Ултразвучна синтеза полимера са молекуларним отиском (MIPs)

Полимери са молекуларним отиском (MIPs) су вештачки осмишљени рецептори са унапред одређеном селективношћу и специфичношћу за дату структуру биолошког или хемијског молекула. Ултразвучна обрада може побољшати различите путеве синтезе полимера са молекуларним отиском, чинећи полимеризацију ефикаснијом и поузданијом.

Шта су полимери са молекуларним отиском?

Полимер са молекуларним отиском (MIP) је полимерни материјал са својствима препознавања сличним онима код антитела, произведен техником молекуларног утискивања. Техником молекуларног утискивања производи се полимер са молекуларним отиском прилагођен одређеном циљном молекулу. Полимер са молекуларним отиском има шупљине у својој полимерној матрици са афинитетом према одређеном молекулу „шаблона“. Поступак обично подразумева иницирање полимеризације мономера у присуству молекула шаблона, који се накнадно екстрахује, остављајући за собом комплементарне шупљине. Ови полимери имају афинитет према првобитном молекулу и коришћени су у применама као што су хемијско раздвајање, катализа или молекуларни сензори. Молекули са молекуларним отиском могу се упоредити са молекуларном бравом која одговара молекуларном кључу (такозваном молекулу шаблона). Полимере са молекуларним отиском (MIPs) одликују посебно прилагођена места везивања која по облику, величини и функционалним групама одговарају молекулима шаблона. Својство „брава – кључ“ омогућава употребу полимера са молекуларним отиском у различитим применама у којима се одређени тип молекула препознаје и везује за молекуларну браву, односно полимер са молекуларним отиском.

Шематски приказ показује пут молекуларног утискивања циклодекстрина за припрему прилагођених рецептора.
Студија и слика: Hishiya et al. 2003

Полимери са молекуларним отиском (MIPs) имају широку област примене и користе се за раздвајање и пречишћавање одређених биолошких или хемијских молекула, укључујући аминокиселине и протеине, деривате нуклеотида, загађујуће материје, као и лекове и храну. Области примене обухватају раздвајање и пречишћавање, хемијске сензоре, каталитичке реакције, испоруку лекова, биолошка антитела и рецепторске системе. (уп. Vasapollo et al. 2011)
На пример, MIP технологија се користи као техника микроекстракције на чврстој фази за обраду и пречишћавање молекула пореклом из канабиса, као што су CBD или THC, из екстракта пуног спектра ради добијања канабиноидних изолата и дестилата.

Ултразвучна синтеза молекула са молекуларним отиском

У зависности од типа циљног молекула (шаблона) и коначне примене MIP-а, MIP-ови се могу синтетисати у различитим облицима, као што су сферне честице нанометарских и микрометарских димензија, наножице, наноштапићи, нановлакна или танки филмови. За добијање одређеног облика MIP-а могу се применити различите технике полимеризације, као што су утискивање у маси, преципитација, емулзиона полимеризација, суспензија, дисперзија, гелирање и вишестепена полимеризација уз бубрење.
Примена ултразвука ниске фреквенције и високог интензитета пружа високо ефикасну, свестрану и једноставну технику за синтезу полимерних наноструктура.
У поређењу са традиционалним процесима полимеризације, соникација доноси неколико предности у синтези MIP-ова јер подстиче веће брзине реакције, равномернији раст полимерних ланаца, веће приносе и блаже услове (нпр. ниску температуру реакције). Осим тога, може променити расподелу популације везивних места, а тиме и морфологију коначног полимера. (Svenson 2011)
Применом сонохемијске енергије при полимеризацији MIP-ова покрећу се реакције полимеризације и на њих се позитивно утиче. Истовремено, соникација подстиче ефикасно уклањање гасова из полимерне смеше без смањења капацитета везивања или крутости.
Ултразвучна хомогенизација, дисперговање и емулговање обезбеђују врхунско мешање и интензивно кретање смеше ради формирања хомогених суспензија и обезбеђивања енергије за иницирање процеса полимеризације. Viveiros et al. (2019) истраживали су потенцијал ултразвучне синтезе MIP-ова и наводе да су „MIP-ови припремљени ултразвуком показали својства везивања слична или супериорна у односу на она добијена конвенционалним методама“.
MIP-ови нанометарских димензија отварају обећавајуће могућности за побољшање хомогености везивних места. Ултразвучна обрада је добро позната по изузетним резултатима у припреми нанодисперзија и наноемулзија.

Ултразвучна наноемулзиона полимеризација

MIP-ови се могу синтетисати емулзионом полимеризацијом. Емулзиона полимеризација се обично остварује формирањем емулзије уља у води уз додавање површински активне материје. За формирање стабилне емулзије нанометарских димензија потребна је техника емулговања високих перформанси. Ултразвучно емулговање је добро утврђена техника за припрему наноемулзија и миниемулзија.
Прочитајте више о ултразвучном наноемулговању!

Ултразвук може побољшати следеће поступке синтезе за производњу nanoMIP-ова: преципитациону полимеризацију, емулзиону полимеризацију и полимеризацију структура језгро–омотач.
Студија и слика: Refaat et al. 2019

Ултразвучна екстракција шаблона

Након синтезе молекулски утиснутих полимера, шаблон се мора уклонити из везивног места како би се добио активан молекулски утиснути полимер. Интензивне силе мешања током соникације подстичу растворљивост, дифузивност, продирање и транспорт молекула растварача и шаблона. Тиме се шаблони брзо уклањају из везивних места.
Ултразвучна екстракција може се комбиновати и са Сокслетовом екстракцијом ради уклањања шаблона из утиснутог полимера.

Студије случаја: примена ултразвука за молекулски утиснуте полимере

Ултразвучна синтеза молекулски утиснутих полимера

Инкапсулација магнетних наночестица полимерима са молекулским отиском 17β-естрадиола применом ултразвучног поступка синтезе омогућава брзо уклањање 17β-естрадиола из водених средина. За ултразвучну синтезу nanoMIP полимера коришћени су метакрилна киселина (MAA) као мономер, етиленгликол-диметакрилат (EGDMA) као средство за умрежавање и азобисизобутиронитрил (AIBN) као иницијатор. Поступак ултразвучне синтезе спровођен је током 2h на 65ºC. Просечни пречници честица магнетних NIP и магнетних MIP полимера износили су 200 и 300 nm, редом. Примена ултразвука не само да је побољшала брзину полимеризације и морфологију наночестица већ је довела и до повећања броја слободних радикала, чиме је олакшан раст MIP полимера око магнетних наночестица. Адсорпциони капацитет за 17β-естрадиол био је упоредив са оним који се постиже традиционалним приступима. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ултразвук за сензоре са молекулским отиском

Yu и сарадници осмислили су електрохемијски сензор са молекулским отиском заснован на електродама модификованим наночестицама никла за одређивање фенобарбитала. Описани електрохемијски сензор развијен је термичком полимеризацијом уз употребу метакрилне киселине (MAA) као функционалног мономера, 2,2-азобисизобутиронитрила (AIBN) и акрилата етиленгликол-малеинског розината (EGMRA) као средства за умрежавање, фенобарбитала (PBs) као молекула шаблона и диметил-сулфоксида (DMSO) као органског растварача. У поступку израде сензора, 0,0464g PB и 0,0688g MAA помешано је у 3 mL DMSO и третирано ултразвуком током 10 min. После 5 h, у смешу је додато 1,0244g EGMRA и 0,0074g AIBN, након чега је смеша третирана ултразвуком током 30 min ради добијања раствора полимера са отиском PB. Након тога је 10 μL раствора наночестица Ni концентрације 2,0 mg mL^-1 накапано на површину GCE, а затим је сензор осушен на собној температури. Потом је приближно 5 μL припремљеног раствора полимера са отиском PB нанесено на GCE модификовану наночестицама Ni и сушено под вакуумом на 75◦C током 6 h. Након термичке полимеризације, сензор са молекулским отиском испиран је смешом (сирћетна киселина) HAc/метанол (запремински однос, 3:7) током 7 min ради уклањања молекула шаблона. (уп. Uygun et al. 2015)

Ултразвучна микроекстракција помоћу MIP полимера

За издвајање аналита никотинамида из узорака примењује се дисперзивна микроекстракција на чврстој фази потпомогнута ултразвуком, праћена мерењем UV-vis спектрофотометром (UA-DSPME-UV-vis). За екстракцију и предконцентрисање никотинамида (витамина B3) коришћени су полимери са молекулским отиском засновани на метално-органској мрежи (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

Ултразвучни уређаји високих перформанси за примене са полимерима

Од лабораторије до производње уз линеарно повећање размера: Наменски пројектовани полимери са молекулским отиском најпре се развијају и испитују у малим лабораторијским размерама и на стоним системима како би се испитала изводљивост синтезе полимера. Када се потврди изводљивост и спроведе оптимизација MIP полимера, њихова производња се повећава на веће запремине. Сви ултразвучни поступци синтезе могу се линеарно повећавати од стоних система до потпуно комерцијалне производње. Hielscher Ultrasonics нуди сонохемијску опрему за синтезу полимера, од малих лабораторијских и стоних система до потпуно индустријских ултразвучних система у проточној линији за производњу 24/7 под пуним оптерећењем. Ултразвучна обрада може се линеарно повећавати од размера епрувете до великих производних капацитета који одговарају камионским товарима на сат. Обиман асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics, од лабораторијских до индустријских сонохемијских система, обухвата најпогоднији ултразвучни уређај за ваш предвиђени процесни капацитет. Наше особље са дугогодишњим искуством помоћи ће вам од испитивања изводљивости и оптимизације процеса до уградње вашег ултразвучног система у коначном производном обиму.

