Ultraljudssyntes av molekylärt präglade polymerer (MIP)

Molekylärt präglade polymerer (MIP) är artificiellt utformade receptorer med en förutbestämd selektivitet och specificitet för en given biologisk eller kemisk molekylstruktur. Ultraljud kan förbättra olika syntesvägar av molekylärt präglade polymerer, vilket gör polymerisationen mer effektiv och tillförlitlig.

Vad är molekylärt präglade polymerer?

En molekylärt präglad polymer (MIP) är polymera material med antikroppsliknande igenkänningsegenskaper som har framställts med hjälp av molekylär präglingsteknik. Den molekylära präglingstekniken producerar molekylärt präglad polymer med avseende på en specifik målmolekyl. Den molekylärt präglade polymeren har håligheter i sin polymermatris med en affinitet för den specifika “mall” molekyl. Processen innebär vanligtvis att polymerisationen av monomerer initieras i närvaro av en mallmolekyl som extraheras efteråt och lämnar efter sig komplementära kaviteter. Dessa polymerer har affinitet med den ursprungliga molekylen och har använts i applikationer som kemiska separationer, katalys eller molekylära sensorer. Molekylärt präglade molekyler kan liknas vid ett molekylärt lås, som matchar en molekylnyckel (den så kallade mallmolekylen). Molekylärt präglade polymerer (MIP) kännetecknas av specifikt skräddarsydda bindningsställen som matchar mallmolekylerna i form, storlek och funktionella grupper. "Låset – key"-funktionen gör det möjligt att använda molekylärt präglade polymerer för olika applikationer, där en specifik typ av molekyl känns igen och fästs vid molekyllåset, dvs. den molekylära präglade polymeren.

Den schematiska illustrationen visar den molekylära präglingsvägen för cyklodextriner för framställning av skräddarsydda receptorer.
Studie och bild: Hishiya et al. 2003

Molekylärt präglade polymerer (MIP) har ett brett användningsområde och används för att separera och rena specificerade biologiska eller kemiska molekyler inklusive aminosyror och proteiner, nukleotidderivat, föroreningar samt läkemedel och livsmedel. Tillämpningsområdena sträcker sig från separation och rening till kemiska sensorer, katalytiska reaktioner, läkemedelstillförsel, biologiska antikroppar och receptorsystem. (jfr Vasapollo et al. 2011)
Till exempel används MIP-teknik som mikroextraktionsteknik i fast fas för att driva och rena cannabishärledda molekyler som CBD eller THC från fullspektrumextraktet för att erhålla cannabinoidisolat och destillat.

Ultraljudssyntes av molekylärt präglade molekyler

Beroende på måltypen (mallen) och den slutliga tillämpningen av MIP kan MIP syntetiseras i olika format, t.ex. sfäriska partiklar i nano- och mikronstorlek, nanotrådar, nanostavar, nanofilament eller tunna filmer. För att producera en specifik MIP-form kan olika polymerisationstekniker såsom bulkprägling, utfällning, emulsionspolymerisation, suspension, dispersion, gelation och flerstegs svällningspolymerisation tillämpas.
Tillämpningen av lågfrekventa, högintensiva ultraljud erbjuder en mycket effektiv, mångsidig och enkel teknik för att syntetisera polymera nanostrukturer.
Ultraljudsbehandling ger flera fördelar i MIP-syntes jämfört med traditionella polymerisationsprocesser, eftersom det främjar högre reaktionshastigheter, mer homogen polymerkedjetillväxt, högre utbyten och mildare förhållanden (t.ex. låg reaktionstemperatur). Dessutom kan det förändra populationsfördelningen på bindningsstället och därmed morfologin hos den slutliga polymeren. (Svenson 2011)
Genom att tillämpa sonokemisk energi på polymerisationen av MIP:er initieras polymerisationsreaktioner och påverkas positivt. Samtidigt främjar ultraljudsbehandling effektiv avgasning av polymerblandningen utan att offra bindningsförmåga eller styvhet.
Ultraljudshomogenisering, dispergering och emulgering erbjuder överlägsen blandning och omrörning för att bilda homogena suspensioner och för att ge initieringsenergi för polymerisationsprocesser. Viveiros et al. (2019) undersökte potentialen för ultraljuds MIP-syntes och konstaterar att "MIP:er preparerade ultraljudsmässigt presenterade bindningsegenskaper som liknar eller är överlägsna de konventionella metoderna".
MIP:er i nanoformat öppnar lovande möjligheter för att förbättra homogeniteten hos bindningsställena. Ultraljud är välkänt för sina exceptionella resultat vid framställning av nanodispersioner och nanoemulsioner.

