Nanocomposite Hydrogel Synthese mat Ultrasonication
Nanocomposite Hydrogelen oder Nanogelen si multifunktionell 3D Strukture mat héijer Effizienz als Medikamentdréier a kontrolléiert Verëffentlechungssystemer. Ultrasonication fördert d'Dispersioun vun Nano-Gréisst, polymere Hydrogelpartikelen wéi och déi spéider Inklusioun / Inkorporatioun vun Nanopartikelen an dës Polymerstrukturen.
Ultraschall Synthese vun Nanogels
Nanocomposite Hydrogelen sinn dreidimensional Materialstrukturen a kënnen entworf ginn fir spezifesch Features ze weisen, wat se mächteg Medikamentdréier a kontrolléiert Verëffentlechungssystemer fir Medikamenter mécht. Ultrasonication fördert d'Synthese vu funktionaliséierten Nano-Gréisst Partikelen wéi och déi spéider Inklusioun / Inkorporatioun vun Nanopartikelen an dreidimensionalen polymeresche Strukturen. Wéi ultraschall synthetiséiert Nanogelen bioaktive Verbindungen an hirem Nanoskala Kär afange kënnen, bidden dës Nano-Gréisst Hydrogelen super Funktionalitéiten.
Nanogels sinn wässerlech Dispersioun vun Hydrogel Nanopartikelen, déi kierperlech oder chemesch vernetzt sinn als hydrophilescht Polymernetz. Well High-Performance Ultraschall héich effizient ass fir Nano-Dispersioune ze produzéieren, sinn Sonde-Typ Ultraschaller e entscheedend Tool fir déi séier an zouverlässeg Produktioun vun Nanogelen mat superior Funktionalitéiten.
Ultraschall UIP1000hdT mat Glasreaktor fir Nanokomposit Hydrogel Synthese
Funktionalitéite vun Ultraschall produzéiert Nanogels
- excellent kolloidal Stabilitéit an déi grouss spezifesch Fläch
- kann dicht mat Nanopartikel gepackt ginn
- erlaabt schwéier a mëll Partikelen am Hybrid Kär / Shell Nanogel ze kombinéieren
- héich Hydratatiounspotenzial
- Bioverfügbarkeet förderen
- héich Schwellung / De-Schwellungseigenschaften
Ultraschall synthetiséiert Nanogelen ginn a villen Uwendungen an Industrien benotzt, zB
- fir pharmazeutesch a medezinesch Uwendungen: zB Drogenträger, antibakteriell Gel, antibakteriell Woundverkleedung
- an der Biochemie a Biomedizin fir Gen Liwwerung
- als Adsorbent / Biosorbent a chemeschen an Ëmweltapplikatiounen
- an Tissuetechnik wéi Hydrogelen déi physesch, chemesch, elektresch a biologesch Eegeschafte vu ville gebiertege Tissue imitéiere kënnen
Fallstudie: Zink Nanogel Synthese iwwer Sonochemical Route
ZnO Hybrid Nanopartikel kënnen an engem Carbopol Gel iwwer e liicht Ultraschallprozess stabiliséiert ginn: Sonication gëtt benotzt fir d'Ausfällung vun Zink-Nanopartikelen ze féieren, déi duerno mat Carbopol ultraschall vernetzt ginn fir en Nano-Hydrogel ze bilden.
Ismail et al. (2021) ausgefällt Zinkoxid Nanopartikel iwwer eng liicht sonochemesch Streck. (Fannt de Protokoll fir déi sonochemesch Synthese vun ZnO Nanopartikelen hei).
Duerno goufen d'Nanopartikele benotzt fir den ZnO Nanogel ze synthetiséieren. Dofir goufen déi produzéiert ZnO NPs mat duebel deioniséiertem Waasser gespullt. 0,5 g Carbopol 940 gouf an 300 ml verduebelt deioniséiertem Waasser opgeléist, gefollegt vun der Zousatz vun de frësch gewaschen ZnO NPs. Well Carbopol natierlech sauer ass, erfuerdert d'Léisung eng Neutraliséierung vum pH-Wäert, soss géif se net verdicken. Also huet d'Mëschung eng kontinuéierlech Sonikatioun duerch den Hielscher Ultrasonicator UP400S mat enger Amplitude vun 95 an engem Zyklus vun 95% fir 1 h gemaach. Duerno gouf 50 ml Trimethylamin (TEA) als Neutraliséierungsmëttel (erhéijt de pH op 7) dropwise ënner kontinuéierlecher Sonikatioun bäigefüügt bis d'Bildung vum ZnO wäisse Gel geschitt ass. D'Verdickung vum Carbopol huet ugefaang wann de pH no bei engem neutralen pH war.