Hielscher Ultrasonics – Напредна сонохемијска опрема

Портфолио производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата целокупан асортиман ултразвучних екстрактора високих перформанси, од малих до великих размера. Додатни прибор омогућава лако састављање конфигурације ултразвучног уређаја која је најпогоднија за ваш процес. Оптимална ултразвучна поставка зависи од предвиђеног капацитета, запремине, материјала, шаржног или линијског процеса и временског оквира. Hielscher вам помаже да успоставите идеалан сонохемијски процес.

Шаржна и линијска обрада

Ултразвучни уређаји компаније Hielscher могу се користити за шаржну и континуалну проточну обраду. Мале и средње запремине могу се практично обрађивати ултразвуком у шаржном процесу (нпр. у бочицама, епруветама, лабораторијским чашама, резервоарима или бурадима). За обраду великих запремина, линијска ултразвучна обрада може бити ефикаснија. Док шаржна обрада захтева више времена и рада, континуални процес линијског мешања је ефикаснији, бржи и захтева знатно мање рада. Hielscher Ultrasonics има најпогоднију поставку за екстракцију за вашу реакцију полимеризације и запремину која се обрађује.

Ултразвучне сонде за сваки производни капацитет

Асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата целокупан спектар ултразвучних процесора, од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја, преко стоних и пилот-система, до потпуно индустријских ултразвучних процесора са капацитетом обраде камионских товара на сат. Комплетан асортиман производа омогућава нам да вам понудимо најпогоднију ултразвучну опрему за ваше полимере, капацитет процеса и производне циљеве.
Стони ултразвучни системи идеални су за испитивања изводљивости и оптимизацију процеса. Линеарно повећање размера на основу утврђених параметара процеса омогућава веома лако повећање капацитета обраде од мањих серија до производње у пуном комерцијалном обиму. Повећање размера може се постићи уградњом снажније ултразвучне екстракционе јединице или паралелним повезивањем више ултразвучних уређаја у групу. Са уређајем UIP16000, Hielscher нуди најснажнију ултразвучну јединицу на свету.

Прецизно подесиве амплитуде за оптималне резултате

Сви ултразвучни уређаји компаније Hielscher могу се прецизно контролисати и стога су поуздани ослонци у производњи. Амплитуда је један од кључних параметара процеса који утичу на ефикасност и делотворност сонохемијских реакција, укључујући реакције полимеризације и поступке синтезе.
Сви процесори компаније Hielscher Ultrasonics омогућавају прецизно подешавање амплитуде. Сонотроде и појачивачи амплитуде су прибор који омогућава промену амплитуде у још ширем опсегу. Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher могу да постигну веома високе амплитуде и обезбеде потребан интензитет ултразвука за захтевне примене. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7.
Прецизно подешавање амплитуде и стално праћење параметара ултразвучног процеса помоћу паметног софтвера омогућавају вам да синтетишете своје молекулски утиснуте полимере у најделотворнијим ултразвучним условима. Оптимална ултразвучна обрада за најбоље резултате полимеризације!
Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 под великим оптерећењем и у захтевним окружењима. То ултразвучну опрему компаније Hielscher чини поузданим радним алатом који испуњава захтеве вашег сонохемијског процеса.

Лако испитивање без ризика

Ултразвучни процеси могу се у потпуности линеарно увећавати. То значи да се сваки резултат који сте постигли помоћу лабораторијског или стоног ултразвучног уређаја може пренети на веће размере уз потпуно исти исход и примену потпуно истих параметара процеса. То ултразвучну обраду чини идеалном за испитивање изводљивости без ризика, оптимизацију процеса и накнадно увођење у комерцијалну производњу. Контактирајте нас да бисте сазнали како ултразвучна обрада може повећати принос и квалитет ваших молекулски утиснутих полимера (MIP).

Највиши квалитет – пројектовано и произведено у Немачкој

Као породично предузеће којим управља породица, Hielscher даје приоритет највишим стандардима квалитета својих ултразвучних процесора. Сви ултразвучни уређаји пројектују се, производе и темељно испитују у нашем седишту у Телтову код Берлина, у Немачкој. Робусност и поузданост ултразвучне опреме Hielscher чине је поузданим ослонцем у вашој производњи. Рад 24/7 под пуним оптерећењем и у захтевним окружењима природна је одлика мешалица високих перформанси компаније Hielscher.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:

Ултразвучни процесор Hielscher можете купити у различитим величинама и са конфигурацијом тачно прилагођеном захтевима вашег процеса. Од обраде реактаната у малој лабораторијској епрувети до континуалног проточног мешања полимерних суспензија на индустријском нивоу, Hielscher Ultrasonics нуди одговарајући ултразвучни уређај за вас! Контактирајте нас – радо ћемо вам препоручити идеалну конфигурацију ултразвучног система!