Molekulāri imprintētu polimēru (MIP) sintēze ar ultraskaņu

Molekulāri imprintēti polimēri (MIP) ir mākslīgi izstrādāti receptori ar iepriekš noteiktu selektivitāti un specifiskumu attiecībā uz konkrētas bioloģiskas vai ķīmiskas molekulas struktūru. Apstrāde ar ultraskaņu var uzlabot dažādus molekulāri imprintētu polimēru sintēzes ceļus, padarot polimerizāciju efektīvāku un uzticamāku.

Kas ir molekulāri imprintēti polimēri?

Molekulāri imprintēts polimērs (MIP) ir polimēru materiāls ar antivielām līdzīgām atpazīšanas īpašībām, kas iegūts, izmantojot molekulārās imprintēšanas metodi. Ar molekulārās imprintēšanas metodi iegūst molekulāri imprintētu polimēru, kas pielāgots konkrētai mērķa molekulai. Molekulāri imprintēta polimēra matricā ir dobumi ar afinitāti pret konkrēto „šablona” molekulu. Process parasti ietver monomēru polimerizācijas ierosināšanu šablona molekulas klātbūtnē; šo molekulu pēc tam ekstrahē, atstājot komplementārus dobumus. Šiem polimēriem ir afinitāte pret sākotnējo molekulu, un tie ir izmantoti tādos lietojumos kā ķīmiskā atdalīšana, katalīze vai molekulārie sensori. Molekulāri imprintētas molekulas var salīdzināt ar molekulāru slēdzeni, kurai atbilst molekulāra atslēga (tā sauktā šablona molekula). Molekulāri imprintētiem polimēriem (MIP) ir īpaši pielāgotas saistīšanās vietas, kas pēc formas, izmēra un funkcionālajām grupām atbilst šablona molekulām. „Slēdzenes–atslēgas” īpašība ļauj molekulāri imprintētus polimērus izmantot dažādos lietojumos, kuros konkrēta veida molekula tiek atpazīta un piesaistīta molekulārajai slēdzenei, t. i., molekulāri imprintētajam polimēram.

Shematiskajā attēlā parādīts ciklodekstrīnu molekulārās imprintēšanas ceļš pielāgotu receptoru iegūšanai.
Pētījums un attēls: Hishiya et al. 2003

Molekulāri imprintētiem polimēriem (MIP) ir plašs lietojumu klāsts, un tos izmanto noteiktu bioloģisku vai ķīmisku molekulu, tostarp aminoskābju un olbaltumvielu, nukleotīdu atvasinājumu, piesārņotāju, kā arī zāļu un pārtikas atdalīšanai un attīrīšanai. Lietojuma jomas aptver atdalīšanu un attīrīšanu, ķīmiskos sensorus, katalītiskās reakcijas, zāļu piegādi, bioloģiskās antivielas un receptoru sistēmas. (sk. Vasapollo et al. 2011)
Piemēram, MIP tehnoloģiju izmanto kā cietfāzes mikroekstrakcijas metodi, lai apstrādātu un attīrītu no kaņepēm iegūtas molekulas, piemēram, CBD vai THC, no pilna spektra ekstrakta un iegūtu kanabinoīdu izolātus un destilātus.

Molekulāri imprintētu molekulu sintēze ar ultraskaņu

Atkarībā no mērķa molekulas (šablona) veida un MIP galīgā lietojuma MIP var sintezēt dažādās formās, piemēram, kā nanometru un mikrometru izmēra sfēriskas daļiņas, nanovadus, nanostieņus, nanopavedienus vai plānas kārtiņas. Lai iegūtu konkrētu MIP formu, var izmantot dažādas polimerizācijas metodes, piemēram, imprintēšanu masā, izgulsnēšanu, emulsijas polimerizāciju, suspensijas veidošanu, dispersijas veidošanu, gelēšanu un daudzpakāpju uzbriešanas polimerizāciju.
Zemas frekvences un augstas intensitātes ultraskaņas izmantošana nodrošina ļoti efektīvu, daudzpusīgu un vienkāršu metodi polimēru nanostruktūru sintēzei.
Salīdzinājumā ar tradicionālajiem polimerizācijas procesiem apstrāde ar ultraskaņu sniedz vairākas priekšrocības MIP sintēzē, jo tā veicina lielāku reakcijas ātrumu, vienmērīgāku polimēru ķēžu augšanu, lielāku iznākumu un maigākus apstākļus (piemēram, zemu reakcijas temperatūru). Turklāt tā var mainīt saistīšanās vietu populācijas sadalījumu un līdz ar to arī gala polimēra morfoloģiju. (Svenson 2011)
Izmantojot sonoķīmisko enerģiju MIP polimerizācijā, tiek iniciētas un pozitīvi ietekmētas polimerizācijas reakcijas. Vienlaikus apstrāde ar ultraskaņu veicina efektīvu polimēru maisījuma degazēšanu, nesamazinot saistīšanas spēju vai stingrību.
Homogenizēšana, disperģēšana un emulģēšana ar ultraskaņu nodrošina labāku sajaukšanu un maisīšanu, lai veidotu viendabīgas suspensijas un pievadītu polimerizācijas procesu iniciēšanai nepieciešamo enerģiju. Viveiros et al. (2019) pētīja MIP sintēzes ar ultraskaņu potenciālu un norāda, ka “ar ultraskaņu sagatavotiem MIP saistīšanās īpašības bija līdzīgas vai labākas salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm”.
Nanoizmēra MIP paver daudzsološas iespējas uzlabot saistīšanās vietu viendabīgumu. Apstrāde ar ultraskaņu ir labi pazīstama ar izciliem rezultātiem nanodispersiju un nanoemulsiju sagatavošanā.

