C60 ที่ผ่านการเติมหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่ด้วยอัลตราโซนิก (ฟูลเลอรีนอล)

• ฟูลเลอรีน C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่และละลายน้ำได้ ซึ่งเรียกว่าฟูลเลอรีนอลหรือฟูลเลอรอล เป็นสารกำจัดอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพสูง จึงใช้เป็นสารต้านอนุมูลอิสระในผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและยา
• การเติมหมู่ไฮดรอกซิลด้วยอัลตราโซนิกเป็นปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวที่รวดเร็วและเรียบง่าย ซึ่งใช้ผลิต C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่และละลายน้ำได้
• C60 ที่ละลายน้ำได้ซึ่งสังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกมีคุณภาพเหนือกว่า และใช้ในงานด้านเภสัชกรรมและงานที่ต้องการสมรรถนะสูง

การสังเคราะห์ C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่ด้วยอัลตราโซนิกในขั้นตอนเดียว

คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่เหนือกว่าสำหรับผลิตฟูลเลอรีน C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่และมีคุณภาพสูง ซึ่งละลายน้ำได้ จึงสามารถใช้ในงานด้านเภสัชกรรม การแพทย์ และอุตสาหกรรมได้หลากหลาย Afreen และคณะ (2017) ได้พัฒนาวิธีสังเคราะห์ C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่และปราศจากสิ่งปนเปื้อนด้วยอัลตราโซนิกที่รวดเร็วและเรียบง่าย (เรียกอีกชื่อว่าฟูลเลอรีนอลหรือฟูลเลอรอล) ปฏิกิริยาอัลตราโซนิกขั้นตอนเดียวนี้ใช้ H2O2 และไม่ใช้สารทำปฏิกิริยาเติมหมู่ไฮดรอกซิลเพิ่มเติม ได้แก่ NaOH, H2SO4 และตัวเร่งปฏิกิริยาถ่ายโอนเฟส (PTC) ซึ่งทำให้เกิดสิ่งเจือปนในฟูลเลอรีนอลที่สังเคราะห์ได้ ด้วยเหตุนี้ การสังเคราะห์ฟูลเลอรีนอลด้วยอัลตราโซนิกจึงเป็นแนวทางการผลิตฟูลเลอรีนอลที่สะอาดกว่า ขณะเดียวกันก็เป็นวิธีผลิต C60 ที่มีคุณภาพสูงและละลายน้ำได้ที่ง่ายกว่าและรวดเร็วกว่า

เส้นทางปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ในการสังเคราะห์ฟูลเลอรีนอลโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเมื่อมี H2O2 เจือจาง (30%)
ที่มา: Afreen และคณะ 2017

การสังเคราะห์ C60 ที่ละลายน้ำได้ด้วยอัลตราโซนิก – ทีละขั้นตอน

เพื่อเตรียม C60 ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่และละลายน้ำได้อย่างรวดเร็ว เรียบง่าย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ให้เติม C60 บริสุทธิ์ 200 mg ลงใน H2O2 ความเข้มข้น 30% ปริมาตร 20mL แล้วบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องรุ่น UP200Ht หรือ UP200St โดยพารามิเตอร์การบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์คือแอมพลิจูด 30% กำลัง 200 W ในโหมดพัลส์เป็นเวลา 1 h ที่อุณหภูมิห้อง วางภาชนะปฏิกิริยาในอ่างน้ำที่มีระบบหมุนเวียนและทำความเย็น เพื่อรักษาอุณหภูมิภายในภาชนะให้เท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม ก่อนการบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์ C60 ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกับสารละลาย H2O2 ในน้ำ และเป็นสารผสมเนื้อไม่สม่ำเสมอที่ไม่มีสี ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลอ่อนหลังบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 30 min จากนั้น เมื่อบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์ต่ออีก 30 min จะเปลี่ยนเป็นระบบกระจายตัวที่มีสีน้ำตาลเข้มทั้งหมด
สารให้หมู่ไฮดรอกซิล: คาวิเทชันที่รุนแรงซึ่งเกิดจากอัลตราโซนิก (= ทางเสียง) สร้างอนุมูล เช่น cOH, cOOH และ cH จากโมเลกุล H2O และ H2O2 การใช้ H2O2 ในตัวกลางที่เป็นน้ำเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการเติมหมู่ –OH ลงบนโครงสร้างกรง C60 เมื่อเทียบกับการใช้เพียง H2O เพื่อสังเคราะห์ฟูลเลอรีนอล H2O2 มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการเติมหมู่ไฮดรอกซิลด้วยอัลตราโซนิก

การเติมหมู่ไฮดรอกซิลให้ C60 ด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้ H2O2 เจือจาง (30%) เป็นปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวที่ทำได้ง่ายและรวดเร็วสำหรับเตรียมฟูลเลอรีนอล เนื่องจากใช้เวลาทำปฏิกิริยาเพียงสั้น ๆ ปฏิกิริยาอัลตราโซนิกจึงเป็นแนวทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสะอาด ใช้พลังงานน้อย หลีกเลี่ยงการใช้สารทำปฏิกิริยาที่เป็นพิษหรือมีฤทธิ์กัดกร่อนใด ๆ ในการสังเคราะห์ และลดจำนวนตัวทำละลายที่ต้องใช้ในการแยกและทำให้ C60(OH)₈∙2H₂O บริสุทธิ์

