Ultrasone Synthese van Molecularly Imprinted Polymers (MIP's)

Molecularly Imprinted Polymers (MIP's) zijn kunstmatig ontworpen receptoren met een vooraf bepaalde selectiviteit en specificiteit voor een bepaalde biologische of chemische molecuulstructuur. Ultrasonicatie kan verschillende syntheseroutes van moleculair ingeprente polymeren verbeteren, waardoor de polymerisatie efficiënter en betrouwbaarder wordt.

Wat zijn Molecularly Imprinted Polymers?

Een moleculair ingeprent polymeer (MIP) is een polymeermateriaal met antilichaamachtige herkenningseigenschappen dat is geproduceerd met behulp van de moleculaire inprentingstechniek. De moleculaire imprinting techniek produceert moleculair bedrukt polymeer met betrekking tot een specifiek doelmolecuul. Het moleculair ingeprente polymeer heeft holtes in zijn polymeermatrix met een affiniteit voor het specifieke doelmolecuul. “sjabloon” molecuul. Het proces bestaat meestal uit het initiëren van de polymerisatie van monomeren in de aanwezigheid van een sjabloonmolecuul dat achteraf wordt geëxtraheerd, waarbij complementaire holtes worden achtergelaten. Deze polymeren hebben affiniteit met het oorspronkelijke molecuul en zijn gebruikt in toepassingen zoals chemische scheidingen, katalyse of moleculaire sensoren. Moleculair ingeprente moleculen kunnen worden vergeleken met een moleculair slot, dat overeenkomt met een moleculaire sleutel (het zogenaamde sjabloonmolecuul). Moleculair bedrukte polymeren (MIP's) worden gekenmerkt door specifiek op maat gemaakte bindingsplaatsen die qua vorm, grootte en functionele groepen overeenkomen met de sjabloonmoleculen. Het "slot – key" feature maakt het mogelijk om moleculaire imprinted polymeren te gebruiken voor verschillende toepassingen, waarbij een specifiek type molecuul wordt herkend en aan het moleculaire slot wordt bevestigd, d.w.z. het moleculaire imprinted polymeer.

De schematische afbeelding toont het moleculaire afdrukpad van cyclodextrines voor de bereiding van op maat gemaakte receptoren.
Studie en beeld: Hishiya et al. 2003

Moleculair bedrukte polymeren (MIP's) hebben een breed toepassingsgebied en worden gebruikt om bepaalde biologische of chemische moleculen te scheiden en te zuiveren, waaronder aminozuren en proteïnen, nucleotidederivaten, verontreinigende stoffen, maar ook geneesmiddelen en voedsel. De toepassingsgebieden variëren van scheiding en zuivering tot chemische sensoren, katalytische reacties, toediening van geneesmiddelen, biologische antilichamen en receptorsystemen. (cf. Vasapollo et al. 2011)
De MIP-technologie wordt bijvoorbeeld gebruikt als vaste fase micro-extractietechniek om van cannabis afgeleide moleculen zoals CBD of THC uit het volledige spectrum van het extract te opereren en te zuiveren om zo cannabinoïde-isolaten en -distillaten te verkrijgen.

