Nanokompozīta hidrogēla sintēze, izmantojot ultrasonikāciju

Nanokompozītu hidrogēli vai nanogēli ir daudzfunkcionālas 3D struktūras ar augstu efektivitāti kā zāļu nesēji un kontrolētas izdalīšanās zāļu piegādes sistēmas. Ultrasonication veicina nano izmēra, polimēru hidrogēla daļiņu izkliedi, kā arī nanodaļiņu turpmāku iekļaušanu / iekļaušanu šajās polimēru struktūrās.

Nanogelu ultraskaņas sintēze

Nanokompozītu hidrogēli ir trīsdimensiju materiālu struktūras, un tos var konstruēt tā, lai tiem būtu īpašas iezīmes, kas padara tos par spēcīgiem zāļu nesējiem un kontrolētas izlaišanas zāļu piegādes sistēmām. Ultrasonication veicina funkcionalizētu nano izmēra daļiņu sintēzi, kā arī sekojošu nanodaļiņu iekļaušanu / iekļaušanu trīsdimensiju polimēru struktūrās. Tā kā ultrasoniski sintezēti nanogēli var iekļūt bioaktīvos savienojumos savā nanomēroga kodolā, šie nano izmēra hidrogēli piedāvā lieliskas funkcijas.
Nanogēli ir hidrogēla nanodaļiņu ūdens dispersija, kas ir fiziski vai ķīmiski savstarpēji saistītas kā hidrofilo polimēru tīkls. Tā kā augstas veiktspējas ultraskaņa ir ļoti efektīva, ražojot nano-dispersijas, zondes tipa ultrasonikatori ir būtisks instruments, lai ātri un uzticami ražotu nanogēlus ar izcilām funkcijām.

Ultrasoniski ražoto nanogēlu funkcijas

• lieliska koloidālā stabilitāte un lielais īpatnējais virsmas laukums
• var būt blīvi iepakots ar nanodaļiņām
• ļauj kombinēt cietās un mīkstās daļiņas hibrīda kodolā / apvalka nanogēlā
• augsts hidratācijas potenciāls
• veicināt biopieejamību,
• augsta pietūkuma / pietūkuma īpašības

 
Ultrasoniski sintezēti nanogēli tiek izmantoti daudzos lietojumos un nozarēs, piemēram,

• farmaceitiskiem un medicīniskiem lietojumiem: piemēram, zāļu nesējs, antibakteriāls gēls, antibakteriāls brūču pārsējs
• bioķīmijā un biomedicīnā gēnu piegādei
• kā adsorbentu/biosorbentu ķīmiskos un vides lietojumos
• audu inženierijā kā hidrogēli var atdarināt daudzu vietējo audu fizikālās, ķīmiskās, elektriskās un bioloģiskās īpašības

Gadījuma izpēte: cinka nanogēla sintēze, izmantojot sonoķīmisko ceļu

ZnO hibrīda nanodaļiņas var stabilizēt Carbopol gēlā, izmantojot facile ultraskaņas procesu: Ultraskaņas apstrāde tiek izmantota, lai vadītu cinka nanodaļiņu nokrišņus, kas pēc tam ultrasoniski ir savstarpēji saistīti ar Carbopol, lai izveidotu nano-hidrogēlu.
(2021) izgulsnēja cinka oksīda nanodaļiņas, izmantojot facile sonochemical ceļu. (Atrodiet ZnO nanodaļiņu sonoķīmiskās sintēzes protokolu šeit)
Pēc tam nanodaļiņas tika izmantotas, lai sintezētu ZnO nanogēlu. Tāpēc saražotie ZnO NP tika izskaloti ar dubultu dejonizētu ūdeni. 0,5 g Carbopol 940 tika izšķīdināts 300 ml dubultota dejonizēta ūdens, kam sekoja svaigi mazgātu ZnO NP pievienošana. Tā kā karbopols ir dabiski skābs, šķīdumam nepieciešama pH vērtības neitralizācija, pretējā gadījumā tas nesabiezētu. Tādējādi maisījums bija nepārtraukti apstrādāts ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher ultrasonicator UP400S ar amplitūdu 95 un ciklu 95% 1 h. Pēc tam 50 ml trimetilamīna (TEA) kā neitralizējošu līdzekli (paaugstinot pH līdz 7) tika pievienoti pilienam ar nepārtrauktu ultraskaņu, līdz radās ZnO baltais gēls. Karbopoles sabiezēšana sākās, kad pH bija tuvu neitrālam pH .
Pētnieku komanda izskaidro ultrasonikācijas ārkārtīgi pozitīvo ietekmi uz nanogēla veidošanos, uzlabojot daļiņu un daļiņu mijiedarbību. Ultraskaņas ierosināta reakcijas maisījuma sastāvdaļu molekulārā uzbudināšana uzlabo sabiezēšanas procesu, ko veicina polimēra un šķīdinātāja mijiedarbība. Turklāt ultraskaņas apstrāde veicina Carbopol izšķīdināšanu. Turklāt ultraskaņas viļņu apstarošana uzlabo polimēra–ZnO NPs mijiedarbību un uzlabo sagatavotā Carbopol/ZnO hibrīda nanodaļiņu gēla viskoelastīgās īpašības.
Iepriekš redzamajā shematiskajā blokshēmā parādīta ZnO NPs un Carbopol/ZnO hibrīda nanodaļiņu gēla sintēze. Pētījumā ultrasonicator UP400St tika izmantots ZnO nanodaļiņu nokrišņiem un nanogēla veidošanai. (adaptēts no Ismail et al., 2021)

