Ultrasonikasyon kullanarak Nanokompozit Hidrojel Sentezi
Nanokompozit hidrojeller veya nanojeller, ilaç taşıyıcıları ve kontrollü salımlı ilaç dağıtım sistemleri olarak yüksek verimliliğe sahip çok işlevli 3D yapılardır. Ultrasonication, nano boyutlu, polimerik hidrojel parçacıklarının dağılmasının yanı sıra nanopartiküllerin bu polimer yapılarına daha sonra dahil edilmesini / dahil edilmesini teşvik eder.
Nanojellerin Ultrasonik Sentezi
Nanokompozit hidrojeller, üç boyutlu malzeme yapılarıdır ve belirli özellikler sergileyecek şekilde tasarlanabilirler, bu da onları güçlü ilaç taşıyıcıları ve kontrollü salımlı ilaç dağıtım sistemleri yapar. Ultrasonication, işlevselleştirilmiş nano boyutlu parçacıkların sentezini ve daha sonra nanoparçacıkların üç boyutlu polimerik yapılara dahil edilmesini / dahil edilmesini teşvik eder. Ultrasonik olarak sentezlenen nanojeller, nano ölçekli çekirdeklerinin içinde biyoaktif bileşikleri hapsedebildiğinden, bu nano boyutlu hidrojeller harika işlevler sunar.
Nanojeller, hidrofilik polimer ağı olarak fiziksel veya kimyasal olarak çapraz bağlanmış hidrojel nanopartiküllerin sulu dispersiyonudur. Yüksek performanslı ultrason nano dispersiyonlar üretmede oldukça verimli olduğundan, prob tipi ultrasonicators, üstün işlevlere sahip nanojellerin hızlı ve güvenilir üretimi için çok önemli bir araçtır.
Ultrasonicator UIP1000hdT nanokompozit hidrojel sentezi için cam reaktörlü
Ultrasonik Olarak Üretilen Nanojellerin İşlevleri
- mükemmel kolloidal stabilite ve geniş spesifik yüzey alanı
- nanopartiküller ile yoğun bir şekilde paketlenebilir
- Sert ve yumuşak parçacıkların hibrit çekirdek / kabuk nanojelinde birleştirilmesine izin verin
- yüksek hidrasyon potansiyeli
- Biyoyararlanımın teşvik edilmesi
- yüksek şişme / şişme giderici özellikler
Ultrasonik olarak sentezlenen nanojeller çok sayıda uygulamada ve endüstride kullanılmaktadır.
- farmasötik ve tıbbi uygulamalar için: örneğin ilaç taşıyıcı, antibakteriyel jel, antibakteriyel yara örtüsü
- Gen iletimi için biyokimya ve biyotıpta
- kimyasal ve çevresel uygulamalarda adsorban/biyosorbent olarak
- Hidrojeller birçok doğal dokunun fiziksel, kimyasal, elektriksel ve biyolojik özelliklerini taklit edebildiği için doku mühendisliğinde
Vaka Çalışması: Sonokimyasal Yolla Çinko Nanojel Sentezi
ZnO hibrid nanopartiküller, basit bir ultrasonik işlemle bir Carbopol jelinde stabilize edilebilir: Sonikasyon, daha sonra bir nano-hidrojel oluşturmak için Carbopol ile ultrasonik olarak çapraz bağlanan çinko nanopartiküllerin çökelmesini sağlamak için kullanılır.
İsmail ve ark. (2021), çinko oksit nanopartiküllerini basit bir sonokimyasal yolla çökeltti. (ZnO nanopartiküllerinin sonokimyasal sentezi için protokolü burada bulabilirsiniz).
