Ultraschallsynthes vu molekular gepräägte Polymeren (MIPs)

Molekular gepräägte Polymeren (MIPs) si kënschtlech entwéckelt Rezeptore mat enger virbestëmmter Selektivitéit a Spezifizitéit fir eng bestëmmte biologesch oder cheemesch Moleküllstruktur. D’Ultraschallbehandlung ka verschidde Synthesweeër vu molekular gepräägte Polymeren verbesseren an doduerch d’Polymerisatioun méi effizient a méi zouverlässeg maachen.

Wat si molekular gepräägte Polymeren?

E molekular gepräägte Polymer (MIP) ass e polymert Material mat antikierperänlechen Erkennungseegenschaften, dat mat der Technik vun der molekularer Prägung hiergestallt gouf. D’Technik vun der molekularer Prägung produzéiert e molekular gepräägte Polymer fir e spezifescht Zilmoleküll. De molekular gepräägte Polymer huet Huelraim a senger Polymermatrix mat enger Affinitéit fir dat spezifescht „Schablounemoleküll“. De Prozess ëmfaasst normalerweis d’Ausléise vun der Polymerisatioun vu Monomeren a Präsenz vun engem Schablounemoleküll, dat duerno extrahéiert gëtt, soudatt komplementär Huelraim zeréckbleiwen. Dës Polymeren hunn eng Affinitéit fir dat ursprénglecht Moleküll a goufen an Uwendunge wéi cheemeschen Trennungen, Katalys oder molekulare Sensore benotzt. Molekular gepräägte Molekülle kënne mat engem molekulare Schlass verglach ginn, dat zu engem molekulare Schlëssel (dem sougenannte Schablounemoleküll) passt. Molekular gepräägte Polymeren (MIPs) zeechne sech duerch spezifesch ugepasste Bindungsplazen aus, déi a Form, Gréisst a funktionelle Gruppe mat de Schablounemoleküllen iwwereneestëmmen. D’„Schlass–Schlëssel“-Eegenschaft erméiglecht et, molekular gepräägte Polymere fir verschidden Uwendungen ze benotzen, bei deenen e spezifesche Molekülltyp erkannt an un dat molekulaart Schlass, dat heescht un de molekular gepräägte Polymer, gebonne gëtt.

Déi schematesch Illustratioun weist de Wee vun der molekularer Prägung vu Cyclodextrine fir d’Hierstellung vu moossgeschneederte Rezeptoren.
Etüd a Bild: Hishiya et al. 2003

Molekular gepräägte Polymeren (MIPs) hunn e breet Uwendungsfeld a gi benotzt, fir bestëmmte biologesch oder cheemesch Moleküllen ze trennen an ze rengegen, dorënner Aminosaieren a Proteinnen, Nukleotidderivater, Schuedstoffer souwéi Medikamenter a Liewensmëttel. D’Uwendungsberäicher reeche vun Trennung a Rengegung bis zu cheemesche Sensoren, katalytesche Reaktiounen, der Wierkstoffofgab, biologeschen Antikierper a Rezeptorsystemer. (vgl. Vasapollo et al. 2011)
Zum Beispill gëtt d’MIP-Technologie als Festphasemikroextraktiounstechnik benotzt, fir Moleküllen aus Cannabis, wéi CBD oder THC, aus dem Vollspektrumextrakt ze verschaffen an ze rengegen, fir Cannabinoidisolater an Destillater ze gewannen.

Ultraschallsynthes vu molekular gepräägte Moleküllen

Ofhängeg vun der Aart vum Zilmoleküll (Schabloun) an der definitiver Uwendung vum MIP kënne MIPen a verschiddene Formater synthetiséiert ginn, wéi kugelfërmeg Partikelen am Nano- a Mikrometerberäich, Nanodréit, Nanostäber, Nanofilamenter oder dënn Filmer. Fir eng bestëmmte MIP-Form hierzestellen, kënne verschidde Polymerisatiounstechnike wéi Volumenprägung, Ausfällung, Emulsiounspolymerisatioun, Suspensioun, Dispersioun, Geléierung a méistufeg Quellpolymerisatioun agesat ginn.
Den Asaz vun Ultraschall mat niddreger Frequenz an héijer Intensitéit bitt eng héich effizient, villsäiteg an einfach Technik fir polymer Nanostrukturen ze synthetiséieren.
D’Ultraschallbehandlung bitt bei der MIP-Synthes verschidde Virdeeler am Verglach mat traditionelle Polymerisatiounsprozesser, well si méi héich Reaktiounsvitessen, e méi homogene Wuesstem vun de Polymerketten, méi héich Ausbezuelen a méi mëll Bedéngungen (z. B. eng niddreg Reaktiounstemperatur) fërdert. Ausserdeem kann si d’Verdeelung vun der Populatioun vu Bindungsplazen an domat d’Morphologie vum definitive Polymer veränneren. (Svenson 2011)
Duerch den Asaz vu sonochemescher Energie bei der Polymerisatioun vu MIPe gi Polymerisatiounsreaktiounen ausgeléist a positiv beaflosst. Gläichzäiteg fërdert d’Ultraschallbehandlung eng effektiv Entgasung vun der Polymermëschung, ouni d’Bindungskapazitéit oder d’Steifegkeet ze beeinträchtegen.
D’Homogeniséieren, Dispergéieren an Emulgéiere mat Ultraschall erméiglecht e besonnesch gutt Vermëschen an Duerchréieren, fir homogen Suspensiounen ze bilden an d’Energie fir d’Ausléise vu Polymerisatiounsprozesser bereetzestellen. Viveiros et al. (2019) hunn d’Potenzial vun der MIP-Synthes mat Ultraschall ënnersicht a stellen fest, datt „MIPen, déi mat Ultraschall hiergestallt goufen, Bindungseegenschaften opgewisen hunn, déi deene vun de konventionelle Methoden änlech oder iwwerleeë waren“.
MIPen am Nanoformat maachen aussichts räich Méiglechkeeten op, fir d’Homogenitéit vun de Bindungsplazen ze verbesseren. D’Ultraschallbehandlung ass fir hir aussergewéinlech Resultater bei der Hierstellung vun Nanodispersiounen an Nanoemulsioune bekannt.

Nanoemulsiounspolymerisatioun mat Ultraschall

MIPe kënnen duerch Emulsiounspolymerisatioun synthetiséiert ginn. D’Emulsiounspolymerisatioun gëtt normalerweis erreecht, andeems ënner Zousaz vun engem Tensid eng Ueleg-a-Waasser-Emulsioun gebilt gëtt. Fir eng stabil Emulsioun am Nanometerberäich ze bilden, ass eng héichleeschtungsfäeg Emulgéierungstechnik néideg. D’Emulgéiere mat Ultraschall ass eng gutt etabléiert Technik fir Nano- a Miniemulsiounen hierzestellen.
Liest méi iwwer d’Nanoemulgéiere mat Ultraschall!

Ultraschall kann déi follgend Syntheseweeër fir d’Produktioun vun nanoMIPe verbesseren: Ausfällungspolymerisatioun, Emulsiounspolymerisatioun a Kär-Schuel-Polymerisatioun.
Etüd a Bild vun: Refaat et al. 2019

Extraktioun vun der Schabloun mat Ultraschall

No der Synthes vu molekular gepräägte Polymere muss d’Schabloun vun der Bindungsplaz ewechgeholl ginn, fir en aktive molekular gepräägte Polymer ze kréien. Déi intensiv Mëschkräfte vun der Ultraschallbehandlung fërderen d’Léislechkeet, d’Diffusiounsfäegkeet, d’Andréngen an den Transport vu Léisungsmëttel- a Schablounemoleküllen. Doduerch ginn d’Schabloune séier vun de Bindungsplazen ewechgeholl.
D’Ultraschallextraktioun kann och mat der Soxhlet-Extraktioun kombinéiert ginn, fir d’Schabloun aus dem gepräägte Polymer ze entfernen.

