Fördelaktig hydrogelproduktion via ultraljud

Ultraljudsbehandling är en mycket effektiv, pålitlig och enkel teknik för framställning av högpresterande hydrogeler. Dessa hydrogeler erbjuder utmärkta materialegenskaper såsom absorptionskapacitet, viskoelasticitet, mekanisk hållfasthet, kompressionsmodul och självläkande funktioner.

Ultraljudspolymerisation och dispersion för hydrogelproduktion

Hydrogeler är hydrofila, tredimensionella polymera nätverk som kan absorbera stora mängder vatten eller vätskor. Hydrogeler uppvisar en extraordinär svällningskapacitet. Vanliga byggstenar i hydrgeler inkluderar polyvinylalkohol, polyetylenglykol, natriumpolyakrylat, akrylatpolymerer, karbomerer, polysackarider eller polypeptider med ett stort antal hydrofila grupper och naturliga proteiner som kollagen, gelatin och fibrin.
Så kallade hybridhydrogeler består av olika kemiskt, funktionellt och morfologiskt distinkta material, såsom proteiner, peptider eller nano- / mikrostrukturer.
Ultraljudsdispersion används i stor utsträckning som en mycket effektiv och tillförlitlig teknik för att homogenisera nanomaterial som kolnanorör (CNT, MWCNTs, SWCNTs), cellulosa nanokristaller, kitin nanofibrer, titandioxid, silver nanopartiklar, proteiner och andra mikron- eller nanostrukturer i den polymera matrisen av hydrogeler. Detta gör ultraljudsbehandling till ett huvudverktyg för att producera högpresterande hydrogeler med extraordinära egenskaper.

Vad forskningen visar – Förberedelse av ultraljudshydrogel

För det första främjar ultraljud polymerisation och tvärbindningsreaktioner under hydrogelbildning.
För det andra har ultraljud visat sig vara en pålitlig och effektiv dispersionsteknik för produktion av hydrogeler och nanokomposithydrogeler.

Ultraljud tvärbindning och polymerisation av hydrogeler

Ultraljud hjälper bildandet av polymera nätverk under hydrogel syntes via fria radikaler generering. Intensiva ultraljudsvågor genererar akustisk kavitation som orsakar höga skjuvkrafter, molekylär skjuvning och bildning av fria radikaler.

Cass et al. (2010) framställde flera "akrylhydrogeler framställdes via ultraljudspolymerisation av vattenlösliga monomerer och makromonomerer. Ultraljud användes för att skapa initierande radikaler i viskösa vattenhaltiga monomerlösningar med hjälp av tillsatserna glycerol, sorbitol eller glukos i ett öppet system vid 37°C. De vattenlösliga tillsatserna var viktiga för hydrogelproduktionen, glycerol var den mest effektiva. Hydrogeler framställdes av monomererna 2-hydroxietylmetakrylat, poly(etylenglykol)dimetakrylat, dextranmetakrylat, akrylsyra/etylenglykoldimetakrylat och akrylamid/bis-akrylamid." [Cass et al. 2010] Ultraljudsapplikation med hjälp av en sond ultraljud visade sig vara en effektiv metod för polymerisation av vattenlösliga vinylmonomerer och efterföljande beredning av hydrogeler. Den ultraljudsinitierade polymerisationen sker snabbt i frånvaro av en kemisk initiator.
Du hittar hela protokollet från studien här!
 

Läs mer om ultraljudssyntes av nanokomposithydrogeler och nanogeler!

Ultraljud är kompatibel med alla typer av polymerer och biopolymerer och gör det möjligt att förstärka hybrid hydrogeler med nanostrukturerade material som nanopartiklar, nanokristaller eller nanofibrer. Förstärkning av hydrogeler med olika nanomaterial gör det möjligt att modifiera och kontrollera fysikalisk-kemiska och reo-mekaniska egenskaper hos nanokomposithydrogeler, eftersom mikrostrukturerna är nyckelfaktorn för de erhållna materialegenskaperna.

Tillverkning av poly(akrylamid-co-itakonsyra) – MWCNT Hydrogel med hjälp av ultraljudsbehandling

Mohammadinezhada et al. (2018) producerade framgångsrikt en superabsorberande hydrogelkomposit som innehåller poly(akrylamid-co-itakonsyra) och flerväggiga kolnanorör (MWCNT). Ultraljud utfördes med Hielscher ultraljudsanordning UPP 200-TALET. Hydrogelens stabilitet ökade med ökande MWCNT-kvoter, vilket kan tillskrivas den hydrofoba karaktären hos MWCNT:erna samt ökningen av tvärbindardensiteten. Den vattenhållande kapaciteten (WRC) för P(AAm-co-IA) hydrogelen ökade också i närvaro av MWCNT (10 viktprocent). I denna studie, effekterna av ultraljud bedömdes överlägsen när det gäller den enhetliga fördelningen av kolnanorören på polymerytan. MWCNT:erna var intakta utan avbrott i den polymera strukturen. Dessutom ökade styrkan hos den erhållna nanokompositen och dess vattenhållande kapacitet och absorptionen av andra lösliga material som Pb (II). Ultraljudsbehandling bröt initiatorn och spred MWCNTs som ett utmärkt fyllmedel i polymerkedjorna under ökande temperatur.
Forskarna drar slutsatsen att dessa "reaktionsbetingelser inte kan uppnås med konventionella metoder, och homogenitet och god spridning av partiklar i värden kan inte uppnås. Dessutom, ultraljudsbehandling processen separera nanopartiklar i en enda partikel, medan omrörning inte kan göra detta. En annan mekanism för storleksminskningen är effekten av kraftfulla akustiska vågor på de sekundära bindningarna som vätebindning, vilken denna bestrålning bryter H-bindningen av partiklar, och därefter dissocierar de aggregerade partiklarna och ökar antalet fria adsorptiva grupper som -OH och tillgänglighet. Således, denna viktiga händelse gör ultraljudsbehandling processen som en överlägsen metod över de andra som magnetisk omrörning som tillämpas i litteraturen." [Mohammadinezhada et al., 2018]

Högpresterande ultraljudsapparater för hydrogelsyntes

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudsutrustning för syntes av hydrogeler. Från små och medelstora R&D och pilot ultraljudsapparater till industriella system för kommersiell hydrogeltillverkning i kontinuerligt läge, Hielscher Ultrasonics har dina processkrav täckta.
Ultraljudsapparater av industriell kvalitet kan leverera mycket höga amplituder, vilket möjliggör tillförlitliga tvärbindnings- och polymerisationsreaktioner och enhetlig dispersion av nanopartiklar. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7/365 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.

Fråga oss idag för ytterligare teknisk information, priser och en till intet förpliktande offert. Vår mångåriga erfarna personal ger dig gärna råd!
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: