Ultrazvočna sinteza molekularno vtisnjenih polimerov (MIP)
Molekularno vtisnjeni polimeri (MIP) so umetno oblikovani receptorji z vnaprej določeno selektivnostjo in specifičnostjo za dano biološko ali kemijsko strukturo molekule. Ultrasonication lahko izboljša različne poti sinteze molekularno vtisnjenih polimerov, zaradi česar je polimerizacija učinkovitejša in zanesljivejša.
Kaj so molekularno vtisnjeni polimeri?
Molekularno vtisnjeni polimer (MIP) so polimerni materiali z značilnostmi prepoznavanja, podobnimi protitelesom, ki so bili izdelani s tehniko molekularnega vtisa. Tehnika molekularnega vtisa proizvaja molekularno vtisnjen polimer glede na določeno ciljno molekulo. Molekularno vtisnjeni polimer ima v svoji polimerni matrici votline z afiniteto za specifično “predloga” molekula. Postopek običajno vključuje začetek polimerizacije monomerov v prisotnosti vzorčne molekule, ki se nato ekstrahira, pri čemer ostanejo komplementarne votline. Ti polimeri imajo afiniteto za prvotno molekulo in so bili uporabljeni v aplikacijah, kot so kemična ločevanja, kataliza ali molekularni senzorji. Molekularno vtisnjene molekule lahko primerjamo z molekularno ključavnico, ki se ujema z molekularnim ključem (tako imenovana vzorčna molekula). Za molekularno vtisnjene polimere (MIP) so značilna posebej prilagojena vezna mesta, ki se ujemajo z molekulami šablone po obliki, velikosti in funkcionalnih skupinah. "Ključavnica" – Ključ" omogoča uporabo molekularno vtisnjenih polimerov za različne aplikacije, kjer je določena vrsta molekule prepoznana in pritrjena na molekularno ključavnico, tj. molekularni vtisnjeni polimer.

Shematska slika prikazuje molekularno vtisno pot ciklodekstrinov za pripravo prilagojenih receptorjev.
Študija in slika: Hishiya et al. 2003
Molekularno vtisnjeni polimeri (MIP) imajo široko področje uporabe in se uporabljajo za ločevanje in čiščenje določenih bioloških ali kemičnih molekul, vključno z aminokislinami in beljakovinami, nukleotidnimi derivati, onesnaževali ter zdravili in hrano. Področja uporabe segajo od ločevanja in čiščenja do kemičnih senzorjev, katalitičnih reakcij, dostave zdravil, bioloških protiteles in receptorskih sistemov. (prim. Vasapollo et al. 2011)
Na primer, tehnologija MIP se uporablja kot tehnika mikroekstrakcije v trdni fazi za delovanje in čiščenje molekul, pridobljenih iz konoplje, kot sta CBD ali THC, iz ekstrakta celotnega spektra, da bi dobili kanabinoidne izolate in destilate.

UP400St – 400W zmogljiv ultrazvočni procesor za sonokemične aplikacije
Ultrazvočna sinteza molekularno vtisnjenih molekul
Glede na vrsto cilja (predloge) in končno uporabo MIP se lahko MIP sintetizirajo v različnih oblikah, kot so nano- in mikronski sferični delci, nanožice, nano-palice, nanofilamenti ali tanki filmi. Za izdelavo specifične oblike MIP se lahko uporabijo različne tehnike polimerizacije, kot so razsuti odtis, obarjanje, emulzijska polimerizacija, suspenzija, disperzija, geliranje in večstopenjska polimerizacija nabrekanja.
Uporaba nizkofrekvenčne, visoko intenzivne ultrazvoke ponuja zelo učinkovito, vsestransko in enostavno tehniko za sintezo polimernih nanostruktur.
Sonication prinaša več prednosti pri sintezi MIP v primerjavi s tradicionalnimi polimerizacijskimi procesi, saj spodbuja višje hitrosti reakcije, bolj homogeno rast polimerne verige, višje donose in blažje pogoje (npr. nizko reakcijsko temperaturo). Poleg tega lahko spremeni porazdelitev populacije vezavnega mesta in s tem morfologijo končnega polimera. (Svenson 2011)
Z uporabo sonokemične energije za polimerizacijo MIP se sprožijo polimerizacijske reakcije, na katere pozitivno vplivajo. Hkrati ultrazvočna obdelava spodbuja učinkovito razplinjevanje polimerne mešanice brez žrtvovanja vezavne sposobnosti ali togosti.
Ultrazvočna homogenizacija, disperzija in emulgiranje ponujajo vrhunsko mešanje in mešanje za oblikovanje homogenih suspenzij in za zagotavljanje iniciacijske energije za polimerizacijske procese. (2019) so raziskali potencial ultrazvočne sinteze MIP in navedli, da so "MIP pripravili ultrazvočno predstavljene vezavne lastnosti, podobne ali boljše od konvencionalnih metod".
Minimalne uvozne cene v nanoformatu odpirajo obetavne možnosti za izboljšanje homogenosti mest vezave. Ultrasonication je dobro znan po svojih izjemnih rezultatih pri pripravi nanodisperzij in nanoemulzij.
Ultrazvočna nano-emulzijska polimerizacija
MIP se lahko sintetizirajo z emulzično polimerizacijo. Emulzijska polimerizacija se običajno doseže z oblikovanjem emulzije olje v vodi z dodatkom površinsko aktivne snovi. Za oblikovanje stabilne, nano-velikosti je potrebna visoko zmogljiva tehnika emulgiranja. Ultrazvočna emulzifikacija je dobro uveljavljena tehnika za pripravo nano- in mini emulzij.
Preberite več o ultrazvočni nano-emulzifikaciji!

Ultrazvok lahko izboljša naslednje poti sinteze za proizvodnjo nanoMIP: polimerizacija s padanjem, polimerizacija emulzije in polimerizacija jedra.
Študija in slika: Refaat et al. 2019
Ultrazvočna ekstrakcija predloge
Po sintezi molekularno vtisnjenih polimerov je treba predlogo odstraniti z mesta vezave, da se dobi aktivni molekularno vtisnjeni polimer. Intenzivne mešalne sile ultrazvočnega razbijanja spodbujajo topnost, difuzivnost, prodiranje in transport molekul topila in šablone. S tem se predloge hitro odstranijo s strani za vezavo.
Ultrazvočno ekstrakcijo lahko kombiniramo tudi s Soxhletovo ekstrakcijo, da odstranite predlogo iz vtisnjenega polimera.
- Nadzorovana radikalna polimerizacija
- Polimerizacija s padavinami
- emulzijska polimerizacija
- Cepljenje nanodelcev jedra-lupine
- Ultrazvočna sinteza magnetnih delcev
- Fragmentacija agregiranih polimerov
- Ultrazvočna ekstrakcija predloge
Študije primerov: Ultrazvočne aplikacije za molekularno vtisnjene polimere
Ultrazvočna sinteza molekularno vtisnjenih polimerov
Inkapsulacija magnetnih nanodelcev s polimeri, vtisnjenimi z 17β-estradiolom, z uporabo ultrazvočne sinteze, doseže hitro odstranitev 17β-estradiola iz vodnih okolij. Za ultrazvočno sintezo nanoMIP je bila kot monomer uporabljena metakrilna kislina (MAA), etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) kot navzkrižni povezovalec in azobizizobutironitril (AIBN) kot iniciator. Postopek ultrazvočne sinteze je bil izveden 2 uri pri 65 ° C. Povprečni premeri velikosti delcev magnetnih NIP in magnetnih MIP so bili 200 oziroma 300 nm. Uporaba ultrazvoka ni samo povečala hitrosti polimerizacije in morfologije nanodelcev, temveč je privedla tudi do povečanja števila prostih radikalov in s tem olajšala rast MIP okoli magnetnih nanodelcev. Adsorpcijska zmogljivost do 17β-estradiola je bila primerljiva s tradicionalnimi pristopi. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]
Ultrazvok za molekularno vtisnjene senzorje
Yu et al. so zasnovali molekularno vtisnjen elektrokemični senzor, ki temelji na nikljevih nanodelcih, modificiranih elektrodah za določanje fenobarbitala. Elektrokemični senzor je bil razvit s toplotno polimerizacijo z uporabo metakrilne kisline (MAA) kot funkcionalnega monomera, 2,2-azobizizobutironitrila (AIBN) in etilen glikol maleinskega rosinata (EGMRA) akrilata kot sredstva za premreženje, fenobarbitalov (PB) kot vzorčne molekule in dimetil sulfoksida (DMSO) kot organskega topila. V postopku izdelave senzorja so 0,0464 g PB in 0,0688 g MAA zmešali v 3 ml DMSO in sonikirali 10 minut. Po 5 urah smo mešanici dodali 1,0244 g EGMRA in 0,0074 g AIBN in sonicirali 30 minut, da bi dobili polimerne raztopine, vtisnjene s PB. Po tem 10 μl 2,0 mg ml-1Ni raztopina nanodelcev je padla na površino GCE, nato pa je bil senzor posušen pri sobni temperaturi. Približno 5 μl pripravljene raztopine polimera, vtisnjene s PB, je bilo nato prevlečeno na Ni nanodelci modificiran GCE in vakuumsko sušeno pri 75 ° C 6 ur. Po toplotni polimerizaciji je bil vtisnjeni senzor 7 minut opran s HAc/metanolom (ocetna kislina) (prostorninsko razmerje, 3:7), da se odstranijo molekule šablone. (prim. Uygun et al. 2015)
Ultrazvočna mikroekstrakcija z uporabo MIP
Za pridobivanje analiz nikotinamida iz vzorcev se uporablja ultrazvočno podprta disperzivna mikroekstrakcija v trdni fazi, ki ji sledi UV-vis spektrofotometer (UA-DSPME-UV-vis). Za ekstrakcijo in predkoncentracijo nikotinamida (vitamin B3) so bili uporabljeni molekularno vtisnjeni polimeri na osnovi kovinskega organskega okvira (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

UIP4000hdT, 4000-vatni zmogljiv industrijski mešalnik z visoko strižno močjo za inline obdelavo
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za polimerne aplikacije
Od laboratorija do proizvodnje z linearno razširljivostjo: Posebej zasnovani molekularno vtisnjeni polimeri se najprej razvijejo in testirajo v majhnih laboratorijskih in namiznih merilih, da bi raziskali izvedljivost sinteze polimerov. Če sta bili doseženi izvedljivost in optimizacija minimalnih uvoznih cen, se proizvodnja minimalne uvozne cene poveča na večje količine. Ultrazvočne sintezne poti se lahko linearno razširijo od klopi do popolnoma komercialne proizvodnje. Hielscher Ultrasonics ponuja sonokemično opremo za sintezo polimerov v majhnih laboratorijskih in namiznih nastavitvah do popolnoma industrijskih ultrazvočnih sistemov za proizvodnjo 24/7 pri polni obremenitvi. Ultrazvočni se lahko linearno poveča od velikosti epruvete do velikih proizvodnih zmogljivosti tovornjakov na uro. Hielscher Ultrasonics obsežen portfelj izdelkov od laboratorijskih do industrijskih sonokemičnih sistemov ima najprimernejši ultrazvočni aparat za vašo predvideno procesno zmogljivost. Naše dolgoletno izkušeno osebje vam bo pomagalo od preskusov izvedljivosti in optimizacije procesa do namestitve vašega ultrazvočnega sistema na končni proizvodni ravni.
Hielscher Ultrasonics – Prefinjena sonokemična oprema
Portfelj izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten nabor visoko zmogljivih ultrazvočnih ekstraktorjev od majhnih do velikih. Dodatni dodatki omogočajo enostavno sestavljanje najprimernejše konfiguracije ultrazvočne naprave za vaš proces. Optimalna ultrazvočna nastavitev je odvisna od predvidene zmogljivosti, prostornine, materiala, šaržnega ali inline procesa in časovnice. Hielscher vam pomaga pri nastavitvi idealnega sonokemičnega procesa.
Paketno in v vrstici
Hielscher ultrazvočni aparati se lahko uporabljajo za serijsko in neprekinjeno pretočno obdelavo. Majhne in srednje velike količine se lahko priročno ultrazvočno razbijejo v šaržnem postopku (npr. viale, testi, epruvete, čaše, rezervoarji ali sodi). Za obdelavo velikih količin je lahko učinkovitejša ultrazvočna obdelava v liniji. Medtem ko je šaržiranje bolj časovno in delovno intenzivno, je neprekinjen postopek mešanja v liniji učinkovitejši, hitrejši in zahteva bistveno manj dela. Hielscher Ultrasonics ima najprimernejšo nastavitev ekstrakcije za vašo reakcijo polimerizacije in prostornino procesa.
Ultrazvočne sonde za vsako zmogljivost izdelka
Paleta izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav preko namiznih in pilotnih sistemov do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjakov na uro. Celotna paleta izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejšo ultrazvočno opremo za vaše polimere, procesne zmogljivosti in proizvodne cilje.
Ultrazvočni namizni sistemi so idealni za preskuse izvedljivosti in optimizacijo procesov. Linearno povečanje na podlagi uveljavljenih procesnih parametrov omogoča zelo enostavno povečanje predelovalnih zmogljivosti od manjših serij do popolnoma komercialne proizvodnje. Povečanje obsega se lahko izvede z namestitvijo močnejše ultrazvočne ekstraktorske enote ali vzporedno združevanjem več ultrazvočnih aparatov. S UIP16000 Hielscher ponuja najmočnejšo ultrazvočno enoto po vsem svetu.
Natančno nadzorovane amplitude za optimalne rezultate
Vsi Hielscher ultrazvočni aparati so natančno nadzorovani in s tem zanesljivi delovni konji v proizvodnji. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost sonokemičnih reakcij, vključno s polimerizacijskimi reakcijami in sinteznimi potmi.
Vsi Hielscher ultrazvočni’ Procesorji omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrode in pospeševalni rogovi so dodatki, ki omogočajo spreminjanje amplitude v še širšem obsegu. Hielscherjevi industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude in zagotovijo zahtevano ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje parametrov ultrazvočnega procesa s pametno programsko opremo vam omogočajo, da sintetizirate svoje molekularno vtisnjene polimere z najučinkovitejšimi ultrazvočnimi pogoji. Optimalna ultrazvočna razbijanje za najboljše rezultate polimerizacije!
Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zaradi tega je Hielscherjeva ultrazvočna oprema zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve sonokemičnega procesa.
Enostavno testiranje brez tveganja
Ultrazvočni procesi so lahko popolnoma linearno skalirani. To pomeni, da lahko vsak rezultat, ki ste ga dosegli z laboratorijskim ali namiznim ultrazvočnim aparatom, prilagodite na popolnoma enak izhod z uporabo popolnoma enakih procesnih parametrov. Zaradi tega je ultrazvok idealen za testiranje izvedljivosti brez tveganja, optimizacijo procesov in kasnejšo uvedbo v komercialno proizvodnjo. Kontaktirajte nas, če želite izvedeti, kako lahko ultrazvočna razbijanje poveča donos in kakovost MIP.
Najvišja kakovost – Zasnovano in izdelano v Nemčiji
Kot družinsko in družinsko podjetje Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrazvočni aparati so zasnovani, izdelani in temeljito preizkušeni na našem sedežu v Teltowu blizu Berlina v Nemčiji. Robustnost in zanesljivost Hielscherjeve ultrazvočne opreme je delovni konj v vaši proizvodnji. 24/7 delovanje pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost Hielscherjevih visoko zmogljivih mešalnikov.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
---|---|---|
1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Ultrazvočni procesor Hielscher lahko kupite v kateri koli različni velikosti in natančno konfiguriran glede na vaše zahteve procesa. Od obdelave reaktantov v majhni laboratorijski cevi do neprekinjenega pretočnega mešanja polimernih suspenzij na industrijski ravni, Hielscher Ultrasonics ponuja ustrezen ultrazvočni aparat za vas! Prosimo, kontaktirajte nas – Z veseljem vam priporočamo idealno ultrazvočno nastavitev!
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!

Ultrazvočni homogenizatorji visoke moči iz laboratorij k Pilot in industrijska lestvica.
Literatura / Reference
- 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.