Ultraljud nano-emulsion polymerisation

MIP:er kan syntetiseras genom emulsionspolymerisation. Emulsionspolymerisation uppnås vanligtvis genom att bilda en olja-i-vatten-emulsion under tillsats av ett ytaktivt ämne. För att bilda en stabil, nano-storlek, krävs en högpresterande emulgeringsteknik. Ultraljudsemulgering är en väletablerad teknik för att framställa nano- och miniemulsioner.
Läs mer om Ultraljud Nano-Emulgering!

Ultraljud kan förbättra följande syntesvägar för nanoMIP-produktion: utfällningspolymerisation, emulsionspolymerisation och kärn-skalpolymerisation.
Studie och bild av: Refaat et al. 2019

Ultraljud extraktion av mallen

Efter syntesen av molekylärt präglade polymerer måste mallen avlägsnas från bindningsstället för att erhålla en aktiv molekylärt präglad polymer. De intensiva blandningskrafterna av ultraljudsbehandling främja löslighet, diffusivitet, penetration och transport av lösningsmedel och mall molekyler. På så sätt tas mallarna snabbt bort från bindningsplatserna.
Ultraljud extraktion kan också kombineras med Soxhlet extraktion för att ta bort mallen från den präglade polymeren.

Fallstudier: Ultraljudstillämpningar för molekylärt präglade polymerer

Ultraljudssyntes av molekylärt präglade polymerer

Inkapslingen av magnetiska nanopartiklar med 17β-östradiol-präglade polymerer med hjälp av en ultraljudssyntesväg uppnår snabb avlägsnande av 17β-östradiol från vattenhaltiga miljöer. För ultraljudssyntesen av nanoMIP:erna användes metakrylsyra (MAA) som monomer, etylenglykoldimetylakrylat (EGDMA) som tvärbindare och azobisisobutyronitril (AIBN) som initiator. Ultraljudssyntesen utfördes i 2 timmar vid 65 ° C. Den genomsnittliga partikelstorleksdiametern för magnetiska NIP:er och magnetiska MIP:er var 200 respektive 300 nm. Användningen av ultraljud förbättrade inte bara polymerisationshastigheten och morfologin hos nanopartiklarna, utan ledde också till en ökning av antalet fria radikaler, och underlättade därmed MIP-tillväxten runt de magnetiska nanopartiklarna. Adsorptionskapaciteten upp till 17β-östradiol var jämförbar med traditionella metoder. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultraljud för molekylärt präglade sensorer

Yu et al. designade en molekylärt präglad elektrokemisk sensor baserad på nickelnanopartikelmodifierade elektroder för fenobarbital bestämning. Rapporterad elektrokemisk sensor utvecklades genom termisk polymerisation med användning av metakrylsyra (MAA) som funktionell monomer, 2,2-azobisisobutyronitril (AIBN) och etylenglykolmaleinsyrarosinat (EGMRA) akrylat som tvärbindningsmedel, fenobarbitaler (PB) som mallmolekyl och dimetylsulfoxid (DMSO) som ett organiskt lösningsmedel. I sensortillverkningsprocessen blandades 0,0464g PB och 0,0688g MAA i 3 ml DMSO och sonikerades i 10 min. Efter 5 timmar tillsattes 1,0244 g EGMRA och 0,0074 g AIBN i blandningen och sonikerades i 30 minuter för att erhålla PB-präglade polymerlösningar. Därefter ska 10 μL 2,0 mg ml^-1Ni-nanopartikellösning droppades på GCE-ytan och sedan torkades sensorn vid rumstemperatur. Cirka 5 μL av den beredda PB-präglade polymerlösningen belades sedan på Den Ni nanopartikelmodifierade GCE och vakuumtorkades vid 75 °C i 6 timmar. Efter den termiska polymerisationen tvättades den präglade sensorn med (ättiksyra) HAc/metanol (volymförhållande, 3:7) i 7 minuter för att avlägsna mallmolekylerna. (jfr Uygun et al. 2015)

Ultraljud mikroextraktion med MIPs

För att återvinna nikotinamidanalyser från prover används en ultraljudsassisterad dispersiv mikroextraktion i fast fas följt av UV-vis-spektrofotometer (UA-DSPME-UV-vis). För extraktion och förkoncentrering av nikotinamid (vitamin B3) har HKUST-1 metallorganiska ramverk (MOF) baserade molekylärt präglade polymerer använts. (Asfaram et al. 2017)

Högpresterande ultraljudsapparater för polymerapplikationer

Från labb till produktion med linjär skalbarhet: Specifikt konstruerade molekylärt präglade polymerer utvecklas och testas först i små laboratorier och bänkskala för att undersöka genomförbarheten av polymersyntesen. Om genomförbarhet och optimering av MIP:er har uppnåtts skalas MIP-produktionen upp till större volymer. Ultraljudssyntesen rutter kan alla linjärt skalas från bänkskiva till helt kommersiell produktion. Hielscher Ultrasonics erbjuder sonokemisk utrustning för polymersyntes i små laboratorier och bänkskivor upp till helt industriella inline ultraljudssystem för 24/7 produktion under full belastning. Ultraljud kan linjärt skalas från provrörsstorlek till stor produktionskapacitet av lastbilslaster per timme. Hielscher Ultrasonics omfattande produktportfölj från laboratorium till industriella sonokemiska system har den mest lämpliga ultraljudsapparaten för din tänkta processkapacitet. Vår erfarna personal hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installation av ditt ultraljudssystem på slutproduktionsnivå.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikerad sonokemisk utrustning

Hielscher Ultrasonics produktportfölj täcker hela utbudet av högpresterande ultraljudsutsug från liten till stor skala. Ytterligare tillbehör gör det enkelt att montera den mest lämpliga ultraljudsenhetskonfigurationen för din process. Den optimala ultraljudsinställningen beror på den tänkta kapaciteten, volymen, materialet, batch- eller inline-processen och tidslinjen. Hielscher hjälper dig att ställa in den perfekta sonokemiska processen.

batch och infogade

Hielscher ultraljudsapparater kan användas för batchvis och kontinuerlig genomströmningsbehandling. Små och medelstora volymer kan bekvämt sonikeras i en batchprocess (t.ex. ampuller, test, rör, bägare, tankar eller fat). För bearbetning av stora volymer, inline ultraljudsbehandling kan vara mer effektiv. Medan batchning är mer tids- och arbetskrävande, är en kontinuerlig inline-blandningsprocess effektivare, snabbare och kräver betydligt mindre arbete. Hielscher Ultrasonics har den mest lämpliga extraktionsinställningen för din polymerisationsreaktion och processvolym.

Ultraljudsprober för alla produktkapaciteter

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer från kompakta labb ultraljudsapparater över bänk-top och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsutrustningen för dina polymerer, processkapacitet och produktionsmål.
Bänksystem med ultraljud är idealiska för genomförbarhetstester och processoptimering. Linjär uppskalning baserat på etablerade processparametrar gör det mycket enkelt att öka processkapaciteten från mindre partier till fullt kommersiell produktion. Uppskalning kan göras genom att antingen installera en kraftfullare ultraljudsutsugsenhet eller klustra flera ultraljudsapparater parallellt. Med UIP16000 erbjuder Hielscher den mest kraftfulla ultraljudsenheten i världen.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultraljudsapparater är exakt kontrollerbara och därmed pålitliga arbetshästar i produktionen. Amplituden är en av de avgörande processparametrarna som påverkar effektiviteten och effektiviteten hos sonokemiska reaktioner, inklusive polymerisationsreaktioner och syntesvägar.
Alla Hielscher ultraljud’ processorer möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotrodes och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att modifiera amplituden i ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och leverera den ultraljudsintensitet som krävs för krävande applikationer. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Exakta amplitudinställningar och permanent övervakning av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjlighet att syntetisera dina molekylärt präglade polymerer med de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för bästa polymerisationsresultat!
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller dina sonokemiska processkrav.

Enkel, riskfri testning

Ultraljudsprocesser kan vara helt linjärt skalade. Detta innebär att varje resultat som du har uppnått med hjälp av ett laboratorium eller bänkskiva ultraljud, kan skalas till exakt samma utdata med exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljud idealisk för riskfri genomförbarhetstestning, processoptimering och efterföljande implementering i kommersiell tillverkning. Kontakta oss för att lära dig hur ultraljudsbehandling kan öka din MIP utbyte och kvalitet.

Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitetsstandarder för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är utformade, tillverkade och grundligt testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande blandare.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Du kan köpa Hielscher ultraljudsprocessor i vilken annan storlek som helst och exakt konfigurerad efter dina processkrav. Från behandling av reaktanter i ett litet labbrör till kontinuerlig genomströmningsblandning av polymerslam på industriell nivå, erbjuder Hielscher Ultrasonics en lämplig ultraljudsapparat för dig! Kontakta oss gärna – Vi är glada att kunna rekommendera dig den perfekta ultraljudsinställningen!