Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Ultradźwiękowo Polihydroksylowany C60 (Fullerenol)

  • Rozpuszczalny w wodzie polihydroksylowany fulleren C60, zwany fullerenolem lub fullerolem, jest silnym zmiataczem wolnych rodników i dlatego jest stosowany jako przeciwutleniacz w suplementach i farmaceutykach.
  • Hydroksylacja ultradźwiękowa jest szybką i prostą jednostopniową reakcją, która jest wykorzystywana do produkcji rozpuszczalnego w wodzie polihydroksylowanego C60.
  • Ultrasonicznie syntetyzowany wodorozcieńczalny C60 ma najwyższą jakość i jest stosowany w farmacji i zastosowaniach o wysokiej wydajności.

Ultrasonic One-Step Synthesis of Polyhydrolxylated C60

Kawitacja ultradźwiękowa jest najlepszą techniką wytwarzania wysokiej jakości polihydroksylowanych fullerenów C60, które są rozpuszczalne w wodzie i dlatego mogą być stosowane w różnych zastosowaniach w farmacji, medycynie i przemyśle. Afreen et al (2017) opracowali szybką i prostą ultradźwiękową syntezę wolnego od zanieczyszczeń polihydroksylowanego C60 (znanego również jako fullerenol lub fullerol). Jednoetapowa reakcja ultradźwiękowa wykorzystuje H2O2 i jest wolny od stosowania dodatkowych odczynników hydroksylacyjnych, tj. NaOH, H2WIĘC4i katalizatory do przesyłu fazy (PTC), które powodują zanieczyszczenia w syntetyzowanym fullerenolu. Dzięki temu ultradźwiękowa synteza fullerenolu jest czystszym sposobem wytwarzania fullerenolu, a jednocześnie łatwiejszym i szybszym sposobem wytwarzania wysokiej jakości, rozpuszczalnego w wodzie C60.

Hydroksylacja ultradźwiękowa C60 w celu uzyskania rozpuszczalnego w wodzie c60 (fullerenol)

Możliwe drogi reakcji w syntezie wspomaganej ultradźwiękami fullerenolu w obecności rozcieńczenia. H2O2 (30%).
źródło: Afreen et al. 2017

Synteza ultradźwiękowa rozpuszczalna w wodzie C60 – Step-by-Step

UP200St - wydajny procesor ultradźwiękowy o mocy 200W.Do szybkiego, prostego i zielonego przygotowania polihydroksylowanego C60, rozpuszczalnego w wodzie, 200 mg czystego C60 dodaje się do 20 ml 30% H2O2 i udźwiękowiona przy pomocy procesora ultradźwiękowego, takiego jak UP200Ht lub UP200St. Parametry brzmieniowe wynosiły 30% amplitudy, 200 W w trybie impulsowym przez 1 h w temperaturze pokojowej. Zbiornik reakcyjny umieszczany jest w chłodzonej łaźni wodnej cyrkulatora w celu utrzymania temperatury wewnątrz zbiornika w temperaturze otoczenia. Przed sonikowaniem, C60 jest niemieszalny w wodzie H2O2 i jest bezbarwną, heterogeniczną mieszanką, która po 30 minutach ultradźwięków zmienia kolor na jasnobrązowy. Następnie, w ciągu następnych 30 minut ultrasonizacji zamienia się w całkowicie ciemnobrązową dyspersję.
Dawca hydroksylu: intensywnie generowana ultradźwiękowo (= akustyczna) kawitacja tworzy rodniki takie jak cOH, cOOH i cH z H2O i H2O2 molekuły. Stosowanie H2O2 w mediach wodnych jest bardziej efektywnym podejściem do wprowadzania grup OH do klatki C60, a nie tylko przy użyciu H2O dla syntezy fullerenolu. H2O2 odgrywa ważną rolę w intensyfikacji hydroksylacji ultradźwiękowej.

Hydroksylacja ultradźwiękowa C60 przy użyciu rozcieńczalnika. H2O2 (30%) jest łatwą i szybką, jednostopniową reakcją na przygotowanie fullerenolu. Reakcja ultradźwiękowa, wymagająca jedynie krótkiego czasu reakcji, oferuje zielone i czyste podejście z niskim zapotrzebowaniem na energię, unikając stosowania jakichkolwiek toksycznych lub żrących odczynników do syntezy i zmniejszając liczbę rozpuszczalników wymaganych do oddzielenia i oczyszczenia C60(OH).8∙2H2O.

Procesor ultradźwiękowy UP400St (400W) do homogenizacji, dyspersji, emulsyfikacji i zastosowań sonochemicznych.

