Síntese Ultrassônica de Polímeros Molecularmente Impressos (MIPs)

Polímeros molecularmente impressos (MIPs) são receptores projetados artificialmente com seletividade e especificidade predeterminadas para uma determinada estrutura de molécula biológica ou química. A ultrassonografia pode melhorar várias vias de síntese de polímeros molecularmente impressos, tornando a polimerização mais eficiente e confiável.

O que são polímeros molecularmente impressos?

Um polímero impresso molecularmente (MIP) é um material polimérico com características de reconhecimento semelhantes a anticorpos que foi produzido usando a técnica de impressão molecular. A técnica de impressão molecular produz polímero impresso molecularmente em relação a uma molécula-alvo específica. O polímero impresso molecularmente possui cavidades em sua matriz polimérica com afinidade pelo específico “modelo” molécula. O processo geralmente envolve iniciar a polimerização de monômeros na presença de uma molécula molde que é extraída posteriormente, deixando para trás cavidades complementares. Esses polímeros têm afinidade com a molécula original e têm sido usados em aplicações como separações químicas, catálise ou sensores moleculares. As moléculas impressas moleculares podem ser comparadas a uma fechadura molecular, que corresponde a uma chave molecular (a chamada molécula modelo). Os polímeros molecularmente impressos (MIPs) são caracterizados por locais de ligação especificamente adaptados que correspondem às moléculas molde em forma, tamanho e grupos funcionais. A "fechadura – permite o uso de polímeros impressos moleculares para várias aplicações, onde um tipo específico de molécula é reconhecido e anexado à fechadura molecular, ou seja, o polímero impresso molecular.

A ilustração esquemática mostra a via de impressão molecular das ciclodextrinas para a preparação de receptores adaptados.
Estudo e imagem: Hishiya et al. 2003

Os polímeros molecularmente impressos (MIPs) têm um amplo campo de aplicações e são usados para separar e purificar moléculas biológicas ou químicas especificadas, incluindo aminoácidos e proteínas, derivados de nucleotídeos, poluentes, bem como medicamentos e alimentos. As áreas de aplicação variam de separação e purificação a sensores químicos, reações catalíticas, administração de medicamentos, anticorpos biológicos e sistemas receptores. (cf. Vasapollo et al. 2011)
Por exemplo, a tecnologia MIP é usada como técnica de microextração em fase sólida para operar e purificar moléculas derivadas de cannabis, como CBD ou THC, do extrato de espectro completo, a fim de obter isolados e destilados de canabinóides.

Síntese ultrassônica de moléculas molecularmente impressas

Dependendo do tipo de alvo (modelo) e da aplicação final do MIP, os MIPs podem ser sintetizados em diferentes formatos, como partículas esféricas de tamanho nano e mícron, nanofios, nano-bastões, nanofilamentos ou filmes finos. Para produzir uma forma MIP específica, diferentes técnicas de polimerização, como impressão em massa, precipitação, polimerização em emulsão, suspensão, dispersão, gelificação e polimerização por inchaço em várias etapas, podem ser aplicadas.
A aplicação de ultrassom de baixa frequência e alta intensidade oferece uma técnica altamente eficiente, versátil e simples para sintetizar nanoestruturas poliméricas.
A sonicação traz várias vantagens na síntese de MIP quando comparada com os processos tradicionais de polimerização, pois promove taxas de reação mais altas, crescimento da cadeia polimérica mais homogênea, maiores rendimentos e condições mais amenas (por exemplo, baixa temperatura de reação). Além disso, pode alterar a distribuição da população do sítio de ligação e, portanto, a morfologia do polímero final. (Svenson 2011)
Ao aplicar energia sonoquímica à polimerização de MIPs, as reações de polimerização são iniciadas e impactadas positivamente. Simultaneamente, a sonicação promove a desgaseificação eficaz da mistura de polímeros sem sacrificar a capacidade de ligação ou rigidez.
A homogeneização, dispersão e emulsificação ultrassônicas oferecem mistura e agitação superiores para formar suspensões homogêneas e fornecer energia de iniciação para processos de polimerização. Viveiros et al. (2019) investigaram o potencial da síntese ultrassônica de MIP e afirmam que "MIPs preparadas ultrassonicamente apresentaram propriedades de ligação semelhantes ou superiores aos métodos convencionais".
Os MIPs em nanoformato abrem possibilidades promissoras para melhorar a homogeneidade dos sítios de ligação. A ultrassonografia é conhecida por seus resultados excepcionais na preparação de nanodispersões e nanoemulsões.

