Sinteza cu ultrasunete a polimerilor amprentați molecular (MIP)
Polimerii amprentați molecular (MIP) sunt receptori proiectați artificial, cu o selectivitate și specificitate predeterminate pentru o anumită structură moleculară biologică sau chimică. Ultrasonication poate îmbunătăți diferite căi de sinteză a polimerilor amprentați molecular, făcând polimerizarea mai eficientă și mai fiabilă.
Ce sunt polimerii amprentați molecular?
Un polimer imprimat molecular (MIP) este un material polimeric cu caracteristici de recunoaștere asemănătoare anticorpilor, care a fost produs 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 cavități în matricea sa polimerică cu o afinitate pentru specific “șablon” 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 precum separări chimice, cataliză sau senzori moleculari. Moleculele imprimate molecular pot fi comparate cu o blocare moleculară, care se potrivește cu o cheie moleculară (așa-numita moleculă șablon). Polimerii amprentați molecular (MIP) sunt caracterizați prin situsuri de legare special adaptate, care corespund moleculelor șablon în ceea ce privește forma, dimensiunea și grupele funcționale. "Lacătul – cheie" permite utilizarea polimerilor amprentați molecular pentru diverse aplicații, în care un anumit tip de moleculă este recunoscut și atașat la încuietoarea 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 amprentați molecular (MIP) au un domeniu larg de aplicații și sunt utilizați pentru separarea și purificarea moleculelor biologice sau chimice specificate, inclusiv aminoacizi și proteine, derivați nucleotidici, poluanți, precum și medicamente și alimente. Domeniile de aplicare variază de la separare și purificare la senzori chimici, reacții catalitice, livrare de medicamente, anticorpi biologici și sisteme de receptori. (cf. Vasapollo et al. 2011)
De exemplu, tehnologia MIP este utilizată ca tehnică de microextracție în fază solidă pentru a opera și purifica moleculele derivate din canabis, cum ar fi CBD sau THC, din extractul cu spectru complet, pentru a obține izolate și distilate canabinoide.

UP400St – 400W procesor ultrasonic puternic pentru aplicații sonochimice
Sinteza cu ultrasunete a moleculelor imprimate molecular
În funcție de tipul țintă (șablon) și de aplicarea finală a PDM, PMI pot fi sintetizate în diferite formate, cum ar fi particule sferice de dimensiuni nano și micronice, nanofire, nanotije, nanofilamente sau filme subțiri. Pentru a produce o formă specifică MIP, pot fi aplicate diferite tehnici de polimerizare, cum ar fi imprimarea în vrac, precipitarea, polimerizarea emulsiei, suspensia, dispersia, gelarea și polimerizarea cu umflături în mai multe etape.
Aplicarea ultrasunetelor 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, creșterea lanțului polimeric mai omogen, randamente mai mari, și condiții mai blânde (de exemplu, temperatură scăzută de reacție). În plus, poate modifica distribuția populației sitului de legare și, prin urmare, morfologia polimerului final. (Svenson 2011)
Prin aplicarea energiei sonochimici la polimerizarea MIP-urilor, reacțiile de polimerizare sunt inițiate și impactate 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 agitare pentru a forma suspensii omogene și pentru a furniza energie de inițiere pentru procesele de polimerizare. Viveiros et al. (2019) a investigat potențialul sintezei MIP cu ultrasunete și afirmă că "MIP preparate ultrasonically au prezentat proprietăți de legare similare sau superioare metodelor convenționale".
PMI în format nano deschid posibilități promițătoare de îmbunătățire a omogenității siturilor de legare. Ultrasonication este bine cunoscut pentru rezultatele sale excepționale în prepararea nanodispersiilor și nanoemulsiilor.
Polimerizare nano-emulsie cu ultrasunete
MIP pot fi sintetizate prin polimerizare prin emulsie. Polimerizarea emulsiei se realizează în mod obișnuit prin formarea unei emulsii ulei-în-apă sub adăugarea unui agent tensioactiv. Pentru a forma o dimensiune stabilă, nano, este necesară o tehnică de emulsionare de înaltă performanță. Emulsionarea cu ultrasunete este o tehnică bine stabilită pentru a pregăti nano- și mini-emulsii.
Citiți mai multe despre nano-emulsionare cu ultrasunete!

Cu ultrasunete poate îmbunătăți următoarele căi de sinteză pentru producția de nanoMIP: polimerizarea precipitațiilor, polimerizarea emulsiei și polimerizarea miezului-coajă.
Studiu și imagine de: Refaat et al. 2019
Extracția cu ultrasunete a șablonului
După sinteza polimerilor amprentați molecular, șablonul trebuie îndepărtat din locul de legare pentru a obține un polimer activ imprimat molecular. Forțele intense de amestecare a sonicare promovează solubilitatea, difuzivitatea, 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.