D'Fuerschungsteam erkläert déi aussergewéinlech positiv Auswierkunge vun der Ultraschall op der Nanogelbildung duerch verstäerkte Partikel-Partikel Interaktioun. Ultraschall initiéiert molekulare Agitatioun vun de Bestanddeeler an der Reaktiounsmëschung verbessert den Verdickungsprozess gefördert vun de Polymer-Léisungsmëttel Interaktiounen. Zousätzlech fördert d'Sonicatioun d'Opléisung vu Carbopol. Zousätzlech verbessert d'Ultraschallwellebestralung d'Polymer-ZnO NPs Interaktioun a verbessert d'viskoelastesch Eegeschafte vum preparéierten Carbopol / ZnO Hybrid Nanopartikelgel.
De schemateschen Flowchart hei uewen weist d'Synthese vun ZnO NPs a Carbopol / ZnO Hybrid Nanopartikelgel. An der Studie gouf den Ultraschall UP400St fir ZnO Nanopartikel Nidderschlag an Nanogelbildung benotzt. (adaptéiert vum Ismail et al., 2021)
ZnO NPs synthetiséiert duerch d'chemesch Ausfällungsmethod ënner dem Effekt vun der Ultraschall, wou (a) an der wässerlecher Léisung ass, an (b) ultraschall an e stabile Carbopol-baséiert Hydrogel verdeelt gëtt.
(Studie a Bild: Ismail et al., 2021)
Case Stuy: Ultrasonic Virbereedung vu Poly(Methacrylsäure)/Montmorillonit (PMA/nMMT) Nanogel
Khan et al. (2020) bewisen déi erfollegräich Synthese vun enger Poly(Methacrylsäure)/Montmorillonit (PMA/nMMT) Nanokomposit Hydrogel iwwer Ultraschall-assistéiert Redoxpolymeriséierung. Typesch gouf 1.0 g nMMT an 50 ml destilléiert Waasser mat Ultraschall fir 2 h dispergéiert fir eng homogen Dispersioun ze bilden. Sonication verbessert d'Dispersioun vu Lehm, wat zu verstäerkte mechanesche Eegeschaften an Adsorptiounskapazitéit vun den Hydrogelen resultéiert. Methacrylsäure Monomer (30 ml) gouf drop an d'Suspension dobäigesat. Initiator Ammoniumpersulfat (APS) (0,1 M) gouf an d'Mëschung bäigefüügt, gefollegt vun 1,0 ml TEMED Beschleuniger. D'Dispersioun gouf fir 4 h bei 50°C mat engem Magnéitrührer kräfteg gerührt. Déi entstinn viskos Mass gouf mat Aceton gewascht a fir 48 Stonnen bei 70 ° C an engem Ofen getrocknegt. Dat resultéierend Produkt gouf gemoolt an an enger Glasfläsch gelagert. Verschidde Nanokompositgelen goufen synthetiséiert andeems den nMMT a Quantitéiten vun 0,5, 1,0, 1,5 an 2,0 g variéiert. D'Nanocomposite-Hydrogelen, déi mat 1.0 g vun nMMT virbereet goufen, hunn besser Adsorptiounsresultater duergestallt wéi de Rescht vu Kompositen a gouf dofir fir weider Adsorptiounsuntersuchung benotzt.
