Hielscher Ultrasonics
Z przyjemnością omówimy Twój proces.
Zadzwoń do nas: +49 3328 437-420
Napisz do nas: info@hielscher.com

Synteza nanokompozytowego hydrożelu przy użyciu ultradźwięków

Hydrożele nanokompozytowe lub nanożele są wielofunkcyjnymi strukturami 3D o wysokiej skuteczności jako nośniki leków i systemy dostarczania leków o kontrolowanym uwalnianiu. Ultradźwięki sprzyjają dyspersji nanocząstek hydrożelu polimerowego, jak również późniejszemu włączeniu/inkorporacji nanocząstek do tych struktur polimerowych.

Ultradźwiękowa synteza nanożeli

Homogenizator ultradźwiękowy UP400St do dyspersji i syntezy nanokompozytowych hydrożeli lub nanożeli.Hydrożele nanokompozytowe są trójwymiarowymi strukturami materiałowymi i mogą być zaprojektowane tak, aby wykazywały określone cechy, co czyni je silnymi nośnikami leków i systemami dostarczania leków o kontrolowanym uwalnianiu. Ultradźwięki sprzyjają syntezie funkcjonalizowanych nanocząstek, jak również późniejszemu włączaniu/inkorporacji nanocząstek do trójwymiarowych struktur polimerowych. Ponieważ ultradźwiękowo zsyntetyzowane nanożele mogą uwięzić związki bioaktywne wewnątrz ich nanoskalowego rdzenia, te nanorozmiarowe hydrożele oferują doskonałe właściwości funkcjonalne.
Nanożele są wodną dyspersją nanocząstek hydrożelu, które są fizycznie lub chemicznie usieciowane jako hydrofilowa sieć polimerowa. Ponieważ wysokowydajne ultradźwięki są bardzo wydajne w wytwarzaniu nanodyspersji, ultrasonografy typu sondowego są kluczowym narzędziem do szybkiej i niezawodnej produkcji nanożeli o doskonałych właściwościach funkcjonalnych.

Zapytanie o informacje







Kawitacja ultradźwiękowa sprzyja sieciowaniu i polimeryzacji podczas syntezy hydrożelu i nanożelu (nanokompozytowego hydrożelu). Dyspersja ultradźwiękowa ułatwia równomierne rozprowadzanie nanomateriałów do produkcji hybrydowych hydrożeli.

Ultradźwiękowiec UIP1000hdT z reaktorem szklanym do syntezy nanokompozytowych hydrożeli

Funkcjonalność ultradźwiękowo produkowanych nanożeli

  • doskonała stabilność koloidalna i duża powierzchnia właściwa
  • mogą być gęsto upakowane nanocząsteczkami
  • pozwalają łączyć twarde i miękkie cząsteczki w hybrydowym nanożelu rdzeń/otoczka
  • wysoki potencjał nawodnienia
  • promowanie biodostępności
  • Wysokie właściwości pęcznienia / usuwania pęcznienia



 
Ultradźwiękowo syntetyzowane nanożele są wykorzystywane w wielu zastosowaniach i branżach, np.

  • do zastosowań farmaceutycznych i medycznych: np. nośnik leków, żel antybakteryjny, antybakteryjny opatrunek na rany
  • w biochemii i biomedycynie do dostarczania genów
  • jako adsorbent/biosorbent w zastosowaniach chemicznych i środowiskowych
  • w inżynierii tkankowej, ponieważ hydrożele mogą naśladować fizyczne, chemiczne, elektryczne i biologiczne właściwości wielu natywnych tkanek.