UP400St (400W, 24kHz) jest potężnym, ultradźwiękowym rozpraszaczem.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Droga polihydroksylacji ultradźwiękowej Ścieżka polihydroksylacji

Kiedy intensywne fale ultradźwiękowe są sprzężone z cieczą, zmienne cykle niskiego ciśnienia/wysokiego ciśnienia tworzą pęcherzyki próżniowe w cieczy. Pęcherzyki podciśnienia rosną przez kilka cykli, aż nie mogą wchłonąć więcej energii, tak że gwałtownie się zapadają. Podczas zawalenia się pęcherzyka występują ekstremalne efekty fizyczne, takie jak wysokie temperatury i różnice ciśnień, fale uderzeniowe, mikrodysze, turbulencje, siły ścinające itp. Zjawisko to znane jest jako zjawisko ultradźwiękowe lub jako kawitacja akustycznaTe intensywne siły kawitacji ultradźwiękowej rozkładają cząsteczki do rodników cOH i cOOH55. Afreen et al (2017) zakładają, że reakcja może postępować w dwóch ścieżkach jednocześnie. Radioksyny cOH jako reaktywne gatunki tlenu (ROS) przyczepiają się do klatki C60, aby dać fullerenol (ścieżka I), i/lub -OH i cOOH rodniki atakują niedoborowe wiązania podwójne C60 w reakcji nukleofilnej i prowadzi to do powstania epoksydu fullerenowego [C60On] jako pośredniego w pierwszym etapie (ścieżka II), który jest podobny do mechanizmu reakcji Bingela. Ponadto, powtarzający się atak cOH (lub cOOH) na C60O poprzez reakcję SN2 prowadzi do powstania polihydroksylowanego fullerenu lub fullerenolu.
Może dojść do wielokrotnego utleniania, w wyniku którego powstają kolejne grupy epoksydowe, np. C60O2 i C60O3. Te grupy epoksydowe mogą być potencjalnymi kandydatami do wytwarzania innych półproduktów, np. hydroksylowany epoksyd fullerenowy podczas sonolizy (= rozkład sonochemiczny). Dodatkowo, kolejne otwarcie pierścienia C60(OH)xOy z cOH może spowodować powstanie fullerenolu. Tworzenie się tych półproduktów podczas sonolizy H2O2 lub H2O w obecności C60 jest nieunikniona, a ich obecność w końcowym fullerenolu (choć w śladowej ilości) nie może pozostać niezauważona. Ponieważ jednak są one obecne jedynie w ilościach śladowych w fullerenolu, nie powinny wywierać istotnego wpływu. [Afreen et al 2017: 31936]

Wysokowydajne ultradźwiękowe urządzenia ultradźwiękowe

Firma Hielscher Ultrasonics dostarcza procesory ultradźwiękowe dostosowane do specyficznych wymagań klienta: Niezależnie od tego, czy chodzi o sonikowanie małych ilości w skali laboratoryjnej, czy też produkcję dużych ilości w skali przemysłowej, szeroka oferta wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych firmy Hielscher oferuje doskonałe rozwiązanie dla danego zastosowania. Wysoka moc wyjściowa, precyzyjna regulacja i niezawodność naszych ultradźwiękowców zapewniają spełnienie wymagań procesowych. Cyfrowe ekrany dotykowe oraz automatyczny zapis parametrów ultradźwiękowych na zintegrowanej karcie SD sprawiają, że obsługa i kontrola naszych urządzeń ultradźwiękowych jest bardzo przyjazna dla użytkownika.
Odporność urządzenia ultradźwiękowe Hielscher pozwala do pracy 24/7 w ciężkich i środowisk wymagających.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

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
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z formularza poniżej, jeśli chcesz zażądać dodatkowych informacji na temat ultradźwiękowej homogenizacji. Chętnie zaoferujemy Państwu system ultradźwiękowy, spełniający Państwa wymagań.









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne ultradźwięki do zastosowań sonochemicznych.

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe od laboratorium do skali pilotażowej i przemysłowej.

Literatura / Referencje

  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Chemia sono-nano: Nowa era syntezy polihydroksylowanych nanomateriałów węglowych z grupami hydroksylowymi i ich aspektami przemysłowymi. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Nawodnienie lub hydroksylacja: bezpośrednia synteza fullerenolu z nieskazitelnego fullerenu [C60] poprzez kawitację akustyczną w obecności nadtlenku wodoru. RSC Adv., 2017, 7, 31930-31939.
  • Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Siergiej V. Gudkov (2009): Cechy szczególne działania przeciwutleniającego i radioochronnego uwodnionych nanostuktur fullerenowych C60 in vitro i in vivo. Wolna biologia radykalna & Medycyna 47, 2009. 786–793.
  • Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Wpływ pola ultradźwiękowego na kinetykę izotermiczną polihydroksylacji fullerenowej. Science of Sintering 2016, 48(2):259-272.
  • Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polihydroksylowane C60 Fullerenes Zapobieganie aktywności katabolicznej chondrocytów w stężeniach nanomolarnych w chorobie zwyrodnieniowej stawów. Dziennik Osteoarthritis 2016, 1:115.