Daha sonra, nanopartiküller ZnO nanojelini sentezlemek için kullanıldı. Bu nedenle, üretilen ZnO NP'ler çift deiyonize su ile durulanmıştır. 0.5 g Carbopol 940, 300 mL iki katına çıkarılmış deiyonize su içinde çözüldü, ardından yeni yıkanmış ZnO NP'ler ilave edildi. Carbopol doğal olarak asidik olduğundan, çözelti pH değerinin nötralizasyonunu gerektirir, aksi takdirde koyulaşmaz. Bu nedenle, karışım Hielscher ultrasonicator UP400S kullanılarak 95 genlik ve 1 saat boyunca% 95'lik bir döngü ile sürekli sonikasyon geçirmişti. Daha sonra, nötralize edici bir ajan olarak (pH'ı 7'ye yükselterek) 50 mL trimetilamin (TEA), ZnO beyaz jel oluşumu meydana gelene kadar sürekli sonikasyon altında damla damla ilave edildi. Karbopol'ün kalınlaşması, pH nötr bir pH'a yakın olduğunda başladı.
Araştırma ekibi, ultrasonikasyonun nanojel oluşumu üzerindeki olağanüstü olumlu etkilerini, parçacık-parçacık etkileşimini artırarak açıklıyor. Reaksiyon karışımındaki bileşenlerin ultrasonik olarak başlatılan moleküler ajitasyonu, polimer-çözücü etkileşimleri tarafından teşvik edilen kalınlaşma sürecini arttırır. Ek olarak, sonikasyon Carbopol'ün çözünmesini teşvik eder. Ek olarak, ultrason dalgası ışınlaması polimer-ZnO NP'lerin etkileşimini arttırır ve hazırlanan Carbopol / ZnO hibrit nanopartikül jelinin viskoelastik özelliklerini geliştirir.
Yukarıdaki şematik akış şeması, ZnO NP'lerin ve Karbopol/ZnO hibrit nanoparçacık jelinin sentezini göstermektedir. Çalışmada, ultrasonicator UP400St, ZnO nanopartikül çökeltme ve nanojel oluşumu için kullanıldı. (İsmail vd., 2021'den uyarlanmıştır)
Ultrasonikasyonun etkisi altında kimyasal çökeltme yöntemiyle sentezlenen ZnO NP'ler, (a) sulu çözelti içindedir ve (b) ultrasonik olarak kararlı bir Karbopol bazlı hidrojel içine dağılır.
(çalışma ve resim: İsmail ve ark., 2021)
Case Stuy: Poli (metakrilik asit) / Montmorillonit (PMA / nMMT) Nanojelin Ultrasonik Hazırlanması
Khan ve ark. (2020), ultrason destekli redoks polimerizasyonu yoluyla bir poli(metakrilik asit)/Montmorillonit (PMA/nMMT) nanokompozit hidrojelin başarılı sentezini gösterdi. Tipik olarak, 1.0 g nMMT, homojen bir dispersiyon oluşturmak için 2 saat boyunca ultrasonikasyon ile 50 mL damıtılmış su içinde dağıtıldı. Sonikasyon, kilin dağılımını iyileştirir, bu da hidrojellerin mekanik özelliklerinin ve adsorpsiyon kapasitesinin artmasına neden olur. Metakrilik asit monomeri (30 mL) süspansiyona damla damla ilave edildi. Karışıma başlatıcı amonyum persülfat (APS) (0.1 M) ilave edildi ve ardından 1.0 mL TEMED hızlandırıcı uygulandı. Dispersiyon, manyetik bir karıştırıcı ile 50 ° C'de 4 saat boyunca kuvvetlice karıştırıldı. Elde edilen viskoz kütle asetonla yıkandı ve bir fırında 70 ° C'de 48 saat kurutuldu. Elde edilen ürün öğütüldü ve bir cam şişede saklandı. nMMT'yi 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 g miktarlarında değiştirerek farklı nanokompozit jeller sentezlendi. 1.0 g nMMT kullanılarak hazırlanan nanokompozit hidrojeller, diğer kompozitlerden daha iyi adsorpsiyon sonuçları gösterdi ve bu nedenle daha fazla adsorpsiyon araştırması için kullanıldı.
