Ултразвучна синтеза молекуларно утиснутих полимера (МИП)

Молекуларно утиснути полимери (МИП) су вештачки дизајнирани рецептори са унапред одређеном селективношћу и специфичношћу за дату биолошку или хемијску структуру молекула. Ултразвук може побољшати различите путеве синтезе молекуларно утиснутих полимера, чинећи полимеризацију ефикаснијом и поузданијом.

Шта су молекуларно утиснути полимери?

Молекуларно утиснути полимер (МИП) је полимерни материјал са карактеристикама препознавања сличних антителу који је произведен техником молекуларног утискивања. Техника молекуларног утискивања производи молекуларно утиснут полимер у односу на специфични циљни молекул. Молекуларно утиснути полимер има шупљине у својој полимерној матрици са афинитетом за специфичне “шаблон” molecule. The process usually involves initiating the polymerization of monomers in the presence of a template molecule that is extracted afterwards, leaving behind complementary cavities. These polymers have affinity for the original molecule and have been used in applications such as chemical separations, catalysis, or molecular sensors. Molecular imprinted molecules can be compared to a molecular lock, that matches a molecular key (the so-called template molecule). Molecularly imprinted polymers (MIPs) are characterised by specifically tailored binding sites that match the template molecules in shape, size and functional groups. The “lock – key” feature allows to use molecular imprinted polymers for various applications, where a specific type of molecule is recognised and attached to the molecular lock, i.e. the molecular imprinted polymer.

Шематски приказ показује пут молекуларног утискивања циклодекстрина за припрему прилагођених рецептора.Студија и слика: Хишија и сар. 2003

Молекуларно утиснути полимери (МИП) имају широко поље примене и користе се за одвајање и пречишћавање одређених биолошких или хемијских молекула укључујући аминокиселине и протеине, деривате нуклеотида, загађиваче, као и лекове и храну. Области примене се крећу од раздвајања и пречишћавања до хемијских сензора, каталитичких реакција, испоруке лекова, биолошких антитела и рецепторских система. (уп. Васаполло ет ал. 2011)
На пример, МИП технологија се користи као техника микро-екстракције у чврстој фази за рад и пречишћавање молекула добијених од канабиса као што су ЦБД или ТХЦ из екстракта пуног спектра како би се добили канабиноидни изолати и дестилати.

Ултразвучна синтеза молекуларно утиснутих молекула

У зависности од типа циља (шаблона) и коначне примене МИП-а, МИП-ови се могу синтетизовати у различитим форматима као што су нано- и микронске сферичне честице, наножице, нано-шипке, нано-филаменти или танки филмови. Да би се произвео специфичан МИП облик, могу се применити различите технике полимеризације као што су масовно утискивање, преципитација, емулзиона полимеризација, суспензија, дисперзија, гелација и полимеризација са бубрењем у више корака.
Примена ултразвука ниске фреквенције високог интензитета нуди високо ефикасну, разноврсну и једноставну технику за синтезу полимерних наноструктура.
Соникација доноси неколико предности у МИП синтези у поређењу са традиционалним процесима полимеризације, јер промовише веће брзине реакције, хомогенији раст полимерног ланца, веће приносе и блаже услове (нпр. ниска температура реакције). Штавише, може да промени дистрибуцију популације места везивања, а тиме и морфологију коначног полимера. (Свенсон 2011)
Применом сонохемијске енергије на полимеризацију МИП-а, покрећу се реакције полимеризације и позитивно утичу. Истовремено, соникација промовише ефикасно отплињавање мешавине полимера без жртвовања капацитета везивања или крутости.
Ultrasonic homogenization, dispersing and emulsification offers superior mixing and agitation to form homogeneous suspensions and to provide initiation energy for polymerization processes. Viveiros et al. (2019) investigated the potential of ultrasonic MIP synthesis and state that “MIPs prepared ultrasonically presented binding properties similar or superior to the conventional methods”.
МИП-ови у нано-формату отварају обећавајуће могућности за побољшање хомогености места везивања. Ултразвук је познат по својим изузетним резултатима у припреми нанодисперзија и наноемулзија.

Ултразвучна нано-емулзиона полимеризација

МИП се могу синтетизовати емулзионом полимеризацијом. Полимеризација емулзије се обично постиже формирањем емулзије уље у води уз додатак сурфактанта. Да би се формирала стабилна, нано-величина, потребна је техника емулгирања високих перформанси. Ултразвучна емулзификација је добро успостављена техника за припрему нано- и мини-емулзија.
Прочитајте више о ултразвучној нано-емулзификацији!

Ултразвук може побољшати следеће путеве синтезе за производњу наноМИП-а: полимеризација преципитације, полимеризација емулзије и полимеризација језгро-љуска.Студија и слика: Рефаат ет ал. 2019

Ултразвучна екстракција шаблона

Након синтезе молекуларно утиснутих полимера, шаблон се мора уклонити са места везивања да би се добио активни молекуларно утиснути полимер. Интензивне силе мешања соникације промовишу растворљивост, дифузност, продирање и транспорт молекула растварача и шаблона. На тај начин, шаблони се брзо уклањају са места везивања.
Ултразвучна екстракција се такође може комбиновати са екстракцијом Сокхлет-а да би се уклонио шаблон из утиснутог полимера.

Студије случаја: Ултразвучне апликације за молекуларно утиснуте полимере

Ултразвучна синтеза молекуларно утиснутих полимера

Инкапсулација магнетних наночестица полимерима утиснутим 17β-естрадиолом коришћењем пута ултразвучне синтезе постиже брзо уклањање 17β-естрадиола из воденог окружења. За ултразвучну синтезу наноМИП-ова, коришћена је метакрилна киселина (МАА) као мономер, етилен гликол диметилакрилат (ЕГДМА) као умрежач и азобисисобутиронитрил (АИБН) као иницијатор. Процедура ултразвучне синтезе је спроведена 2 х на 65ºЦ. Просечни пречници величине честица магнетних НИП-ова и магнетних МИП-а били су 200 и 300 нм, респективно. Употреба ултразвука не само да је побољшала брзину полимеризације и морфологију наночестица, већ је довела и до повећања броја слободних радикала, и тиме олакшала раст МИП-а око магнетних наночестица. Капацитет адсорпције према 17β-естрадиолу био је упоредив са традиционалним приступима. [Ксиа ет ал. 2012? Вивеиро ет ал. 2019]

Ултразвук за молекуларно утиснуте сензоре

Иу ет ал. дизајнирао молекуларно утиснут електрохемијски сензор заснован на електродама модификованим наночестицама никла за одређивање фенобарбитала. Пријављени електрохемијски сензор је развијен термичком полимеризацијом уз употребу метакрилне киселине (МАА) као функционалног мономера, 2,2-азобисисобутиронитрил (АИБН) и етилен гликол малеинског розината (ЕГМРА) акрилата као агенса за умрежавање, фенобарбитала (ПБ) као шаблонски молекул, и диметил сулфоксид (ДМСО) као органски растварач. У процесу производње сензора, 0,0464 г ПБ и 0,0688 г МАА су помешани у 3 мЛ ДМСО и обрађени соникацијом 10 минута. После 5 х, 1,0244 г ЕГМРА и 0,0074 г АИБН је додато у смешу и соникирано 30 минута да би се добили раствори полимера са утиснутим ПБ. Након тога, 10 μЛ од 2,0 мг мЛ^-1Раствор наночестица ни пао је на површину ГЦЕ, а затим је сензор осушен на собној температури. Приближно 5 μЛ припремљеног раствора полимера са утиснутим ПБ је затим обложено на ГЦЕ модификованим наночестицама Ни и сушено у вакууму на 75 ◦ Ц током 6 х. Након термичке полимеризације, утиснути сензор је испран (сирћетном киселином) ХАц/метанолом (однос запремине, 3:7) током 7 минута да би се уклонили молекули шаблона. (уп. Уигун ет ал. 2015)

Ултразвучна микро-екстракција коришћењем МИП-ова

Да би се издвојиле анализе никотинамида из узорака, примењује се ултразвучна дисперзивна микроекстракција чврсте фазе праћена УВ-вис спектрофотометром (УА-ДСПМЕ-УВ-вис). За екстракцију и предконцентрацију никотинамида (витамин Б3), коришћени су молекуларно утиснути полимери на бази металног органског оквира ХКУСТ-1 (МОФ). (Асфарам ет ал. 2017)

Ултрасоникатори високих перформанси за полимерне апликације

Од лабораторије до производње уз линеарну скалабилност: Посебно конструисани молекуларно утиснути полимери се прво развијају и тестирају у малој лабораторији и на столу, да би се истражила изводљивост синтезе полимера. Ако је изводљивост и оптимизација МИП-а постигнута, производња МИП-а се повећава на веће количине. Путеви ултразвучне синтезе могу се линеарно скалирати од стоне до потпуно комерцијалне производње. Хиелсцхер Ултрасоницс нуди сонохемијску опрему за синтезу полимера у малим лабораторијским и стоним поставкама до потпуно индустријских инлине ултразвучних система за 24/7 производњу под пуним оптерећењем. Ултразвучни се може линеарно скалирати од величине епрувете до великих производних капацитета камиона на сат. Хиелсцхер Ултрасоницс опсежан портфељ производа од лабораторија до индустријских сонохемијских система има најпогоднији ултрасоникатор за ваш предвиђени капацитет процеса. Наше дугогодишње искусно особље ће вам помоћи од тестова изводљивости и оптимизације процеса до инсталације вашег ултразвучног система на коначном нивоу производње.

Hielscher Ultrasonics – Софистицирана сонохемијска опрема

Хиелсцхер Ултрасоницс портфолио производа покрива читав низ ултразвучних екстрактора високих перформанси од малих до великих. Додатни додаци омогућавају једноставну монтажу најпогодније конфигурације ултразвучног уређаја за ваш процес. Оптимална ултразвучна поставка зависи од предвиђеног капацитета, запремине, материјала, серијског или инлине процеса и временског оквира. Хиелсцхер вам помаже да подесите идеалан сонохемијски процес.

батцх и инлине

Хиелсцхер ултрасоницатори се могу користити за серијску и континуирану проточну обраду. Мале и средње количине могу се погодно обрађивати ултразвуком у серијском процесу (нпр. бочице, тестови, епрувете, чаше, резервоари или бурад). За обраду великог обима, инлине соникација може бити ефикаснија. Док је дозирање захтева више времена и рада, континуирани процес мешања у линији је ефикаснији, бржи и захтева знатно мање рада. Хиелсцхер Ултрасоницс има најпогодније подешавање екстракције за вашу реакцију полимеризације и запремину процеса.

Ултразвучне сонде за сваки капацитет производа

Асортиман производа Хиелсцхер Ултрасоницс покрива читав спектар ултразвучних процесора од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја преко столних и пилот система до потпуно индустријских ултразвучних процесора са капацитетом за обраду камиона на сат. Читав асортиман производа нам омогућава да вам понудимо најприкладнију ултразвучну опрему за ваше полимере, капацитет процеса и производне циљеве.
Ултразвучни стони системи су идеални за тестове изводљивости и оптимизацију процеса. Линеарно повећање на основу утврђених параметара процеса чини веома лаким повећање прерађивачких капацитета од мањих серија до потпуно комерцијалне производње. Повећање се може извршити било инсталирањем снажније ултразвучне јединице за екстракцију или групирањем неколико ултразвучних уређаја паралелно. Са УИП16000, Хиелсцхер нуди најмоћнију ултразвучну јединицу широм света.

Прецизно контролисане амплитуде за оптималне резултате

Сви Хиелсцхер ултрасоникатори су прецизно контролисани и тиме поуздани радни коњи у производњи. Амплитуда је један од кључних параметара процеса који утичу на ефикасност и ефективност сонохемијских реакција укључујући реакције полимеризације и путеве синтезе.
Алл Хиелсцхер Ултрасоницс’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Прецизна подешавања амплитуде и трајно праћење параметара ултразвучног процеса путем паметног софтвера дају вам могућност да синтетишете своје молекуларно утиснуте полимере са најефикаснијим ултразвучним условима. Оптимална соникација за најбоље резултате полимеризације!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.

Лако тестирање без ризика

Ултразвучни процеси се могу потпуно линеарно скалирати. То значи да сваки резултат који сте постигли коришћењем лабораторијског или стоног ултразвучног апарата, може се скалирати на потпуно исти излаз користећи потпуно исте параметре процеса. Ово чини ултрасоницатион идеалним за тестирање изводљивости без ризика, оптимизацију процеса и накнадну имплементацију у комерцијалну производњу. Контактирајте нас да бисте сазнали како ултразвук може повећати ваш МИП принос и квалитет.

Највиши квалитет – Дизајниран и произведен у Немачкој

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Хиелсцхер ултразвучни процесор можете купити у било којој различитој величини и тачно конфигурисан према вашим захтевима процеса. Од третмана реактаната у малој лабораторијској цеви до континуираног мешања полимерних суспензија на индустријском нивоу, Хиелсцхер Ултрасоницс нуди одговарајући ултрасоникатор за вас! Молимо Вас да нас контактирате – драго нам је да вам препоручимо идеално ултразвучно подешавање!