Nanoemulsijas polimerizācija ar ultraskaņu

MIP var sintezēt ar emulsijas polimerizāciju. Emulsijas polimerizāciju parasti veic, veidojot eļļas ūdenī emulsiju un pievienojot virsmaktīvo vielu. Lai izveidotu stabilu nanoizmēra emulsiju, ir nepieciešama augstas veiktspējas emulģēšanas metode. Emulģēšana ar ultraskaņu ir plaši atzīta metode nanoemulsiju un miniemulsiju sagatavošanai.
Lasiet vairāk par nanoemulģēšanu ar ultraskaņu!

Ultraskaņa var uzlabot šādus nanoMIP iegūšanas sintēzes ceļus: izgulsnēšanas polimerizāciju, emulsijas polimerizāciju un kodola–čaulas polimerizāciju.
Pētījums un attēls: Refaat et al. 2019

Šablona ekstrakcija ar ultraskaņu

Pēc molekulāri imprintētu polimēru sintēzes šablons ir jāizņem no saistīšanās vietas, lai iegūtu aktīvu molekulāri imprintētu polimēru. Intensīvie maisīšanas spēki, kas rodas apstrādē ar ultraskaņu, veicina šķīdību, difūzijas spēju, šķīdinātāja un šablona molekulu iespiešanos un transportu. Tādējādi šabloni tiek ātri izņemti no saistīšanās vietām.
Ekstrakciju ar ultraskaņu var arī apvienot ar Soksleta ekstrakciju, lai izņemtu šablonu no imprintētā polimēra.

Gadījumu izpēte: ultraskaņas lietojumi molekulāri imprintētiem polimēriem

Molekulāri imprintētu polimēru sintēze ar ultraskaņu

Magnētisko nanodaļiņu iekapsulēšana polimēros ar 17β-estradiola molekulārajiem nospiedumiem, izmantojot ultraskaņas sintēzes metodi, nodrošina ātru 17β-estradiola atdalīšanu no ūdens vides. NanoMIP ultraskaņas sintēzei kā monomēru izmantoja metakrilskābi (MAA), kā šķērssaistītāju – etilēnglikola dimetakrilātu (EGDMA), bet kā iniciatoru – azobisisobutironitrilu (AIBN). Ultraskaņas sintēzi veica 2h 65ºC temperatūrā. Magnētisko NIP un magnētisko MIP daļiņu vidējais diametrs bija attiecīgi 200 un 300 nm. Ultraskaņas izmantošana ne tikai palielināja polimerizācijas ātrumu un uzlaboja nanodaļiņu morfoloģiju, bet arī palielināja brīvo radikāļu skaitu, tādējādi veicinot MIP augšanu ap magnētiskajām nanodaļiņām. 17β-estradiola adsorbcijas kapacitāte bija salīdzināma ar tradicionālajām metodēm. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultraskaņa sensoriem ar molekulārajiem nospiedumiem