Studium przypadku: Synteza nanożelu cynkowego drogą sonochemiczną

Schematyczny schemat syntezy nanocząstek ZnO i hybrydowego żelu nanocząstek Carbopol/ZnO. W badaniu zastosowano ultrasonicator UP400St do wytrącania nanocząstek ZnO i tworzenia nanożelu. (zaadaptowane z Ismail et al., 2021)Hybrydowe nanocząstki ZnO mogą być stabilizowane w żelu Carbopol za pomocą łatwego procesu ultradźwiękowego: Sonikacja jest stosowana do napędzania wytrącania nanocząstek cynku, które są następnie sieciowane ultradźwiękowo z Carbopol w celu utworzenia nano-hydrożelu.
Ismail et al. (2021) wytrącił nanocząstki tlenku cynku za pomocą łatwej drogi sonochemicznej. (Protokół sonochemicznej syntezy nanocząstek ZnO można znaleźć tutaj).
Następnie nanocząstki wykorzystano do syntezy nanożelu ZnO. W związku z tym wytworzone NP ZnO przepłukano podwójnie dejonizowaną wodą. 0,5 g Carbopolu 940 rozpuszczono w 300 ml podwójnie dejonizowanej wody, a następnie dodano świeżo umyte NP ZnO. Ponieważ Carbopol jest naturalnie kwaśny, roztwór wymaga neutralizacji wartości pH, w przeciwnym razie nie zgęstnieje. Tak więc, mieszanina została poddana ciągłej sonikacji przy użyciu ultrasonografu Hielscher UP400S o amplitudzie 95 i cyklu 95% przez 1 h. Następnie dodano 50 ml trimetyloaminy (TEA) jako środka neutralizującego (podnosząc pH do 7) kroplami pod ciągłą sonikacją, aż do powstania białego żelu ZnO. Zagęszczanie Carbopolu rozpoczęło się, gdy pH było zbliżone do neutralnego pH.
Zespół badawczy wyjaśnia niezwykle pozytywny wpływ ultradźwięków na tworzenie się nanożelu poprzez wzmocnioną interakcję cząstka-cząstka. Zainicjowane ultradźwiękami mieszanie molekularne składników w mieszaninie reakcyjnej wzmacnia proces zagęszczania promowany przez interakcje polimer-rozpuszczalnik. Dodatkowo, sonikacja promuje rozpuszczanie Carbopolu. Ponadto, napromieniowanie falami ultradźwiękowymi zwiększa interakcję polimer-ZnO NPs i poprawia właściwości lepkosprężyste przygotowanego hybrydowego żelu nanocząstek Carbopol/ZnO.
Powyższy schemat przedstawia syntezę nanocząstek ZnO i hybrydowego żelu nanocząstek Carbopol/ZnO. W badaniu zastosowano ultrasonicator UP400St do wytrącania nanocząstek ZnO i tworzenia nanożelu. (zaadaptowane z Ismail et al., 2021)

Ultradźwiękowo wytwarzany nanożel obciążony nanocząstkami tlenku cynku.

ZnO NPs syntetyzowane metodą strącania chemicznego pod wpływem ultradźwięków, gdzie (a) znajduje się w roztworze wodnym, a (b) jest ultradźwiękowo zdyspergowany w stabilnym hydrożelu na bazie Carbopolu.
(badanie i zdjęcie: Ismail et al., 2021)

Case Stuy: Ultradźwiękowy preparat poli (kwas metakrylowy)/montmorylonit (PMA/nMMT) Nanogel

Khan et al. (2020) wykazali udaną syntezę nanokompozytowego hydrożelu poli(kwasu metakrylowego)/montmorylonitu (PMA/nMMT) poprzez polimeryzację redoks wspomaganą ultradźwiękami. Zazwyczaj 1,0 g nMMT zdyspergowano w 50 ml wody destylowanej za pomocą ultradźwięków przez 2 godziny w celu utworzenia jednorodnej dyspersji. Sonikacja poprawia dyspersję gliny, co skutkuje lepszymi właściwościami mechanicznymi i zdolnością adsorpcji hydrożeli. Monomer kwasu metakrylowego (30 ml) dodano kroplami do zawiesiny. Do mieszaniny dodano inicjator - nadsiarczan amonu (APS) (0,1 M), a następnie 1,0 ml akceleratora TEMED. Dyspersję energicznie mieszano przez 4 godziny w temperaturze 50°C za pomocą mieszadła magnetycznego. Powstałą lepką masę przemyto acetonem i suszono przez 48 godzin w temperaturze 70°C w piecu. Otrzymany produkt zmielono i przechowywano w szklanej butelce. Zsyntetyzowano różne żele nanokompozytowe, zmieniając nMMT w ilościach 0,5, 1,0, 1,5 i 2,0 g. Hydrożele nanokompozytowe przygotowane przy użyciu 1,0 g nMMT wykazywały lepsze wyniki adsorpcji niż pozostałe kompozyty i dlatego zostały wykorzystane do dalszych badań adsorpcji.
Mikrofotografie SEM-EDX po prawej stronie przedstawiają analizę elementarną i strukturalną nanożeli składających się z montmorylonitu (MMT), nano-montmorylonitu (nMMT), poli(kwasu metakrylowego)/nano-montmorylonitu (PMA/nMMT) oraz amoksycyliny (AMX) i diklofenaku (DF) załadowanych PMA/nMMT. Mikrofotografie SEM zarejestrowane przy powiększeniu 1,00 KX wraz z EDX z

  • montmorylonit (MMT),
  • nano-montmorylonit (nMMT),
  • poli(kwas metakrylowy)/nano-montmorylonit (PMA/nMMT),
  • oraz PMA/nMMT z amoksycyliną (AMX) i diklofenakiem (DF).

Zaobserwowano, że surowy MMT zawdzięcza warstwową strukturę arkusza wykazującą obecność większych ziaren. Po modyfikacji arkusze MMT ulegają złuszczeniu na drobne cząstki, co może być spowodowane eliminacją Si2+ i Al3+ z miejsc oktaedrycznych. Widmo EDX nMMT wykazuje wysoki procent węgla, co może wynikać przede wszystkim ze środka powierzchniowo czynnego użytego do modyfikacji, ponieważ głównym składnikiem CTAB (C19H42BrN) jest węgiel (84%). PMA/nMMT wykazuje spójną i prawie ciągłą strukturę. Ponadto nie są widoczne żadne pory, co wskazuje na całkowite złuszczenie nMMT w matrycy PMA. Po sorpcji cząsteczek farmaceutycznych amoksycyliny (AMX) i diklofenaku (DF) obserwuje się zmiany w morfologii PMA/nMMT. Powierzchnia staje się asymetryczna ze wzrostem szorstkiej tekstury.
Zastosowanie i funkcje nanorozmiarowych hydrożeli na bazie gliny: Nanokompozyty hydrożelowe na bazie gliny mają być potencjalnymi super adsorbentami do pochłaniania zanieczyszczeń nieorganicznych i/lub organicznych z roztworu wodnego ze względu na połączenie cech zarówno gliny, jak i polimerów, takich jak biodegradowalność, biokompatybilność, opłacalność ekonomiczna, obfitość, wysoka powierzchnia właściwa, trójwymiarowa sieć oraz właściwości pęcznienia / pęcznienia.
(por. Khan i in., 2020)

Ultradźwiękowo zsyntetyzowane nanożele obciążone różnymi nanocząstkami, takimi jak glinka nano-montmorylonitowa.

Mikrofotografie SEM-EDX (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT i (d) nanokompozytowych hydrożeli obciążonych AMX i (e) DF. Nanożele zostały przygotowane przy użyciu ultradźwięków.
(badanie i zdjęcia: ©Khan et al. 2020)

Wysokowydajne ultradźwięki do produkcji hydrożelu i nanożelu

Wysokowydajne ultradźwięki do produkcji hydrożelu i nanożelu
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne urządzenia ultradźwiękowe do syntezy hydrożeli i nanożeli o najwyższej funkcjonalności. Od małych i średnich R&D i pilotażowe ultradźwięki do systemów przemysłowych do komercyjnej produkcji hydrożelu w trybie ciągłym, Hielscher Ultrasonics ma odpowiedni procesor ultradźwiękowy, aby spełnić Twoje wymagania dotyczące produkcji hydrożelu / nanogelu.

Dlaczego Hielscher Ultrasonics?