Ultrasone Synthese van Moleculen met Moleculairdruk

Afhankelijk van het type doelwit (template) en de uiteindelijke toepassing van de MIP, kunnen MIP's door synthese in verschillende formaten zoals nano- en micronformaat sferische deeltjes, nanodraden, nanostaven, nanofilamenten, of dunne films. Om een specifieke MIP-vorm te produceren, kunnen verschillende polymerisatietechnieken worden toegepast, zoals bulkopdruk, precipitatie, emulsiepolymerisatie, suspensie, dispersie, gelatie en meerfasige zwellingpolymerisatie.
De toepassing van laagfrequente, hoogintensieve ultrasonica biedt een zeer efficiënte, veelzijdige en eenvoudige techniek om polymere nanostructuren te synthetiseren.
Sonicatie biedt verschillende voordelen in MIP-synthese in vergelijking met traditionele polymerisatieprocessen, omdat het een hogere reactiesnelheid, een homogenere polymeerketengroei, hogere opbrengsten en mildere omstandigheden (bijv. lage reactietemperatuur) bevordert. Bovendien kan het de verdeling van de bindingspopulatie, en dus de morfologie van het uiteindelijke polymeer, veranderen. (Svenson 2011)
Door het toepassen van sonochemische energie op de polymerisatie van MIP's worden polymerisatiereacties in gang gezet en positief beïnvloed. Tegelijkertijd bevordert sonicatie de effectieve ontgassing van het polymeermengsel zonder dat dit ten koste gaat van de bindingscapaciteit of stijfheid.
Ultrasone homogenisatie, dispergeren en emulgeren biedt superieure menging en agitatie om homogene suspensies te vormen en initiatie energie te leveren voor polymerisatieprocessen. Viveiros et al. (2019) onderzochten het potentieel van ultrasone MIP-synthese en stellen dat "MIP's ultrasonisch gepresenteerde bindende eigenschappen hebben die vergelijkbaar zijn met of superieur aan de conventionele methoden".
MIP's in nanoformaat bieden veelbelovende mogelijkheden om de homogeniteit van de bindingsplaatsen te verbeteren. Ultrasonicatie staat bekend om zijn uitzonderlijke resultaten bij de bereiding van nanodispersies en nano-emulsies.

Ultrasone Nano-Emulsie Polymerisatie

MIP's kunnen worden gesynthetiseerd door emulsiepolymerisatie. Emulsiepolymerisatie wordt meestal bereikt door het vormen van een olie-in-water-emulsie onder toevoeging van een oppervlakte-actieve stof. Om een stabiele, nanogrootte te vormen is een hoogwaardige emulsificatietechniek nodig. Ultrasone emulsificatie is een beproefde techniek om nano- en mini-emulsies te bereiden.
Lees meer over Ultrasone Nano-Emulsificatie!

Ultrasoon kan de volgende syntheseroutes voor de productie van nanoMIP verbeteren: neerslagpolymerisatie, emulsiepolymerisatie en kernschelppolymerisatie.
Studie en beeld door: Refaat et al. 2019

Ultrasone extractie van de sjabloon

Na de synthese van moleculair bedrukte polymeren moet het sjabloon van de bindingsplaats worden verwijderd om een actief moleculair bedrukt polymeer te verkrijgen. De intense mengkrachten van sonicatie bevorderen de oplosbaarheid, diffusie, penetratie en het transport van oplosmiddel- en sjabloonmoleculen. Hierdoor worden de sjablonen snel uit de bindingsplaatsen verwijderd.
Ultrasone extractie kan ook worden gecombineerd met Soxhlet-extractie om het sjabloon uit het ingedrukte polymeer te verwijderen.

Case Studies: Ultrasone toepassingen voor Molecularly Imprinted Polymers

Ultrasone synthese van moleculair bedrukte polymeren

De inkapseling van magnetische nanodeeltjes door 17β-estradiol-geïmpregneerde polymeren met behulp van een ultrasone syntheseroute zorgt voor een snelle verwijdering van 17β-estradiol uit waterige omgevingen. Voor de ultrasone synthese van de nanoMIP's werd methacrylzuur (MAA) gebruikt als monomeer, ethyleenglycoldimethylacrylaat (EGDMA) als crosslinker en azobisisobutyronitril (AIBN) als initiator. De ultrasone syntheseprocedure werd uitgevoerd gedurende 2 uur bij 65ºC. De gemiddelde deeltjesgroottediameter van magnetische NIP's en magnetische MIP's was respectievelijk 200 en 300 nm. Het gebruik van ultrasoon geluid verbeterde niet alleen de polymerisatiesnelheid en de morfologie van de nanodeeltjes, maar leidde ook tot een toename van het aantal vrije radicalen en vergemakkelijkte zo de groei van MIP rond de magnetische nanodeeltjes. De adsorptiecapaciteit naar 17β-estradiol was vergelijkbaar met traditionele benaderingen. Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019].

