Nanokomposit hydrogel syntes med ultraljud

Nanokomposithydrogeler eller nanogeler är multifunktionella 3D-strukturer med hög effektivitet som läkemedelsbärare och läkemedelsleveranssystem med kontrollerad frisättning. Ultraljud främjar dispersionen av nano-storlek, polymera hydrogel partiklar samt efterföljande inkludering / införlivande av nanopartiklar i dessa polymerstrukturer.

Ultraljud syntes av nanogeler

Nanokomposithydrogeler är tredimensionella materialstrukturer och kan utformas för att uppvisa specifika egenskaper, vilket gör dem till potenta läkemedelsbärare och läkemedelsleveranssystem med kontrollerad frisättning. Ultraljud främjar syntesen av funktionaliserade nano-storlek partiklar samt efterföljande inkludering / införlivande av nanopartiklar i tredimensionella polymera strukturer. Som ultraljud syntetiserade nanogeler kan fånga bioaktiva föreningar inuti deras nanoskala kärna, dessa nano-storlek hydrogeler erbjuder stora funktioner.
Nanogeler är vattenhaltig dispersion av hydrogelnanopartiklar, som är fysiskt eller kemiskt tvärbundna som hydrofilt polymernätverk. Eftersom högpresterande ultraljud är mycket effektivt för att producera nano-dispersioner, sond-typ ultrasonicators är ett avgörande verktyg för snabb och tillförlitlig produktion av nanogeler med överlägsna funktioner.

Funktioner av ultraljud producerade Nanogels

• utmärkt kolloidal stabilitet och den stora specifika ytan
• kan tätt packas med nanopartiklar
• tillåta att kombinera hårda och mjuka partiklar i hybridkärna / skalnanogel
• hög hydreringspotential
• främja biotillgänglighet
• höga svullnad / avsvullnad egenskaper

 
Ultraljud syntetiserade nanogeler används i många applikationer och industrier, t.ex.

• för farmaceutiska och medicinska tillämpningar: t.ex. läkemedelsbärare, antibakteriell gel, antibakteriell sårförband
• inom biokemi och biomedicin för genleverans
• som adsorbent/biosorbent i kemiska och miljömässiga tillämpningar
• inom vävnadsteknik eftersom hydrogeler kan efterlikna de fysikaliska, kemiska, elektriska och biologiska egenskaperna hos många inhemska vävnader

Fallstudie: Zink nanogel syntes via sonokemisk väg

ZnO hybrid nanopartiklar kan stabiliseras i en Carbopol gel via en facile ultraljud process: Ultraljudsbehandling används för att driva utfällning av zink nanopartiklar, som därefter ultraljud tvärbinds med Carbopol för att bilda en nano-hydrogel.
(2021) fällde ut nanopartiklar av zinkoxid via en lätt sonokemisk väg. (Hitta protokollet för den sonokemiska syntesen av ZnO-nanopartiklar här).
Därefter användes nanopartiklarna för att syntetisera ZnO-nanogelen. Därför sköljdes de producerade ZnO NPs med dubbelt avjoniserat vatten. 0,5 g Carbopol 940 löstes i 300 ml fördubblat avjoniserat vatten, följt av tillsats av de nytvättade ZnO NPs. Eftersom Carbopol är naturligt surt kräver lösningen en neutralisering av pH-värdet, annars skulle det inte tjockna. Således hade blandningen genomgått kontinuerlig ultraljudsbehandling med hjälp av Hielscher ultrasonicator UP400S med en amplitud av 95 och en cykel av 95% för 1 h. Sedan, 50 ml trimetylamin (TEA) som ett neutraliserande medel (höja pH till 7) tillsattes droppvis under kontinuerlig ultraljudsbehandling tills bildandet av ZnO vit gel inträffade. Förtjockningen av Carbopol började när pH var nära ett neutralt pH .
Forskargruppen förklarar de utomordentligt positiva effekterna av ultraljud på nanogelbildning genom förbättrad partikel-partikelinteraktion. Ultraljud initierad molekylär agitation av beståndsdelarna i reaktionsblandningen förbättrar förtjockningsprocessen som främjas av polymer-lösningsmedel interaktioner. Dessutom främjar ultraljudsbehandling upplösningen av Carbopol. Dessutom förbättrar ultraljudsvågbestrålning polymer-ZnO NPs-interaktionen och förbättrar de viskoelastiska egenskaperna hos den beredda Carbopol / ZnO-hybridnanopartikelgelen.
Det schematiska flödesschemat ovan visar syntesen av ZnO NPs och Carbopol/ZnO hybrid nanopartikelgel. I studien, ultrasonicator UP400St användes för ZnO nanopartikel nederbörd och nanogel bildning. (anpassad från Ismail et al., 2021)