D'SEM-EDX Mikrographen op der rietser weisen déi elementar a strukturell Analyse vun den Nanogelen aus Montmorillonit (MMT), Nano-Montmorillonit (nMMT), Poly(Methacrylsäure) / Nano-Montmorillonit (PMA / nMMT), an Amoxicillin (AMX) )- an Diclofenac (DF) gelueden PMA/nMMT. D'SEM micrographs opgeholl bei enger Vergréisserung vun 1,00 KX zesumme mat der EDX vun
- montmorillonit (MMT),
- Nano-Montmorillonit (nMMT),
- poly(methacrylsäure)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT),
- an Amoxicillin (AMX) - an Diclofenac (DF) gelueden PMA / nMMT.
Et gëtt beobachtet datt rau MMT eng geschichte Blatstruktur verdankt, déi d'Präsenz vu méi grousse Käre weist. No der Modifikatioun ginn d'Blieder vum MMT a kleng Partikelen exfoliéiert, wat duerch d'Eliminatioun vu Si2+ an Al3+ aus den octahedralen Siten ka sinn. Den EDX Spektrum vun nMMT weist en héije Prozentsaz vu Kuelestoff, wat haaptsächlech wéinst dem Surfaktant benotzt ka ginn fir d'Modifikatioun als Haaptbestanddeel vun CTAB (C19H42BrN) Kuelestoff (84%). PMA / nMMT weist eng kohärent a bal co-kontinuéierlech Struktur. Weider si keng Pore sichtbar, wat déi komplett Peeling vun nMMT an d'PMA Matrix duerstellt. No Sorptioun mat den pharmazeuteschen Molekülen Amoxicillin (AMX) an Diclofenac (DF), Verännerungen an der PMA/nMMT Morphologie ginn observéiert. D'Uewerfläch gëtt asymmetresch mat enger Erhéijung vun der rauer Textur.
Benotzung a Funktionalitéite vu Lehm-baséiert Nano-Gréisst Hydrogelen: Clay-baséiert Hydrogel Nanokomposite si virgesinn fir potenziell Superadsorbenten ze sinn fir d'Aufnahme vun anorganeschen an/oder organeschen Verschmotzungen aus enger wässerlecher Léisung wéinst de kombinéierende Charakteristike vu béide Lehm a Polymer, wéi z. wéi Biologesch Ofbaubarkeet, Biokompatibilitéit, wirtschaftlech Viabilitéit, Iwwerfloss, héich spezifesch Uewerfläch, dreidimensional Netzwierk, a Schwellung / De-Schwellungseigenschaften.
(cf. Khan et al., 2020)
SEM-EDX micrographs vun (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA / nMMT, an (d) AMX- an (e) DF-gelueden Nanocomposite hydrogels. D'Nanogels goufen mat Ultraschall preparéiert.
(Etude a Biller: ©Khan et al. 2020)
High Performance Ultrasonicators fir Hydrogel an Nanogel Produktioun
High Performance Ultrasonicators fir Hydrogel an Nanogel Produktioun
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert héich performant Ultraschallausrüstung fir d'Synthese vun Hydrogelen an Nanogelen mat superior Funktionalitéiten. Vu kleng a mëttelgrouss R&D an Pilot Ultrasonicatoren zu industrielle Systemer fir kommerziell Hydrogel Fabrikatioun am kontinuéierleche Modus, Hielscher Ultrasonics huet de richtegen Ultraschallprozessor fir Är Ufuerderunge fir Hydrogel / Nanogel Produktioun ze decken.
- héich Effizienz
- State-of-the-art Technologie
- Zouverlässegkeet & Robustitéit
- ze packen & an der Schlaang
- fir all Volume
- intelligent Software
- Smart Features (zB Dateprotokolléierung)
- Einfach a sécher ze bedreiwen
- niddreg Wartung
- CIP (propper op der Plaz)
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL / min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
(Studie a Film: Rutgeerts et al., 2019)
Literatur / Referenzen
- Ismail, S.H.; Hamdy, A.; Ismail, T.A.; Mahboub, H.H.; Mahmoud, W.H.; Daoush, W.M. (2021): Synthesis and Characterization of Antibacterial Carbopol/ZnO Hybrid Nanoparticles Gel. Crystals 2021, 11, 1092.
- Khan, Suhail; Fuzail Siddiqui, Mohammad; Khan, Tabrez Alam (2020): Synthesis of poly(methacrylic acid)/montmorillonite hydrogel nanocomposite for efficient adsorption of Amoxicillin and Diclofenac from aqueous environment: Kinetic, isotherm, reusability, and thermodynamic investigations. ACS Omega. 5, 2020. 2843–2855.
- 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.
Fakten Wësse wat weess
Protokoll fir Sonochemesch Synthese vun ZnO Nanopartikel
ZnO NPs goufen synthetiséiert mat der chemescher Nidderschlagsmethod ënner dem Effekt vun der Ultraschallbestralung. An enger typescher Prozedur goufen Zinkacetatdihydrat (Zn(CH3COO)2·2H2O) als Virgänger, an eng Ammoniakléisung vun 30-33% (NH3) an enger wässerlecher Léisung (NH4OH) als Reduktiounsmëttel benotzt. D'ZnO Nanopartikele goufen produzéiert andeems se déi entspriechend Quantitéit Zinkacetat an 100 ml deioniséiertem Waasser opléisen fir 0,1 M vun enger Zinkionléisung ze produzéieren. Duerno gouf d'Zinkionléisung mat enger Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Däitschland) bei enger Amplitude vu 79% an engem Zyklus vun 0,76 fir 5 min bei enger Temperatur vu 40 ◦C op Ultraschallwellebestralung ënnerworf. Duerno gouf d'Ammoniakléisung dropwise an d'Zinkionléisung ënner dem Effekt vun den Ultraschallwellen bäigefüügt. No e puer Momenter hunn d'ZnO NPs ugefaang ze precipitéieren a wuessen, an d'Ammoniakléisung gouf kontinuéierlech derbäigesat bis de komplette Nidderschlag vun ZnO NPs geschitt ass.
Déi kritt ZnO NPs goufen e puer Mol mat deioniséiertem Waasser gewäsch a goufen ausgelooss fir sech ze settelen. No hannen ass de kritt Nidderschlag bei Raumtemperatur gedréchent.
(Ismail et al., 2021)
Wat sinn Nanogels?
Nanogelen oder Nanokomposit Hydrogelen sinn eng Zort Hydrogel déi Nanopartikelen, normalerweis am Beräich vun 1-100 Nanometer, an hir Struktur integréiert. Dës Nanopartikel kënnen organesch, anorganesch oder eng Kombinatioun vun deenen zwee sinn.
Nanogels ginn duerch e Prozess bekannt als Crosslinking geformt, wat d'chemesch Bindung vu Polymerketten involvéiert fir en dreidimensionalen Netzwierk ze bilden. Zënter datt d'Bildung vun Hydrogelen an Nanogelen eng grëndlech Mëschung erfuerdert fir d'polymer Struktur ze hydratiséieren, d'Verknüpfung ze förderen an d'Nanopartikelen z'integréieren, ass Ultraschall eng héich efficace Technik fir d'Produktioun vun Hydrogelen an Nanogelen. Hydrogel an Nanogel Netzwierker si fäeg grouss Quantitéite Waasser ze absorbéieren, sou datt Nanogelen héich hydratiséiert sinn an domat gëeegent sinn fir eng breet Palette vun Uwendungen wéi Drogen Liwwerung, Tissuentechnik a Biosensoren.
Nanogel Hydrogelen sinn typesch aus Nanopartikelen, wéi Silika oder Polymerpartikelen, déi duerch d'Hydrogel Matrix verspreet sinn. Dës Nanopartikel kënnen duerch verschidde Methoden synthetiséiert ginn, dorënner Emulsiounspolymeriséierung, Invers Emulsiounspolymeriséierung, a Sol-Gel Synthese. Dës Polymeriséierung a Sol-Gel Synthese profitéieren immens vun Ultraschall Agitatioun.
Nanocomposite Hydrogelen, op der anerer Säit, besteet aus enger Kombinatioun vun engem Hydrogel an engem Nanofiller, wéi Lehm oder Graphenoxid. D'Additioun vum Nanofiller kann d'mechanesch a physesch Eegeschafte vum Hydrogel verbesseren, sou wéi seng Steifheit, d'Zréckkraaft an d'Zähegkeet. Hei erliichtert déi mächteg Dispersiounskapazitéite vun der Sonikatioun déi eenheetlech a stabil Verdeelung vun Nanopartikelen an d'Hydrogel Matrix.
