Mat Ultraschall polyhydroxyléiert C60 (Fullerenol)
- Waasserléislecht polyhydroxyléiert C60-Fulleren, dat Fullerenol oder Fullerol genannt gëtt, ass e staarke Fänger vu fräie Radikaler a gëtt dofir als Antioxidans an Nahrungsergänzungsmëttelen a Medikamenter benotzt.
- D’Hydroxyléierung mat Ultraschall ass eng séier an einfach Reaktioun an engem eenzege Schrëtt, déi benotzt gëtt, fir waasserléislecht polyhydroxyléiert C60 hierzestellen.
- Waasserléislecht C60, dat mat Ultraschall synthetiséiert gëtt, huet eng iwwerleeë Qualitéit a gëtt fir pharmazeutesch Uwendungen an Héichleeschtungsapplikatioune benotzt.
Synthes vu polyhydroxyléiertem C60 mat Ultraschall an engem eenzege Schrëtt
Ultraschallkavitatioun ass déi iwwerleeë Method, fir héichwäerteg polyhydroxyléiert C60-Fullerenen hierzestellen, déi waasserléislech sinn an dofir a verschiddenen Uwendungen am pharmazeutesche Beräich, an der Medezin an an der Industrie kënne benotzt ginn. Afreen et al (2017) hunn eng séier an einfach Ultraschallsynthes vu kontaminatiounsfräiem polyhydroxyléiertem C60 entwéckelt, dat och als Fullerenol oder Fullerol bekannt ass. D’Ultraschallreaktioun an engem eenzege Schrëtt benotzt H2O2 a kënnt ouni zousätzlech hydroxyléierend Reagenzien aus, dat heescht NaOH, H2SO4 a Phasentransferkatalysatoren (PTC), déi zu Veronrengegungen am synthetiséierte Fullerenol féieren. Doduerch ass d’Ultraschallsynthes vu Fullerenol eng méi propper Method, fir Fullerenol hierzestellen; gläichzäiteg ass et e méi einfachen a méi séiere Wee, fir héichwäertegt, waasserléislecht C60 hierzestellen.
Méiglech Reaktiounsweeër bei der ultraschallënnerstëtzter Synthes vu Fullerenol a Presenz vu verdënntem H2O2 (30%).
Quell: Afreen et al. 2017
Synthes vu waasserléislechem C60 mat Ultraschall – Schrëtt fir Schrëtt
Fir déi séier, einfach an ëmweltfrëndlech Hierstellung vu polyhydroxyléiertem C60, dat waasserléislech ass, ginn 200 mg renge C60 zu 20mL 30% H2O2 derbäigesat; d’Beschallung geschitt mat den Ultraschallapparatmodeller UP200Ht oder UP200St. D’Beschallungsparametere waren 30% Amplitüd, 200 W am gepulste Betrib fir 1 h bei Raumtemperatur. D’Reaktiounsgefääss gëtt an e Waasserbad mat Killzirkulator gesat, fir d’Temperatur am Gefääss op Ëmgéigendstemperatur ze halen. Virun der Beschallung ass C60 net mat wässerlechem H2O2 mëschbar a bildt eng faarflos heterogen Mëschung, déi no 30 min Ultraschallbeschallung eng hellbrong Faarf unhëlt. Duerno gëtt se am Laf vun den nächste 30 min Ultraschallbeschallung zu enger komplett donkelbronger Dispersioun.
Hydroxylspender: Intensiv Kavitatioun, déi mat Ultraschall erzeugt gëtt (= akustesch Kavitatioun), bildt Radikaler wéi cOH, cOOH a cH aus H2O- an H2O2-Moleküllen. D’Benotzung vun H2O2 a wässerleche Medien ass eng méi effizient Method, fir –OH-Gruppen um C60-Käfeg unzebréngen, wéi wann nëmmen H2O fir d’Synthes vu Fullerenol benotzt gëtt. H2O2 spillt eng wichteg Roll bei der Intensivéierung vun der Hydroxyléierung mat Ultraschall.
D’Hydroxyléierung vu C60 mat Ultraschall ënner Benotzung vu verdënntem H2O2 (30%) ass eng einfach a séier Reaktioun an engem eenzege Schrëtt, fir Fullerenol hierzestellen. Well se nëmmen eng kuerz Reaktiounszäit brauch, bitt d’Ultraschallreaktioun eng ëmweltfrëndlech a propper Method mat engem niddregen Energiebedarf, bei där keng gëfteg oder korrosiv Reagenzie fir d’Synthes agesat ginn an d’Zuel vun de Léisungsmëttelen, déi fir d’Trennung an d’Rengegung néideg sinn, reduzéiert gëtt. Dëst betrëfft d’Trennung an d’Rengegung vu C60(OH)8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) ass e leeschtungsstaarken Ultraschalldispergator
Reaktiounswee vun der Polyhydroxyléierung mat Ultraschall
Wann intensiv Ultraschallwellen an eng Flëssegkeet agekoppelt ginn, entstinn duerch ofwiesselnd Déifdrock- / Héichdrockzyklen Vakuumblosen an der Flëssegkeet. D’Vakuumblosen wuessen iwwer e puer Zyklen, bis se keng weider Energie méi kënnen ophuelen, soudatt se hefteg zesummefalen. Beim Zesummefale vun de Blosen trieden extrem physikalesch Effekter op, wéi héich Temperatur- an Drockdifferenzen, Stousswellen, Mikrostralen, Turbulenzen, Schéierkräften asw. Dëst Phenomeen bezeechent een als Ultraschallkavitatioun oder akustesch Kavitatioun.Dës intensiv Kräfte vun der Ultraschallkavitatioun zerleeën d’Moleküllen a cOH- a cOOH55-Radikaler.