Sağdaki SEM-EDX mikrografları, montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poli (metakrilik asit) / nano-montmorillonit (PMA / nMMT) ve amoksisilin (AMX) - ve diklofenak (DF) yüklü PMA/nMMT'den oluşan nanojellerin elementel ve yapısal analizini göstermektedir. SEM mikrografları, EDX ile birlikte 1.00 KX büyütmede kaydedildi.
- montmorillonit (MMT),
- nano-montmorillonit (nMMT),
- poli (metakrilik asit) / nano-montmorillonit (PMA / nMMT),
- ve amoksisilin (AMX) ve diklofenak (DF) yüklü PMA / nMMT.
Ham MMT'nin daha büyük tanelerin varlığını gösteren katmanlı bir tabaka yapısına sahip olduğu gözlenmiştir. Modifikasyondan sonra, MMT tabakaları, oktahedral bölgelerden Si2 + ve Al3 + 'nın elimine edilmesinden kaynaklanabilecek küçük parçacıklar halinde pul pul dökülür. nMMT'nin EDX spektrumu, yüksek bir karbon yüzdesi sergiler, bu da esas olarak CTAB'ın (C19H42BrN) ana bileşeni karbon (�) olduğundan, modifikasyon için kullanılan yüzey aktif maddeden kaynaklanabilir. PMA/nMMT, tutarlı ve neredeyse sürekliye yakın bir yapı sergiler. Ayrıca, nMMT'nin PMA matrisine tam pul pul dökülmesini gösteren hiçbir gözenek görünmez. Farmasötik moleküller amoksisilin (AMX) ve diklofenak (DF) ile sorpsiyondan sonra, PMA / nMMT morfolojisinde değişiklikler gözlenir. Pürüzlü dokuda bir artış ile yüzey asimetrik hale gelir.
Kil bazlı nano boyutlu hidrojellerin kullanımı ve işlevleri: Kil bazlı hidrojel nanokompozitlerin, hem killerin hem de polimerlerin biyolojik olarak parçalanabilirlik, biyouyumluluk, ekonomik canlılık, bolluk, yüksek özgül yüzey alanı, üç boyutlu ağ ve şişme / şişme özellikleri gibi birleştirme özellikleri nedeniyle sulu bir çözeltiden inorganik ve/veya organik kirleticilerin alımı için potansiyel süper adsorbanlar olduğu öngörülmektedir.
(bkz. Khan ve diğerleri, 2020)
(a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT ve (d) AMX ve (e) DF yüklü nanokompozit hidrojellerin SEM-EDX mikrografları. Nanojeller ultrasonikasyon kullanılarak hazırlandı.
(çalışma ve resimler: ©Khan ve ark. 2020)
Hidrojel ve Nanojel Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hidrojel ve Nanojel Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hielscher Ultrasonics, üstün işlevlere sahip hidrojellerin ve nanojellerin sentezi için yüksek performanslı ultrasonik ekipman üretmektedir. Küçük ve orta boy R'den&Sürekli modda ticari hidrojel üretimi için endüstriyel sistemlere D ve pilot ultrasonicators, Hielscher Ultrasonics, hidrojel / nanojel üretimi için gereksinimlerinizi karşılamak için doğru ultrasonik işlemciye sahiptir.
- yüksek verim
- En son teknoloji
- güvenilirlik & sağlamlık
- toplu iş & Satır içi
- herhangi bir hacim için
- Akıllı Yazılım
- Akıllı özellikler (ör. veri protokolü)
- Kullanımı kolay ve güvenli
- Az bakım gerektirir
- CIP (yerinde temizlik)
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
(Çalışma ve film: Rutgeerts ve ark., 2019)
Literatür / Referanslar
- Ismail, S.H.; Hamdy, A.; Ismail, T.A.; Mahboub, H.H.; Mahmoud, W.H.; Daoush, W.M. (2021): Synthesis and Characterization of Antibacterial Carbopol/ZnO Hybrid Nanoparticles Gel. Crystals 2021, 11, 1092.
- Khan, Suhail; Fuzail Siddiqui, Mohammad; Khan, Tabrez Alam (2020): Synthesis of poly(methacrylic acid)/montmorillonite hydrogel nanocomposite for efficient adsorption of Amoxicillin and Diclofenac from aqueous environment: Kinetic, isotherm, reusability, and thermodynamic investigations. ACS Omega. 5, 2020. 2843–2855.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
Bilmeye Değer Gerçekler
ZnO Nanopartiküllerinin Sonokimyasal Sentezi için Protokol
ZnO NP'ler, ultrason ışınlamasının etkisi altında kimyasal çökeltme yöntemi kullanılarak sentezlendi. Tipik bir prosedürde, öncü olarak çinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2·2H2O) ve indirgeyici ajan olarak sulu bir çözelti (NH4OH) içinde 0-33'lük bir amonyak çözeltisi (NH3) kullanıldı. ZnO nanopartikülleri, 0.1 M'lik bir çinko iyonu çözeltisi üretmek için uygun miktarda çinko asetatın 100 mL deiyonize su içinde çözülmesiyle üretildi. Daha sonra, çinko iyonları çözeltisi, bir Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Almanya) kullanılarak% 79'luk bir genlikte ve 40 ° C'lik bir sıcaklıkta 5 dakika boyunca 0.76'lık bir döngüde ultrasonik dalga ışınlamasına tabi tutuldu. Daha sonra, amonyak çözeltisi, ultrasonik dalgaların etkisi altında çinko iyonları çözeltisine damla damla ilave edildi. Birkaç dakika sonra, ZnO NP'ler çökelmeye ve büyümeye başladı ve amonyak çözeltisi, ZnO NP'lerin tam çökelmesi meydana gelene kadar sürekli olarak eklendi.
Elde edilen ZnO NP'ler birkaç kez deiyonize su kullanılarak yıkandı ve çökelmesi için dışarıda bırakıldı. Posteriorda, elde edilen çökelti oda sıcaklığında kurutuldu.
(İsmail vd., 2021)
Nanojeller nedir?
Nanojeller veya nanokompozit hidrojeller, genellikle 1-100 nanometre aralığındaki nanopartikülleri yapılarına dahil eden bir hidrojel türüdür. Bu nanopartiküller organik, inorganik veya her ikisinin bir kombinasyonu olabilir.
Nanojeller, üç boyutlu bir ağ oluşturmak için polimer zincirlerinin kimyasal olarak bağlanmasını içeren çapraz bağlama olarak bilinen bir işlemle oluşturulur. Hidrojellerin ve nanojellerin oluşumu, polimerik yapıyı hidratlatmak, çapraz bağlanmayı teşvik etmek ve nanopartikülleri dahil etmek için kapsamlı bir karıştırma gerektirdiğinden, ultrasonikasyon hidrojellerin ve nanojellerin üretimi için oldukça etkili bir tekniktir. Hidrojel ve nanojel ağları, büyük miktarlarda suyu emebilir, nanojelleri yüksek oranda hidratlı hale getirir ve bu nedenle ilaç dağıtımı, doku mühendisliği ve biyosensörler gibi çok çeşitli uygulamalar için uygundur.
Nanojel hidrojeller tipik olarak hidrojel matrisi boyunca dağılmış olan silika veya polimer parçacıkları gibi nanoparçacıklardan oluşur. Bu nanopartiküller, emülsiyon polimerizasyonu, ters emülsiyon polimerizasyonu ve sol-jel sentezi dahil olmak üzere çeşitli yöntemlerle sentezlenebilir. Bu polimerizasyon ve sol-jel sentezleri, ultrasonik ajitasyondan büyük ölçüde yararlanır.
Nanokompozit hidrojeller ise bir hidrojel ve kil veya grafen oksit gibi bir nano dolgu maddesinin bir kombinasyonundan oluşur. Nano dolgu maddesinin eklenmesi, hidrojelin sertliği, gerilme mukavemeti ve tokluğu gibi mekanik ve fiziksel özelliklerini iyileştirebilir. Burada, sonikasyonun güçlü dağılım kapasiteleri, nanopartiküllerin hidrojel matrisine düzgün ve kararlı bir şekilde dağılmasını kolaylaştırır.
Genel olarak, nanojel ve nanokompozit hidrojeller, benzersiz özellikleri ve işlevleri nedeniyle biyotıp, çevresel iyileştirme ve enerji depolama gibi alanlarda çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir.
Nanojelin Tıbbi Tedaviler için Uygulamaları
| Nanojel Türü | İlaç | hastalık | Etkinlik | Başvuru |
| PAMA-DMMA nanojeller | Doksorubisin | Kanser | PH değeri düştükçe salım hızında artış. Hücre canlılığı çalışmalarında pH 6.8'de daha yüksek sitotoksisite | Du ve ark. (2010) |
| Hyaluronat ile süslenmiş kitosan bazlı nanojeller | Tetra-fenil-porfirin-tetra-sülfonat (TPPS4), tetra-fenil-klor-tetra-karboksilat (TPCC4) ve klor e6 (Ce6) gibi ışığa duyarlılaştırıcılar | Romatizmal hastalıklar | Makrofajlar tarafından hızla alınır (4 saat) ve sitoplazmalarında ve organellerinde birikir | Schmitt ve ark. (2010) |
| Pluronic hidrojellerde PCEC nanopartikülleri | Lidokain | Lokal anestezi | Yaklaşık 360 dakikalık uzun süreli infiltrasyon anestezisi üretildi | Yin ve ark. (2009) |
| HPMC ve Carbopol jel içinde dağılmış poli (laktit-ko-glikolik asit) ve kitosan nanopartikül | Spantide II | Alerjik kontakt dermatit ve diğer cilt enflamatuar bozuklukları | Spantide II'nin perkütan iletimi için nanogelinncreases potansiyeli | Punit ve ark. (2012) |
| pH'a duyarlı polivinil pirolidon-poli (akrilik asit) (PVP/PAAc) nanojeller | Pilokarpin | Uzun bir süre boyunca etki bölgesinde yeterli bir pilokarpin konsantrasyonunu koruyun | Abd El-Rehim ve ark. (2013) | |
| Çapraz bağlı poli (etilen glikol) ve polietilenimin | Oligonükleotidler | Nörodejeneratif hastalıklar | BBB boyunca etkili bir şekilde taşınır. Nanojelin yüzeyi transferrin veya insülin ile modifiye edildiğinde taşıma etkinliği daha da artar | Vinogradov ve ark. (2004) |
| Kolesterol taşıyan pullulan nanojeller | Rekombinant murin interlökin-12 | Tümör immünoterapisi | Sürekli salımlı nanojel | Farhana ve ark. (2013) |
| Poli (N-izopropilakrilamid) ve kitosan | Hipertermi kanser tedavisi ve hedefe yönelik ilaç dağıtımı | Isıya duyarlı manyetik modalize | Farhana ve ark. (2013) | |
| Çapraz bağlı dallı polietilenimin ve PEG Polipleksnanojel ağı | Fludarabin | Kanser | Yüksek aktivite ve azalmış sitotoksisite | Farhana ve ark. (2013) |
| Kolesterol taşıyan pullulanın biyouyumlu nanojeli | Yapay refakatçi olarak | Alzheimer hastalığının tedavisi | Amiloid β-proteininin agregasyonunu inhibe edin | Ikeda ve ark. (2006) |
| Foto çapraz bağlama ile DNA nanojel | Genetik materyal | Gen tedavisi | Plazmit DNA'nın kontrollü verilmesi | Lee ve ark. (2009) |
| Karbopol/çinko oksit (ZnO) hibrit nanopartikül jel | ZnO nanopartikülleri | Antibakteriyel aktivite, bakteriyel inhibitör | İsmail ve ark. (2021) |
Tablo Swarnali ve ark., 2017'den uyarlanmıştır
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.