Insgesamt hunn Nanogel an Nanokomposit Hydrogelen eng breet Palette vu potenziellen Uwendungen a Felder wéi Biomedizin, Ëmweltsanéierung an Energielagerung wéinst hiren eenzegaartegen Eegeschaften a Funktionalitéiten.
Uwendungen vum Nanogel fir medizinesch Behandlungen
| Typ vun Nanogel | Drogen | Krankheet | Aktivitéit | Referenzen |
| PAMA-DMMA Nanogelen | doxorubicin | Kriibs | Erhéijung vun der Verëffentlechungsrate wéi de pH-Wäert erofgaang ass. Méi héich Zytotoxizitéit bei pH 6.8 an Zellviabilitéitsstudien | Du et al. (2010) |
| Chitosan-baséiert Nanogelen dekoréiert mat Hyaluronat | Photosensibilisatoren wéi Tetra-Phenyl-Porphyrin-Tetra-Sulfonat (TPPS4), Tetra-Phenyl-Chlor-Tetra-Carboxylat (TPCC4), a Chlor e6 (Ce6) | Rheumatesch Stéierungen | Schnell opgeholl (4 h) vun de Makrophagen an accumuléiert an hirem Zytoplasma an Organellen | Schmitt et al. (2010) |
| PCEC Nanopartikel a Pluronic Hydrogelen | Lidokain | Lokal Anästhesie | Produzéiert laang dauerhafte Infiltrationsanästhesie vun ongeféier 360 min | Yin et al. (2009) |
| Poly(Laktid-Co-Glykolsäure) a Chitosan Nanopartikel dispergéiert an HPMC a Carbopol Gel | Spantide II | Allergesch Kontaktdermatitis an aner Hautentzündungserkrankungen | Nanogelinn erhéicht d'Potenzial fir d'perkutan Liwwerung vu Spantid II | Punit et al. (2012) |
| pH-sensibel Polyvinylpyrrolidon-Poly (Acrylsäure) (PVP/PAAc) Nanogelen | Pilokarpin | Eng adäquat Konzentratioun vum Pilocarpin op der Handlungsplaz fir eng länger Zäit behalen | Abd El-Rehim et al. (2013) | |
| Cross-linked Poly (Ethylenglycol) a Polyethylenimin | Oligonukleotiden | Neurodegenerative Krankheeten | Effektiv iwwer de BBB transportéiert. D'Transporteffizienz gëtt weider erhéicht wann d'Uewerfläch vum Nanogel mat Transferrin oder Insulin geännert gëtt | Vinogradov et al. (2004) |
| Cholesterin droende Pullulan Nanogelen | Rekombinant murine Interleukine-12 | Tumor Immuntherapie | Nohalteg Fräisetzung Nanogel | Farhana et al. (2013) |
| Poly(N-Isopropylacrylamid) a Chitosan | Hyperthermie Kriibsbehandlung a geziilte Medikamenter Liwwerung | Thermosensibel magnetesch modaliséiert | Farhana et al. (2013) | |
| Cross-linked verzweigt Netzwierk vu Polyethylenimin a PEG Polyplexnanogel | Fludarabin | Kriibs | Erhéicht Aktivitéit a reduzéiert Zytotoxizitéit | Farhana et al. (2013) |
| Biokompatibel Nanogel vu Cholesterintragende Pullulan | Als kënschtlech Chaperone | Behandlung vun Alzheimer Krankheet | Inhibit Aggregatioun vun Amyloid β-Protein | Ikeda et al. (2006) |
| DNA Nanogel mat Foto Kräizverbindung | Genetesch Material | Gentherapie | Kontrolléiert Liwwerung vu Plasmid DNA | Lee et al. (2009) |
| Carbopol / Zinkoxid (ZnO) Hybrid Nanopartikelgel | ZnO Nanopartikel | Antibakteriell Aktivitéit, bakteriell Inhibitor | Ismail et al. (2021) |
Tabell adaptéiert vum Swarnali et al., 2017
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.