Yu un līdzautori izstrādāja elektroķīmisku sensoru ar molekulārajiem nospiedumiem fenobarbitāla noteikšanai, kura pamatā ir ar niķeļa nanodaļiņām modificēti elektrodi. Aprakstītais elektroķīmiskais sensors tika izstrādāts, izmantojot termisko polimerizāciju, kurā metakrilskābi (MAA) izmantoja kā funkcionālo monomēru, 2,2-azobisisobutironitrilu (AIBN) un etilēnglikola maleīnskābes rozināta (EGMRA) akrilātu – kā šķērssaistīšanas aģentu, fenobarbitālus (PB) – kā šablona molekulu, bet dimetilsulfoksīdu (DMSO) – kā organisko šķīdinātāju. Sensora izgatavošanas procesā 0,0464g PB un 0,0688g MAA sajauca 3 mL DMSO un 10 min apstrādāja ar ultraskaņu. Pēc 5 h maisījumam pievienoja 1,0244g EGMRA un 0,0074g AIBN un 30 min apstrādāja ar ultraskaņu, lai iegūtu polimēru šķīdumus ar PB nospiedumiem. Pēc tam 10 μL 2,0 mg mL^-1Ni nanodaļiņu šķīduma uzpilināja uz GCE virsmas un pēc tam sensoru žāvēja istabas temperatūrā. Tad uz GCE, kas modificēts ar Ni nanodaļiņām, uzklāja aptuveni 5 μL sagatavotā polimēra šķīduma ar PB nospiedumiem un 6 h žāvēja vakuumā 75◦C temperatūrā. Pēc termiskās polimerizācijas sensoru ar molekulārajiem nospiedumiem 7 min mazgāja ar (etiķskābes) HAc/metanola maisījumu (tilpuma attiecība 3:7), lai atdalītu šablona molekulas. (sal. Uygun et al. 2015)

Ultraskaņas mikroekstrakcija, izmantojot MIP

Lai no paraugiem atgūtu nikotīnamīda analītus, izmanto ultraskaņas veicinātu dispersīvo cietās fāzes mikroekstrakciju, pēc kuras izmanto UV-vis spektrofotometru (UA-DSPME-UV-vis). Nikotīnamīda (B3 vitamīna) ekstrakcijai un iepriekšējai koncentrēšanai ir izmantoti polimēri ar molekulārajiem nospiedumiem uz HKUST-1 metālorganiskā karkasa (MOF) bāzes. (Asfaram et al. 2017)

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces polimēru apstrādei

No laboratorijas līdz ražošanai ar lineāru mērogojamību: Īpaši izstrādātus polimērus ar molekulārajiem nospiedumiem vispirms izstrādā un pārbauda nelielā laboratorijas un galda iekārtu mērogā, lai izpētītu polimēru sintēzes īstenojamību. Kad ir pārbaudīta MIP iegūšanas īstenojamība un veikta optimizācija, MIP ražošanu mērogo lielākiem tilpumiem. Visas ultraskaņas sintēzes metodes var lineāri mērogot no galda iekārtu mēroga līdz pilna mēroga komerciālai ražošanai. Hielscher Ultrasonics piedāvā sonoķīmiskās iekārtas polimēru sintēzei – no nelielām laboratorijas un galda iekārtām līdz pilnībā rūpnieciskām ultraskaņas sistēmām darbam plūsmā, kas paredzētas ražošanai 24/7 režīmā ar pilnu slodzi. Ultraskaņas apstrādi var lineāri mērogot no mēģenes tilpuma līdz lielām ražošanas jaudām, kas ļauj stundā apstrādāt kravas automašīnu kravu apjomus. Hielscher Ultrasonics plašajā produktu klāstā, kas aptver gan laboratorijas, gan rūpnieciskās sonoķīmiskās sistēmas, ir jūsu paredzētajai procesa ražībai vispiemērotākā ultraskaņas ierīce. Mūsu darbinieki ar ilggadēju pieredzi palīdzēs jums visos posmos – no īstenojamības pārbaudēm un procesa optimizācijas līdz ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas mērogā.

Hielscher Ultrasonics – modernas sonoķīmiskās iekārtas

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktoru diapazonu no maza līdz lielam mērogam. Papildpiederumi ļauj viegli izveidot jūsu procesam vispiemērotāko ultraskaņas ierīces konfigurāciju. Optimālā ultraskaņas sistēmas konfigurācija ir atkarīga no paredzētās ražības, tilpuma, materiāla, periodiskā vai plūsmas procesa un laika grafika. Hielscher palīdz jums izveidot ideālu sonoķīmisko procesu.

Periodiskā apstrāde un apstrāde plūsmā

Hielscher ultraskaņas iekārtas var izmantot periodiskai apstrādei un nepārtrauktai caurplūdes apstrādei. Mazus un vidējus tilpumus var ērti apstrādāt ar ultraskaņu periodiskā procesā (piemēram, flakonos, mēģenēs, vārglāzēs, tvertnēs vai mucās). Lielu tilpumu apstrādei efektīvāka varētu būt apstrāde ar ultraskaņu plūsmā. Lai gan periodiskā apstrāde prasa vairāk laika un darba, nepārtraukta sajaukšana plūsmā ir efektīvāka, ātrāka un prasa ievērojami mazāk darba. Hielscher Ultrasonics piedāvā jūsu polimerizācijas reakcijai un procesa tilpumam vispiemērotāko ekstrakcijas sistēmas konfigurāciju.

Ultraskaņas zondes jebkurai ražībai

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu ultraskaņas procesoru diapazonu – no kompaktām laboratorijas ultraskaņas iekārtām līdz galda un pilotiekārtām un pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem, kuru ražība ļauj stundā apstrādāt kravas automašīnu kravu apjomus. Pilnais produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jums vispiemērotāko ultraskaņas aprīkojumu jūsu polimēriem, procesa ražībai un ražošanas mērķiem.
Galda ultraskaņas sistēmas ir ideāli piemērotas īstenojamības pārbaudēm un procesa optimizācijai. Lineāra mēroga palielināšana, kuras pamatā ir noteikti procesa parametri, ļauj ļoti viegli palielināt apstrādes jaudu no mazākām partijām līdz pilna mēroga komerciālai ražošanai. Mērogu var palielināt, uzstādot jaudīgāku ultraskaņas ekstraktoru vai apvienojot vairākas ultraskaņas iekārtas paralēlā sistēmā. Ar UIP16000 Hielscher piedāvā pasaulē jaudīgāko ultraskaņas iekārtu.

Precīzi regulējamas amplitūdas optimāliem rezultātiem

Visas Hielscher ultraskaņas iekārtas ir precīzi regulējamas un tādējādi ir uzticams darba aprīkojums ražošanā. Amplitūda ir viens no būtiskākajiem procesa parametriem, kas ietekmē sonoķīmisko reakciju, tostarp polimerizācijas reakciju un sintēzes ceļu, efektivitāti un rezultativitāti.
Visi Hielscher Ultrasonics procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Sonotrodes un amplitūdas pastiprināšanas ragi ir piederumi, kas ļauj mainīt amplitūdu vēl plašākā diapazonā. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas un nepieciešamo ultraskaņas intensitāti lietojumiem ar augstām prasībām. Ar amplitūdām līdz 200µm var viegli nepārtraukti strādāt 24/7 režīmā.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un pastāvīga ultraskaņas procesa parametru uzraudzība ar viedu programmatūru ļauj jums sintezēt molekulāri imprintētus polimērus visefektīvākajos ultraskaņas apstrādes apstākļos. Optimāla apstrāde ar ultraskaņu vislabākajiem polimerizācijas rezultātiem!
Hielscher ultraskaņas aprīkojuma izturība ļauj strādāt 24/7 režīmā ar lielu slodzi un sarežģītos vides apstākļos. Tādējādi Hielscher ultraskaņas aprīkojums ir uzticams darba rīks, kas atbilst jūsu sonoķīmiskā procesa prasībām.

Vienkārša testēšana bez riska

Ultraskaņas procesu mērogu var palielināt pilnībā lineāri. Tas nozīmē, ka ikvienu rezultātu, ko esat sasnieguši ar laboratorijas vai galda ultraskaņas iekārtu, var pārnest uz lielāku mērogu, iegūstot tieši tādu pašu rezultātu un izmantojot tieši tādus pašus procesa parametrus. Tas padara apstrādi ar ultraskaņu ideāli piemērotu īstenojamības pārbaudēm bez riska, procesa optimizācijai un turpmākai ieviešanai komerciālā ražošanā. Sazinieties ar mums, lai uzzinātu, kā apstrāde ar ultraskaņu var palielināt jūsu MIP iznākumu un uzlabot to kvalitāti.

Visaugstākā kvalitāte – projektēts un ražots Vācijā

Kā ģimenes īpašumā esošs un ģimenes vadīts uzņēmums Hielscher saviem ultraskaņas procesoriem par prioritāti izvirza visaugstākos kvalitātes standartus. Visas ultraskaņas iekārtas tiek projektētas, ražotas un rūpīgi pārbaudītas mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara tās par uzticamiem darba palīgiem jūsu ražošanā. Darbība 24/7 režīmā ar pilnu slodzi un prasīgos vides apstākļos ir Hielscher augstas veiktspējas maisītāju dabiska īpašība.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:

Jūs varat iegādāties dažādu izmēru Hielscher ultraskaņas procesoru, kas precīzi konfigurēts atbilstoši jūsu procesa prasībām. No reaģentu apstrādes nelielā laboratorijas mēģenē līdz nepārtrauktai polimēru suspensiju maisīšanai caurplūdē rūpnieciskā mērogā – Hielscher Ultrasonics piedāvā jums piemērotu ultraskaņas iekārtu! Lūdzu, sazinieties ar mums – mēs labprāt ieteiksim jums ideālo ultraskaņas sistēmas konfigurāciju!