Ultrasonikasyon ile Avantajlı Hidrojel Üretimi

Sonikasyon, yüksek performanslı hidrojellerin hazırlanması için son derece etkili, güvenilir ve basit bir tekniktir. Bu hidrojeller; absorpsiyon kapasitesi, viskoelastisite, mekanik dayanım, basma modülü ve kendini onarma işlevleri gibi mükemmel malzeme özellikleri sunar.

Hidrojel Üretimi için Ultrasonik Polimerizasyon ve Dispersiyon

Hidrojeller, büyük miktarlarda su veya sıvı absorbe edebilen hidrofilik, üç boyutlu polimer ağlarıdır. Hidrojeller olağanüstü bir şişme kapasitesi gösterir. Hidrojellerin yaygın yapı taşları arasında polivinil alkol, polietilen glikol, sodyum poliakrilat, akrilat polimerleri, karbomerler, çok sayıda hidrofilik grup içeren polisakkaritler veya polipeptitler ve kolajen, jelatin ve fibrin gibi doğal proteinler bulunur.
Hibrit hidrojeller olarak adlandırılan hidrojeller; proteinler, peptitler veya nano / mikro yapılar gibi kimyasal, işlevsel ve morfolojik açıdan birbirinden farklı çeşitli malzemelerden oluşur.
Ultrasonik dispersiyon; karbon nanotüpler (CNT’ler, MWCNT’ler, SWCNT’ler), selüloz nanokristalleri, kitin nanolifleri, titanyum dioksit, gümüş nanoparçacıkları, proteinler ve diğer mikron ölçekli yapılar veya nanoyapılar gibi nanomalzemeleri hidrojellerin polimer matrisinde homojenleştirmek için son derece verimli ve güvenilir bir teknik olarak yaygın biçimde kullanılır. Bu, sonikasyonu olağanüstü niteliklere sahip yüksek performanslı hidrojeller üretmek için başlıca araçlardan biri hâline getirir.

Araştırmalar Ne Gösteriyor – Ultrasonik Hidrojel Hazırlama

İlk olarak, ultrasonikasyon hidrojel oluşumu sırasında polimerizasyon ve çapraz bağlanma reaksiyonlarını destekler.
İkinci olarak, ultrasonikasyonun hidrojel ve nanokompozit hidrojel üretimi için güvenilir ve etkili bir dispersiyon tekniği olduğu kanıtlanmıştır.

Hidrojellerin Ultrasonik Çapraz Bağlanması ve Polimerizasyonu

Ultrasonikasyon, serbest radikal üretimi yoluyla hidrojel sentezi sırasında polimer ağlarının oluşumuna yardımcı olur. Yoğun ultrason dalgaları, yüksek kesme kuvvetlerine, moleküler kesmeye ve serbest radikal oluşumuna neden olan akustik kavitasyon oluşturur.

Cass ve arkadaşları (2010) çeşitli akrilik hidrojeller hazırlamıştır: “Akrilik hidrojeller, suda çözünen monomerlerin ve makromonomerlerin ultrasonik polimerizasyonu yoluyla hazırlanmıştır. Ultrason, 37°C’de açık bir sistemde gliserol, sorbitol veya glikoz katkıları kullanılarak viskoz sulu monomer çözeltilerinde başlatıcı radikaller oluşturmak için kullanılmıştır. Suda çözünen katkılar hidrojel üretimi için gerekliydi ve en etkili olanı gliseroldü. Hidrojeller; 2-hidroksietil metakrilat, poli(etilen glikol) dimetakrilat, dekstran metakrilat, akrilik asit/etilen glikol dimetakrilat ve akrilamid/bis-akrilamid monomerlerinden hazırlanmıştır.” [Cass et al. 2010] Prob tipi bir ultrasonikatör kullanılarak yapılan ultrason uygulamasının, suda çözünen vinil monomerlerin polimerizasyonu ve ardından hidrojellerin hazırlanması için etkili bir yöntem olduğu bulunmuştur. Ultrasonik olarak başlatılan polimerizasyon, kimyasal bir başlatıcının yokluğunda hızla gerçekleşir.
Çalışmanın tam protokolünü burada bulabilirsiniz!
 

Pirojenik silikanın ultrasonik dispersiyonu: Hielscher UP400S ultrasonik homojenizatör, silika tozunu hızlı ve verimli bir şekilde tekil nanoparçacıklara ayırarak disperse eder.

Nanokompozit hidrojellerin ve nanojellerin ultrasonik sentezi hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrasonikasyon, her türlü polimer ve biyopolimerle uyumludur ve hibrit hidrojellerin nanoparçacıklar, nanokristaller veya nanolifler gibi nanoyapılı malzemelerle takviye edilmesine olanak tanır. Mikroyapılar, elde edilen malzeme özellikleri için temel faktör olduğundan, hidrojellerin çeşitli nanomalzemelerle takviye edilmesi nanokompozit hidrojellerin fizikokimyasal ve reomekanik özelliklerinin değiştirilmesine ve kontrol edilmesine olanak tanır.

Sonikasyon Kullanılarak Poli(akrilamid-ko-itakonik asit) – MWCNT Hidrojel Üretimi

Mohammadinezhada ve arkadaşları (2018), poli(akrilamid-ko-itakonik asit) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT’ler) içeren süperabsorban bir hidrojel kompozitini başarıyla üretmiştir. Ultrasonikasyon, Hielscher ultrasonik cihazı UP200S ile gerçekleştirilmiştir. Hidrojelin kararlılığı, artan MWCNT oranlarıyla birlikte yükselmiştir; bu durum MWCNT’lerin hidrofobik yapısının yanı sıra çapraz bağlayıcı yoğunluğundaki artışa da bağlanabilir. P(AAm-co-IA) hidrojelinin su tutma kapasitesi (WRC) de MWCNT varlığında (10 wt%) artmıştır. Bu çalışmada, ultrasonikasyonun etkileri karbon nanotüplerin polimer yüzeyinde homojen dağılımı açısından üstün olarak değerlendirilmiştir. MWCNT’ler, polimer yapısında herhangi bir bozulma olmadan bütünlüklerini korumuştur. Ayrıca, elde edilen nanokompozitin dayanımı ve su tutma kapasitesi ile Pb (II) gibi diğer çözünür maddelerin absorpsiyonu artmıştır. Sonikasyon, artan sıcaklık altında başlatıcıyı parçalamış ve MWCNT’leri polimer zincirlerinde mükemmel bir dolgu maddesi olarak disperse etmiştir.
Araştırmacılar şu sonuca varmıştır: “Bu reaksiyon koşulları geleneksel yöntemlerle elde edilemez ve parçacıkların ana malzeme içinde homojenliği ve iyi dispersiyonu sağlanamaz. Ayrıca sonikasyon işlemi nanoparçacıkları tek tek parçacıklara ayırırken karıştırma bunu yapamaz. Boyut küçültmenin bir başka mekanizması, güçlü akustik dalgaların hidrojen bağları gibi ikincil bağlar üzerindeki etkisidir; bu ışınlama parçacıkların hidrojen bağlarını kırar ve ardından agregasyon oluşturmuş parçacıkları birbirinden ayırarak -OH gibi serbest adsorpsiyon gruplarının sayısını ve erişilebilirliği artırır. Böylece bu önemli olay, sonikasyon işlemini literatürde uygulanan manyetik karıştırma gibi diğer yöntemlere göre üstün bir yöntem hâline getirir.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Hidrojel Sentezi için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, hidrojellerin sentezi için yüksek performanslı ultrasonik ekipman üretir. Küçük ve orta ölçekli Ar-Ge ve pilot ultrasonikatörlerden, sürekli modda ticari hidrojel üretimi için endüstriyel sistemlere kadar Hielscher Ultrasonics proses gereksinimlerinizi karşılar.
Endüstriyel sınıf ultrasonikatörler, güvenilir çapraz bağlanma ve polimerizasyon reaksiyonlarına ve nanoparçacıkların homojen dispersiyonuna olanak tanıyan çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerde 24/7/365 çalışma düzeninde kolaylıkla kesintisiz çalışılabilir. Daha da yüksek genlikler için özel olarak uyarlanmış ultrasonik sonotrotlar mevcuttur.

Ek teknik bilgi, fiyatlandırma ve bağlayıcı olmayan bir teklif için bugün bize başvurun. Uzun yıllara dayanan deneyime sahip personelimiz size memnuniyetle danışmanlık sunar!
Aşağıdaki tablo, ultrasonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

Hielscher SonoStation, akış hücreli bir reaktör kullanarak orta hacimli partilerin sonikasyonunu kolaylaştırır. Kompakt SonoStation, 38 litrelik karıştırıcılı bir tankı, bir veya iki ultrasonik akış hücreli reaktöre dakikada 3 litreye kadar sıvı besleyebilen, ayarlanabilir bir eksantrik vidalı pompayla birleştirir.