Nanokompozītu hidrogēla sintēze, izmantojot Ultrasonication

Nanokompozītu hidrogēli jeb nanogēli ir daudzfunkcionālas 3D struktūras ar augstu efektivitāti kā zāļu nesējiem un kontrolētas atbrīvošanas zāļu piegādes sistēmām. Ultrasonication veicina nano-izmēra, polimēru hidrogēla daļiņu izkliedi, kā arī turpmāku nanodaļiņu iekļaušanu / iekļaušanu šajās polimēru struktūrās.

Nanogēlu ultraskaņas sintēze

Nanokompozītu hidrogēli ir trīsdimensiju materiālu struktūras, un tos var konstruēt tā, lai tiem būtu specifiskas īpašības, kas padara tos par spēcīgiem zāļu nesējiem un kontrolētas darbības zāļu piegādes sistēmām. Ultrasonication veicina funkcionalizētu nano izmēra daļiņu sintēzi, kā arī turpmāku 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 hidrofils polimēru tīkls. Tā kā augstas veiktspējas ultraskaņa ir ļoti efektīva, ražojot nano-dispersijas, zondes tipa ultrasonikatori ir būtisks instruments ātrai un uzticamai nanogēlu ražošanai ar augstākām funkcijām.

Ultrasoniski ražotu nanogēlu funkcionalitāte

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

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

• farmaceitiskām un medicīniskām vajadzībām: piemēram, zāļu nesējs, antibakteriāls gēls, antibakteriāls brūču pārsējs
• bioķīmijā un biomedicīnā gēnu piegādei
• kā adsorbents/biosorbents 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 Sonochemical Route

ZnO hibrīda nanodaļiņas var stabilizēt Carbopol gēlā, izmantojot facile ultraskaņas procesu: Ultraskaņas apstrāde tiek izmantota, lai vadītu cinka nanodaļiņu nokrišņus, kas pēc tam ir ultrasoniski savstarpēji saistīti ar Carbopol, veidojot nano-hidrogēlu.
(2021) izgulsnēja cinka oksīda nanodaļiņas, izmantojot facile sonochemical ceļu. (Šeit atrodiet ZnO nanodaļiņu sonoķīmiskās sintēzes protokolu).
Pēc tam nanodaļiņas tika izmantotas, lai sintezētu ZnO nanogēlu. Tāpēc saražotie ZnO NPs tika noskaloti ar dubultu dejonizētu ūdeni. 0,5 g Carbopol 940 izšķīdināja 300 ml dubultota dejonizēta ūdens, kam sekoja svaigi mazgāta ZnO NPs pievienošana. Tā kā karbopols ir dabiski skābs, šķīdumam nepieciešama pH vērtības neitralizācija, pretējā gadījumā tas nesabiezētu. Tādējādi maisījums tika nepārtraukti apstrādāts ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher ultrasonicator UP400S ar amplitūdu 95 un ciklu 95% 1 h. Pēc tam 50 ml trimetilamīna (TEA) kā neitralizējošs līdzeklis (paaugstinot pH līdz 7) tika pievienots pilienam nepārtrauktā ultraskaņas stāvoklī, līdz izveidojās ZnO baltais gēls. Carbopol sabiezēšana sākās, kad pH bija tuvu neitrālam pH .
Pētnieku komanda izskaidro ultrasonication ārkārtīgi pozitīvo ietekmi uz nanogēla veidošanos, uzlabojot daļiņu un daļiņu mijiedarbību. Ultraskaņas iniciētā 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 redzamā shematiskā blokshēma parāda ZnO NPs un Carbopol/ZnO hibrīda nanodaļiņu gēla sintēzi. Pētījumā ultrasonicator UP400St tika izmantots ZnO nanodaļiņu nokrišņiem un nanogēla veidošanai. (adaptēts no Ismail et al., 2021)

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

Lieta Stuy: Poli(metakrilskābes)/Montmorilonīta (PMA/nMMT) nanogēla ultraskaņas sagatavošana

(2020) demonstrēja veiksmīgu poli(metakrilskābes)/Montmorilonīta (PMA/nMMT) nanokompozīta hidrogēla sintēzi, izmantojot ultraskaņas atbalstītu redoksu polimerizāciju. 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. Metakrilskābes monomērs (30 ml) tika pievienots suspensijai pilienu veidā. Maisījumam pievienoja iniciatoru amonija persulfātu (APS) (0,1 M), kam sekoja 1,0 ml TEMED paātrinātāja. Dispersiju 4 stundas enerģiski maisīja 50°C temperatūrā ar magnētisko maisītāju. Iegūto viskozo masu ar acetonu mazgāja un žāvēja 48 stundas 70 °C temperatūrā krāsnī. Iegūtais produkts tika sasmalcināts un uzglabāts stikla pudelē. Tika sintezēti dažādi nanokompozītu gēli, variējot nMMT daudzumos 0,5, 1,0, 1,5 un 2,0 g. Nanokompozītu hidrogēli, kas sagatavoti, izmantojot 1,0 g nMMT, attēloja labākus adsorbcijas rezultātus nekā pārējie kompozīti, un tāpēc tos izmantoja turpmākai adsorbcijas izpētei.
SEM-EDX mikrogrāfi labajā pusē parāda nanogēlu elementāro un strukturālo analīzi, kas sastāv no montmorilonīta (MMT), nano-montmorilonīta (nMMT), poli(metakrilskābes)/nano-montmorilonīta (PMA/nMMT), kā arī amoksicilīna (AMX)- un diklofenaka (DF) ielādēta PMA/nMMT. SEM mikrogrāfi, kas ierakstīti ar palielinājumu 1,00 KX kopā ar EDX

• montmorilonīts (MMT),
• nano-montmorilonīts (nMMT),
• poli(metakrilskābe)/nano-montmorilonīts (PMA/nMMT),
• un ar amoksicilīnu (AMX)- un diklofenaku (DF) lietoja PMA/nMMT.

Ir novērots, ka neapstrādāts MMT ir parādā slāņainu lokšņu struktūru, kas parāda lielāku graudu klātbūtni. Pēc pārveidošanas MMT loksnes tiek lobītas sīkās daļiņās, kas var būt saistīts ar Si2+ un Al3+ izvadīšanu no oktaedrālajām vietām. nMMT EDX spektrā ir liels oglekļa procentuālais daudzums, kas galvenokārt var būt saistīts ar virsmaktīvo vielu, ko izmanto modificēšanai, jo CTAB (C19H42BrN) galvenā sastāvdaļa ir ogleklis (84%). PMA/nMMT parāda saskaņotu un gandrīz līdztekus nepārtrauktu struktūru. Turklāt nav redzamas poras, kas attēlo pilnīgu nMMT pīlingu PMA matricā. Pēc sorbcijas ar farmaceitiskajām molekulām amoksicilīnu (AMX) un diklofenaku (DF) novēro PMA/nMMT morfoloģijas izmaiņas. Virsma kļūst asimetriska, palielinoties raupjai tekstūrai.
Māla bāzes nano izmēra 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.
(sk. 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 augstākām funkcijām. No maziem un vidējiem R&D un izmēģinājuma ultrasonikatori rūpnieciskām sistēmām komerciālai hidrogēla ražošanai nepārtrauktā režīmā, Hielscher Ultrasonics ir pareizais ultraskaņas procesors, lai segtu jūsu prasības hidrogēla / nanogēla ražošanai.

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: