Nanocompozit Hydrogel sinteza folosind Ultrasonication

Hidrogelurile nanocompozite sau nanogelurile sunt structuri 3D multifuncționale cu eficacitate ridicată ca purtători de medicamente și sisteme de livrare a medicamentelor cu eliberare controlată. Ultrasonication promovează dispersia nano-sized, particule polimerice hidrogel, precum și includerea ulterioară / încorporarea nanoparticulelor în aceste structuri polimerice.

Sinteza cu ultrasunete de nanogeluri

Omogenizator de tip sondă cu ultrasunete UP400St pentru dispersia și sinteza hidrogelurilor nanocompozite sau nanogelurilor.Hidrogelurile nanocompozite sunt structuri materiale tridimensionale și pot fi concepute pentru a prezenta caracteristici specifice, ceea ce le face purtători de droguri puternici și sisteme de livrare a medicamentelor cu eliberare controlată. Ultrasonication promovează sinteza particulelor funcționalizate de dimensiuni nano, precum și includerea ulterioară / încorporarea nanoparticulelor în structuri polimerice tridimensionale. Deoarece nanogelurile sintetizate ultrasonically pot încurca compuși bioactivi în interiorul miezului lor la scară nanometrică, aceste hidrogeluri de dimensiuni nano oferă funcționalități excelente.
Nanogelurile sunt dispersia apoasă a nanoparticulelor hidrogel, care sunt legate fizic sau chimic ca rețea de polimeri hidrofili. Ca ultrasunete de înaltă performanță este extrem de eficient în producerea de nano-dispersii, ultrasonicators de tip sondă sunt un instrument crucial pentru producția rapidă și fiabilă de nanogeluri cu funcționalități superioare.

Cerere de informatie





Cavitație cu ultrasunete promovează reticulare și polimerizare în timpul hidrogel și nanogel (nanocompozit hidrogel) sinteza. Dispersia cu ultrasunete facilitează distribuția uniformă a nanomaterialelor pentru fabricarea hibridă a hidrogelului.

ultrasonicator UIP1000hdT cu reactor de sticla pentru sinteza hidrogelului nanocompozit

Funcționalitățile nanogelurilor produse ultrasonically

  • stabilitate coloidală excelentă și suprafața specifică mare
  • pot fi ambalate dens cu nanoparticule
  • se permit combinarea particulelor dure și moi în nanogel hibrid de bază/coajă
  • potențial ridicat de hidratare
  • promovarea biodisponibilității
  • proprietăți ridicate de umflare / de-umflare



 
Nanogelurile sintetizate ultrasonically sunt utilizate în numeroase aplicații și industrii, de exemplu.

  • pentru aplicații farmaceutice și medicale: de exemplu, purtător de droguri, gel antibacterian, pansament antibacterian pentru plăgi
  • în biochimie și biomedicină pentru livrarea genelor
  • în calitate de adsorbant/biosorbant în aplicații chimice și de mediu
  • în ingineria țesuturilor, deoarece hidrogelurile pot imita proprietățile fizice, chimice, electrice și biologice ale multor țesuturi native

Studiu de caz: Sinteza nanogelului de zinc pe cale sonochimică

Schemă logică pentru sinteza NPs ZnO și a gelului nanoparticul hibrid Carbopol/ZnO. În studiu, ultrasonicator UP400St a fost folosit pentru precipitarea nanoparticulei ZnO și formarea nanogelului. (adaptare după Ismail et al., 2021)Nanoparticulele hibride ZnO pot fi stabilizate într-un gel Carbopol printr-un proces cu ultrasunete facile: Sonicare este folosit pentru a conduce precipitarea nanoparticulelor de zinc, care sunt ulterior ultrasonically reticulate cu Carbopol pentru a forma un nano-hidrogel.
Ismail et al. (2021) a precipitat nanoparticulele de oxid de zinc pe o cale sonochimică facilă. (Găsiți protocolul pentru sinteza sonochimică a nanoparticulelor de ZnO aici).
Ulterior, nanoparticulele au fost folosite pentru a sintetiza nanogelul de ZnO. Prin urmare, NPs-urile de ZnO produse au fost clătite cu apă dublu deionizată. 0,5 g de Carbopol 940 a fost dizolvat în 300 ml de apă deionizată dublată, urmată de adăugarea de NPs ZnO proaspăt spălate. Deoarece Carbopol este în mod natural acid, soluția necesită o neutralizare a valorii pH-ului, altfel nu s-ar îngroșa. Astfel, amestecul a suferit sonicare continuă folosind Hielscher ultrasonicator UP400S cu o amplitudine de 95 și un ciclu de 95% pentru 1 h. Apoi, 50 ml de trimetilamină (TEA) ca agent de neutralizare (creșterea pH-ului la 7) a fost adăugat dropwise sub sonicare continuă până când a avut loc formarea gelului alb ZnO. Îngroșarea Carbopolului a început atunci când pH-ul era aproape de un pH neutru .
Echipa de cercetare explică efectele extraordinar de pozitive ale ultrasonication asupra formării nanogel prin interacțiune îmbunătățită particulă-particule. Agitația moleculară inițiată ultrasonically a constituenților din amestecul de reacție îmbunătățește procesul de îngroșare promovat de interacțiunile polimer-solvent. În plus, sonicare promovează dizolvarea Carbopol. În plus, iradierea cu unde cu ultrasunete îmbunătățește interacțiunea polimer-NPs ZnO și îmbunătățește proprietățile vâscoelastice ale gelului nanoparticule hibrid Carbopol / ZnO pregătit.
Diagrama schematică de mai sus arată sinteza NPs ZnO și carbopol / ZnO hibrid nanoparticul gel. În studiu, ultrasonicator UP400St a fost folosit pentru precipitarea nanoparticulei ZnO și formarea nanogelului. (adaptare după Ismail et al., 2021)

Nanogel produs ultrasonically încărcate cu nanoparticule de oxid de zinc.

ZnO NPs sintetizate prin metoda de precipitare chimică sub efectul ultrasonication, în cazul în care (a) este în soluția apoasă, și (b) este dispersat ultrasonically într-un hidrogel stabil pe bază de Carbopol.
(studiu și imagine: Ismail et al., 2021)

Caz Stuy: Prepararea cu ultrasunete de poli(acid metacrilic)/Montmorillonite (PMA/nMMT) Nanogel

Khan et al. (2020) a demonstrat sinteza cu succes a unui hidrogel nanocompozit poli(acid metacrilic)/Montmorillonit (PMA/nMMT) prin polimerizare redox asistată cu ultrasunete. De obicei, 1.0 g de nMMT a fost dispersat în 50 ml de apă distilată cu ultrasonication timp de 2 h pentru a forma o dispersie omogenă. Sonicare îmbunătățește dispersia argilei, rezultând în proprietăți mecanice îmbunătățite și capacitatea de adsorbție a hidrogelurilor. Monomerul acidului metaacrilic (30 ml) a fost adăugat picătură la suspensie. La amestec s-a adăugat persulfat de amoniu inițiator (APS) (0,1 M), urmat de 1,0 ml de accelerator TEMED. Dispersia a fost puternic agitată timp de 4 ore la 50 °C de către un agitator magnetic. Masa vâscoasă rezultată a fost spălată cu acetonă și deshidratată timp de 48 de ore la 70 °C într-un cuptor. Produsul rezultat a fost măcinat și depozitat într-o sticlă de sticlă. Diferite geluri nanocompozite au fost sintetizate prin variația nMMT în cantități de 0,5, 1,0, 1,5 și 2,0 g. Hidrogelurile nanocompozite preparate folosind 1,0 g de nMMT au prezentat rezultate mai bune de adsorbție decât restul compozitelor și, prin urmare, au fost utilizate pentru investigații suplimentare de adsorbție.
Micrografele SEM-EDX din dreapta arată analiza elementară și structurală a nanogelurilor constând în montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poli(acid metacrilic)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT) și amoxicilină (AMX)- și PMA/nMMT încărcate cu diclofenac (DF). Micrografele SEM înregistrate la o mărire de 1,00 KX împreună cu EDX de

  • montmorillonit (MMT),
  • nano-montmorillonit (nMMT),
  • poli(acid metacrilic)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT),
  • și amoxicilină (AMX)- și diclofenac (DF)-încărcate PMA / nMMT.

Se observă că MMT brut datorează o structură de foaie stratificată care arată prezența boabelor mai mari. După modificare, foile de MMT sunt exfoliate în particule mici, care se pot datora eliminării Si2+ și Al3+ din locurile octaedrice. Spectrul EDX al nMMT prezintă un procent ridicat de carbon, care se poate datora în primul rând agentului tensioactiv utilizat pentru modificare, deoarece principalul constituent al CTAB (C19H42BrN) este carbonul (84%). PMA/nMMT afișează o structură coerentă și aproape co-continuă. Mai mult, nu sunt vizibili pori, ceea ce descrie exfolierea completă a nMMT în matricea PMA. După sorbția cu moleculele farmaceutice amoxicilină (AMX) și diclofenac (DF), se observă modificări ale morfologiei PMA/nMMT. Suprafața devine asimetrică cu o creștere a texturii brute.
Utilizarea și funcționalitățile hidrogelurilor nano-dimensionate pe bază de argilă: nanocompozitele hidrogel pe bază de argilă sunt considerate a fi potențiale super-adsorbante pentru absorbția contaminanților anorganici și /sau organici dintr-o soluție apoasă datorită caracteristicilor de combinare atât ale argilelor, cât și ale polimerilor, cum ar fi biodegradabilitatea, biocompatibilitatea, viabilitatea economică, abundența, suprafața specifică ridicată, rețeaua tridimensională și proprietățile de umflare / de-umflare.
(cf. Khan et al., 2020)

Nanogeluri sintetizate ultrasonically încărcate cu diverse nanoparticule, cum ar fi argila nano-montmorillonite.

Micrografe SEM-EDX de (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT și (d) amx- și (e) hidrogeluri nanocompozite încărcate cu DF. Nanogelurile au fost preparate folosind ultrasonication.
(studiu și imagini: ©Khan et al. 2020)

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru producția de hidrogel și nanogel

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru producția de hidrogel și nanogel
Hielscher Ultrasonics produce echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru sinteza de hidrogeluri și nanogeluri cu funcționalități superioare. De la R mici și mijlocii&D și ultrasonicators pilot la sistemele industriale pentru fabricarea hidrogel comerciale în modul continuu, Hielscher Ultrasonics are dreptul de procesor cu ultrasunete pentru a acoperi cerințele dumneavoastră pentru producția de hidrogel / nanogel.

De ce Hielscher Ultrasonics?

  • Eficiență ridicată
  • Tehnologie de ultimă generație
  • fiabilitate & robusteţe
  • lot & in linie
  • pentru orice volum
  • software inteligent
  • caracteristici inteligente (de exemplu, protocolarea datelor)
  • Ușor și sigur de operat
  • întreținere redusă
  • CIP (curat pe loc)

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
De la 15 la 150L De la 3 la 15L/min UIP6000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


În clipul scurt de mai sus, ultrasonicator UP50H este folosit pentru a forma un hidrogel folosind un gelator cu greutate moleculară mică. Rezultatul este un hidrogel supramolecular de auto-vindecare.
(Studiu și film: Rutgeerts et al., 2019)
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor de silice în hidrogel: Omogenizatorul cu ultrasunete Hielscher UP400St dispersează nanoparticulele de silice rapid și eficient într-un nanogel uniform cu multifuncționalități.

Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor în hidrogel folosind ultrasonicator UP400St

Miniatură video



Literatură / Referințe

Ce trebuie să știți

Protocol pentru sinteza sonochimică a nanoparticulelor de ZnO

NPs ZnO au fost sintetizate folosind metoda de precipitare chimică sub efectul de iradiere cu ultrasunete. Într-o procedură tipică, acetatul de zinc dihidrat (Zn(CH3COO)2·2H2O) ca precursor și o soluție de amoniac de 30-33% (NH3) într-o soluție apoasă (NH4OH) ca agent reducător au fost utilizate. Nanoparticulele de ZnO au fost produse prin dizolvarea cantității corespunzătoare de acetat de zinc în 100 ml de apă deionizată pentru a produce 0,1 M dintr-o soluție de ioni de zinc. Ulterior, soluția de ioni de zinc a fost supusă iradierii cu unde ultrasonice folosind un Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Germania) la o amplitudine de 79% și un ciclu de 0,76 timp de 5 minute la o temperatură de 40 ◦C. Apoi, soluția de amoniac a fost adăugată picătură la soluția de ioni de zinc sub efectul undelor ultrasonice. După câteva momente, NPs-urile de ZnO au început să precipite și să crească, iar soluția de amoniac a fost adăugată continuu până când a avut loc precipitarea completă a NPs ZnO.
NPs-urile de ZnO obținute au fost spălate cu apă deionizată de mai multe ori și au fost lăsate să se așeze. Posterior, precipitatul obținut a fost uscat la temperatura camerei.
(Ismail et al., 2021)

Ce sunt Nanogels?

Nanogelurile sau hidrogelurile nanocompozite sunt un tip de hidrogel care încorporează nanoparticule, de obicei în intervalul de 1-100 nanometri, în structura lor. Aceste nanoparticule pot fi organice, anorganice, sau o combinație a ambelor.
Nanogelurile se formează printr-un proces cunoscut sub numele de reticulare, care implică legarea chimică a lanțurilor polimerice pentru a forma o rețea tridimensională. Deoarece formarea de hidrogeluri și nanogeluri necesită o amestecare aprofundată pentru a hidrata structura polimerică, pentru a promova reticularea și pentru a încorpora nanoparticulele, Ultrasonication este o tehnică extrem de eficace pentru producția de hidrogeluri și nanogeluri. Rețelele de hidrogel și nanogel sunt capabile să absoarbă cantități mari de apă, făcând nanogelurile foarte hidratate și, prin urmare, potrivite pentru o gamă largă de aplicații, cum ar fi livrarea de medicamente, ingineria țesuturilor și biosenzorii.
Hidrogelurile nanogel sunt de obicei compuse din nanoparticule, cum ar fi particulele de silice sau polimer, care sunt dispersate în întreaga matrice de hidrogel. Aceste nanoparticule pot fi sintetizate prin diferite metode, inclusiv polimerizarea emulsiei, polimerizarea emulsiei inverse și sinteza sol-gelului. Aceste sinteze de polimerizare și sol-gel beneficiază foarte mult de agitație cu ultrasunete.
Hidrogelurile nanocompozite, pe de altă parte, sunt compuse dintr-o combinație de hidrogel și un nanofiller, cum ar fi argila sau oxidul de grafen. Adăugarea nanofibrorului poate îmbunătăți proprietățile mecanice și fizice ale hidrogelului, cum ar fi rigiditatea, rezistența la tracțiune și duritatea. Aici, capacitățile puternice de dispersie ale sonicare facilita distribuția uniformă și stabilă a nanoparticulelor în matricea hidrogel.
În general, hidrogelurile nanogel și nanocompozit au o gamă largă de aplicații potențiale în domenii precum biomedicina, remedierea mediului și stocarea energiei datorită proprietăților și funcționalităților lor unice.

Aplicații ale nanogelului pentru tratamente medicale

Tip de Nanogel drog boală Activitate Referinţe
Pama-DMMA nanogeluri Doxorubicină Cancer Creșterea ratei de eliberare pe măsură ce valoarea pH-ului a scăzut. Citotoxicitate mai mare la pH 6,8 în studiile de viabilitate celulară Du et al. (2010) ·
Nanogeluri pe bază de chitosan decorate cu hialuronat Fotosensibilizatori cum ar fi tetra-fenil-porfirin-tetra-sulfonat (TPPS4), tetra-fenil-clorină-tetra-carboxilat (TPCC4), și clorină e6 (Ce6) Tulburări reumatice Preluat rapid (4 h) de macrofage și acumulat în citoplasma și organitele lor Schmitt et al. (2010) ·
Nanoparticule PCEC în hidrogeluri pluronice Lidocaină Anestezie locală Produs anestezie de infiltrare de lungă durată de aproximativ 360 min Yin et al. (2009) ·
Poli(acid lactid-co-glicolic) și nanoparticulă chitosan dispersată în HPMC și gel Carbopol Spantide II Dermatita alergică de contact și alte tulburări inflamatorii ale pielii Potențialul nanogelintenreselor pentru livrarea percutanată a spantidei II Punit et al. (2012) ·
nanogeluri polivinil pirolidonă-poli sensibile la pH (acid acrilic) (PVP/PAAc) Pilocarpină Mențineți o concentrație adecvată a pilocarpinei la locul de acțiune pentru o perioadă prelungită de timp Abd El-Rehim et al. (2013) ·
Poli reticulat (etilenglicol) și polietilenimină Oligonucleotide Boli neurodegenerative Transportat efectiv prin BBB. Eficacitatea transportului este crescută și mai mult atunci când suprafața nanogelului este modificată cu transferină sau insulină Vinogradov et al. (2004) ·
Colesterol cu nanogeluri pullulan Interleukină murină recombinantă-12 Imunoterapie tumorală Nanogel cu eliberare susținută Farhana et al. (2013) ·
Poli(N-izopropilacrilamidă) și chitosan Tratamentul cancerului de hipertermie și livrarea de medicamente țintite Termosensibil modificat magnetic Farhana et al. (2013) ·
Rețea ramificată reticulată de polietilenimină și PEG Polyplexnanogel Fludarabină Cancer Activitate crescută și citotoxicitate redusă Farhana et al. (2013) ·
Nanogel biocompatibil de pullulan purtător de colesterol Ca chaperone artificiale Tratamentul bolii Alzheimer Inhiba agregarea β-proteinei amiloide Ikeda et al. (2006) ·
Nanogel ADN cu reticulare foto Material genetic Terapia genică Livrarea controlată a ADN-ului plasmid Lee et al. (2009) ·
Gel hibrid nanoparticul carbopol/oxid de zinc (ZnO) Nanoparticule de ZnO Activitatea antibacteriană, inhibitor bacterian Ismail et al. (2021)

Tabel adaptat după Swarnali et al., 2017


Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități de banc-top la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.

Vom fi bucuroși să discutăm despre procesul dvs.

Să intrăm în contact.