เส้นทางการเติมหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่ด้วยอัลตราโซนิก

เมื่อส่งผ่านคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเข้าสู่ของเหลว วัฏจักรความดันต่ำ / ความดันสูงที่สลับกันจะสร้างฟองสุญญากาศในของเหลว ฟองสุญญากาศจะขยายตัวตลอดหลายวัฏจักรจนไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีก จึงยุบตัวอย่างรุนแรง ระหว่างการยุบตัวของฟองจะเกิดผลทางกายภาพที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูงและความแตกต่างของความดัน คลื่นกระแทก เจ็ตขนาดจิ๋ว ความปั่นป่วน แรงเฉือน เป็นต้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกหรือ คาวิเทชันทางเสียง. แรงรุนแรงเหล่านี้จากคาวิเทชันของอัลตราโซนิกทำให้โมเลกุลสลายตัวเป็นอนุมูล cOH และ cOOH55.
Afreen และคณะ (2017) สันนิษฐานว่าปฏิกิริยาอาจดำเนินไปตามสองเส้นทางพร้อมกัน อนุมูล cOH ซึ่งเป็นชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา (ROS) จะเข้าจับกับโครงสร้างกรง C60 เพื่อให้เกิดฟูลเลอรีนอล (เส้นทาง I) และ/หรืออนุมูล –OH และ cOOH จะเข้าทำปฏิกิริยากับพันธะคู่ของ C60 ที่ขาดแคลนอิเล็กตรอนผ่านปฏิกิริยานิวคลีโอฟิลิก ทำให้เกิดฟูลเลอรีนอีพอกไซด์ [C60On] เป็นสารมัธยันตร์ในขั้นแรก (เส้นทาง II) ซึ่งคล้ายกับกลไกของปฏิกิริยา Bingel นอกจากนี้ การเข้าทำปฏิกิริยาซ้ำ ๆ ของ cOH (หรือ cOOH) กับ C60O ผ่านปฏิกิริยา SN2 ทำให้เกิดฟูลเลอรีนที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่หรือฟูลเลอรีนอล
อาจเกิดการสร้างอีพอกไซด์ซ้ำ ๆ ซึ่งทำให้เกิดหมู่อีพอกไซด์ต่อเนื่องกัน เช่น C60O2 และ C60O3 หมู่อีพอกไซด์เหล่านี้อาจเป็นชนิดสารที่สามารถก่อให้เกิดสารมัธยันตร์อื่น ๆ เช่น ฟูลเลอรีนอีพอกไซด์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล ระหว่างโซโนไลซิส (= การสลายตัวทางโซโนเคมี) นอกจากนี้ การเปิดวงของ C60(OH)xOy ด้วย cOH ในขั้นถัดมาอาจทำให้เกิดฟูลเลอรีนอล การเกิดสารมัธยันตร์เหล่านี้ระหว่างโซโนไลซิสของ H2O2 หรือ H2O เมื่อมี C60 เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และไม่อาจมองข้ามการมีอยู่ของสารเหล่านี้ในฟูลเลอรีนอลสุดท้ายได้ แม้จะมีปริมาณเพียงเล็กน้อยระดับร่องรอย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสารเหล่านี้มีอยู่ในฟูลเลอรีนอลเพียงปริมาณระดับร่องรอย จึงไม่คาดว่าจะก่อให้เกิดผลกระทบที่มีนัยสำคัญใด ๆ [Afreen et al., 2017]

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการกระจายฟูลเลอรีน

Hielscher Ultrasonics จัดหาเครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณ ไม่ว่าคุณจะต้องการบำบัดปริมาตรน้อยด้วยอัลตราซาวนด์ในระดับห้องปฏิบัติการ หรือผลิตกระแสของเหลวปริมาตรมากในระดับอุตสาหกรรม กลุ่มเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงของ Hielscher มีโซลูชันที่สมบูรณ์แบบสำหรับการกระจายฟูลเลอรีนของคุณ กำลังขาออกสูง ความสามารถในการปรับตั้งอย่างแม่นยำ และความเชื่อถือได้ของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา ช่วยให้มั่นใจว่าจะตอบสนองข้อกำหนดของกระบวนการของคุณได้ หน้าจอสัมผัสดิจิทัลและการบันทึกข้อมูลพารามิเตอร์อัลตราโซนิกโดยอัตโนมัติลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในเครื่อง ทำให้การใช้งานและควบคุมอุปกรณ์อัลตราโซนิกของเราเป็นมิตรต่อผู้ใช้อย่างมาก
ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้ทำงานหนักได้ตลอด 24/7 ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูง
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา: