Hydrogel-Komposit hiergestallt, dee Poly(acrylamid-co-itaconsaier) a méiwandeg Kuelestoffnanoréier (MWCNTs) enthält. D’Ultraschallbehandlung gouf mam Hielscher-Ultraschallapparat UP200S duerchgefouert. D’Stabilitéit vum Hydrogel ass mat zouhuelendem MWCNT-Undeel geklommen, wat op den hydrophobe Charakter vun de MWCNTs souwéi op d’Erhéijung vun der Vernetzerdicht zeréckzeféiere kéint sinn. D’Waasserréckhalekapazitéit (WRC) vum P(AAm-co-IA)-Hydrogel gouf a Presenz vun de MWCNTs (10 wt%) och erhéicht. An dëser Etüd goufen d’Effekter vun der Ultraschallbehandlung a Bezuch op déi gläichméisseg Verdeelung vun de Kuelestoffnanoréier op der Polymeruewerfläch als iwwerleeë bewäert. D’MWCNTs waren intakt, ouni Ënnerbriechung vun der Polymerstruktur. Zousätzlech goufen d’Festegkeet vum gewonnene Nanokomposit, seng Waasserréckhalekapazitéit an d’Absorptioun vun anere léisleche Materialie wéi Pb (II) erhéicht. D’Ultraschallbehandlung huet den Initiator gespléckt an d’MWCNTs bei zouhuelender Temperatur als exzellente Fëllstoff an de Polymerketten dispergéiert.
D’Fuerscher kommen zur Konklusioun, datt dës „Reaktiounsbedéngungen net duerch konventionell Methode kënnen erreecht ginn an datt d’Homogenitéit an déi gutt Dispersioun vun de Partikelen an der Trägermatrix net kënnen erreecht ginn. Zousätzlech trennt d’Ultraschallbehandlung Nanopartikelen an eenzel Partikelen, wärend Réieren dat net ka maachen. En anere Mechanismus fir d’Gréisstreduktioun ass den Afloss vu staarken akustesche Wellen op sekundär Bindunge wéi Waasserstoffbrécken, woubäi dës Beschallung d’Waasserstoffbrécke vun de Partikele brécht an duerno déi aggregéiert Partikelen auserneenhëlt an d’Zuel vu fräien adsorptive Gruppe wéi -OH an hir Zougänglechkeet erhéicht. Domat mécht dëse wichtege Virgang d’Ultraschallbehandlung zu enger Method, déi deenen aneren, wéi dem an der Literatur benotzte magnetesche Réieren, iwwerleeën ass.“ [Mohammadinezhada et al., 2018]

Héichleeschtungsultraschallapparater fir d’Hydrogelsynthes

Hielscher Ultrasonics fabrizéiert héichleeschtungsfäeg Ultraschallausrüstung fir d’Synthes vun Hydrogelen. Vu klengen a mëttelgroussen Ultraschallapparater fir Fuerschung an Entwécklung a fir Pilotversich bis zu industrielle Systemer fir déi kommerziell Hydrogelhierstellung am kontinuéierleche Betrib deckt Hielscher Ultrasonics Är Prozessufuerderungen of.
Ultraschallapparater fir den industriellen Asaz kënne ganz héich Amplitudë liwweren, déi zouverlässeg Vernetzungs- a Polymerisatiounsreaktiounen an eng gläichméisseg Dispersioun vun Nanopartikelen erméiglechen. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7/365-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel.

Frot eis nach haut no zousätzlechen techneschen Informatiounen, Präisser an enger onverbindlecher Offer. Eist Personal mat laangjäreger Erfarung beréit Iech gär!
Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

D'Hielscher SonoStation vereinfacht d'Ultraschallbehandlung vu mëttelgrousse Chargë mat engem Duerchflosszellereakter. Déi kompakt SonoStation kombinéiert en 38 Liter Rührbehälter mat enger astellbarer Exzenterschneckenpompel, déi bis zu 3 Liter pro Minutt an een oder zwee Ultraschall-Duerchflosszellereaktere fërdere kann.