ZnO NPs syntetiseras av den kemiska utfällningsmetoden under effekten av ultraljud, där (a) är i vattenlösning, och (b) är ultraljud dispergeras i en stabil Carbopol-baserad hydrogel.
(studie och bild: Ismail et al., 2021)

Case Stuy: Ultraljud beredning av poly (metakrylsyra)/Montmorillonite (PMA/nMMT) Nanogel

(2020) demonstrerade den framgångsrika syntesen av en poly (metakrylsyra) / Montmorillonite (PMA / nMMT) nanokomposithydrogel via ultraljudsassisterad redoxpolymerisation. Typiskt dispergerades 1,0 g nMMT i 50 ml destillerat vatten med ultraljud för 2 h för att bilda en homogen dispersion. Ultraljudsbehandling förbättrar dispersionen av lera, vilket resulterar i förbättrade mekaniska egenskaper och adsorptionskapacitet hos hydrogelerna. Metakrylsyramonomer (30 ml) tillsattes droppvis till suspensionen. Initiatorammoniumpersulfat (APS) (0,1 M) tillsattes till blandningen följt av 1,0 ml TEMED-accelerator. Dispersionen omrördes kraftigt i 4 timmar vid 50 °C av en magnetomrörare. Den resulterande viskösa massan acetontvättades och torkades i 48 timmar vid 70 °C i en ugn. Den resulterande produkten maldes och förvarades i en glasflaska. Olika nanokompositgeler syntetiserades genom att variera nMMT i mängder av 0,5, 1,0, 1,5 och 2,0 g. De nanokomposithydrogeler som framställts med användning av 1,0 g nMMT visade bättre adsorptionsresultat än resten av kompositer och användes därför för ytterligare adsorptionsundersökning.
SEM-EDX-mikrograferna till höger visar den elementära och strukturella analysen av nanogelerna som består av montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poly (metakrylsyra) / nano-montmorillonit (PMA / nMMT) och amoxicillin (AMX) - och diklofenak (DF) -laddad PMA / nMMT. SEM-mikrograferna registrerade med en förstoring på 1,00 KX tillsammans med EDX av

• montmorillonit (MMT),
• nano-montmorillonit (nMMT),
• poly(metakrylsyra)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT),
• och amoxicillin (AMX)- och diklofenak (DF)-laddad PMA / nMMT.

Det observeras att rå MMT är skyldig i en skiktad arkstruktur som visar närvaron av större korn. Efter modifiering exfolieras arken av MMT i små partiklar, vilket kan bero på eliminering av Si2+ och Al3+ från de oktaedriska platserna. EDX-spektrumet för nMMT uppvisar en hög andel kol, vilket främst kan bero på det ytaktiva ämnet som används för modifiering eftersom huvudbeståndsdelen i CTAB (C19H42BrN) är kol (84%). PMA/nMMT visar en sammanhängande och nästan samkontinuerlig struktur. Vidare är inga porer synliga, vilket visar fullständig exfoliering av nMMT i PMA-matrisen. Efter sorption med läkemedelsmolekylerna amoxicillin (AMX) och diklofenak (DF) observeras förändringar i PMA/nMMT-morfologin. Ytan blir asymmetrisk med en ökning av den grova strukturen.
Användning och funktioner för lerbaserade hydrogeler i nanostorlek: Lerbaserade hydrogelnanokompositer är tänkta att vara potentiella superadsorbenter för upptag av oorganiska och / eller organiska föroreningar från en vattenlösning på grund av kombinationsegenskaperna hos både leror och polymerer, såsom biologisk nedbrytbarhet, biokompatibilitet, ekonomisk livskraft, överflöd, hög specifik ytarea, tredimensionellt nätverk och svullnad / svullnadsegenskaper.
(jfr Khan m.fl., 2020)

Högpresterande ultrasonicators för hydrogel och Nanogel produktion

Högpresterande ultrasonicators för hydrogel och Nanogel produktion
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud utrustning för syntes av hydrogeler och nanogeler med överlägsna funktioner. Från små och medelstora R&D och pilot ultrasonicators till industriella system för kommersiell hydrogel tillverkning i kontinuerligt läge, Hielscher Ultrasonics har rätt ultraljud processor för att täcka dina krav på hydrogel / nanogel produktion.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: