Sinteza cu ultrasunete a polimerilor cu imprimare moleculară (MIPs)

Polimerii cu amprente moleculare (MIP) sunt receptori proiectați artificial cu o selectivitate și specificitate prestabilite pentru o anumită structură de moleculă biologică sau chimică. Sonicare poate îmbunătăți diferite căi de sinteză a polimerilor imprimați molecular ceea ce face polimerizarea mai eficientă și mai fiabilă.

Ce sunt polimerii cu amprente moleculare?

Un polimer imprimat molecular (MIP) este un material polimeric cu caracteristici de recunoaștere asemănătoare anticorpilor care au fost produse folosind tehnica de imprimare moleculară. Tehnica de imprimare moleculară produce polimer imprimat molecular în ceea ce privește o moleculă țintă specifică. Polimerul imprimat molecular are carii în matricea sa de polimeri, cu o afinitate pentru “Şablon” Moleculă. Procesul implică, de obicei, inițierea polimerizării monomerilor în prezența unei molecule șablon care este extrasă ulterior, lăsând în urmă cavități complementare. Acești polimeri au afinitate pentru molecula originală și au fost utilizați în aplicații ar fi separări chimice, catalizare sau senzori moleculari. Moleculele cu amprente moleculare pot fi comparate cu o blocare moleculară, care se potrivește cu o cheie moleculară (așa-numita moleculă șablon). Polimerii cu imprimare moleculară (MIP) se caracterizează prin locuri de legare special adaptate, care se potrivesc cu moleculele de șablon în formă, dimensiune și grupuri funcționale. "De blocare – caracteristică cheie" permite utilizarea polimerilor cu imprimare moleculară pentru diverse aplicații, în cazul în care un anumit tip de moleculă este recunoscut și atașat la blocarea moleculară, adică polimerul imprimat molecular.

Ilustrația schematică prezintă calea de imprimare moleculară a ciclodextrinelor pentru prepararea receptorilor adaptați.
Studiu și imagine: Hishiya et al. 2003

Polimerii cu amprente moleculare (PMI) au un domeniu larg de aplicații și sunt utilizați pentru a separa și purifica moleculele biologice sau chimice specificate, inclusiv aminoacizi și proteine, derivați de nucleotidă, poluanți, precum și medicamente și alimente. Zonele de aplicare variază de la separare și purificare la senzori chimici, reacții catalitice, livrare de droguri, anticorpi biologici și sisteme de receptori. (vezi Vasapollo et al. 2011)
De exemplu, tehnologia MIP este folosită ca tehnică de micro extracție în fază solidă pentru a opera și purifica moleculele derivate din canabis, ar fi CBD sau THC, din extractul de spectru complet, pentru a obține izolate și distilate canabinoide.

Sinteza cu ultrasunete a moleculelor cu imprimare moleculară

În funcție de tipul țintă (șablon) și de aplicarea finală a MIP, MIP-urile pot fi sintetizate în diferite formate, ar fi particule sferice de dimensiuni nano și microni, nanofire, nano-tije, nanoin filamente sau pelicule subțiri. Pentru a produce o formă specifică de MIP, pot fi aplicate diferite tehnici de polimerizare, ar fi imprimarea în vrac, precipitarea, polimerizarea emulsiei, suspensia, dispersia, gelarea și polimerizarea în mai multe etape.
Aplicarea de ultrasunete de joasă frecvență, de înaltă intensitate oferă o tehnică extrem de eficientă, versatilă și simplă pentru sinteza nanostructurilor polimerice.
Sonicare aduce mai multe avantaje în sinteza MIP în comparație cu procesele tradiționale de polimerizare, deoarece promovează rate de reacție mai mari, creștere mai omogenă a lanțului de polimeri, randamente mai mari și condiții mai blânde (de exemplu, temperatură scăzută de reacție). În plus, poate modifica distribuția populației locului obligatoriu și, astfel, morfologia polimerului final. (Svenson 2011)
Prin aplicarea energiei sonochimice la polimerizarea MIP- urilor, reacțiile de polimerizare sunt inițiate și afectate pozitiv. În același timp, sonicare promovează degazarea eficientă a amestecului de polimeri fără a sacrifica capacitatea de legare sau rigiditatea.
Omogenizarea cu ultrasunete, dispersarea și emulsionarea oferă amestecare superioară și agitație pentru a forma suspensii omogene și pentru a oferi energie de inițiere pentru procesele de polimerizare. Viveiros et al. (2019) a investigat potențialul sintezei MIP cu ultrasunete și afirmă că "MIPs au pregătit proprietăți de legare prezentate cu ultrasunete similare sau superioare metodelor convenționale".
MIP în nano-format deschide posibilități promițătoare pentru îmbunătățirea omogenității siturilor obligatorii. Ultrasonication este bine-cunoscut pentru rezultatele sale excepționale în pregătirea nanodispersiilor și nanoemulsiilor.

Polimerizare cu ultrasunete Nano-Emulsie

MIPs pot fi sintetizate prin polimerizare emulsie. Polimerizarea emulsiei se realizează de obicei prin formarea unei emulsii ulei-în-apă sub adăugarea unui agent tensioactiv. Pentru a forma o tehnică stabilă, de dimensiuni nano, este necesară o tehnică de emulsionare de înaltă performanță. Emulsificarea cu ultrasunete este o tehnică bine stabilită pentru a pregăti nano- și mini-emulsii.
Citiți mai multe despre Nano-Emulsificare cu ultrasunete!

Cu ultrasunete poate îmbunătăți următoarele căi de sinteză pentru producția de nanoMIP: polimerizare precipitare, polimerizare emulsie, și polimerizare miez-coajă.
Studiu și imagine de: Refaat et al. 2019

Extracția cu ultrasunete a șablonului

După sinteza polimerilor imprimați molecular, șablonul trebuie îndepărtat din locul de legare pentru a obține un polimer activ imprimat molecular. Forțele intense de amestecare ale sonicare promovează solubilitatea, difuzibilitatea, penetrarea și transportul moleculelor de solvent și șablon. Astfel, șabloanele sunt eliminate rapid din site-urile de legare.
Extracția cu ultrasunete poate fi, de asemenea, combinată cu extracția Soxhlet pentru a elimina șablonul din polimerul imprimat.

Studii de caz: Aplicații cu ultrasunete pentru polimeri cu imprimare moleculară

Sinteza cu ultrasunete a polimerilor cu imprimare moleculară

Încapsularea nanoparticulelor magnetice de către polimeri cu imprimare 17β-estradiol folosind o cale de sinteză cu ultrasunete realizează îndepărtarea rapidă a 17β-estradiol din medii apoase. Pentru sinteza cu ultrasunete a nanoMIPs, acid methacrilic (MAA) a fost folosit ca monomer, dimetilacrilat de etilenglicol (EGDMA) ca crosslinker, și azobisizobutyronitril (AIBN) ca inițiator. Procedura de sinteză cu ultrasunete a fost efectuată timp de 2h la 65ºC. Diametrele medii ale dimensiunii particulelor ale NIP-urilor magnetice și ale MIP-urilor magnetice au fost de 200 și, respectiv, 300 nm. Utilizarea ultrasunetelor nu numai că a îmbunătățit rata de polimerizare și morfologia nanoparticulelor, dar a dus, de asemenea, la o creștere a numărului de radicali liberi și, astfel, a facilitat creșterea MIP în jurul nanoparticulelor magnetice. Capacitatea de adsorbție până la 17β-estradiol a fost comparabilă cu abordările tradiționale. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrasonics pentru senzori cu imprimare moleculară

Yu et al. a proiectat un senzor electrochimic imprimat molecular bazat pe electrozi modificați de nanoparticule de nichel pentru determinarea fenobarbitalului. Senzorul electrochimic raportat a fost dezvoltat prin polimerizare termică prin utilizarea acidului metacrilic (MAA) ca monomer funcțional, 2,2-azobisizobutyronitril (AIBN) și etilenglicolul de rosinat maleic (EGMRA) acrilat ca agent de legătură încrucișată, fenobarbitali (PB) ca moleculă șablon și disulfură (DMSO) ca solvent organic. În procesul de fabricare a senzorilor, 0.0464g PB și 0.0688g MAA au fost amestecate în 3 mL DMSO și sonicate timp de 10 min. După 5 h, 1.0244g EGMRA și 0.0074g AIBN au fost adăugate în amestec și sonicate timp de 30 min pentru a obține soluții polimerice cu imprimare PB. După aceea, 10 μL de 2,0 mg ml^{-1 de}Ni soluție nanoparticulă a scăzut pe suprafața GCE și apoi senzorul a fost uscat la temperatura camerei. Aproximativ 5 μL din soluția polimerică preparată cu imprimare PB a fost apoi acoperită pe GCE modificată de nanoparticule ni și uscată în vid la 75◦C timp de 6 ore. În urma polimerizării termice, senzorul imprimat a fost spălat cu (acid acetic) HAc/metanol (raport de volum, 3:7) timp de 7 min pentru a elimina moleculele șablon. (vezi Uygun et al. 2015)

Micro-extracție cu ultrasunete folosind MIPs

Pentru a recupera analizele de nicotinamidă din probe, se aplică o microextracție de fază solidă dispersivă asistată cu ultrasunete, urmată de spectrofotometru UV-vis (UA-DSPME-UV-vis). Pentru extracția și preconcentrarea nicotinamidei (vitamina B3), s-au utilizat polimeri organici metalici HKUST-1 (MOF). (Asfaram et al. 2017)

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru aplicații polimerice

De la laborator la producție cu scalabilitate liniară: Polimeri special proiectați cu imprimare moleculară sunt în primul rând dezvoltați și testați pe scară mică de laborator și bancă, pentru a investiga fezabilitatea sintezei polimerilor. Dacă fezabilitatea și optimizarea MIP-urilor au fost realizate, producția DEM este scalată la volume mai mari. Căile de sinteză cu ultrasunete pot fi toate scalate liniar de la banc-top la producția pe deplin comercială. Hielscher Ultrasonics oferă echipamente sonochimice pentru sinteza polimerilor în laborator mici și setările banc-top până la sisteme cu ultrasunete complet industriale inline pentru producția 24 /7 sub sarcină completă. Cu ultrasunete pot fi scalate liniar de la dimensiunea tubului de testare la capacități mari de producție de camioane pe oră. Hielscher Ultrasonics portofoliu extins de produse de la laborator la sisteme industriale sonochimice are ultrasonicator cele mai potrivite pentru capacitatea de proces avută în vedere. Personalul nostru cu experiență de lungă durată vă va ajuta de la testele de fezabilitate și optimizarea proceselor până la instalarea sistemului cu ultrasunete la nivelul final de producție.

Hielscher Ultrasonics – Echipamente sonochimice sofisticate

Hielscher Ultrasonics portofoliu de produse acoperă întreaga gamă de extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la scară mică la scară largă. Accesoriile suplimentare permit asamblarea ușoară a configurației dispozitivului cu ultrasunete cele mai potrivite pentru procesul dumneavoastră. Configurarea optimă cu ultrasunete depinde de capacitatea avută în vedere, volum, material, proces lot sau inline și cronologie. Hielscher vă ajută să configurați procesul sonochimic ideal.

Lot și în linie

Hielscher ultrasonicators pot fi folosite pentru lot și continuu flux-prin prelucrare. Volumele mici și mijlocii pot fi sonicate convenabil într-un proces de lot (de exemplu, flacoane, teste, tuburi, pahare de baie, rezervoare sau butoaie). Pentru procesarea în volum mare, sonicare inline ar putea fi mai eficientă. În timp ce lotarea necesită mai mult timp și forță de muncă, un proces continuu de amestecare în linie este mai eficient, mai rapid și necesită mult mai puțină forță de muncă. Hielscher Ultrasonics are cel mai potrivit setup de extracție pentru reacția de polimerizare și volumul procesului.

Sonde cu ultrasunete pentru fiecare capacitate de produs

Hielscher Ultrasonics gama de produse acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete de la ultrasonicators de laborator compact peste bench-top și sisteme pilot la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa truckloads pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cele mai potrivite echipamente cu ultrasunete pentru polimeri, capacitatea de proces și obiectivele de producție.
Sistemele cu ultrasunete benchtop sunt ideale pentru teste de fezabilitate și optimizarea procesului. Extinderea liniară pe baza parametrilor de proces stabiliți face foarte ușoară creșterea capacităților de prelucrare de la loturi mai mici la producția pe deplin comercială. Up-scalare se poate face fie prin instalarea unei unități mai puternice extractor cu ultrasunete sau clustering mai multe ultrasonicators în paralel. Cu UIP16000, Hielscher oferă cea mai puternică unitate cu ultrasunete din întreaga lume.

Amplitudini controlabile precise pentru rezultate optime

Toate ultrasonicators Hielscher sunt exact controlabile și, prin urmare, cai de lucru de încredere în producție. Amplitudinea este unul dintre parametrii cruciali ai procesului care influențează eficiența și eficacitatea reacțiilor sonochimice, inclusiv reacțiile de polimerizare și căile de sinteză.
Toate Hielscher Ultrasonics’ procesoarele permit setarea precisă a amplitudinii. Sonotrodes și coarne de rapel sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-o gamă și mai largă. Hielscher de procesoare industriale cu ultrasunete poate oferi amplitudini foarte mari și să livreze intensitatea cu ultrasunete necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționare 24/7.
Setările precise de amplitudine și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului cu ultrasunete prin intermediul software-ului inteligent vă oferă posibilitatea de a sintetiza polimerii imprimați molecular cu cele mai eficiente condiții cu ultrasunete. Sonicare optimă pentru cele mai bune rezultate de polimerizare!
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la sarcini grele și în medii solicitante. Acest lucru face echipamentul cu ultrasunete Hielscher un instrument de lucru de încredere, care îndeplinește cerințele procesului sonochimic.

Testare ușoară, fără riscuri

Procesele cu ultrasunete pot fi complet liniare scalate. Acest lucru înseamnă că fiecare rezultat pe care le-ați realizat folosind un laborator sau banc-top ultrasonicator, poate fi scalate la exact aceeași ieșire folosind exact aceiași parametri de proces. Acest lucru face ultrasonication ideal pentru testarea de fezabilitate fără risc, optimizarea procesului și punerea în aplicare ulterioară în producția comercială. Contactați-ne pentru a afla sonicare poate crește randamentul ȘI calitatea MIP.

Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania

Ca o afacere de familie și administrată de o familie, Hielscher prioritizează cele mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicators sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru din Teltow lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher face un cal de lucru în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a mixerelor de înaltă performanță hielscher.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

Puteți cumpăra hielscher procesor cu ultrasunete în orice dimensiune diferită și exact configurat la cerințele de proces. De la tratarea reactanților într-un tub de laborator mic la amestecarea continuă a amestecului de slurries polimeri la nivel industrial, Hielscher Ultrasonics oferă un ultrasonicator potrivit pentru tine! Va rugam sa ne contactati – suntem bucuroși să vă recomandăm configurarea ideală cu ultrasunete!