  • wysoka wydajność
  • najnowocześniejsza technologia
  • niezawodność & solidność
  • partia & inline
  • dla dowolnego wolumenu
  • inteligentne oprogramowanie
  • inteligentne funkcje (np. protokołowanie danych)
  • Łatwa i bezpieczna obsługa
  • niskie koszty utrzymania
  • CIP (clean-in-place)

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
15 do 150 l 3 do 15 l/min UIP6000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z poniższego formularza, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat procesorów ultradźwiękowych, aplikacji i ceny. Z przyjemnością omówimy z Tobą Twój proces i zaoferujemy Ci system ultradźwiękowy spełniający Twoje wymagania!









Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.




W krótkim klipie powyżej, ultrasonicator UP50H jest używany do tworzenia hydrożelu przy użyciu żelatora o niskiej masie cząsteczkowej. Rezultatem są samoregenerujące się hydrożele supramolekularne.
(Badanie i film: Rutgeerts et al., 2019)
Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek krzemionki do hydrożelu: Homogenizator ultradźwiękowy UP400St firmy Hielscher szybko i skutecznie rozprasza nanocząstki krzemionki w jednolity nanożel o wielofunkcyjności.

Dyspersja ultradźwiękowa nanocząstek w hydrożelu przy użyciu ultrasonicator UP400St

Miniatura wideo



Literatura / Referencje

Fakty, które warto znać

Protokół sonochemicznej syntezy nanocząstek ZnO

ZnO NPs zostały zsyntetyzowane przy użyciu metody strącania chemicznego pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego. W typowej procedurze zastosowano dwuwodny octan cynku (Zn(CH3COO)2-2H2O) jako prekursor oraz 30-33% roztwór amoniaku (NH3) w roztworze wodnym (NH4OH) jako środek redukujący. Nanocząstki ZnO wytworzono przez rozpuszczenie odpowiedniej ilości octanu cynku w 100 ml dejonizowanej wody w celu uzyskania 0,1 M roztworu jonów cynku. Następnie roztwór jonów cynku poddano działaniu fal ultradźwiękowych za pomocą urządzenia Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Niemcy) przy amplitudzie 79% i cyklu 0,76 przez 5 minut w temperaturze 40 ◦C. Następnie roztwór amoniaku dodawano kroplami do roztworu jonów cynku pod wpływem fal ultradźwiękowych. Po kilku chwilach NP ZnO zaczęły się wytrącać i rosnąć, a roztwór amoniaku był stale dodawany, aż do całkowitego wytrącenia NP ZnO.
Otrzymane NP ZnO przemyto kilkakrotnie wodą dejonizowaną i pozostawiono do osadzenia. Następnie uzyskany osad suszono w temperaturze pokojowej.
(Ismail i in., 2021)

Czym są nanożele?

Nanożele lub hydrożele nanokompozytowe to rodzaj hydrożeli, które zawierają w swojej strukturze nanocząstki, zwykle w zakresie 1-100 nanometrów. Nanocząsteczki te mogą być organiczne, nieorganiczne lub stanowić kombinację obu.
Nanożele powstają w procesie znanym jako sieciowanie, który polega na chemicznym wiązaniu łańcuchów polimerowych w celu utworzenia trójwymiarowej sieci. Ponieważ tworzenie hydrożeli i nanożeli wymaga dokładnego wymieszania w celu uwodnienia struktury polimerowej, promowania sieciowania i włączenia nanocząstek, ultradźwięki są wysoce skuteczną techniką produkcji hydrożeli i nanożeli. Sieci hydrożeli i nanożeli są zdolne do pochłaniania dużych ilości wody, dzięki czemu nanożele są wysoce uwodnione, a tym samym nadają się do szerokiego zakresu zastosowań, takich jak dostarczanie leków, inżynieria tkankowa i biosensory.
Hydrożele nanożelowe składają się zazwyczaj z nanocząstek, takich jak cząsteczki krzemionki lub polimeru, które są rozproszone w matrycy hydrożelu. Nanocząstki te mogą być syntetyzowane za pomocą różnych metod, w tym polimeryzacji emulsyjnej, odwrotnej polimeryzacji emulsyjnej i syntezy zol-żel. Te syntezy polimeryzacji i zol-żel znacznie korzystają z mieszania ultradźwiękowego.
Z drugiej strony, hydrożele nanokompozytowe składają się z połączenia hydrożelu i nanowypełniacza, takiego jak glina lub tlenek grafenu. Dodanie nanowypełniacza może poprawić mechaniczne i fizyczne właściwości hydrożelu, takie jak jego sztywność, wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość. W tym przypadku silne zdolności dyspersyjne sonikacji ułatwiają równomierne i stabilne rozprowadzanie nanocząstek w matrycy hydrożelu.
Ogólnie rzecz biorąc, nanożele i hydrożele nanokompozytowe mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań w dziedzinach takich jak biomedycyna, remediacja środowiska i magazynowanie energii ze względu na ich unikalne właściwości i funkcje.