Fakty Warto wiedzieć

C60 Fullereny

C60 fulleren (znany również jako piłka Buckminster fulleren) jest cząsteczką zbudowaną z 60 atomów węgla, ułożonych jako 12 pięciokątów i 20 sześciokątów. Kształt cząsteczki C60 przypomina piłkę nożną. C60 fullerens są nietoksycznym przeciwutleniaczem wykazującym moc 100-1000 wyższą niż witamina E. Chociaż sam C60 nie jest rozpuszczalny w wodzie, wiele wysoko rozpuszczalnych w wodzie pochodnych fullerenu, takich jak fullenerol, zostało zsyntetyzowanych.
C60 fullerens są stosowane jako przeciwutleniacz i jako biofarmaceutyk. Inne zastosowania obejmują materiałoznawstwo, fotowoltaikę organiczną (OPV), katalizatory, oczyszczanie wody i ochronę przed zagrożeniami biologicznymi, przenośne zasilanie, pojazdy i urządzenia medyczne.

Rozpuszczalność czystego C60:

  • w wodzie: nierozpuszczalny
  • w sulfotlenku dimetylu (DMSO): nierozpuszczalny
  • w toluenie: rozpuszczalny
  • w benzenie: rozpuszczalny
Struktura powierzchniowa fullerenów c60 (Buckminster fullerenes, buckyball)

Struktura powierzchniowa fullerenów C60
źródło: Yoshioka et al. 2016

Polihydroksylowane C60 / Fullenerole

Fullernerol lub fullerole są polihydroksylowanymi cząsteczkami C60 (uwodnionego fullerenu C60: C60HyFn). Reakcja hydrolizacji wprowadza grupy hydroksylowe (-OH) do cząsteczki C60. C60 cząsteczki z ponad 40 grupami hydroksylowymi mają wyższą rozpuszczalność w wodzie (>50 mg/ml). Występują one jako nanocząsteczki monodyspersyjne w wodzie i mają odważny efekt polerowania. Wykazują one doskonałe właściwości przeciwutleniające i przeciwzapalne. Polihydroksylowane fullereny (fullerenoli; C60(OH)n) mogą być rozpuszczone w niektórych alkoholach, a następnie wytrącone w procesie elektrochemicznym, tworząc na anodzie film nanowęglowy. Folie Fullerenol są stosowane jako powłoka biokompatybilna, obojętna dla obiektów biologicznych i może ułatwić integrację obiektów niebiologicznych z tkankami ciała.
Rozpuszczalność Fullenerolu:

  • w wodzie: rozpuszczalny, może osiągnąć >50 mg/ml
  • w sulfotlenku dimetylu (DMSO): rozpuszczalny
  • w metanolu: słabo rozpuszczalny
  • w toluenie: nierozpuszczalny
  • w benzenie: nierozpuszczalny

Kolor: Fullerenol zawierający ponad 10 -OH grup wykazuje kolor ciemnobrązowy. Wraz z rosnącą liczbą grup -OH, kolor stopniowo zmienia się z ciemnobrązowego na żółty.

Rozpuszczalny w wodzie, polihydroksylowany C60 może być syntetyzowany przy użyciu ultradźwięków.

Rozpuszczalność Rozpuszczalność C60(OH)8.2H2O w porównaniu z C60 w różnych rozpuszczalnikach. źródło: Afreen et al. 2017

Zastosowania i zastosowanie fullerenoli:

  1. Farmaceutyka: Odczynniki diagnostyczne, leki, kosmetyki, magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) z deweloperem. powinowactwo do DNA, leki anty-HIV, leki przeciwnowotworowe, leki do chemioterapii, dodatki kosmetyczne i badania naukowe. W porównaniu z formą nieskazitelną, polihydroksylowane fullereny mają więcej potencjalnych zastosowań dzięki zwiększonej rozpuszczalności w wodzie. Stwierdzono, że fullerole mogą zmniejszać kardiotoksyczność niektórych leków i hamować proteazę HIV, wirus zapalenia wątroby typu C oraz nieprawidłowy wzrost komórek. Ponadto wykazywały one doskonałe zdolności do swobodnego zmiatania rodników z reaktywnymi gatunkami tlenu i rodników w warunkach fizjologicznych.
  2. Energia: Bateria słoneczna, ogniwo paliwowe, bateria wtórna.
  3. Przemysł: Materiały trudnościeralne, materiały trudnopalne, smary, dodatki polimerowe, wysokowydajna membrana, katalizator, sztuczny diament, twardy stop, ciecz o wysokiej lepkości elektrycznej, filtry atramentowe, powłoki o wysokiej wydajności, powłoki ognioodporne, produkcja materiałów bioaktywnych, materiały pamięci, materiały wbudowane molekularne i inne właściwości, materiały kompozytowe itp.
  4. Przemysł informacyjny: Nośnik półprzewodnikowy, materiały magnetyczne, tusz drukarski, toner, tusz, papier do specjalnych zastosowań.
  5. Części elektroniczne: Nadprzewodzący półprzewodnik, diody, tranzystory, wzbudnik.
  6. Materiały optyczne, kamera elektroniczna, lampa fluorescencyjna, nieliniowe materiały optyczne.
  7. Środowisko: Adsorpcja gazu, magazynowanie gazu.