Ультразвуковой синтез молекулярно-импринтированных полимеров (МИП)

Молекулярно импринтированные полимеры (MIP) представляют собой искусственно сконструированные рецепторы с заранее определенной селективностью и специфичностью для данной биологической или химической структуры молекулы. Ультразвуковая обработка может улучшить различные пути синтеза молекулярно импринтированных полимеров, делая полимеризацию более эффективной и надежной.

Что такое молекулярно-импринтированные полимеры?

Молекулярно-импринтированный полимер (MIP) – это полимерные материалы с антителоподобными характеристиками узнавания, которые были получены с использованием метода молекулярного импринтинга. Метод молекулярного импринтинга позволяет получить молекулярно импринтированный полимер по отношению к определенной молекуле-мишени. Молекулярно импринтированный полимер имеет полости в своей полимерной матрице со сродством к специфическому “шаблон” молекула. Этот процесс обычно включает в себя начало полимеризации мономеров в присутствии молекулы-матрицы, которая затем экстрагируется, оставляя после себя комплементарные полости. Эти полимеры имеют сродство к исходной молекуле и используются в таких приложениях, как химическое разделение, катализ или молекулярные сенсоры. Молекулярные импринтированные молекулы можно сравнить с молекулярным замком, который соответствует молекулярному ключу (так называемой молекуле-матрице). Молекулярно импринтированные полимеры (MIP) характеризуются специально подобранными сайтами связывания, которые соответствуют молекулам-матрице по форме, размеру и функциональным группам. Тем “замок – ключ” позволяет использовать молекулярные импринтированные полимеры для различных применений, где определенный тип молекулы распознается и прикрепляется к молекулярному замку, т.е. к молекулярному импринтированному полимеру.

На схематическом рисунке показан путь молекулярного импринтинга циклодекстринов для получения индивидуальных рецепторов.Исследование и фото: Hishiya et al. 2003

Молекулярно импринтированные полимеры (MIP) имеют широкую область применения и используются для разделения и очистки определенных биологических или химических молекул, включая аминокислоты и белки, производные нуклеотидов, загрязняющие вещества, а также лекарственные препараты и продукты питания. Области применения варьируются от разделения и очистки до химических сенсоров, каталитических реакций, доставки лекарств, биологических антител и рецепторных систем. (ср. Vasapollo et al. 2011)
Например, технология MIP используется в качестве твердофазной микроэкстракции для обработки и очистки молекул, полученных из каннабиса, таких как КБД или ТГК, из экстракта полного спектра с целью получения каннабиноидных изолятов и дистиллятов.

Ультразвуковой синтез молекулярно импринтированных молекул

В зависимости от типа мишени (шаблона) и конечного применения MIP, MIP могут синтезироваться в различных форматах, таких как сферические частицы нано- и микронного размера, нанопроволоки, наностержни, нановолокна или тонкие пленки. Для получения определенной формы MIP могут применяться различные методы полимеризации, такие как объемный отпечаток, осаждение, эмульсионная полимеризация, суспензия, диспергирование, гелеобразование и многоступенчатая полимеризация с набуханием.
Применение низкочастотного ультразвука высокой интенсивности предлагает высокоэффективный, универсальный и простой метод синтеза полимерных наноструктур.
Ультразвуковая обработка имеет ряд преимуществ в синтезе MIP по сравнению с традиционными процессами полимеризации, поскольку она способствует более высокой скорости реакции, более однородному росту полимерной цепи, более высокому выходу и более мягким условиям (например, низкой температуре реакции). Кроме того, он может изменять распределение популяции сайтов связывания и, таким образом, морфологию конечного полимера. (Свенсон 2011)
Применение сонохимической энергии к полимеризации MIP запускает реакции полимеризации и оказывает положительное воздействие. В то же время ультразвуковая обработка способствует эффективной дегазации полимерной смеси без ущерба для связующей способности или жесткости.
Ультразвуковая гомогенизация, диспергирование и эмульгирование обеспечивают превосходное смешивание и перемешивание с образованием однородных суспензий и обеспечением энергии инициации процессов полимеризации. Viveiros et al. (2019) исследовали потенциал ультразвукового синтеза MIP и утверждают, что “МИП, полученные ультразвуком, обладают связующими свойствами, аналогичными или превосходящими традиционные методы”.
МИП в наноформате открывают многообещающие возможности для повышения гомогенности сайтов связывания. Ультразвуковая технология хорошо известна своими исключительными результатами при приготовлении нанодисперсий и наноэмульсий.

Ультразвуковая наноэмульсионная полимеризация

МИП могут быть синтезированы путем эмульсионной полимеризации. Полимеризация эмульсии обычно достигается путем формирования эмульсии типа «масло в воде» при добавлении поверхностно-активного вещества. Для формирования стабильного наноразмера требуется высокопроизводительный метод эмульгирования. Ультразвуковая эмульгация является хорошо зарекомендовавшим себя методом приготовления нано- и мини-эмульсий.
Узнайте больше об ультразвуковой наноэмульгации!

Ультразвук может улучшить следующие пути синтеза для производства наноMIP: осаждение, эмульсионное полимеризование и полимеризация ядра-оболочки.Исследование и фото: Refaat et al. 2019

Ультразвуковая экстракция шаблона

После синтеза молекулярно импринтированных полимеров шаблон необходимо удалить из места связывания с целью получения активного молекулярно-импринтированного полимера. Интенсивные силы смешивания при ультразвуковой обработке способствуют растворимости, диффузии, проникновению и транспортировке молекул растворителя и шаблона. Таким образом, шаблоны быстро удаляются с сайтов привязки.
Ультразвуковая экстракция также может быть объединена с экстракцией по методу Сокслета для удаления шаблона из отпечатанного полимера.

Тематические исследования: применение ультразвука для полимеров с молекулярным импринтингом

Ультразвуковой синтез молекулярно импринтированных полимеров

Инкапсуляция магнитных наночастиц полимерами, импринтированными 17β-эстрадиолом с использованием ультразвукового синтеза, позволяет добиться быстрого удаления 17β-эстрадиола из водных сред. Для ультразвукового синтеза наноМИП в качестве мономера использовали метакриловую кислоту (МАА), в качестве сшивающего агента – этиленгликоль диметилакрилат (ЭГДМА), а в качестве инициатора – азобисизобутиронитрил (АИБН). Процедуру ультразвукового синтеза проводили в течение 2 ч при температуре 65ºC. Средние диаметры частиц магнитных НПВ и магнитных МИП составили 200 и 300 нм соответственно. Использование ультразвука не только увеличило скорость полимеризации и морфологию наночастиц, но и привело к увеличению количества свободных радикалов и, таким образом, способствовало росту MIP вокруг магнитных наночастиц. Адсорбционная способность в сторону 17β-эстрадиола была сопоставима с традиционными подходами. [Xia et al. 2012? Viveiro et al. 2019]

Ультразвуковое излучение для датчиков с молекулярным отпечатком

Yu et al. разработали молекулярно импринтированный электрохимический сенсор на основе модифицированных наночастицами никеля электродов для определения фенобарбитала. Представленный электрохимический сенсор был разработан путем термической полимеризации с использованием метакриловой кислоты (МАА) в качестве функционального мономера, 2,2-азобизобутиронитрила (AIBN) и этиленгликоля малеинового розината (EGMRA) в качестве сшивающего агента, фенобарбиталов (ПБ) в качестве матричной молекулы и диметилсульфоксида (ДМСО) в качестве органического растворителя. В процессе изготовления датчика 0,0464 г PB и 0,0688 г MAA смешивали с 3 мл ДМСО и обрабатывали ультразвуком в течение 10 минут. Через 5 ч в смесь добавляли 1,0244 г EGMRA и 0,0074 г AIBN и обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин для получения полимерных растворов, импринтированных PB. После этого 10 мкл 2,0 мг мл^-1Раствор наночастиц никеля капали на поверхность ГЦЭ, а затем датчик сушили при комнатной температуре. Приблизительно 5 мкл приготовленного полимерного раствора, импринтированного из ПБ, затем покрывали на ГЦЭ, модифицированную наночастицами Ni, и сушили в вакууме при температуре 75°С в течение 6 ч. После термической полимеризации отпечатанный сенсор промывали (уксусной кислотой) HAc/метанол (объемное соотношение 3:7) в течение 7 минут для удаления молекул шаблона. (ср. Uygun et al. 2015)

Ультразвуковая микроэкстракция с использованием MIP

Для извлечения анализов никотинамида из образцов применяется ультразвуковая дисперсионная твердофазная микроэкстракция с последующим использованием спектрофотометра UV-vis (UA-DSPME-UV-vis). Для экстракции и предварительного концентрирования никотинамида (витамина В3) были использованы молекулярно-импринтированные полимеры на основе металлического органического каркаса (MOF) HKUST-1. (Асфарам и др. 2017)

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для обработки полимеров

От лаборатории до производства с линейной масштабируемостью: Специально спроектированные полимеры с молекулярным импринтингом сначала разрабатываются и тестируются в небольших лабораториях и на настольных компьютерах для исследования возможности синтеза полимеров. Если осуществимость и оптимизация MIP достигнуты, производство MIP масштабируется до больших объемов. Все пути ультразвукового синтеза могут быть линейно масштабированы от настольного до полностью коммерческого производства. Hielscher Ultrasonics предлагает сонохимическое оборудование для синтеза полимеров в небольших лабораториях и настольных установках, а также полностью промышленные поточные ультразвуковые системы для производства в режиме 24/7 при полной нагрузке. Ультразвуковой аппарат может быть линейно масштабирован от размера пробирки до больших производственных мощностей грузовиков в час. Обширный ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics, от лабораторных до промышленных сонохимических систем, позволяет подобрать наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для предполагаемой производительности. Наши многолетние опытные сотрудники помогут вам от технико-экономических испытаний и оптимизации процесса до установки вашей ультразвуковой системы на конечном производственном уровне.

Hielscher Ultrasonics – Сложное сонохимическое оборудование

Портфель продуктов Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр высокопроизводительных ультразвуковых экстракторов от малых до крупных масштабов. Дополнительные аксессуары позволяют легко собрать наиболее подходящую конфигурацию ультразвукового устройства для вашего технологического процесса. Оптимальная ультразвуковая установка зависит от предполагаемой производительности, объема, материала, периодического или поточного процесса и сроков. Hielscher поможет вам настроить идеальный сонохимический процесс.

Пакетный и поточный

Ультразвуковые аппараты Hielscher могут использоваться для периодической и непрерывной проточной обработки. Небольшие и средние объемы могут быть удобно обработаны ультразвуком в периодическом процессе (например, флаконы, тесты, пробирки, стаканы, резервуары или бочки). Для обработки больших объемов встроенная ультразвук может быть более эффективной. В то время как дозирование является более трудоемким и трудоемким процессом, непрерывный процесс поточного смешивания более эффективен, быстр и требует значительно меньше трудозатрат. Hielscher Ultrasonics предлагает наиболее подходящую установку экстракции для вашей реакции полимеризации и технологического объема.

Ультразвуковые датчики для любой производительности продукта

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с производительностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить Вам наиболее подходящее ультразвуковое оборудование для Ваших полимеров, технологической мощности и производственных целей.
Ультразвуковые настольные системы идеально подходят для технико-экономических испытаний и оптимизации процессов. Линейное масштабирование на основе установленных технологических параметров позволяет очень легко увеличить перерабатывающие мощности от небольших партий до полностью коммерческого производства. Масштабирование может быть выполнено либо путем установки более мощного ультразвукового экстрактора, либо параллельного кластеризации нескольких ультразвуковых аппаратов. С UIP16000 компания Hielscher предлагает самый мощный ультразвуковой аппарат в мире.

Точно контролируемые амплитуды для достижения оптимальных результатов

Все ультразвуковые аппараты Hielscher являются точно управляемыми и, следовательно, надежными рабочими лошадками в производстве. Амплитуда является одним из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность сонохимических реакций, включая реакции полимеризации и пути синтеза.
Все ультразвуковые аппараты Hielscher’ Процессоры позволяют точно настраивать амплитуду. Сонотроды и бустерные рупоры – это аксессуары, которые позволяют изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду и необходимую интенсивность ультразвука для требовательных приложений. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7.
Точные настройки амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают возможность синтезировать полимеры с молекулярным отпечатком в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная ультразвук для наилучших результатов полимеризации!
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к сонохимическим процессам.

Простое тестирование без риска

Ультразвуковые процессы могут быть полностью линейно масштабированы. Это означает, что каждый результат, достигнутый с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, может быть масштабирован до точно такой же производительности с использованием точно таких же параметров процесса. Это делает ультразвук идеальным для безрисковых технико-экономических испытаний, оптимизации процессов и последующего внедрения в коммерческое производство. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как ультразвуковая обработка может повысить производительность и качество MIP.

Высочайшее качество – Разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, Hielscher отдает приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты спроектированы, изготовлены и тщательно протестированы в нашем головном офисе в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных миксеров Hielscher.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Вы можете купить ультразвуковой процессор Hielscher любого размера и точно сконфигурирован в соответствии с вашими технологическими требованиями. От обработки реагентов в небольшой лабораторной пробирке до непрерывного проточного смешивания полимерных суспензий на промышленном уровне, Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий ультразвуковой аппарат для вас! Пожалуйста, свяжитесь с нами – Мы рады порекомендовать Вам идеальную ультразвуковую установку!