- Polimerizarea radicală controlată
- Polimerizarea precipitațiilor
- polimerizarea emulsiei
- Core-Shell Nanoparticle Grafting
- Sinteza cu ultrasunete a particulelor magnetc
- Fragmentarea polimerilor agregați
- Extracția cu ultrasunete a șablonului
Studii de caz: Aplicații cu ultrasunete pentru polimeri amprentați molecular
Sinteza cu ultrasunete a polimerilor amprentați molecular
Încapsularea nanoparticulelor magnetice de polimeri amprentați cu 17β-estradiol folosind o cale de sinteză cu ultrasunete realizează îndepărtarea rapidă a 17β-estradiolului din medii apoase. Pentru sinteza cu ultrasunete a nanoMIPs, acid metacrilic (MAA) a fost utilizat ca monomer, etilenglicol dimetilacrilat (EGDMA) ca reticular, și azobisizobutironitril (AIBN) ca inițiator. Procedura de sinteză cu ultrasunete a fost efectuată timp de 2 ore la 65 ° C. Diametrele medii ale dimensiunii particulelor NIP magnetice și MIP magnetice au fost de 200 și, respectiv, 300 nm. Utilizarea ultrasunetelor nu numai că a îmbunătățit rata de polimerizare și morfologia nanoparticulelor, dar a condus și la o creștere a numărului de radicali liberi și, astfel, a facilitat creșterea MIP în jurul nanoparticulelor magnetice. Capacitatea de adsorbție către 17β-estradiol a fost comparabilă cu abordările tradiționale. [Xia și colab. 2012 / Viveiro și colab. 2019]
Ultrasonics pentru senzori amprentate molecular
Yu et al. au proiectat un senzor electrochimic imprimat molecular bazat pe electrozi modificați cu nanoparticule de nichel pentru determinarea fenobarbitalului. Senzorul electrochimic raportat a fost dezvoltat prin polimerizare termică cu utilizarea acidului metacrilic (MAA) ca monomer funcțional, 2,2-azobisizobutironitril (AIBN) și etilenglicol maleic rozinat (EGMRA) acrilat ca agent de reticulare, fenobarbitali (PB) ca moleculă șablon și dimetilsulfoxid (DMSO) ca solvent organic. În procesul de fabricare a senzorului, 0.0464g PB și 0.0688g MAA au fost amestecate în 3 ml DMSO și sonicated timp de 10 min. După 5 ore, 1.0244g EGMRA și 0.0074g AIBN au fost adăugate în amestec și sonicate timp de 30 min pentru a obține soluții polimerice imprimate PB. După aceea, 10 μL de 2,0 mg ml-1Soluția de nanoparticule de Ni a căzut pe suprafața GCE și apoi senzorul a fost uscat la temperatura camerei. Aproximativ 5 μL din soluția polimerică imprimată cu PB preparată a fost apoi acoperită cu GCE modificat cu nanoparticule de Ni și uscată în vid la 75◦C timp de 6 ore. După polimerizarea termică, senzorul imprimat a fost spălat cu (acid acetic) HAc/metanol (raport volumic, 3:7) timp de 7 minute pentru a îndepărta moleculele șablon. (cf. Uygun et al. 2015)
Micro-extracție cu ultrasunete folosind MIP
Pentru a recupera analizele de nicotinamidă din probe, se aplică o microextracție dispersivă în fază solidă asistată ultrasonically urmată de spectrofotometru UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis). Pentru extracția și preconcentrarea nicotinamidei (vitamina B3), au fost utilizați polimeri amprentați molecular pe bază de cadru organic metalic HKUST-1 (MOF). (Asfaram și colab. 2017)

UIP4000hdT, un mixer industrial puternic de înaltă forfecare de 4000 wați pentru prelucrarea în linie
Ultrasonicators de înaltă performanță pentru aplicații polimerice
De la laborator la producție cu scalabilitate liniară: Polimerii imprimați molecular special proiectați sunt dezvoltați și testați mai întâi la scară mică de laborator și banc, pentru a investiga fezabilitatea sintezei polimerilor. Dacă fezabilitatea și optimizarea PMI au fost realizate, producția PMI este scalată la volume mai mari. Traseele de sinteză cu ultrasunete pot fi toate scalate liniar de la banc-top la producția complet comercială. Hielscher Ultrasonics oferă echipamente sonochimice pentru sinteza polimerilor în laborator mic și banc-top setări până la sisteme cu ultrasunete inline complet industriale pentru producția 24/7 sub sarcină maximă. Cu ultrasunete poate fi scalat 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 sonochimice industriale are cel mai potrivit ultrasonicator pentru capacitatea de proces preconizată. Personalul nostru cu experiență îndelungată vă va ajuta de la testele de fezabilitate și optimizarea procesului la instalarea sistemului cu ultrasunete la nivelul final de producție.
Hielscher Ultrasonics – Echipamente sonochimice sofisticate
Hielscher Ultrasonics portofoliul de produse acoperă întreaga gamă de extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la scară mică la scară largă. Accesorii suplimentare permit asamblarea ușoară a configurației dispozitivului cu ultrasunete cele mai potrivite pentru procesul dumneavoastră. Configurarea optimă cu ultrasunete depinde de capacitatea, volumul, materialul, procesul și cronologia preconizată sau inline. Hielscher vă ajută să configurați procesul sonochimic ideal.
lot și în linie
Hielscher ultrasonicators pot fi utilizate pentru lot și proces continuu de curgere. Volumele mici și mijlocii pot fi sonicate convenabil într-un proces de lot (de exemplu, flacoane, test, tuburi, pahare, rezervoare sau butoaie). Pentru procesarea volumului mare, sonicare inline ar putea fi mai eficientă. În timp ce lotizarea 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 cea mai potrivită configurație de extracție pentru reacția de polimerizare și volumul procesului.
Sonde ultrasonice pentru fiecare capacitate de produs
Hielscher Ultrasonics gama de produse acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete de la ultrasonicators de laborator compact peste banc-top și sisteme pilot la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa camioane pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cele mai potrivite echipamente cu ultrasunete pentru polimerii dumneavoastră, capacitatea de proces și obiectivele de producție.
Sistemele cu ultrasunete benchtop sunt ideale pentru testele de fezabilitate și optimizarea proceselor. Scalarea liniară bazată pe parametrii de proces stabiliți face foarte ușoară creșterea capacităților de procesare de la loturi mai mici la producția complet comercială. Up-scaling se poate face fie prin instalarea unei unități extractoare cu ultrasunete mai puternice sau gruparea mai multor ultrasonicators în paralel. Cu UIP16000, Hielscher oferă cea mai puternică unitate cu ultrasunete din întreaga lume.
Amplitudini controlabile cu precizie pentru rezultate optime
Toate ultrasonicators Hielscher sunt controlabile cu precizie și, prin urmare, cai de lucru fiabile 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 coarnele de rapel sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-o gamă și mai largă. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari și să furnizeze intensitatea ultrasonică necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate 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 grele și în medii solicitante. Acest lucru face echipamentul cu ultrasunete Hielscher un instrument de lucru fiabil care îndeplinește cerințele procesului sonochimic.
Testare ușoară, fără riscuri
Procesele cu ultrasunete pot fi scalate complet liniar. Acest lucru înseamnă că fiecare rezultat pe care l-ați obținut folosind un ultrasonicator de laborator sau banc-top, poate fi scalat la exact aceeași ieșire folosind exact aceiași parametri de proces. Acest lucru face ultrasonication ideal pentru testarea fezabilității fără riscuri, optimizarea procesului și implementarea ulterioară în producția comercială. Contactați-ne pentru a afla cum sonicare poate crește randamentul MIP și calitatea.
Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania
Ca o afacere de familie și de familie, Hielscher acordă prioritate celor 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 sub 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 aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
---|---|---|
1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Puteți cumpăra procesor cu ultrasunete Hielscher în orice dimensiune diferită și configurat exact la cerințele de proces. De la tratarea reactanților într-un tub mic de laborator la curgerea continuă prin amestecarea suspensiilor polimerice la nivel industrial, Hielscher Ultrasonics oferă un ultrasonicator adecvat pentru tine! Va rugam sa ne contactati – Suntem bucuroși să vă recomandăm configurarea ideală cu ultrasunete!
Contactează-ne! / Întreabă-ne!

Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere de la Laborator spre pilot și industrial cântar.
Literatură / Referințe
- Raquel Viveiros, Sílvia Rebocho, Teresa Casimiro (2018): Green Strategies for Molecularly Imprinted Polymer Development. Polymers 2018, 10, 306.
- Takayuki Hishiya; Hiroyuki Asanuma; Makoto Komiyama (2003): Molecularly Imprinted Cyclodextrin Polymers as Stationary Phases of High Performance Liquid Chromatography. Polymer Journal, Vol. 35, No. 5, 2003. 440 – 445.
- Doaa Refaat; Mohamed G. Aggour; Ahmed A. Farghali; Rashmi Mahajan; Jesper G. Wiklander; Ian A. Nicholls (2019): Strategies for Molecular Imprinting and the Evolution of MIP Nanoparticles as Plastic Antibodies – Synthesis and Applications. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 6304.