Polimerização ultrassônica de nanoemulsão

Os MIPs podem ser sintetizados por polimerização em emulsão. A polimerização em emulsão é comumente obtida formando uma emulsão de óleo em água sob a adição de um surfactante. Para formar uma técnica de emulsificação estável e nanométrica, é necessária uma técnica de emulsificação de alto desempenho. A emulsificação ultrassônica é uma técnica bem estabelecida para preparar nano e miniemulsões.
Leia mais sobre Nanoemulsificação Ultrassônica!

O ultrassônico pode melhorar as seguintes rotas de síntese para a produção de nanoMIP: polimerização por precipitação, polimerização em emulsão e polimerização núcleo-casca.
Estudo e imagem por: Refaat et al. 2019

Extração ultrassônica do molde

Após a síntese de polímeros molecularmente impressos, o molde deve ser removido do local de ligação para obter um polímero ativo impresso molecularmente. As intensas forças de mistura da sonicação promovem solubilidade, difusividade, penetração e transporte de solventes e moléculas molde. Assim, os modelos são rapidamente removidos dos sites de ligação.
A extração ultrassônica também pode ser combinada com a extração Soxhlet para remover o molde do polímero impresso.

Estudos de caso: Aplicações ultrassônicas para polímeros molecularmente impressos

Síntese ultrassônica de polímeros molecularmente impressos

O encapsulamento de nanopartículas magnéticas por polímeros impressos com 17β-estradiol usando uma rota de síntese ultrassônica alcança a remoção rápida de 17β-estradiol de ambientes aquosos. Para a síntese ultrassônica dos nanoMIPs, o ácido metacrílico (MAA) foi utilizado como monômero, o dimetilacrilato de etilenoglicol (EGDMA) como reticulador e o azobisisobutironitrila (AIBN) como iniciador. O procedimento de síntese ultrassônica foi realizado por 2h a 65ºC. Os diâmetros médios de tamanho de partícula de NIPs magnéticos e MIPs magnéticos foram de 200 e 300 nm, respectivamente. O uso do ultrassom não apenas aumentou a taxa de polimerização e a morfologia das nanopartículas, mas também levou a um aumento no número de radicais livres e, assim, facilitou o crescimento do MIP ao redor das nanopartículas magnéticas. A capacidade de adsorção em direção ao 17β-estradiol foi comparável às abordagens tradicionais. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrassom para sensores molecularmente impressos

Yu et al. projetaram um sensor eletroquímico impresso molecularmente baseado em eletrodos modificados por nanopartículas de níquel para determinação de fenobarbital. O sensor eletroquímico relatado foi desenvolvido por polimerização térmica com o uso de ácido metacrílico (MAA) como monômero funcional, acrilato de 2,2-azobisisobutironitrila (AIBN) e rosinato maleico de etilenoglicol (EGMRA) como agente de reticulação, fenobarbitais (PBs) como molécula molde e dimetilsulfóxido (DMSO) como solvente orgânico. No processo de fabricação do sensor, 0,0464g PB e 0,0688g MAA foram misturados em 3 mL de DMSO e sonicados por 10 min. Após 5 h, 1,0244g de EGMRA e 0,0074g de AIBN foram adicionados à mistura e sonicados por 30 min para obter soluções poliméricas impressas em PB. Em seguida, 10 μL de 2,0 mg mL^-1A solução de nanopartículas de Ni caiu na superfície do GCE e, em seguida, o sensor foi seco à temperatura ambiente. Aproximadamente 5 μL da solução de polímero impressa com PB preparada foram então revestidos com GCE modificado por nanopartículas de Ni e secos a vácuo a 75◦C por 6 h. Após a polimerização térmica, o sensor impresso foi lavado com (ácido acético) HAc/metanol (relação de volume, 3:7) por 7 min para remover as moléculas molde. (cf. Uygun et al. 2015)

Microextração ultrassônica usando MIPs

Para recuperar análises de nicotinamida de amostras, é aplicada uma microextração em fase sólida dispersiva assistida por ultrassom seguida de espectrofotômetro UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis). Para a extração e pré-concentração de nicotinamida (vitamina B3), foram utilizados polímeros impressos molecularmente à base de estrutura orgânica metálica HKUST-1 (MOF). (Asfaram et al. 2017)

Ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de polímeros

Do laboratório à produção com escalabilidade linear: Polímeros molecularmente impressos especificamente projetados são desenvolvidos e testados em pequeno laboratório e em escala de bancada, para investigar a viabilidade da síntese do polímero. Se a viabilidade e a otimização dos MIPs tiverem sido alcançadas, a produção do MIP será dimensionada para volumes maiores. As rotas de síntese ultrassônica podem ser todas dimensionadas linearmente desde a bancada até a produção totalmente comercial. A Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos sonoquímicos para a síntese de polímeros em pequenos laboratórios e configurações de bancada até sistemas ultrassônicos em linha totalmente industriais para a produção 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total. O ultrassônico pode ser dimensionado linearmente do tamanho do tubo de ensaio para grandes capacidades de produção de caminhões por hora. O extenso portfólio de produtos da Hielscher Ultrasonics, desde sistemas sonoquímicos de laboratório até sistemas sonoquímicos industriais, tem o ultrassônico mais adequado para sua capacidade de processo prevista. Nossa equipe experiente de longa data irá ajudá-lo desde os testes de viabilidade e otimização do processo até a instalação do seu sistema ultrassônico no nível final de produção.

Hielscher Ultrasonics – Equipamento Sonoquímico Sofisticado

O portfólio de produtos Hielscher Ultrasonics abrange toda a gama de extratores ultrassônicos de alto desempenho, de pequena a grande escala. Acessórios adicionais permitem a fácil montagem da configuração de dispositivo ultrassônico mais adequada para o seu processo. A configuração ultrassônica ideal depende da capacidade, volume, material, processo em lote ou em linha e cronograma previstos. Hielscher ajuda você a configurar o processo sonoquímico ideal.

lote e em linha

Os ultrassônicos Hielscher podem ser usados para processamento em lote e de fluxo contínuo. Volumes pequenos e médios podem ser convenientemente sonicados em um processo em lote (por exemplo, frascos, testes, tubos, béqueres, tanques ou barris). Para processamento de grande volume, a sonicação em linha pode ser mais eficaz. Embora a dosagem seja mais demorada e trabalhosa, um processo contínuo de mistura em linha é mais eficiente, mais rápido e requer significativamente menos mão de obra. A Hielscher Ultrasonics tem a configuração de extração mais adequada para sua reação de polimerização e volume de processo.

Sondas ultrassônicas para cada capacidade de produto

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics abrange todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassônicos compactos de laboratório, passando por sistemas piloto e de bancada, até processadores ultrassônicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de caminhão por hora. A gama completa de produtos nos permite oferecer o equipamento ultrassônico mais adequado para seus polímeros, capacidade de processo e metas de produção.
Os sistemas ultrassônicos de bancada são ideais para testes de viabilidade e otimização de processos. O aumento de escala linear com base em parâmetros de processo estabelecidos torna muito fácil aumentar as capacidades de processamento de lotes menores para produção totalmente comercial. O aumento de escala pode ser feito instalando uma unidade extratora ultrassônica mais potente ou agrupando vários ultrassônicos em paralelo. Com o UIP16000, a Hielscher oferece a unidade ultrassônica mais poderosa do mundo.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados ideais

Todos os ultrassônicos Hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis na produção. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reações sonoquímicas, incluindo reações de polimerização e rotas de síntese.
Todos os ultrassônicos Hielscher’ Os processadores permitem o ajuste preciso da amplitude. Sonotrodos e buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma faixa ainda mais ampla. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Configurações precisas de amplitude e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultrassônico por meio de software inteligente oferecem a possibilidade de sintetizar seus polímeros impressos molecularmente com as condições ultrassônicas mais eficazes. Sonicação ideal para melhores resultados de polimerização!
A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes. Isso torna o equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que atende aos requisitos do seu processo sonoquímico.

Testes fáceis e sem riscos

Os processos ultrassônicos podem ser completamente lineares. Isso significa que todos os resultados obtidos usando um ultrassônico de laboratório ou de bancada podem ser dimensionados exatamente para a mesma saída usando exatamente os mesmos parâmetros de processo. Isso torna a ultrassonografia ideal para testes de viabilidade sem riscos, otimização de processos e implementação subsequente na fabricação comercial. Entre em contato conosco para saber como a sonicação pode aumentar o rendimento e a qualidade do MIP.

A mais alta qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassônicos são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Você pode comprar o processador ultrassônico Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurado exatamente de acordo com os requisitos do seu processo. Desde o tratamento de reagentes em um pequeno tubo de laboratório até a mistura contínua de pastas de polímero em nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um ultrassônico adequado para você! Entre em contato conosco – Temos o prazer de recomendar a você a configuração ultrassônica ideal!