Producție de hidrogel avantajoasă prin ultrasonication
Sonicare este o tehnică extrem de eficace, fiabile și simple pentru prepararea hidrogelurilor de înaltă performanță. Aceste hidrogeluri oferă proprietăți excelente ale materialelor, ar fi capacitățile de absorbție, vâscoelasticitatea, rezistența mecanică, modulul de compresie și funcționalitățile de auto-vindecare.
Polimerizare cu ultrasunete și dispersie pentru producția de hidrogel
Hidrogelurile sunt rețele polimerice hidrofile, tridimensionale, capabile să absoarbă cantități mari de apă sau fluide. Hidrogelurile prezintă o capacitate extraordinară de umflare. Blocurile comune ale hidrgelurilor includ alcool polivinil, polietilenglicol, poliacrilat de sodiu, polimeri acrilat, carbomeri, polizaharide sau polipeptide cu un număr mare de grupuri hidrofile, și proteine naturale, ar fi colagen, gelatină și fibrină.
Așa-numitele hidrogeluri hibride constau din diverse materiale distincte din punct de vedere chimic, funcțional și morfologic, ar fi proteinele, peptidele sau nano- / microstructurile.
Dispersia cu ultrasunete este utilizat pe scară largă ca o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru a omogeniza nano-materiale, ar fi nanotuburi de carbon (CNT, MWCNTs, SWCNTs), nano-cristale de celuloză, nanofibre de chitină, dioxid de titan, nanoparticule de argint, proteine și alte microni- sau nanostructuri în matricea polimerică a hidrogelurilor. Acest lucru face sonicare un instrument principal pentru a produce hidrogeluri de înaltă performanță cu calități extraordinare.
Ultrasonicator UIP1000hdT cu reactor de sticlă pentru sinteza hidrogelului
Ce arată cercetarea – Pregătirea hidrogel cu ultrasunete
În primul rând, ultrasonication promovează polimerizare și reacții de legătură încrucișată în timpul formării hidrogelului.
În al doilea rând, ultrasonication a fost dovedit ca tehnica de dispersie fiabile și eficiente pentru producția de hidrogeluri și nanocompozite hidrogeluri.
Ultrasonic Cross-Linking și polimerizare de Hydrogels
Sonicare ajută la formarea de rețele polimerice în timpul sintezei hidrogel prin generarea de radicali liberi. Undele cu ultrasunete intense generează cavitație acustică care cauzează forțe de forfecare ridicată, forfecare moleculară și formarea radicalilor liberi.
Cass et al. (2010) pregătit mai multe "hidrogels acrilic au fost pregătite prin polimerizare cu ultrasunete de monomeri solubili în apă și macromonomeri. Ultrasunetele au fost utilizate pentru a crea radicali inițiați în monoluioni apoși vâscoși folosind aditivii glicerol, sorbitol sau glucoză într-un sistem deschis la 37°C. Aditivii solubili în apă au fost esențiali pentru producția de hidrogel, glicerol fiind cel mai eficient. Hidrogelurile au fost preparate din monomeri 2-hidroxietil metacrilat, dimetacrilat poli(etilenglicol), metacrilat de dextran, acid acrilic/etilenglicol dimetacrilat și acrilamidă/bis-acrilamidă." [Cass et al. 2010] Aplicarea cu ultrasunete folosind o sondă ultrasonicator sa dovedit a fi o metodă eficientă pentru polimerizarea monomeri de vinil solubil în apă și pregătirea ulterioară a hidrogels. Polimerizarea inițiată cu ultrasunete are loc rapid în absența unui inițiator chimic.
- nanoparticule, de exemplu TiO2
- nanotuburi de carbon (CNTS)
- nanocristale de celuloză (CCN)
- nanofibrile de celuloză
- gingii, de exemplu xanthan, gumă de semințe de salvie
- Proteine
Citiți mai multe despre sinteza cu ultrasunete a hidrogelurilor nanocompozite și nanogelurilor!
Formarea de hidrogel prin gelare asistată cu ultrasunete folosind ultrasonizator UP100H (Studiu și film: Rutgeerts et al., 2019)
SEM de poli (hidrogel de acid acrilamidă-co-icaconic care conține MWCNTs. MWCNTs au fost dispersate ultrasonically folosind ultrasonicator UP200S.
studiu și imagine: Mohammadinezhada et al., 2018
Fabricarea poli (acid acrilamidă-co-icaconic) – MWCNT Hydrogel folosind Sonicare
Mohammadinezhada et al. (2018) a produs cu succes un compozit de hidrogel superabsorbant care conține poli (acid acrilamidă-co-icaconic) și nanotuburi de carbon cu mai multe pereți (MWCNT). Ultrasonication a fost efectuată cu dispozitivul cu ultrasunete Hielscher UP200S. Stabilitatea hidrogelului a crescut odată cu creșterea ratelor MWCNT, care ar putea fi atribuite naturii hidrofobe a MWCNT, precum și creșterii densității de legături încrucișate. Capacitatea de retenție a apei (WRC) a hidrogelului P(AAm-co-IA) a fost, de asemenea, crescută în prezența MWCNT (10 wt%). În acest studiu, efectele ultrasonication au fost evaluate superioare în ceea ce privește distribuția uniformă a nanotuburilor de carbon pe suprafața polimerului. MWCNT-urile erau intacte fără întrerupere a structurii polimerice. În plus, rezistența nanocompozitului obținut și capacitatea sa de retenție a apei și absorbția altor materiale solubile, ar fi Pb (II) au fost crescute. Sonicare rupt inițiatorul și dispersate MWCNTs ca o umplere excelent în lanțurile de polimeri sub temperatura în creștere.
Cercetătorii concluzionează că aceste "condiții de reacție nu pot fi atinse prin metode convenționale, iar omogenitatea și buna dispersie a particulelor în gazdă nu pot fi atinse. În plus, procesul de sonicare separă nanoparticulele într-o singură particulă, în timp ce agitarea nu poate face acest lucru. Un alt mecanism de reducere a dimensiunii este efectul undelor acustice puternice asupra legăturilor secundare, ar fi lipirea hidrogenului, care această iradiere rupe legătura H a particulelor și, ulterior, disociază particulele agregate și crește numărul de grupuri adsorbtive gratuite precum -OH și accesibilitatea. Astfel, acest lucru important face ca procesul de sonicare ca o metodă superioară față de celelalte ca agitare magnetică aplicate în literaturi." [Mohammadinezhada et al., 2018]
Ultrasonicators de înaltă performanță pentru Sinteza Hidrogel
Hielscher Ultrasonics produce echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru sinteza hidrogelurilor. De la mici și mijlocii R&D și pilot ultrasonicators la sisteme industriale pentru fabricarea hidrogel comerciale în modul continuu, Hielscher Ultrasonics are cerințele de proces acoperite.
Ultrasonicators industriale de grad poate oferi amplitudini foarte mari, care permit reacții fiabile de legătură încrucișată și polimerizare și dispersia uniformă a nanoparticulelor. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționarea 24/7/365. Pentru amplitudini chiar mai mare, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.
- Eficiență ridicată
- Tehnologie de ultimă generație
- fiabilitate & robusteţe
- lot & in linie
- pentru orice volum
- software inteligent
- caracteristici inteligente (de exemplu, protocolarea datelor)
- CIP (curat pe loc)
Adresați-vă astăzi pentru informații tehnice suplimentare, prețuri și o cotație fără scop. Personalul nostru cu experiență de lungă durată este bucuros să vă consulte!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:
| volum lot | Debit | Aparate recomandate |
|---|---|---|
| 1 la 500mL | 10 până la 200 ml / min | UP100H |
| 10 la 2000ml | 20 până la 400ml / min | Uf200 ः t. UP400St |
| 0.1 la 20L | 0.2 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| N / A. | 10 la 100L / min | UIP16000 |
| N / A. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!
SonoStation compact combină un rezervor agitat de 38 litri cu o pompă de cavitate progresivă reglabilă care poate alimenta 3 litri pe minut într-unul sau două reactoare cu celule de flux cu ultrasunete.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.
Ce trebuie să știți
Pentru ce se utilizează Hydrogels?
Hidrogelurile sunt utilizate în multe industrii, ar fi în industria farmaceutică, pentru livrare de medicamente eliberate în timp, pe cale orală, intravenoasă, topică sau rectală), medicamente (de exemplu, ca schele în ingineria țesuturilor, implanturi mamare, materiale biomecanice, pansamente pentru răni), produse cosmetice, produse de îngrijire (de exemplu, lentile de contact, scutece, șervețele sanitare), agricultură (de exemplu, pentru formulări de pesticide, granule pentru menținerea umidității solului în zonele aride), cercetare a materialelor ca polimeri funcționali (de exemplu, explozivi cu gel de apă , încapsularea punctelor cuantice, generarea de energie electrică termodinamică), deshidratarea cărbunelui, zăpada artificială, aditivii alimentari și alte produse (de exemplu, adeziv).
Clasificarea hidrogelurilor
În cazul în care clasificarea hidrogelurilor se face în funcție de structura lor fizică, pot fi clasificate după urmează:
- amorfă (necristalină)
- semicristalin: Un amestec complex de faze amorfe și cristaline
- cristalin
Atunci când se concentrează pe compoziția polimerică, hidrogelurile pot fi, de asemenea, clasificate în următoarele trei categorii:
- hidrogeluri homopolimerice
- hidrogeluri copolimerice
- hidrogeluri multipolimerice / hidrogeluri IPN
În funcție de tipul de legătură încrucișată, hidrogelurile sunt clasificate în:
- rețele legate chimic încrucișat: joncțiuni permanente
- rețele legate fizic: joncțiuni tranzitorii
Aspectul fizic duce la clasificarea în:
- Matrice
- film
- microsferă
Clasificarebazată pe sarcina electrică a rețelei:
- neionic (neutru)
- ionic (inclusiv anionic sau cationic)
- electrolit amfoteric (ampholytic)
- zwitterionic (polibetaines)
Literatură / Referințe
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Ultrasonice de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități banc-top la sisteme ultrasonice full-industriale.