Ultrasonica voor Molecularly Imprinted Sensors

Yu et al. ontwierpen een moleculair ingeprente elektrochemische sensor op basis van nikkel-nanopartikel-gemodificeerde elektroden voor fenobarbale bepaling. De gerapporteerde elektrochemische sensor werd ontwikkeld door thermische polymerisatie met het gebruik van methacrylzuur (MAA) als functioneel monomeer, 2,2-azobisisobutyronitril (AIBN) en ethyleenglycol maleïnezuur (EGMRA) acrylaat als vernettingsmiddel, fenobarbitalen (PB's) als sjabloonmolecuul en dimethylsulfoxide (DMSO) als organisch oplosmiddel. In het sensorfabricageproces werden 0,0464g PB en 0,0688g MAA gemengd in 3 mL DMSO en gedurende 10 minuten gesoniseerd. Na 5 uur werden 1,0244g EGMRA en 0,0074g AIBN toegevoegd aan het mengsel en gedurende 30 minuten gesoniseerd om PB-gedrukte polymeeroplossingen te verkrijgen. Na dat, 10 ul van 2,0 mg mL^-1Ni-nanodeeltjesoplossing viel op het GCE-oppervlak en vervolgens werd de sensor bij kamertemperatuur gedroogd. Ongeveer 5 ul van de bereide PB-imprinted polymeeroplossing werd vervolgens gecoat op de Ni-nanopartikel-gemodificeerde GCE en vacuüm gedroogd op 75◦C voor 6 h. Na de thermische polymerisatie, de opgedrukte sensor werd gewassen met (azijnzuur) HAc / methanol (volumeverhouding, 3: 7) gedurende 7 minuten om de sjabloon moleculen te verwijderen. (zie Uygun et al. 2015)

Ultrasone micro-extractie met behulp van MIP's

Om nicotinamideanalyses van monsters te herstellen, wordt een ultrasoon geassisteerde dispersieve vaste fase microextractie gevolgd door een UV-vis spectrofotometer (UA-DSPME-UV-vis) toegepast. Voor de extractie en preconcentratie van nicotinamide (vitamine B3) is gebruik gemaakt van HKUST-1 metaal organisch kader (MOF) op basis van moleculair ingeprente polymeren. (Asfaram et al. 2017)

Hoogwaardige ultrasonicatoren voor polymeertoepassingen

Van Lab tot Productie met Lineaire Schaalbaarheid: Specifiek ontworpen moleculair bedrukte polymeren worden eerst ontwikkeld en getest op kleine labo en bench-top schaal, om de haalbaarheid van de polymeersynthese te onderzoeken. Als de haalbaarheid en optimalisatie van MIP's is bereikt, wordt de MIP-productie geschaald naar grotere volumes. De ultrasone syntheseroutes kunnen allemaal lineair geschaald worden van bench-top tot volledig commerciële productie. Hielscher Ultrasonics biedt sonochemische apparatuur voor de polymeersynthese in kleine labo's en bench-top settings tot volledig industriële inline ultrasone systemen voor de 24/7 productie onder volle belasting. Ultrasoon kan lineair geschaald worden van testbuisafmetingen tot grote productiecapaciteiten van vrachtwagenladingen per uur. Hielscher Ultrasonics uitgebreide productportfolio van labo tot industriële sonochemische systemen heeft de meest geschikte ultrasonicator voor uw beoogde procescapaciteit. Onze ervaren medewerkers begeleiden u van haalbaarheidstesten en procesoptimalisatie tot en met de installatie van uw ultrasoonsysteem op het uiteindelijke productieniveau.

Hielscher Ultrasonics – Geavanceerde Sonochemische apparatuur

Het Hielscher Ultrasonics productportfolio omvat het volledige scala aan hoogwaardige ultrasone afzuiginstallaties van klein tot groot. Extra accessoires maken het mogelijk om eenvoudig de meest geschikte ultrasone apparaatconfiguratie voor uw proces te monteren. De optimale ultrasone opstelling is afhankelijk van de beoogde capaciteit, het volume, het materiaal, het batch- of inline-proces en de tijdslijn. Hielscher helpt u bij het opzetten van het ideale sonochemische proces.

Batch en Inline

Hielscher ultrasonicatoren kunnen worden gebruikt voor batch- en continue doorstroomverwerking. Kleine en middelgrote volumes kunnen in een batchproces (bijv. flacons, tests, buizen, bekers, tanks of vaten) gemakkelijk worden gesoniseerd. Voor de verwerking van grote volumes kan inline sonicatie effectiever zijn. Terwijl het batchproces meer tijd en moeite kost, is een continu inline mengproces efficiënter en sneller en vergt het beduidend minder arbeid. Hielscher Ultrasonics heeft de meest geschikte extractieopstelling voor uw polymerisatiereactie en procesvolume.

Ultrasone sondes voor elke productcapaciteit

Het Hielscher Ultrasonics productassortiment omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren, van compacte ultrasone laboratorium ultrasone systemen over bench-top en pilot systemen tot volledig industriële ultrasone processoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Het volledige productassortiment stelt ons in staat om u de meest geschikte ultrasone apparatuur voor uw polymeren, procescapaciteit en productiedoelen aan te bieden.
Ultrasone benchtop systemen zijn ideaal voor haalbaarheidstesten en procesoptimalisatie. Lineaire schaalvergroting op basis van vastgestelde procesparameters maakt het zeer eenvoudig om de verwerkingscapaciteiten te verhogen van kleinere partijen tot volledig commerciële productie. Up-scaling kan worden gedaan door het installeren van een krachtigere ultrasone afzuigunit of door het clusteren van meerdere ultrasone apparaten parallel. Met de UIP16000 biedt Hielscher de krachtigste ultrasone unit ter wereld.

Precies beheersbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasonicatoren zijn nauwkeurig controleerbaar en daardoor betrouwbaar in de productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemische reacties, waaronder polymerisatiereacties en syntheseroutes, beïnvloeden.
Alle Hielscher Ultrasonics’ processoren maken het mogelijk om de amplitude nauwkeurig in te stellen. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires die het mogelijk maken om de amplitude in een nog groter bereik te wijzigen. Hielscher's industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente controle van de ultrasone procesparameters via slimme software geven u de mogelijkheid om uw moleculair ingeprente polymeren te synthetiseren met de meest effectieve ultrasone condities. Optimale sonicatie voor de beste polymerisatieresultaten!
De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken in zware omstandigheden. Dit maakt de ultrasone apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw sonochemische proces.

Gemakkelijk, risicovrij testen

Ultrasone processen kunnen volledig lineair geschaald worden. Dit betekent dat elk resultaat dat u hebt bereikt met behulp van een laboratorium of bench-top ultrasonicator, kan worden geschaald naar exact dezelfde output met behulp van exact dezelfde procesparameters. Dit maakt ultrasoon ultrasoon ideaal voor risicovrije haalbaarheidstesten, procesoptimalisatie en de daaropvolgende implementatie in de commerciële productie. Neem contact met ons op om te weten te komen hoe u met ultrasoon ultrasoon kunt werken en hoe u uw MIP-opbrengst en kwaliteit kunt verhogen.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf en familiebedrijf geeft Hielscher prioriteit aan de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasone processors. Alle ultrasoonmakers zijn ontworpen, vervaardigd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow in de buurt van Berlijn, Duitsland. Robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maken het een werkpaard in uw productie. 24/7 bediening onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijk kenmerk van hielscher's high-performance mixers.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

U kunt de ultrasone processor van Hielscher kopen in elk gewenst formaat en exact geconfigureerd volgens uw procesvereisten. Van de behandeling van reactanten in een kleine laboratoriumbuis tot het continu doorstromen van polymeerslurries op industrieel niveau, Hielscher Ultrasonics biedt u een geschikte ultrasone processor voor u! Neem contact met ons op – Wij adviseren u graag de ideale ultrasone opstelling!