Zastosowania nanożelu w zabiegach medycznych

Rodzaj nanożelu lek choroba Aktywność Referencje
Nanożele PAMA-DMMA doksorubicyna Rak Wzrost szybkości uwalniania wraz ze spadkiem wartości pH. Wyższa cytotoksyczność przy pH 6,8 w badaniach żywotności komórek Du et al. (2010)
Nanożele na bazie chitozanu dekorowane hialuronianem Fotosensybilizatory, takie jak tetra-fenylo-porfiryno-tetra-sulfonian (TPPS4), tetra-fenylo-chlorino-tetra-karboksylan (TPCC4) i chloryna e6 (Ce6) Zaburzenia reumatyczne Szybko wchłaniany (4 h) przez makrofagi i gromadzony w ich cytoplazmie i organellach. Schmitt et al. (2010)
Nanocząstki PCEC w hydrożelach Pluronic Lidokaina Znieczulenie miejscowe Długotrwałe znieczulenie nasiękowe trwające około 360 minut. Yin et al. (2009)
Nanocząstki poli(kwasu mlekowego-co-glikolowego) i chitozanu zdyspergowane w żelu HPMC i Carbopolu Spantide II Alergiczne kontaktowe zapalenie skóry i inne choroby zapalne skóry Nanogeliny zwiększają potencjał przezskórnego dostarczania spantydu II Punit et al. (2012)
Wrażliwe na pH nanożele z poliwinylopirolidonu i kwasu akrylowego (PVP/PAAc) Pilokarpina Utrzymanie odpowiedniego stężenia pilokarpiny w miejscu działania przez dłuższy czas. Abd El-Rehim et al. (2013)
Usieciowany poli (glikol etylenowy) i polietylenoimina Oligonukleotydy Choroby neurodegeneracyjne Skutecznie transportowany przez BBB. Skuteczność transportu jest dodatkowo zwiększona, gdy powierzchnia nanożelu jest modyfikowana transferyną lub insuliną Vinogradov et al. (2004)
Nanożele pullulanowe zawierające cholesterol Rekombinowana mysia interleukina-12 Immunoterapia nowotworów Nanożel o przedłużonym uwalnianiu Farhana et al. (2013)
Poli(N-izopropyloakrylamid) i chitozan Leczenie raka hipertermią i ukierunkowane dostarczanie leków Termoczuły magnetycznie modalizowany Farhana et al. (2013)
Usieciowana rozgałęziona sieć polietylenoiminy i PEG Polyplexnanogel Fludarabina Rak Podwyższona aktywność i zmniejszona cytotoksyczność Farhana et al. (2013)
Biokompatybilny nanożel z pullulanu zawierającego cholesterol Jako sztuczna przyzwoitka Leczenie choroby Alzheimera Hamują agregację białka β amyloidu Ikeda et al. (2006)
Nanożel DNA z fotosieciowaniem Materiał genetyczny Terapia genowa Kontrolowane dostarczanie plazmidowego DNA Lee et al. (2009)
Hybrydowy żel nanocząsteczkowy karbopol/tlenek cynku (ZnO) Nanocząstki ZnO Aktywność przeciwbakteryjna, inhibitor bakterii Ismail et al. (2021)

Tabela dostosowana na podstawie Swarnali et al., 2017


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Asortyment produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.

Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Bądźmy w kontakcie.