Ugodna proizvodnja hidrogel prek ultrasonication
Sonication je zelo učinkovita, zanesljiva in preprosta tehnika za pripravo visoko zmogljivih hidrogelov. Ti hidrogeli ponujajo odlične lastnosti materiala, kot so absorpcijo zmogljivosti, viskoelastičnost, mehanska trdnost, kompresijo moduli, in samo-zdravilne funkcionalnosti.
Ultrazvočna polimerizacija in disperzija za proizvodnjo hidrogel
Hidrogeli so hidrofilna, tridimenzionalna polimerna omrežja, ki so sposobna absorbirati velike količine vode ali tekočin. Hidrogeli izkažejo izjemno oteklino. Skupni gradniki hidžela so polivinil alkohol, polietilen glikol, natrijev poliakrilat, akrilatni polimeri, karbomeri, polisaharidi ali polipeptidi z visokim številom hidrofilnih skupin ter naravne beljakovine, kot so kolagen, želatina in fibrin.
Tako imenovani hibridni hidrogeli so sestavljeni iz različnih kemično, funkcionalno in morfološko različnih materialov, kot so beljakovine, peptidi, ali nano- / mikrostrukture.
Ultrazvočna disperzija se pogosto uporablja kot zelo učinkovita in zanesljiva tehnika za homogenizacijo nano-materialov, kot so ogljikove nanocevke (CNT, MWCNTs, SWCNTs), celuloza nano-kristali, chitin nanofibres, titanijev dioksid, srebrni nanočestici, proteini i druge mikron- ali nanostrukture u polimernu matricu hidrogela. S tem je sonication glavno orodje za proizvodnjo visoko zmoglih hidrogelov z izjemnimi kakovostmi.
ultrazvočni UIP1000hdT s steklenim reaktorjem za sintezo hidrogelov
Kaj raziskave kažejo – Ultrazvočni hidrogel priprava
Najprej, ultrasonication spodbuja polimerizacijo in navzkrižno povezovanje reakcij med hidrogel tvorbo.
Drugič, ultrasonication je dokazano kot zanesljiva in učinkovita disperzija tehnike za proizvodnjo hidrogelov in nanokomponitnih hidrogelov.
Ultrazvočno navzkrižno povezovanje in polimerizacija hidrogelov
Ultrasonication pomaga tvorbo polimernih omrežij med hidrogel sintezo prek proste radikalne generacije. Intenzivni ultrazvočni valovi ustvarjajo akustično kavitacijo, ki povzroča visoko štrleče sile, molekularno omejevanje in svobodno radikalno nastanek.
Cass et al. (2010) je pripravil več "akrilnih hidrogelov so pripravili z ultrazvočno polimerizacijo vodo topnih monomerjev in makromonomov. Ultrazvok je bil uporabljen za ustvarjanje sprožilnih radikalov v viskoznih enomernih solucijah z uporabo aditivov glicerol, sorbitol ali glukoza v odprtem sistemu pri 37 °C. Vodotopni dodatki so bili bistveni za proizvodnjo hidrogel, glicerol je najučinkovitejši. Hidrogeli so bili pripravljeni iz monomerjev 2-hidroksietil metakrilata, poli(etilen glikol) dimetilakrilata, dektran metakrilata, akrilne kisline/etilen glikol dimetil dimetilakrilata in akrilamida/bis-akrilamida." [Cass et al. 2010] Ultrazvočna uporaba z ultrazvočno sondo se je ugotovila kot učinkovita metoda za polimerizacijo vodo topnih vinilnih monomerjev in posledične priprave hidrogelov. Ultrazvočno začeta polimerizacija se pojavi hitro v odsotnosti kemičnega pobudnika.
- nanodelci, npr.2
- ogljikove nanocevke (CNT)
- celulozni nanokritistali (CNC)
- celuloza nanofibrili
- gumi, npr. xanthan, žvečilni žvečilni gumi
- Beljakovine
Preberite več o ultrazvočni sintezi nanokomponitnih hidrogelov in nanogelov!
Tvorb hidrogela z ultrazvočno podprto gelacijo z uporabo Ultrasonicator UP100H (Študija in film: Rutgeerts et al., 2019)
SEM poli(hidrogel akrilamid-koitakonske kisline, ki vsebuje MWCNT. MWCNT so bili ultrazvočno razpršeni z ultrazvočnim UP200S.
študija in slika: Mohammadinezhada et al., 2018
Izdelava poli(akrilamid-koitakonska kislina) – MWCNT Hydrogel z uporabo Sonication
Mohammadinezhada et al. (2018) je uspešno proizvajal superabsorbentni hidrogelski komposit, ki vsebuje poli(akrilamid-koitakonsko kislino) in večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT). Ultrasonikacijo so izvedli z ultrazvočno napravo Hielscher UP200S. Stabilnost hidrogela se je povečala z naraščajočimi razmerji MWCNT, kar bi lahko pripisali hidrofobni naravi MWCNT in povečanju gostote križanja. Zmogljivost zadrževanja vode (WRC) hidrogela P(AAm-co-IA) se je povečala tudi v prisotnosti MWCNT (10 wt%). V tej študiji so bili učinki ultrasonikacije ocenjeni kot superiorni glede enotne porazdelitve ogljikovih nanocevk na površini polimera. MWCNT so bili brez prekinitve v polimerni strukturi neokuženi. Poleg tega se je povečala trdnost pridobljenega nanokomponita in njegova zmogljivost zadrževanja vode ter absorpcija drugih topnih materialov, kot je Pb (II). Sonication zlomil pobudnik in razpršil MWCNTs kot odlično polnilo v polimernih verigah pod naraščajočo temperaturo.
Raziskovalci ugotavljajo, da teh "reakcijskih pogojev ni mogoče doseči s konvencionalnimi metodami, homogenosti in dobre disperzije delcev v gostitelja pa ni mogoče doseči. Poleg tega proces sonication ločuje nanodelce na en delec, medtem ko mešanje ne more storiti tega. Drug mehanizem za zmanjšanje velikosti je učinek močnih akustičnih valov na sekundarne vezi, kot je vezava vodika, ki to obsevanje prelomi H-vezavo delcev, in nato disociira združene delce in poveča število prostih adsorptivnih skupin, kot sta -OH in dostopnost. Tako to pomembno dogaja, naredi sonication proces kot vrhunsko metodo nad drugimi, kot magnetno mešanje, ki se uporablja v literaturi." [Mohammadinezhada et al., 2018]
Ultrasonicatorji visoke zmogljivosti za hidrogel sintezo
Hielscher Ultrasonics proizvaja visokozmogično ultrazvočno opremo za sintezo hidrogelov. Iz majhnih in srednjih velikosti R&D in pilot ultrasonicators industrijskih sistemov za komercialno hidrogel proizvodnjo v neprekinjenem načinu, Hielscher Ultrasonics ima vaše zahteve za proces zajeti.
Ultrasonicatorji industrijskega razreda lahko dostavijo zelo visoke amplitude, ki omogočajo zanesljive navzkrižne reakcije in polimerizacije ter enotno disperzijo nano delcev. Amplitude do 200μm je mogoče enostavno neprekinjeno izvajati v operaciji 24/7/365. Za še višje amplitude so na voljo prilagojeni ultrazvočni sonotrodi.
- visoka učinkovitost
- Najmotejša tehnologija
- zanesljivost & robustnost
- serije & v vrsti
- za vsako količino
- Inteligentna programska oprema
- pametne funkcije (npr. protokoliranje podatkov)
- CIP (čisto mesto)
Danes nas prosite za dodatne tehnične informacije, cene in nesoobvezno kotacijo. Naše dolgotrajno izkušeno osebje se z veseljem posvetuje z vami!
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:
| serija Volume | Pretok | Priporočena naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| ni podatkov | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| ni podatkov | večja | gruča UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!
Kompaktni SonoStation združuje 38 litrov vznemirjenega rezervoarja z nastavljivo progresivno votlino črpalko, ki lahko napolni 3 litre na minuto v enega ali dva reaktorja ultrazvočnih pretoknih celic.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za mešanje aplikacij, disperzijo, emulgiranje in ekstrakcijo na lab, pilot in industrijske lestvice.
Dejstva je treba vedeti
Za kaj se uporablja hydrogels?
Hidrogeli se uporabljajo v številnih panogah, kot so farmacevtska zdravila za dostavo zdravil (npr. časovno sproščena, peroralna, intravenska, aktualna ali rektalna dostava zdravil), zdravila (npr. kot odra v tkivnem inženiringu, Implantati za dojke, biomehanički material, preljevi za rane), kozmetički proizvodi, proizvodi za negu (npr. kontaktna leča, plenene, sanitarne prsle), kmetijstvo (npr. za formulacije pesticida, granule za držanje vlage u tla u sušnim predelom), materialna raziskovanja u funkcijskim polimerama (npr. eksploziv vodenih gelova , enkapsulacija kvantnih točk, termodinamična proizvodnja električne energije), zalivanje premoga, umetni sneg, aditivi za živila in drugi izdelki (npr. lepilo).
Razvrstitev hidrogelov
Kadar je razvrstitev hidrogelov narejena glede na njihovo fizično strukturo, je mogoče razvrstiti na naslednji način:
- amorfni (nekristalni)
- semicrystalline: Kompleksna mešanica amorfnih in kristalnih faz
- Kristalna
Ko se osredotočimo na polimerno sestavo, se hidrogeli lahko razvrstijo tudi v naslednje tri kategorije:
- homopolimerni hidrogeli
- kopolimerni hidrogeli
- večpolimerni hidrogeli / HIDROGELI IPN
Na podlagi vrste križanja se hidrogeli razvrščajo v:
- kemično čezmejna omrežja: stalna križišča
- fizično čezmejna omrežja: prehodna križišča
Fizični videz vodi do razvrščanja v:
- Matrix
- film
- mikrosfera
Razvrstitev na podlagi električnega naboja omrežja:
- neionsko (nevtralno)
- ionsko (vključno z anionskim ali kcationskim)
- amhoterski elektrolit (amnolitik)
- zwitterionic (polibetaini)
Literatura/reference
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Ultrazvočne visoke zmogljivosti! Hielscherjeva paleta izdelkov zajema celoten spekter od kompaktnega laboratorijskega ultrazvočnikatorja nad enotami na vrhu klopi do polnoindustrijskih ultrazvočnih sistemov.