Ultrazvuková syntéza molekulárne potlačených polymérov (MPP)

Molekulárne potlačené polyméry (MPP) sú umelo navrhnuté receptory s vopred určenou selektivitou a špecifickosťou pre danú biologickú alebo chemickú štruktúru molekúl. Ultrazvukom môže zlepšiť rôzne syntézne dráhy molekulárne potlačených polymérov, takže polymerizácia efektívnejšie a spoľahlivejšie.

Čo sú molekulárne potlačené polyméry?

Molekulárne potlačený polymér (MIP) sú polymérne materiály s vlastnosťami rozpoznávania podobné protilátkami, ktoré boli vyrobené pomocou molekulárnej techniky potlače. Molekulárna imprintačná technika produkuje molekulárne potlačený polymér, pokiaľ ide o špecifickú cieľovú molekulu. Molekulárne potlačený polymér má dutiny vo svojej polymérovej matrici s afinitou k špecifickým “Šablóny” Molekuly. Tento proces zvyčajne zahŕňa začatie polymerizácie monomérov v prítomnosti molekuly šablóny, ktorá sa extrahuje potom, zanechávajúc po sebe doplnkové dutiny. Tieto polyméry majú afinitu k pôvodnej molekule a boli použité v aplikáciách, ako sú chemické separácie, katalýza alebo molekulárne senzory. Molekulové potlačené molekuly možno porovnať s molekulárnym zámkom, ktoré sa zhoduje s molekulárnym kľúčom (takzvaná molekula šablóny). Molekulárne potlačené polyméry (MPP) sú charakterizované špecificky prispôsobenými väzbami, ktoré zodpovedajú molekulám šablóny v tvare, veľkosti a funkčných skupinách. "Zámok – funkcia kľúča" umožňuje používať molekulárne potlačené polyméry pre rôzne aplikácie, kde je rozpoznaný špecifický typ molekuly a pripojený k molekulárnej zámka, t. j. molekulárny potlačený polymér.

Schematická ilustrácia ukazuje molekulárnu imprintovatú cestu cyklodextrínov na prípravu receptorov na mieru.
Štúdium a obrázok: Hishiya et al. 2003

Molekulárne potlačené polyméry (MPP) majú širokú škálu aplikácií a používajú sa na oddelenie a čistenie špecifikovaných biologických alebo chemických molekúl vrátane aminokyselín a bielkovín, nukleotidových derivátov, znečisťujúcich látok, ako aj liekov a potravín. Oblasti aplikácie siahajú od separácie a čistenia až po chemické senzory, katalytické reakcie, náučné, biologické protilátky a receptorové systémy. (porovnaj Vasapollo a kol. 2011)
Napríklad technológia MP sa používa ako technika mikro extrakcie s pevnou fázou na prevádzku a čistenie molekúl odvodených z kanabisu, ako sú CBD alebo THC, z extraktu celého spektra s cieľom získať kanabinoidné izoláty a destiláty.

Ultrazvuková syntéza molekulárne potlačených molekúl

V závislosti od typu cieľa (šablóny) a konečnej aplikácie MMI môžu MPP syntetizovať v rôznych formátoch, ako sú sférické častice veľkosti nano- a mikrónov, nanočne, nanodrúty, nanovlákny alebo tenké fólie. Na vytvorenie špecifickej formy MK sa môžu použiť rôzne polymerizačné techniky, ako je hromadná potlač, zrážanie, polymerizácia emulzie, suspenzia, disperzia, želatína a polymerizácia s viacerými krokmi.
Aplikácia nízkofrekvenčných ultrazvukov s vysokou intenzitou ponúka vysoko účinnú, všestrannú a jednoduchú techniku na syntézu polymérnych nanoštruktúr.
Ultrazvukom prináša niekoľko výhod v syntéze MIP v porovnaní s tradičnými polymerizačnými procesmi, pretože podporuje vyššiu reakčné sadzby, homogénnejší rast polymérového reťazca, vyššie výnosy a miernejšie podmienky (napr. nízka teplota reakcie). Okrem toho môže zmeniť rozloženie populácie v mieste väzby, a tým aj morfológiu konečného polyméru. (Svenson 2011)
Použitím sonochemickej energie na polymerizáciu MMI sa iniciujú polymerizačné reakcie a sú pozitívne ovplyvnené. Súčasne sonikácia podporuje účinné odplynenie polymérovej zmesi bez obetovania viazanosti alebo tuhosti.
Ultrazvuková homogenizácia, dispergácia a emulgácia ponúka vynikajúce miešanie a miešanie na vytvorenie homogénnych suspenzií a poskytnutie iniciačnej energie pre polymerizačné procesy. Viveiros et al. (2019) skúmal potenciál ultrazvukovej syntézy MIP a uviedla, že "MMI pripravené ultrazvukom prezentovali záväzné vlastnosti podobné alebo lepšie ako konvenčné metódy".
MPP v nanoformáte otvárajú sľubné možnosti na zlepšenie homogénnosti záväzných lokalít. Ultrazvukom je dobre známy pre svoje výnimočné výsledky v príprave nanodisperzií a nanoemulsions.

Ultrazvuková nano-emulzná polymerizácia

MMI môžu byť syntetizované emulzou polymerizácie. Polymerizácia emulzie sa bežne dosahuje vytvorením emulzie oleja vo vode pridaním povrchovo aktívnej látky. Na vytvorenie stabilnej, nano-veľkosti je potrebná vysokovýkonná emulgačná technika. Ultrazvuková emulgácia je osvedčujúca technika na prípravu nano- a mini-emulzií.
Prečítajte si viac o ultrazvukovom nano-Emulgácii!

Ultrazvukový môže zlepšiť nasledujúce syntézne cesty pre výrobu nanoMIP: zrážanie polymerizácie, polymerizácia emulzie, a core-shell polymerizácie.
Štúdia a obraz: Refaat a kol. 2019

Ultrazvuková extrakcia šablóny

Po syntéze molekulárne potlačených polymérov sa šablóna musí odstrániť z miesta väzby, aby sa získal aktívny molekulárne potlačený polymér. Intenzívne miešanie sily ultrazvukom podporovať rozpustnosť, difúzivitu, penetráciu a prepravu rozpúšťadiel a šablón molekúl. Tým sa šablóny rýchlo odstránia z záväzných lokalít.
Ultrazvuková extrakcia môže byť tiež kombinovaná s extrakciou Soxhlet na odstránenie šablóny z potlačených polymérov.

Prípadové štúdie: Ultrazvukové aplikácie pre molekulárne potlačené polyméry

Ultrazvuková syntéza molekulárne potlačených polymérov

Zapuzdrenie magnetických nanočastík polymérmi s potlačou 17β-estradiolu pomocou ultrazvukovej syntézy dosahuje rýchle odstránenie 17β-estradiolu z vodnom prostredí. Na ultrazvukovú syntézu nanoMIPs sa ako monomér, etylénglykol-dimetylakrylát (EGDMA) ako krížový skrížený a azobisisobutyronitrile (AIBN) použil ako iniciátor. Ultrazvuková syntéza postup bol vykonaný pre 2h pri 65ºC. Priemerné priemery veľkosti častíc magnetických NIP a magnetických MMI boli 200 a 300 nm. Použitie ultrazvuku nielenže zvýšilo polymerizáciu a morfológiu nanočastín, ale tiež viedlo k zvýšeniu počtu voľných radikálov, a tým uľahčilo rast MIP okolo magnetických nanočastín. Adsorpcia kapacita smerom k 17β-estradiolu bola porovnateľná s tradičnými prístupmi. [Xia et al. 2012 / Viveiro a kol. 2019]

Ultrazvukom pre molekulárne potlačené senzory

Yu et al. navrhol molekulárne potlačený elektrochemický snímač založený na elektródach modifikovaných niklom nanočasticami na fenobarbitálne stanovenie. Hlásený elektrochemický snímač bol vyvinutý tepelnou polymerizáciou s použitím kyseliny metakrylovej (MAA) ako funkčného monoméru, 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) a etylénglykol-maleín-rosinát (EGMRA) akrylát ako skrížené činidlo, fenobarbitals (PBs) ako molekula šablóny a dimetylsulfoxid (DMSO) ako organické rozpúšťadlo. Vo procese výroby snímača sa 0,0464 g PB a 0,0688 g MAA zmiešali v 3 ml DMSO a sonikovali 10 min. Po 5 h sa do zmesi pridalo 1,0244 g EGMRA a 0,0074 g AIBN a na získanie polymérnych roztokov s potlačou PB 30 minút. Potom 10 μl 2,0 mg ml^-1.Ni nanočasticový roztok spadol na povrch GCE a potom sa senzor vysušil pri izbovej teplote. Približne 5 μl pripraveného polymérového roztoku s potlačou PB bolo potom potiahnutých na GCE modifikovanom nanočasticami Ni a vákuovo vysušených pri teplote 75°C počas 6 hodín. Po tepelnej polymerizácii bol potlačený snímač premytý (kyselinou octovou) HAc/metanolom (pomer objemu, 3:7) počas 7 minút, aby sa odstránili molekuly šablóny. (porovnaj Uygun a kol. 2015)

Ultrazvuková mikro extrakcia pomocou MMI

Na obnovenie analýz nikotínamidu zo vzoriek sa aplikuje ultrazvukom asistovaná disperzná hmotnostná fáza mikroextrakcia, po ktorej nasleduje UV-vis spektrofotometer (UA-DSPME-UV-vis). Na extrakciu a predkoncentráciu nikotínamidu (vitamín B3) sa použili metalové organické polyméry hkust-1 (MOF) založené na molekulárnej potlači. (Asfaram a kol. 2017)

Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia pre polymérové aplikácie

Od laboratória k výrobe s lineárnou škálovateľnosťou: Špeciálne navrhnuté molekulárne potlačené polyméry sú najprv vyvinuté a testované na malom laboratóriu a bench-top stupnici, aby sa preskúmala uskutočniteľnosť syntézy polyméru. Ak sa dosiahne uskutočniteľnosť a optimalizácia MMI, výroba MK sa zrýchli na väčšie objemy. Ultrazvukové syntézy trasy môžu byť všetky lineárne zmenšený z bench-top na plne komerčnú výrobu. Hielscher Ultrazvukom ponúka sonochemické zariadenia pre syntézu polymérov v malých laboratóriách a bench-top nastavenia až do plne priemyselných inline ultrazvukové systémy pre 24 / 7 výroby pri plnom zaťažení. Ultrazvukový môže byť lineárne zmenšený z veľkosti skúmavky na veľké výrobné kapacity nákladných vozidiel za hodinu. Hielscher Ultrazvukom rozsiahle produktové portfólio z laboratória do priemyselných sonochemických systémov má najvhodnejší ultrasonicator pre vašu predpokladanú kapacitu procesu. Naši dlhoroční skúsení zamestnanci vám pomôžu od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesu až po inštaláciu ultrazvukového systému na konečnú úroveň výroby.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované sonochemické zariadenia

Produktové portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov od malých až po veľké. Ďalšie príslušenstvo umožňuje jednoduchú montáž najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre váš proces. Optimálne ultrazvukové nastavenie závisí od predpokladanej kapacity, objemu, materiálu, dávkového alebo inline procesu a časovej osi. Hielscher vám pomôže nastaviť ideálny sonochemický proces.

Dávkové a vnorené

Hielscher ultrasonicators môžu byť použité pre dávkové a kontinuálne flow-through spracovanie. Malé a stredne veľké objemy môžu byť pohodlne sonikované v dávkovom procese (napr. injekčné liekovky, testy, skúmavky, zobáky, nádrže alebo sudy). Pri spracovaní veľkého objemu môže byť inline ultrazvukom účinnejšia. Zatiaľ čo dávkovanie je časovo náročnejšie a náročnejšie na pracovnú silu, kontinuálny proces inline miešania je účinnejší, rýchlejší a vyžaduje si výrazne menej práce. Hielscher Ultrazvukom má najvhodnejšie extrakčné nastavenie pre vaše polymerizačné reakcie a objem procesu.

Ultrazvukové sondy pre každú kapacitu produktu

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukom cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou na spracovanie nákladu za hodinu. Kompletný sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejšie ultrazvukové zariadenia pre vaše polyméry, kapacitu procesu a výrobné ciele.
Ultrazvukové stolové systémy sú ideálne pre testy uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárny rozsah založený na stanovených parametroch procesu veľmi uľahčuje zvýšenie spracovateľských kapacít z menších častí na plne komerčnú výrobu. Up-škálovanie možno vykonať buď inštaláciou silnejší ultrazvukový odsávač jednotky alebo zoskupovanie niekoľkých ultrasonicators paralelne. S UIP16000, Hielscher ponúka najvýkonnejší ultrazvukové jednotky po celom svete.

Presne ovládateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky Hielscher ultrazvukom sú presne kontrolovateľné 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 Hielscher ultrazvukom’ procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie rohy sú príslušenstvo, ktoré umožňuje modifikovať amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a dodať požadovanú ultrazvukovú intenzitu pre náročné aplikácie. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7.
Presné nastavenia amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu prostredníctvom inteligentného softvéru vám poskytujú možnosť syntetizovať molekulárne potlačené polyméry s najúčinnejšími ultrazvukovým stavom. Optimálna sonikácia pre najlepšie výsledky polymerizácie!
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje nepretržitú prevádzku v náročných a náročných prostrediach. Vďaka tomu je ultrazvukové zariadenie spoločnosti Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na sonochemický proces.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy môžu byť úplne lineárne zmenšené. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratória alebo bench-top ultrasonicator, môže byť zmenšený na presne rovnaký výstup pomocou presne rovnakých parametrov procesu. Vďaka tomu je ultrazvukom ideálny pre bezrizikové testovanie uskutočniteľnosti, optimalizáciu procesov a následnú implementáciu do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a zistite, ako môže ultrazvukom zvýšiť výnos a kvalitu MP.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik Hielscher uprednostňuje najvyššie štandardy kvality pre svoje ultrazvukové procesory. Všetky ultrasonicators sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltow neďaleko Berlína, Nemecko. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher je, aby to pracovný kôň vo vašej výrobe. Prevádzka 24 hodín denne a 7 hodín denne, 7 hodín denne a je v náročných prostrediach prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných miešačiek Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Môžete si kúpiť Hielscher ultrazvukový procesor v akejkoľvek inej veľkosti a presne nakonfigurovaný podľa vašich požiadaviek na proces. Od liečby reaktantov v malej laboratórnej trubici až po kontinuálne prietokové miešanie polymérnych kalov na priemyselnej úrovni, Hielscher Ultrazvukom ponúka vhodný ultrazvuk pre vás! Prosím, kontaktujte nás – Radi Vám odporučíme ideálne ultrazvukové nastavenie!