Fallstudien: Ultraschalluwendunge fir molekular gepräägte Polymeren

Synthes vu molekular gepräägte Polymere mat Ultraschall

D’Akapselung vu magneeteschen Nanopartikelen duerch mat 17β-Estradiol gepräägt Polymeren iwwer en Ultraschallsynthesewee erméiglecht eng séier Entfernung vu 17β-Estradiol aus wässerlechen Ëmfelder. Fir d’Ultraschallsynthes vun den nanoMIPs gouf Methacrylsäure (MAA) als Monomer, Ethylenglykoldimethacrylat (EGDMA) als Vernetzungsmëttel an Azobisisobutyronitril (AIBN) als Initiator benotzt. D’Ultraschallsynthes gouf fir 2h bei 65ºC duerchgefouert. Déi duerchschnëttlech Partikelduerchmiesser vu magneeteschen NIPs a magneeteschen MIPs louche bei 200 respektiv 300 nm. Den Asaz vun Ultraschall huet souwuel d’Polymerisatiounsvitess wéi och d’Morphologie vun den Nanopartikele verbessert an huet och zu enger Erhéijung vun der Zuel vu fräie Radikaler gefouert, wouduerch de Wuesstum vun de MIPs ronderëm déi magneetesch Nanopartikelen erliichtert gouf. D’Adsorptiounskapazitéit fir 17β-Estradiol war mat där vun traditionelle Verfare vergläichbar. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultraschall fir molekular gepräägt Sensoren

Yu et al. hunn e molekular gepräägten elektrocheemesche Sensor op Basis vun Elektroden entwéckelt, déi mat Néckel-Nanopartikele modifizéiert goufen, fir Phenobarbital ze bestëmmen. De beschriwwenen elektrocheemesche Sensor gouf duerch thermesch Polymerisatioun entwéckelt, mat Methacrylsäure (MAA) als funktionellem Monomer, 2,2-Azobisisobutyronitril (AIBN) an Ethylenglykol-Maleinrosinat (EGMRA)-Acrylat als Vernetzungsmëttel, Phenobarbitaler (PBs) als Schablounemoleküll an Dimethylsulfoxid (DMSO) als organeschem Léisungsmëttel. Bei der Hierstellung vum Sensor goufen 0,0464g PB an 0,0688g MAA an 3 mL DMSO gemëscht a fir 10 min mat Ultraschall behandelt. No 5 h goufen 1,0244g EGMRA an 0,0074g AIBN der Mëschung bäigefüügt a fir 30 min mat Ultraschall behandelt, fir mat PB gepräägt Polymerléisungen ze kréien. Duerno goufen 10 μL vun enger 2,0 mg mL^-1Ni-Nanopartikelléisung op d’GCE-Uewerfläch opgedrëpst, an duerno gouf de Sensor bei Raumtemperatur gedréchent. Ongeféier 5 μL vun der preparéierter, mat PB gepräägter Polymerléisung goufen duerno als Beschichtung op déi mat Ni-Nanopartikele modifizéiert GCE opgedroen a bei 75◦C fir 6 h ënner Vakuum gedréchent. No der thermescher Polymerisatioun gouf de gepräägte Sensor fir 7 min mat (Essegsaier) HAc/Methanol (Volumeverhältnis, 3:7) gewäsch, fir d’Schablounemoleküllen ze entfernen. (vgl. Uygun et al. 2015)

Ultraschall-Mikroextraktioun mat MIPs

Fir Nicotinamid-Analyten aus Prouwen zeréckzegewannen, gëtt eng ultraschallënnerstëtzt dispersiv Festphase-Mikroextraktioun mat uschléissender Miessung mat engem UV-vis-Spektrofotometer (UA-DSPME-UV-vis) agesat. Fir d’Extraktioun an d’Virukonzentratioun vun Nicotinamid (Vitamin B3) goufe molekular gepräägt Polymeren op Basis vum metallorganesche Gerüst (MOF) HKUST-1 benotzt. (Asfaram et al. 2017)

Héichleeschtungs-Ultraschallapparater fir Polymerapplikatiounen

Vum Laboratoire bis zur Produktioun mat linearer Skaléierbarkeet: Spezifesch entwéckelt molekular gepräägt Polymere ginn als éischt a klenge Labor- an Dëschanlagen entwéckelt a getest, fir d’Machbarkeet vun der Polymersynthes z’ënnersichen. Wann d’Machbarkeet vun de MIPs nogewise gouf an hir Optimiséierung ofgeschloss ass, gëtt d’MIP-Produktioun op méi grouss Volumë skaléiert. D’Ultraschallsyntheseweeër kënnen alleguer linear vun Dëschanlagen op eng voll kommerziell Produktioun skaléiert ginn. Hielscher Ultrasonics bitt sonocheemesch Ausrüstung fir d’Polymersynthes a klenge Labor- an Dëschanlagen bis hin zu voll industriellen Inline-Ultraschallsystemer fir d’24/7-Produktioun ënner voller Laascht. Ultraschall kann linear vun der Gréisst vun engem Reagenzglas bis op grouss Produktiounskapazitéite vu Camionsluedunge pro Stonn skaléiert ginn. Den ëmfaassende Produktportfolio vun Hielscher Ultrasonics, vu Laborsystemer bis zu industrielle sonocheemesche Systemer, enthält dee passendsten Ultraschallapparat fir Är geplangte Prozesskapazitéit. Eist Personal mat laangjäreger Erfarung ënnerstëtzt Iech vun de Machbarkeetstester an der Prozessoptimiséierung bis zur Installatioun vun Ärem Ultraschallsystem op der definitiver Produktiounsskala.

Hielscher Ultrasonics – Raffinéiert sonocheemesch Ausrüstung

De Produktportfolio vun Hielscher Ultrasonics deckt déi ganz Gamme vun héichleeschtungsfäegen Ultraschallextraktere vum klengen bis zum grousse Moossstaf of. Zousätzlech Accessoirë maachen et einfach, déi gëeegentst Konfiguratioun vun engem Ultraschallapparat fir Äre Prozess zesummenzestellen. Déi optimal Ultraschallkonfiguratioun hänkt vun der geplangter Kapazitéit, dem Volumen, dem Material, dem Chargen- oder Inline-Prozess an dem Zäitplang of. Hielscher hëlleft Iech, den ideale sonochemesche Prozess anzeriichten.

Chargen- an Inline-Veraarbechtung

D’Ultraschallapparater vun Hielscher kënne fir d’Chargenveraarbechtung an d’Veraarbechtung am kontinuéierlechen Duerchfloss agesat ginn. Kleng a mëttelgrouss Volume kënne bequem an engem Chargeprozess mat Ultraschall behandelt ginn (z. B. a Fläschen, Reagenzglieser, Becherglieser, Tanken oder Fässer). Fir d’Veraarbechtung vu grousse Volume kéint eng Inline-Ultraschallbehandlung méi effektiv sinn. Wärend d’Chargenveraarbechtung méi Zäit an Aarbecht erfuerdert, ass e kontinuéierlechen Inline-Mëschprozess méi effizient, méi séier an erfuerdert däitlech manner Aarbecht. Hielscher Ultrasonics huet déi gëeegentst Extraktiounskonfiguratioun fir Är Polymerisatiounsreaktioun an Äre Prozessvolumen.

Ultraschallsonde fir all Produktiounskapazitéit

D’Produktgamme vun Hielscher Ultrasonics deckt dat ganzt Spektrum vun Ultraschallprozessoren of, vu kompakten Ultraschallapparater fir de Labo iwwer Dësch- a Pilotanlagen bis zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren, déi Camionsluedunge pro Stonn verschaffe kënnen. Déi komplett Produktgamme erlaabt eis, Iech déi gëeegentst Ultraschallausrüstung fir Är Polymeren, Är Prozesskapazitéit an Är Produktiounsziler unzebidden.
Ultraschall-Dëschsystemer sinn ideal fir Machbarkeetstester a Prozessoptimiséierung. Eng linear Skaléierung op Basis vun etabléierte Prozessparameter mécht et ganz einfach, d’Veraarbechtungskapazitéite vu méi klenge Chargë bis op eng voll kommerziell Produktioun ze erhéijen. D’Skaléierung kann entweder duerch d’Installatioun vun enger méi leeschtungsstaarker Ultraschallextraktiounseenheet oder duerch d’parallel Zesummeschalte vu méi Ultraschallapparater erfollegen. Mam UIP16000 bitt Hielscher déi leeschtungsstäerkst Ultraschalleenheet weltwäit un.

Prezist steierbar Amplitudë fir optimal Resultater

All Ultraschallapparater vun Hielscher si prezist steierbar an domat zouverlässeg Aarbechtsapparater an der Produktioun. D’Amplitud ass ee vun den entscheedende Prozessparameter, déi d’Effizienz an d’Effektivitéit vu sonochemesche Reaktiounen, dorënner Polymerisatiounsreaktiounen a Syntheseweeër, beaflossen.
All Prozessore vun Hielscher Ultrasonics erlaben eng prezis Astellung vun der Amplitud. Sonotroden a Booster-Häerner sinn Accessoiren, déi et erlaben, d’Amplitud an engem nach méi breede Beräich unzepassen. Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher kënne ganz héich Amplitudë liwweren a liwweren déi erfuerderlech Ultraschallintensitéit fir usprochsvoll Uwendungen. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn.
Prezis Amplitudenastellungen an déi permanent Iwwerwaachung vun den Ultraschallprozessparameter iwwer intelligent Software ginn Iech d’Méiglechkeet, Är molekular gepräägte Polymeren ënner den effektivsten Ultraschallbedéngungen ze synthetiséieren. Optimal Ultraschallbehandlung fir déi bescht Polymerisatiounsresultater!
D’Robustheet vun der Ultraschallausrüstung vun Hielscher erlaabt e 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld. Dat mécht d’Ultraschallausrüstung vun Hielscher zu engem zouverlässegen Aarbechtsinstrument, dat d’Ufuerderunge vun Ärem sonochemesche Prozess erfëllt.

Einfach, risikofräi Tester

Ultraschallprozesser kënne komplett linear skaléiert ginn. Dat bedeit, datt all Resultat, dat Dir mat engem Ultraschallapparat fir de Labo oder engem Ultraschall-Dëschapparat erreecht hutt, mat genee de selwechte Prozessparameter op genee dat selwecht Resultat skaléiert ka ginn. Dat mécht d’Ultraschallbehandlung ideal fir risikofräi Machbarkeetstester, Prozessoptimiséierung an déi uschléissend Ëmsetzung an der kommerzieller Produktioun. Kontaktéiert eis, fir ze gewuer ze ginn, wéi d’Ultraschallbehandlung Är MIP-Ausbeut a -Qualitéit erhéije kann.

Héchst Qualitéit – an Däitschland entwéckelt a fabrizéiert

Als Betrib a Familljebesëtz an ënner Familljeféierung setzt Hielscher bei sengen Ultraschallprozessoren op déi héchst Qualitéitsstandarden. All Ultraschallapparater ginn an eisem Haaptsëtz zu Teltow bei Berlin an Däitschland entwéckelt, hiergestallt a grëndlech getest. D’Robustheet an d’Zouverlässegkeet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher maachen hinnen zu zouverlässegen Aarbechtsinstrumenter an Ärer Produktioun. De 24/7-Betrib ënner voller Laascht an an usprochsvollen Ëmfeld ass eng selbstverständlech Eegenschaft vun den Héichleeschtungsmëscher vun Hielscher.

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Dir kënnt Ultraschallprozessoren vun Hielscher a verschiddene Gréissten a genee op Är Prozessufuerderungen ofgestëmmt kafen. Vun der Behandlung vu Reaktanten an engem klenge Laborréier bis zum kontinuéierleche Mësche vu Polymersuspensiounen am Duerchfloss am industrielle Moossstaf bitt Hielscher Ultrasonics Iech e passenden Ultraschallapparat! Kontaktéiert eis wgl. – mir recommandéieren Iech gär déi ideal Ultraschallkonfiguratioun!