Ultrazvuková syntéza molekulárne potlačených polymérov (MIP)

Molekulárne imprintované polyméry (MIP) sú umelo navrhnuté receptory s vopred určenou selektivitou a špecifickosťou pre danú biologickú alebo chemickú štruktúru molekúl. Ultrazvuk môže zlepšiť rôzne cesty syntézy molekulárne vtlačených polymérov, vďaka čomu je polymerizácia efektívnejšia a spoľahlivejšia.

Čo sú molekulárne potlačené polyméry?

Molekulárne vtlačený polymér (MIP) sú polymérne materiály s rozpoznávacími vlastnosťami podobnými protilátkam, ktoré boli vyrobené pomocou techniky molekulárnej imprintingu. Technika molekulárnej imprintingu vytvára molekulárne vtlačený polymér vo vzťahu ku špecifickej cieľovej molekule. Molekulárne potlačený polymér má vo svojej polymérnej matrici dutiny s afinitou k špecifickému “šablóna” molekula. Tento proces zvyčajne zahŕňa začatie polymerizácie monomérov v prítomnosti molekuly templátu, ktorá sa následne extrahuje a zanecháva za sebou komplementárne dutiny. Tieto polyméry majú afinitu k pôvodnej molekule a používajú sa v aplikáciách, ako sú chemické separácie, katalýza alebo molekulárne senzory. Molekulárne vtlačené molekuly možno prirovnať k molekulárnemu zámku, ktorý zodpovedá molekulárnemu kľúču (tzv. molekula templátu). Molekulárne potlačené polyméry (MIP) sa vyznačujú špeciálne prispôsobenými väzbovými miestami, ktoré tvarom, veľkosťou a funkčnými skupinami zodpovedajú molekulám templátu. "Zámok" – Kľúč" umožňuje použitie molekulárnych potlačených polymérov pre rôzne aplikácie, kde je rozpoznaný špecifický typ molekuly a pripojený k molekulárnemu zámku, t. j. molekulárne potlačený polymér.

Schematické znázornenie ukazuje molekulárnu imprintingovú dráhu cyklodextrínov na prípravu prispôsobených receptorov.
Štúdia a obrázok: Hishiya et al. 2003

Molekulárne potlačené polyméry (MIP) majú široké pole použitia a používajú sa na separáciu a čistenie špecifikovaných biologických alebo chemických molekúl vrátane aminokyselín a proteínov, nukleotidových derivátov, znečisťujúcich látok, ako aj liekov a potravín. Oblasti použitia siahajú od separácie a čistenia až po chemické senzory, katalytické reakcie, podávanie liekov, biologické protilátky a receptorové systémy. (porovnaj Vasapollo et al. 2011)
Napríklad technológia MIP sa používa ako technika mikroextrakcie v pevnej fáze na prevádzku a čistenie molekúl odvodených od kanabisu, ako je CBD alebo THC, z extraktu s plným spektrom s cieľom získať kanabinoidné izoláty a destiláty.

Ultrazvuková syntéza molekulárne vtlačených molekúl

V závislosti od typu cieľa (šablóny) a konečnej aplikácie MIP sa MIP môžu syntetizovať v rôznych formátoch, ako sú guľové častice veľkosti nano- a mikrónov, nanodrôty, nanotyčinky, nanovlákna alebo tenké filmy. Na výrobu špecifickej formy MIP je možné použiť rôzne polymerizačné techniky, ako je hromadná imprinting, zrážanie, emulzná polymerizácia, suspenzia, disperzia, gélovanie a viacstupňová napučiavacia polymerizácia.
Aplikácia nízkofrekvenčného ultrazvuku s vysokou intenzitou ponúka vysoko účinnú, všestrannú a jednoduchú techniku syntézy polymérnych nanoštruktúr.
Sonikacia prináša niekoľko výhod pri syntéze MIP v porovnaní s tradičnými polymerizačnými procesmi, pretože podporuje vyššie reakčné rýchlosti, homogénnejší rast polymérneho reťazca, vyššie výťažky a miernejšie podmienky (napr. nízka reakčná teplota). Okrem toho môže zmeniť distribúciu populácie väzbového miesta, a tým aj morfológiu konečného polyméru. (Svenson 2011)
Aplikáciou sonochemickej energie na polymerizáciu MIP sa iniciujú a pozitívne ovplyvňujú polymerizačné reakcie. Súčasne sonikácia podporuje účinné odplynenie polymérnej zmesi bez obetovania väzbovej kapacity alebo tuhosti.
Ultrazvuková homogenizácia, dispergácia a emulgácia ponúka vynikajúce miešanie a miešanie na vytvorenie homogénnych suspenzií a na zabezpečenie iniciačnej energie pre polymerizačné procesy. Viveiros et al. (2019) skúmali potenciál ultrazvukovej syntézy MIP a uvádzajú, že "MIP pripravili ultrazvukovo vykazovali väzbové vlastnosti podobné alebo lepšie ako konvenčné metódy".
Minimálna dovozná teplota v nanoformáte otvárajú sľubné možnosti zlepšenia homogenity väzbových miest. Ultrazvuk je známy svojimi výnimočnými výsledkami pri príprave nanodisperzií a nanoemulzií.

Ultrazvuková nano-emulzná polymerizácia

MIP je možné syntetizovať emulznou polymerizáciou. Emulzná polymerizácia sa bežne dosahuje vytvorením emulzie olej vo vode po pridaní povrchovo aktívnej látky. Na vytvorenie stabilnej nanoveľkosti je potrebná vysokovýkonná emulgačná technika. Ultrazvuková emulgácia je osvedčená technika na prípravu nano- a miniemulzií.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej nanoemulzifikácii!

Ultrazvuk môže zlepšiť nasledujúce spôsoby syntézy pre produkciu nanoMIP: precipitačná polymerizácia, emulzná polymerizácia a polymerizácia jadra a plášťa.
Štúdia a obrázok: Refaat et al. 2019

Ultrazvuková extrakcia šablóny

Po syntéze molekulárne vtlačených polymérov musí byť šablóna odstránená z väzbového miesta, aby sa získal aktívny molekulárne odtlačený polymér. Intenzívne miešacie sily sonikácie podporujú rozpustnosť, difúznosť, prienik a transport molekúl rozpúšťadla a templátu. Tým sa šablóny rýchlo odstránia zo stránok väzby.
Ultrazvukovú extrakciu je možné kombinovať aj so Soxhletovou extrakciou, aby sa odstránila šablóna z vytlačeného polyméru.

Prípadové štúdie: Ultrazvukové aplikácie pre molekulárne potlačené polyméry

Ultrazvuková syntéza molekulárne potlačených polymérov

Zapuzdrením magnetických nanočastíc polymérmi s potlačou 17β-estradiolu pomocou ultrazvukovej syntézy sa dosiahne rýchle odstránenie 17β-estradiolu z vodného prostredia. Na ultrazvukovú syntézu nanoMIP sa ako monomér použila kyselina metakrylová (MAA), ako zosieťovač etylénglykoldimetylakrylát (EGDMA) a ako iniciátor azobizizobutyronitril (AIBN). Ultrazvuková syntéza sa uskutočňovala 2 hodiny pri 65 ° C. Priemerné priemery veľkosti častíc magnetických NIP a magnetických MIP boli 200 a 300 nm. Použitie ultrazvuku nielenže zvýšilo rýchlosť polymerizácie a morfológiu nanočastíc, ale viedlo aj k zvýšeniu počtu voľných radikálov, a tým uľahčilo rast MIP okolo magnetických nanočastíc. Adsorpčná kapacita smerom k 17β-estradiolu bola porovnateľná s tradičnými prístupmi. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrazvuk pre molekulárne potlačené senzory

Yu a kol. navrhli molekulárne potlačený elektrochemický senzor založený na elektródach modifikovaných nanočasticami niklu na stanovenie fenobarbitalu. Uvádzaný elektrochemický senzor bol vyvinutý tepelnou polymerizáciou s použitím kyseliny metakrylovej (MAA) ako funkčného monoméru, 2,2-azobizizobutyronitrilu (AIBN) a etylénglykol maleinrozinátu (EGMRA) akrylátu ako zosieťovacieho činidla, fenobarbitalov (PB) ako molekuly templátu a dimetylsulfoxidu (DMSO) ako organického rozpúšťadla. V procese výroby senzora sa 0,0464 g PB a 0,0688 g MAA zmiešalo v 3 ml DMSO a sonikovalo sa 10 minút. Po 5 hodinách sa do zmesi pridalo 1,0244 g EGMRA a 0,0074 g AIBN a sonikovalo sa 30 minút, aby sa získali polymérne roztoky s potlačou PB. Potom 10 μl 2,0 mg ml^-1Roztok nanočastíc Ni spadol na povrch GCE a potom sa senzor vysušil pri izbovej teplote. Približne 5 μl pripraveného polymérneho roztoku s potlačou PB sa potom nanášalo na Ni nanočasticami modifikovaný GCE a vákuovo sa sušilo pri 75 °C počas 6 hodín. Po tepelnej polymerizácii sa vytlačený senzor premyl (kyselinou octovou) HAc/metanol (objemový pomer, 3:7) počas 7 minút, aby sa odstránili molekuly templátu. (porovnaj Uygun et al. 2015)

Ultrazvuková mikroextrakcia pomocou MIP

Na získanie analýz nikotínamidu zo vzoriek sa používa ultrazvukom asistovaná disperzná mikroextrakcia v pevnej fáze, po ktorej nasleduje UV-vis spektrofotometer (UA-DSPME-UV-vis). Na extrakciu a predkoncentráciu nikotínamidu (vitamín B3) sa použili molekulárne potlačené polyméry na báze HKUST-1 kovového organického rámca (MOF). (Asfaram a kol. 2017)

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje pre polymérne aplikácie

Z laboratória do výroby s lineárnou škálovateľnosťou: Špeciálne navrhnuté molekulárne potlačené polyméry sa najprv vyvíjajú a testujú v malom laboratórnom a stolovom meradle, aby sa preskúmala uskutočniteľnosť syntézy polymérov. Ak sa dosiahla uskutočniteľnosť a optimalizácia minimálnych dovozných cen, výroba minimálnej dovoznej ceny sa rozšíri na väčšie objemy. Všetky trasy ultrazvukovej syntézy môžu byť lineárne škálované od stolovej až po plne komerčnú výrobu. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka sonochemické zariadenia na syntézu polymérov v malých laboratórnych a stolových zariadeniach až po plne priemyselné inline ultrazvukové systémy pre výrobu 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri plnom zaťažení. Ultrazvuk je možné lineárne škálovať od veľkosti skúmavky až po veľké výrobné kapacity nákladných vozidiel za hodinu. Rozsiahle portfólio produktov Hielscher Ultrasonics od laboratórnych až po priemyselné sonochemické systémy má najvhodnejší ultrazvuk pre vašu predpokladanú procesnú kapacitu. Náš dlhoročný skúsený personál vám pomôže od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesov až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému na úrovni finálnej výroby.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikované sonochemické vybavenie

Portfólio produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov od malých až po veľké. Dodatočné príslušenstvo umožňuje jednoduchú montáž najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre váš proces. Optimálne nastavenie ultrazvuku závisí od predpokladanej kapacity, objemu, materiálu, dávkového alebo inline procesu a časového harmonogramu. Hielscher vám pomôže nastaviť ideálny sonochemický proces.

Dávka a inline

Ultrazvukové prístroje Hielscher je možné použiť na dávkové a kontinuálne prietokové spracovanie. Malé a stredne veľké objemy je možné pohodlne sonikovať v dávkovom procese (napr. liekovky, testy, skúmavky, kadičky, nádrže alebo sudy). Pri veľkoobjemovom spracovaní môže byť účinnejšia inline sonikácia. Zatiaľ čo dávkovanie je náročnejšie na čas a prácu, kontinuálny proces inline miešania je efektívnejší, rýchlejší a vyžaduje podstatne menej práce. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics má najvhodnejšie nastavenie extrakcie pre vašu polymerizačnú reakciu a objem procesu.

Ultrazvukové sondy pre každú kapacitu produktu

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukových procesorov cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou spracovať nákladné vozidlá za hodinu. Celý sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejšie ultrazvukové zariadenia pre vaše polyméry, procesnú kapacitu a výrobné ciele.
Ultrazvukové stolové systémy sú ideálne na testy uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárne škálovanie na základe stanovených procesných parametrov veľmi uľahčuje zvýšenie spracovateľských kapacít z menších dávok na plne komerčnú výrobu. Zvýšenie rozlíšenia je možné vykonať buď inštaláciou výkonnejšej ultrazvukovej odsávacej jednotky, alebo paralelným zoskupením niekoľkých ultrazvukových prístrojov. S UIP16000 ponúka spoločnosť Hielscher najvýkonnejšiu ultrazvukovú jednotku na svete.

Presne regulovateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú presne ovládateľné, a tým spoľahlivé pracovné kone vo výrobe. Amplitúda je jedným z kľúčových parametrov procesu, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť sonochemických reakcií vrátane polymerizačných reakcií a ciest syntézy.
Všetky ultrazvuky Hielscher’ Procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie klaksóny sú príslušenstvo, ktoré umožňuje upraviť amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a požadovanú intenzitu ultrazvuku pre náročné aplikácie. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni.
Presné nastavenie amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu pomocou inteligentného softvéru vám dáva možnosť syntetizovať vaše molekulárne potlačené polyméry s najefektívnejšími ultrazvukovými podmienkami. Optimálna sonikácia pre najlepšie výsledky polymerizácie!
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach. Vďaka tomu je ultrazvukové zariadenie Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na sonochemické procesy.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy môžu byť úplne lineárne škálované. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratórneho alebo stolového ultrazvuku, je možné škálovať na presne rovnaký výstup pomocou presne rovnakých procesných parametrov. Vďaka tomu je ultrazvuk ideálny na bezrizikové testovanie uskutočniteľnosti, optimalizáciu procesov a následnú implementáciu do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a dozviete sa, ako môže sonikácia zvýšiť výťažnosť a kvalitu MIP.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik uprednostňuje spoločnosť Hielscher pre svoje ultrazvukové procesory najvyššie štandardy kvality. Všetky ultrazvukové prístroje sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltowe neďaleko Berlína v Nemecku. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher z neho robí ťažného koňa vo vašej výrobe. Prevádzka 24/7 pri plnom zaťažení a v náročných prostrediach je prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných mixérov Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Ultrazvukový procesor Hielscher si môžete kúpiť v akejkoľvek inej veľkosti a presne nakonfigurovaný podľa požiadaviek vášho procesu. Od úpravy reaktantov v malej laboratórnej skúmavke až po kontinuálne prietokové miešanie polymérnych suspenzí na priemyselnej úrovni, Hielscher Ultrasonics vám ponúka vhodný ultrazvuk! Kontaktujte nás – Sme radi, že vám môžeme odporučiť ideálne ultrazvukové nastavenie!