Afreen et al. (2017) huelen un, datt d’Reaktioun gläichzäiteg iwwer zwee Reaktiounsweeër verlafe kann. cOH-Radikaler lagere sech als reaktiv Sauerstoffspezies (ROS) un d’C60-Käfegstruktur un a bilden esou Fullerenol (Wee I), an/oder –OH- a cOOH-Radikaler gräifen déi elektronenaarm C60-Duebelbindungen an enger nukleophiller Reaktioun un, wat zur Bildung vu Fullerenepoxid féiert [C60On] als Zwëscheprodukt an der éischter Etapp (Wee II), déi dem Mechanismus vun der Bingel-Reaktioun änlech ass. Ausserdeem féiert de widderhuelten Ugrëff vu cOH (oder cOOH) op C60O iwwer eng SN2-Reaktioun zu polyhydroxyléiertem Fulleren oder Fullerenol.
Et kann zu enger widderhuelter Epoxidéierung kommen, déi successiv Epoxidgruppe produzéiert, z. B. C60O2 a C60O3. Dës Epoxidgruppe kéinte méiglech Kandidate fir d’Bildung vun aneren Zwëscheprodukter sinn, z. B. hydroxyléiertem Fullerenepoxid wärend der Sonolys (= sonochemesch Zersetzung). Zousätzlech kann déi uschléissend Rankëffnung vu C60(OH)xOy mat cOH zur Bildung vu Fullerenol féieren. D’Bildung vun dësen Zwëscheprodukter wärend der Sonolys vun H2O2 oder H2O a Presenz vu C60 ass onvermeidlech, an hir Presenz am fäerdege Fullerenol (och wann et nëmmen eng Spuermeng ass) kann net onbemierkt bleiwen. Well si awer nëmmen a Spuermengen am Fullerenol virleien, gëtt net erwaart, datt si eng bedeitend Auswierkung hunn. [Afreen et al., 2017]
Héichleeschtungs-Ultraschallapparater fir d’Dispersioun vu Fullerenen
Hielscher Ultrasonics liwwert Ultraschallapparater mat Sond fir Är spezifesch Ufuerderungen: Egal ob Dir kleng Volummen am Labormoossstaf mat Ultraschall behandele wëllt oder e grousse Volumestrom am industrielle Moossstaf produzéiere wëllt, d’Gamme vun Hielscher mat Héichleeschtungs-Ultraschallapparater bitt déi perfekt Léisung fir Är Fullerendispersioun. Déi héich Leeschtung, déi präzis Astellbarkeet an d’Zouverlässegkeet vun eisen Ultraschallapparater suergen dofir, datt Är Prozessufuerderungen erfëllt ginn. Digital Touchscreens an déi automatesch Opzeechnung vun den Ultraschallparameteren op enger integréierter SD-Kaart maachen d’Bedéngung an d’Kontroll vun eisen Ultraschallapparater ganz benotzerfrëndlech.
D’Robustheet vun den Hielscher-Ultraschallapparater erméiglecht e 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:
| Chargevolumen | Duerchfloss | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Verbund vu UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Ultraschallprozessoren mat héijer Leeschtung vum Labo iwwer de Pilotmoossstaf bis zum industrielle Moossstaf.
Literatur/Referenzen
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-Nanochemie: Eng nei Ära vun der Synthes vu polyhydroxyléierte Kuelestoffnanomaterialie mat Hydroxylgruppen an hiren industriellen Aspekter. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hydratatioun oder Hydroxyléierung: direkt Synthes vu Fullerenol aus rengem Fulleren [C60] duerch akustesch Kavitatioun a Presenz vu Waasserstoffperoxid. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Besonneschheete vun den antioxidativen a straleschützenden Effekter vun hydratiséierte C60-Fulleren-Nanostrukturen in vitro an in vivo. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Afloss vum Ultraschallfeld op d’isotherm Kinetik vun der Polyhydroxyléierung vu Fulleren. Science of Sintering 2016, 48(2):259–272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polyhydroxyléiert C60-Fullerene verhënneren d’katabolesch Aktivitéit vu Chondrozyte bei nanomolare Konzentratioune bei Arthros. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
Wëssenswäert Fakten
C60-Fullerene
E C60-Fulleren (och als Buckyball oder Buckminster-Fulleren bekannt) ass e Moleküll, deen aus 60 Kuelestoffatomer opgebaut ass, déi als 12 Fënnefecker an 20 Sechsecker ugeuerdent sinn. D’Form vun engem C60-Moleküll gläicht engem Foussball. C60-Fullerene sinn en net gëftegen Antioxidant mat enger Wierkstäerkt, déi 100–1000 méi héich ass wéi déi vu Vitamin E. Obwuel C60 selwer net waasserléislech ass, si vill héich waasserléislech Fulleren-Derivater wéi Fullenerol synthetiséiert ginn.
C60-Fullerene ginn als Antioxidant an als Biopharmazeutikum benotzt. Aner Uwendungsberäicher ëmfaassen d’Materialwëssenschaft, d’organesch Photovoltaik (OPV), Katalysatoren, d’Waasserreinegung an de Schutz viru biologesche Geforen, portabel Stroumversuergung, Gefierer a medezinesch Apparater.
Léislechkeet vu rengem C60:
- a Waasser: net léislech
- an Dimethylsulfoxid (DMSO): net léislech
- an Toluen: léislech
- a Benzen: léislech
Uewerflächestruktur vu C60-Fullerenen
Quell: Yoshioka et al. 2016
Polyhydroxyléiert C60 / Fulleneroler
Fullernerol oder Fulleroler si polyhydroxyléiert C60-Moleküllen (hydratéierte C60-Fulleren: C60HyFn). D’Hydrolylatiounsreaktioun féiert Hydroxylgruppen (-OH) an de C60-Moleküll an. C60-Molekülle mat iwwer 40 Hydroxylgruppen hunn eng méi héich Waasserléislechkeet (>50 mg/mL). Dës leien am Waasser als monodispers Nanopartikele vir an hunn e couragéierte Poléiereffekt. Si weisen iwwerleeën antioxidativ an entzündungshemmend Eegenschaften. Polyhydroxyléiert Fullerene (Fullerenoler; C60(OH)n) kënnen an e puer Alkoholer opgeléist an duerno an engem elektrochemesche Prozess ausgefällt ginn, wouduerch en Nanokuelestofffilm op der Anod entsteet. Fullerenolfilmer ginn als biokompatibel Beschichtung benotzt, si géintiwwer biologeschen Objeten inert a kënnen d’Integratioun vun net biologeschen Objeten a Kierpergeweesser erliichteren.
Léislechkeet vu Fullenerol:
- a Waasser: léislech, ka >50 mg/mL erreechen
- an Dimethylsulfoxid (DMSO): léislech
- a Methanol: liicht léislech
- an Toluen: net léislech
- a Benzen: net léislech
Faarf: Fullerenol mat méi wéi 10 –OH-Gruppen huet eng donkelbrong Faarf. Mat enger zouhuelender Zuel vun –OH-Gruppen ännert sech d’Faarf no an no vun donkelbrong op giel.
Léislechkeet vun der Léislechkeet vu C60(OH)8.2H2O am Verglach mat C60 a verschiddene Léisungsmëttelen. Quell: Afreen et al. 2017
Uwendungen a Gebrauch vu Fullerenoler:
- Pharmazeutesch: Diagnostesch Reagenzien, Supermedikamenter, Kosmetik, nuklearmagnéitesch Resonanz (NMR) mam Entwéckler. DNA-Affinitéit, Medikamenter géint HIV, Medikamenter géint Kriibs, Chemotherapiemedikamenter, Kosmetikzousazstoffer a wëssenschaftlech Fuerschung. Am Verglach mat der onverännerter Form hu polyhydroxyléiert Fullerene méi potenziell Uwendungen, well hir Waasserléislechkeet verbessert ass. Et gouf festgestallt, datt Fulleroler d’Kardiotoxizitéit vu verschiddene Medikamenter reduzéieren an d’HIV-Proteas, den Hepatitis-C-Virus an anormaalt Zellwuesstem hemme kënnen. Ausserdeem hu si ënner physiologesche Bedéngungen eng exzellent Fäegkeet gewisen, reaktiv Sauerstoffspezies a fräi Radikaler ofzefänken.
- Energie: Solarbatterie, Brennstoffzell, Sekundärbatterie.
- Industrie: Verschläissbestännegt Material, flammhemmend Materialien, Schmiermëttelen, Polymeradditiven, Héichleeschtungsmembran, Katalysator, kënschtlechen Diamant, haart Legierung, elektroviskos Flëssegkeet, Tëntefilter, Héichleeschtungsbeschichtungen, feierhemmend Beschichtungen, Hierstellung vu bioaktive Materialien, Späichermaterialien, agebett molekular an aner Eegenschaften, Kompositmaterialien asw.
- Informatiounsindustrie: Hallefleeder-Opzeechnungsmedium, magnéitesch Materialien, Drockfaarf, Toner, Tënt, Pabeier fir speziell Zwecker.
- Elektronesch Baudeeler: Superleedenden Hallefleeder, Dioden, Transistoren, Indukter.
- Optesch Materialien, elektronesch Kamera, Fluoreszenz-Uweiserouer, netlinear optesch Materialien.
- Ëmwelt: Gasadsorptioun, Gasspäicherung.