ZnO NPs sintezēts ar ķīmisko nokrišņu metodi ultrasonication ietekmē, kur (a) atrodas ūdens šķīdumā, un (b) ir ultrasoniski izkliedēts stabilā Carbopol bāzes hidrogēlā.
(pētījums un attēls: Ismail et al., 2021)

Lieta Stuy: Ultraskaņas sagatavošana Poly(metakrilskābe)/Montmorillonite (PMA / nMMT) Nanogel

(2020) demonstrēja veiksmīgu poli(metakrilskābes)/Montmorilonīta (PMA/nMMT) nanokompozīta hidrogēla sintēzi, izmantojot ultraskaņas redokspolimerizāciju. Parasti 1,0 g nMMT tika izkliedēts 50 ml destilēta ūdens ar ultrasonikāciju 2 stundas, lai izveidotu viendabīgu dispersiju. Ultraskaņas apstrāde uzlabo māla dispersiju, kā rezultātā uzlabojas hidrogēlu mehāniskās īpašības un adsorbcijas spēja. Suspensijai pa pilienam pievienoja metakrilskābes monomēru (30 ml). Maisījumam tika pievienots iniciatora amonija persulfāts (APS) (0,1 M), kam sekoja 1,0 ml TEMED paātrinātāja. Dispersiju 4 stundas 50 °C temperatūrā enerģiski maisīja ar magnētisko maisītāju. Iegūto viskozo masu mazgāja ar acetonu un žāvēja 48 stundas 70 °C temperatūrā krāsnī. Iegūtais produkts tika sasmalcināts un uzglabāts stikla pudelē. Dažādi nanokompozītu gēli tika sintezēti, mainot nMMT daudzumos 0,5, 1,0, 1,5 un 2,0 g. Nanokompozītu hidrogēli, kas sagatavoti, izmantojot 1,0 g nMMT, uzrādīja labākus adsorbcijas rezultātus nekā pārējie kompozīti, un tāpēc tos izmantoja turpmākai adsorbcijas izmeklēšanai.
Labajā pusē esošie SEM-EDX mikrogrāfi parāda to nanogēlu elementu un strukturālo analīzi, kas sastāv no montmorilonīta (MMT), nano-montmorilonīta (nMMT), poli(metakrilskābes)/nano-montmorilonīta (PMA/nMMT) un amoksicilīna (AMX)- un diklofenaka (DF) noslogota PMA/nMMT. SEM mikrogrāfi ierakstīti ar palielinājumu 1,00 KX kopā ar EDX

• montmorilonīts (MMT),
• nanomontmorilonīts (nMMT),
• poli(metakrilskābe)/nanomontmorilonīts (PMA/nMMT),
• un amoksicilīns (AMX)- un diklofenaks (DF) ar PMA/nMMT.

Ir novērots, ka neapstrādāts MMT ir parādā slāņainu lokšņu struktūru, kas parāda lielāku graudu klātbūtni. Pēc modifikācijas MMT loksnes tiek lobītas sīkās daļiņās, kas var būt saistītas ar Si2+ un Al3+ izvadīšanu no oktaedriskajām vietām. NMMT EDX spektram ir liels oglekļa procentuālais daudzums, kas galvenokārt var būt saistīts ar virsmaktīvo vielu, ko izmanto modificēšanai, jo galvenā CTAB sastāvdaļa (C19H42BrN) ir ogleklis (84%). PMA/nMMT parāda saskaņotu un gandrīz nepārtrauktu struktūru. Turklāt poras nav redzamas, kas attēlo pilnīgu nMMT lobīšanos PMA matricā. Pēc sorbcijas ar farmaceitiskām molekulām amoksicilīnu (AMX) un diklofenaku (DF) novēro izmaiņas PMA/nMMT morfoloģijā. Virsma kļūst asimetriska, palielinoties raupjai tekstūrai.
Māla bāzes nanoizmēra hidrogēlu izmantošana un funkcijas: Māla bāzes hidrogēla nanokompozīti ir paredzēti kā potenciāli super adsorbenti neorganisko un/vai organisko piesārņotāju uzņemšanai no ūdens šķīduma, pateicoties gan mālu, gan polimēru kombinētajām īpašībām, piemēram, bionoārdīšanās spējai, bioloģiskajai saderībai, ekonomiskajai dzīvotspējai, pārpilnībai, augstam īpatnējam virsmas laukumam, trīsdimensiju tīklam un pietūkuma / pietūkuma īpašībām.
(sal. ar Khan et al., 2020)

Augstas veiktspējas ultrasonikatori hidrogēla un nanogēla ražošanai

Augstas veiktspējas ultrasonikatori hidrogēla un nanogēla ražošanai
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas hidrogēlu un nanogēlu sintēzei ar izcilām funkcijām. No maza un vidēja izmēra R&D un izmēģinājuma ultrasonikatori uz rūpnieciskām sistēmām komerciālai hidrogēla ražošanai nepārtrauktā režīmā, Hielscher Ultrasonics ir pareizais ultraskaņas procesors, lai segtu jūsu prasības hidrogēla / nanogēla ražošanai.

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: