Supramolekulāras struktūras, kas montētas, izmantojot sonikāciju
Sonikācija ir spēcīgs un daudzpusīgs supramolekulārās ķīmijas rīks, kas ļauj precīzi kontrolēt nekovalentās montāžas procesus, kuri bieži ir jutīgi pret kinētiskajiem un termodinamiskajiem parametriem. Jaudas ultraskaņas iedarbība uz šķidru vidi ietekmē molekulāro mijiedarbību, paātrinot pašsaliktību, uzlabojot sajaukšanos un veicinot strukturālo reorganizāciju nanomērogā.
Kā sonikācija ietekmē supramolekulāro montāžu
Supramolekulārās sistēmās, kur struktūras veidošanos nosaka vājas mijiedarbības, piemēram, ūdeņraža saites, π-π sakopojums, metālu koordinācija un van der Valsa spēki, ultraskaņa var selektīvi ietekmēt montāžas ceļus. Tas nodrošina homogēnu kodolu veidošanos, palīdz izkliedēt būvblokus un atvieglo metastabilo vai kinētiski iesprostoto arhitektūru veidošanos, kas parastos apstākļos bieži vien ir nepieejamas. Turklāt sonikācija var modulēt līdzsvaru starp montāžas un demontāžas stāvokļiem, piedāvājot dinamisku līdzekli atgriezenisku supramolekulāro sistēmu kontrolei.
Papildus fizikālajai iedarbībai sonohīmija nodrošina videi nekaitīgu un energoefektīvu pieeju. – bieži tiek veikti bez šķīdinātāja vai maigos apstākļos. – padarot to pievilcīgu supramolekulāro gēlu, nanošķiedru, saimnieka un viesa kompleksu un hibrīdnanostruktūru sintēzei. Rezultātā sonikācija ir ne tikai paraugu sagatavošanas metode, bet arī centrālais mehanoķīmiskais virzītājspēks supramolekulāro materiālu racionālā izstrādē un apstrādē.
Sonicator UP400St efektīvai supramolekulāro struktūru sintēzei.
Supramolekulu sintēze ar ultraskaņu
Sonikācija var veicināt dažādu supramolekulāru sistēmu veidošanos, stabilizāciju vai pārveidi, izmantojot akustisko kavitāciju, pārejošus bīdes gradientus un mikrostrūklu triecienus. Turpmākās kategorijas ilustrē tipiskas struktūras, kas iegūtas vai ietekmētas ar ultraskaņas palīdzību:
- Supramolekulāri saimnieka un viesa kompleksi
Ciklodekstrīna iekļaušanas kompleksi
Uz Cucurbituril bāzētas saimnieka un viesa sistēmas
Kalixarene un pillar[5]arene bloki
Mehāniski savienotas molekulas (rotaksāni, katenāni) - Supramolekulārais grafēna oksīds un 2D hibrīdi
- π-π kārtu grafēna oksīda-hromoforu kompleksi
- Grafēna oksīda un polimēru supramolekulārie hibrīdi
- Nekovalenta funkcionalizācija ar porfirīniem, fullerēniem vai peptīdiem
- Supramolekulārās nanošķiedras un nanocaurules
- Peptidu amfififilu nanošķiedras
- π-konjugētas nanošķiedras (piemēram, perilēnbisimīda, porfirīna vai cianīna atvasinājumi).
- Ūdeņraža saitēm savienotas vai π-π kārtas nanocaurulītes
- Supramolekulārie želejas (sonogēli)
- Organogēli un hidrogēli, ko iedarbina vai stabilizē ultraskaņa
- Sol-gela pārejas, ko izraisa lokalizēta sildīšana un bīdīšana
- atgriezeniski supramolekulārie tīkli (ar H saitēm, metālu-ligandu vai jonu saitēm).
- Supramolekulāri agregāti un konglomerāti
- Micellas un vezikulas, kas veidojas no amfifīlām molekulām
- Koacervāti un koloidālie mezgli
- Hirālie konglomerāti un polimorfie agregāti, ko ietekmē ultraskaņas ievadītā enerģija
- Supramolekulārās nanospēnes un porainie karkasi
- Nanospēkas uz ciklodekstrīna bāzes
- Sonohīmiski radīti metālorganiskie karkasi (MOF) un kovalentie organiskie karkasi (COF)
- Poraini supramolekulārie tīkli, ko izmanto katalīzei vai zāļu iepildīšanai
- Citas ultraskaņu reaģējošas supramolekulāras arhitektūras
- Supramolekulāras kapsulas un nanokapsīdas
- Pašsaliktie monoslāņi (SAM) un daudzslāņu slāņi
- Supramolekulārās struktūras uz DNS bāzes
- Koordinācijas polimēri un metalogēli
(Pētījums un filma: Rutgeerts et al., 2019)
Ultraskaņas lietojumi supramolekulārajā montāžā
Ultraskaņa ietekmē supramolekulāro pašsalipināšanu ar mehāniskiem, termiskiem un kavitācijas efektiem.
Galvenie procesi ir šādi:
- Emulģēšana un nanoemulsijas veidošanās
- Atvieglo supramolekulāru iekapsulēšanu eļļas/ūdens sistēmās.
- Veicina homogēnu nesajaucamu fāžu sajaukšanos.
- Daļiņu izmēra samazināšana un deagregācija
- Sadala lielākus supramolekulārus agregātus vai kristālus.
- Kontrolē morfoloģiju un polidispersitāti
- Dispersija un homogenizācija
- Uzlabo nanodaļiņu vai supramolekulāro bloku dispersiju šķīdinātājos.
- Uzlabo gēla vai hibrīdmateriālu veidošanās viendabīgumu.
- Ietveršana un kompleksācijas uzlabošana
- Paātrina viesu iekļaušanu ciklodekstrīnos vai micelārās sistēmās.
- Veicina nanokapsulu veidošanos zāļu piegādei vai katalizēšanai.
- Šķiedru savienošana / garuma samazināšana
- Peptīdu vai polimēru nanošķiedru saīsināšana ar kavitācijas nobīdes metodi
- Virsmolekulāro pavedienu un nanocauruļu kontrolēta fragmentācija
- Kristalizācija un polimorfu kontrole
- Ar ultraskaņu asistēta nukleācija kontrolētai kristālu augšanai
- Metastabilo vai kinētiski labvēlīgu supramolekulāro polimorfu veidošanās
- Šķērssaišu veidošanās un tīkla veidošanās
- izraisa saišu reorganizāciju ūdeņraža vai metālu-ligandu tīklos.
- Iniciē supramolekulāro metālorganisko karkasu (MOF) veidošanos.
- Veicina supramolekulāro hidrogēlu un sonogēlu veidošanos
- Sonohīmiskā aktivizācija un funkcionalizācija
- Uzsāk reakcijas supramolekulārajai modifikācijai.
- Ļauj nekovalentīgi pievienot funkcionālās daļas uz saimnieka skeletiem.
- Noārdīšanās un atgriezeniska demontāža
- Ultraskaņas enerģijas izmantošana atgriezeniskai supramolekulāro konstrukciju demontāžai
- Inkapsulētu sugu kontrolēta atbrīvošana ultraskaņas stimulācijas apstākļos
Iegūstiet labāko sonikatoru supramolekulām
Hielscher sonikatori ir augstas veiktspējas zondes tipa ultraskaņas sistēmas, kas īpaši izstrādātas precīzai enerģijas piegādei šķidrās fāzes procesos, padarot tās īpaši piemērotas sarežģītu arhitektūru sonohēmiskajai un supramolekulārajai montāžai. To precīzā amplitūdas, laika, impulsa režīma un temperatūras kontrole nodrošina reproducējamu kavitācijas dinamiku, veicinot efektīvu sajaukšanos, uzlabotu masas pārnesi un aktivizētu ne-kovalento mijiedarbību, kas ir būtiska supramolekulārajai organizācijai. Sonohēmijā šāda kontrolēta akustiskā kavitācija var paātrināt pašsalipināšanu, veicināt saimnieka un viesa kompleksāciju un ietekmēt supramolekulāro agregātu morfoloģiju vai stabilitāti. Hielscher ierīču robustums, mērogojamība un digitālā procesa uzraudzība ļauj precīzi pielāgot reakcijas apstākļus no neliela mēroga laboratorijas eksperimentiem līdz rūpnieciskai sintēzei, kas savieno fundamentālos supramolekulāros pētījumus ar lietišķo materiālu izgatavošanu.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0.5 līdz 1,5 ml | n.p. | VialTweeter |
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000hdT |
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā
Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.
Ultraskaņas emulģēšana veicina supramolekulāro struktūru montāžu
Literatūra / Atsauces
- Di Giosia, Matteo; Bomans, Paul; Bottoni, Andrea; Cantelli, Andrea; Falini, Giuseppe; Franchi, Paola; Guarracino, Giuseppe; Friedrich, Heiner; Lucarini, Marco; Paolucci, Francesco; Rapino, Stefania; Sommerdijk, Nico; Soldà, Alice; valle, Francesco ; Zerbetto, Francesco; Calvaresi, Matteo (2018): Proteins as Supramolecular Hosts for C60: A True Solution of C60 in Water. Nanoscale 10(21); 2018.
- Fatemeh Shahangi Shirazi, Kamran Akhbari (2016): Sonochemical procedures; the main synthetic method for synthesis of coinage metal ion supramolecular polymer nano structures. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 31, 2016. 51-61.
- Rutgeerts LAJ , Soultan AH , Subramani R , Toprakhisar B , Ramon H , Paderes MC , De Borggraeve WM , Patterson J . (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chem Commun (Camb). 2019 Jun 20;55(51):7323-7326.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir supramolekula / supermolekula?
Supramolekula jeb supermolekula ir divu vai vairāku molekulāro vienību diskrēta ķīmiska kopa, ko satur kopā nekovalentas mijiedarbības, piemēram, ūdeņraža saites, π-π sakopojums, metālu koordinācija vai van der Valsa spēki. Atšķirībā no kovalenti saistītām molekulām šīs struktūras veidojas atgriezeniskos un bieži vien ļoti selektīvos pašsaliktošanās procesos, radot sarežģītas arhitektūras ar jaunām īpašībām.
Kādas ir pamatmetodes supramolekulārajā ķīmijā?
Supramolekulārās ķīmijas pamatmetodes ir saistītas ar molekulāro atpazīšanu un pašorganizāciju. Konceptuālo un eksperimentālo pamatu veido saimnieka un viesa ķīmija, šablonveida sintēze, koordinācijas ķīmija un pašsalipināšana, ko virza vāji starpmolekulārie spēki. Analītiskie instrumenti, piemēram, NMR spektroskopija, izotermiskā titrēšanas kalorimetrija un rentgenstaru kristalogrāfija, ir galvenie, lai kvantitatīvi un strukturāli pētītu šīs mijiedarbības.
Kas ir supramolekulāra ierīce?
Supramolekulāra ierīce ir funkcionāla sistēma, kurā molekulārie komponenti ir organizēti, izmantojot nekovalentas mijiedarbības, lai veiktu konkrētus uzdevumus, piemēram, signālu pārvadi, molekulāro pārslēgšanos, katalīzi vai enerģijas pārveidi. Šīs ierīces bieži imitē bioloģiskās funkcijas, izmantojot kontrolētu molekulāro kustību un atgriezeniskumu nanomērogā.
Vai MOF ir supramolekulāras struktūras?
Metālorganiskos karkasus (MOF) patiešām var uzskatīt par supramolekulārām struktūrām, jo to izvērstos kristāliskos tīklus veido koordinācijas saites starp metālu joniem vai klasteriem un organiskajiem saistvielām. Lai gan šīm saitēm ir daļējs kovalents raksturs, MOF modulārais, pašsaliktais raksturs un to atkarība no virzītas, atgriezeniskas mijiedarbības konceptuāli tos iekļauj plašākā supramolekulārās ķīmijas jomā.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.