Ultrasonication kullanarak Nanokompozit Hidrojel Sentezi
Nanokompozit hidrojeller veya nanojeller, ilaç taşıyıcıları ve kontrollü salınımlı ilaç dağıtım sistemleri olarak yüksek etkinliğe sahip çok işlevli 3D yapılardır. Ultrasonikasyon, nano boyutlu, polimerik hidrojel parçacıklarının dağılmasını ve daha sonra nanopartiküllerin bu polimer yapılara dahil edilmesini / dahil edilmesini teşvik eder.
Nanojellerin Ultrasonik Sentezi
Nanokompozit hidrojeller üç boyutlu malzeme yapılarıdır ve onları güçlü ilaç taşıyıcıları ve kontrollü salınımlı ilaç dağıtım sistemleri yapan belirli özellikler sergilemek üzere tasarlanabilirler. Ultrasonikasyon, işlevselleştirilmiş nano boyutlu parçacıkların sentezini ve daha sonra nanopartiküllerin üç boyutlu polimerik yapılara dahil edilmesini / dahil edilmesini teşvik eder. Ultrasonik olarak sentezlenmiş nanojeller, biyoaktif bileşikleri nano ölçekli çekirdeklerinin içine hapsedebileceğinden, bu nano boyutlu hidrojeller harika işlevler sunar.
Nanojeller, hidrofilik polimer ağı olarak fiziksel veya kimyasal olarak çapraz bağlı olan hidrojel nanopartiküllerin sulu dispersiyonudur. Yüksek performanslı ultrason nano-dispersiyonlar üretiminde 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 İşlevsellikleri
- Mükemmel kolloidal stabilite ve geniş spesifik yüzey alanı
- nanopartiküllerle yoğun bir şekilde paketlenebilir
- sert ve yumuşak parçacıkların hibrit çekirdek / kabuk nanojelinde birleştirilmesine izin verir
- yüksek hidrasyon potansiyeli
- biyoyararlanımı teşvik etmek
- yüksek şişme / şişme giderme özellikleri
Ultrasonik sentezlenmiş nanojeller çok sayıda uygulama ve endüstride, örneğin kullanılır.
- farmasötik ve tıbbi uygulamalar için: örneğin ilaç taşıyıcı, antibakteriyel jel, antibakteriyel yara örtüsü
- Gen dağıtımı için biyokimya ve biyotıpta
- kimyasal ve çevresel uygulamalarda adsorban/biyosorban olarak
- Doku mühendisliğinde hidrojeller birçok doğal dokunun fiziksel, kimyasal, elektriksel ve biyolojik özelliklerini taklit edebildiği için
Örnek Olay İncelemesi: Sonokimyasal Yolla Çinko Nanojel Sentezi
ZnO hibrid nanopartiküller, basit bir ultrasonik işlemle bir Carbopol jelinde stabilize edilebilir: Sonication, daha sonra bir nano-hidrojel oluşturmak için Carbopol ile ultrasonik olarak çapraz bağlanan çinko nanopartiküllerinin çökeltilmesini sağlamak için kullanılır.
İsmail ve ark. (2021) kolay bir sonokimyasal yolla çinko oksit nanopartiküllerini 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 durulandı. 0.5 g Karbopol 940, 300 mL çift deiyonize suda çözüldü, ardından taze yıkanmış ZnO NP'lerin eklenmesiyle sonuçlandı. Karbopol doğal olarak asidik olduğundan, çözelti pH değerinin nötralizasyonunu gerektirir, aksi takdirde kalınlaşmaz. Böylece, karışım Hielscher ultrasonicator UP400S 95 genlik ve 1 saat için% 95'lik bir döngü ile sürekli sonikasyon geçirmişti. Daha sonra, nötralize edici bir ajan olarak 50 mL trimetilamin (TEA) (pH'ı 7'ye yükselterek), ZnO beyaz jelinin oluşumu gerçekleşene kadar sürekli sonikasyon altında damla damla ilave edildi. Karbopolün kalınlaşması, pH nötr bir pH'a yakın olduğunda başladı.
Araştırma ekibi, ultrasonikasyonun nanojel oluşumu üzerindeki olağanüstü olumlu etkilerini, gelişmiş parçacık-parçacık etkileşimi ile açıklar. Ultrasonik olarak başlatılan reaksiyon karışımındaki bileşenlerin moleküler ajitasyonu, polimer-çözücü etkileşimleri tarafından teşvik edilen kalınlaşma sürecini arttırır. Ek olarak, sonication Carbopol'ün çözülmesini teşvik eder. Ek olarak, ultrason dalgası ışınlaması polimer-ZnO NP'lerin etkileşimini arttırır ve hazırlanan Karbopol/ZnO hibrit nanopartikül jelinin viskoelastik özelliklerini geliştirir.
Yukarıdaki şematik akış şeması, ZnO NP'lerin ve Karbopol / ZnO hibrid nanopartikül jelinin sentezini göstermektedir. Çalışmada, ultrasonicator UP400St ZnO nanopartikül çökeltme ve nanojel oluşumu için kullanılmıştır. (Ismail ve ark., 2021'den uyarlanmıştır)
ZnO NP'ler, (a) sulu çözeltinin içinde olduğu ve (b) ultrasonik olarak kararlı bir Karbopol bazlı hidrojel içine dağıldığı ultrasonikasyon etkisi altında kimyasal çökeltme yöntemi ile sentezlenir.
(çalışma ve resim: İsmail ve ark., 2021)
Case Stuy: Poli (metakrilik asit) / Montmorillonit (PMA / nMMT) Nanojel Ultrasonik Hazırlanması
Khan ve ark. (2020), ultrason destekli redoks polimerizasyonu yoluyla bir poli (metakrilik asit) / Montmorillonit (PMA / nMMT) nanokompozit hidrojelin başarılı sentezini göstermiştir. Tipik olarak, nMMT 1.0 g homojen bir dağılım oluşturmak için 2 saat ultrasonikasyon ile damıtılmış su 50 mL içinde dağılmıştır. Sonikasyon, kilin dağılımını iyileştirir, bu da hidrojellerin gelişmiş mekanik özellikleri ve adsorpsiyon kapasitesi ile sonuçlanır. Metakrilik asit monomeri (30 mL) süspansiyona damla damla ilave edildi. Karışıma başlatıcı amonyum persülfat (APS) (0.1 M) ve ardından 1.0 mL TEMED hızlandırıcı eklendi. Dağılım, 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 boyunca kurutuldu. Elde edilen ürün öğütüldü ve bir cam şişede saklandı. Farklı nanokompozit jeller, nMMT'yi 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 g miktarlarında değiştirerek sentezlendi. 1.0 g nMMT kullanılarak hazırlanan nanokompozit hidrojeller, kompozitlerin geri kalanından 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 temel 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 borçlu olduğu gözlenmiştir. Modifikasyondan sonra, MMT tabakaları, Si2 + ve Al3 + 'nın oktahedral bölgelerden elimine edilmesine bağlı olabilecek küçük parçacıklara pul pul dökülür. nMMT'nin EDX spektrumu, CTAB'ın (C19H42BrN) ana bileşeni karbon (% 84) olduğu için modifikasyon için kullanılan yüzey aktif maddeden kaynaklanabilecek yüksek oranda karbon sergiler. PMA/nMMT tutarlı ve sürekliliğe yakın bir yapı gösterir. Ayrıca, nMMT'nin PMA matrisine tamamen pul pul dökülmesini gösteren hiçbir gözenek görünmez. Farmasötik moleküller amoksisilin (AMX) ve diklofenak (DF) ile emilimden sonra PMA/nMMT morfolojisinde değişiklikler gözlenir. Yüzey, pürüzlü dokudaki bir artışla asimetrik hale gelir.
Kil bazlı nano boyutlu hidrojellerin kullanımı ve işlevleri: Kil bazlı hidrojel nanokompozitlerin, biyolojik parçalanabilirlik, biyouyumluluk, ekonomik canlılık, bolluk, yüksek spesifik yüzey alanı, üç boyutlu ağ ve şişme / şişme özellikleri gibi hem killerin hem de polimerlerin birleştirme özellikleri nedeniyle sulu bir çözeltiden inorganik ve / veya organik kirleticilerin alımı için potansiyel süper adsorbanlar olması öngörülmektedir.
(Bkz. Khan ve ark., 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 et al. 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&D ve pilot ultrasonicators sürekli modda ticari hidrojel üretimi için endüstriyel sistemlere, Hielscher Ultrasonics, hidrojel / nanojel üretimi için gereksinimlerinizi karşılamak için doğru ultrasonik işlemciye sahiptir.
- yüksek verim
- Son teknoloji
- güvenilirlik & sağlamlık
- yığın & Çizgide
- herhangi bir hacim için
- akıllı yazılım
- akıllı özellikler (ör. veri protokolü)
- Kullanımı Kolay ve Güvenli
- Düşük bakım
- CIP (yerinde temizlik)
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
| 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 | Uıp4000hdt |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dak | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
(Çalışma ve film: Rutgeerts ve ark., 2019)
Edebiyat / 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.
Bilinmesi Gereken 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 bir ajan olarak sulu bir çözelti (NH4OH) içinde% 30-33'lük bir amonyak çözeltisi (NH3) kullanılmıştır. ZnO nanopartikülleri, 0.1 M çinko iyonu çözeltisi üretmek için 100 mL deiyonize suda uygun miktarda çinko asetat çözülerek üretildi. Daha sonra, çinko iyonları çözeltisi,% 79'luk bir genlikte bir Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Almanya) ve 40 ◦C sıcaklıkta 5 dakika boyunca 0.76'lık bir döngü kullanılarak ultrasonik dalga ışınlamasına tabi tutuldu. Daha sonra, amonyak çözeltisi, ultrasonik dalgaların etkisi altında çinko iyonları çözeltisine damla damla eklendi. Birkaç dakika sonra, ZnO NP'ler çökelmeye ve büyümeye başladı ve ZnO NP'lerin tam çökelmesi gerçekleşene kadar amonyak çözeltisi sürekli olarak eklendi.
Elde edilen ZnO NP'ler birkaç kez deiyonize su kullanılarak yıkandı ve yerleşmek için dışarıda bırakıldı. Posteriorda, elde edilen çökelti oda sıcaklığında kurutuldu.
(İsmail ve ark., 2021)
Nanojeller nedir?
Nanojeller veya nanokompozit hidrojeller, genellikle 1-100 nanometre aralığında 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 nemlendirmek, çapraz bağlamayı 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 miktarda suyu emebilir, nanojelleri yüksek oranda hidratlı hale getirir ve böylece ilaç dağıtımı, doku mühendisliği ve biyosensörler gibi çok çeşitli uygulamalar için uygundur.
Nanojel hidrojeller tipik olarak hidrojel matrisi boyunca dağılmış silika veya polimer parçacıkları gibi nanopartiküllerden 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.
Öte yandan nanokompozit hidrojeller, bir hidrojel ve kil veya grafen oksit gibi bir nanodolgu maddesinin bir kombinasyonundan oluşur. Nanodolgu maddesinin eklenmesi, hidrojelin sertliği, çekme mukavemeti ve tokluğu gibi mekanik ve fiziksel özelliklerini artırabilir. Burada, sonikasyonun güçlü dağılım kapasiteleri, nanopartiküllerin hidrojel matrisine düzgün ve kararlı dağılımını 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.
Tıbbi Tedaviler için Nanojel Uygulamaları
| Nanojel Türü | ilaç | hastalık | Etkinlik | Başvuru |
| PAMA-DMMA nanojelleri | doksorubisin | Kanser | pH değeri azaldıkça salınım hızında artış. Hücre canlılığı çalışmalarında pH 6.8'de daha yüksek sitotoksisite | Du ve ark. (2010) |
| Hiyalüronat ile süslenmiş Kitosan bazlı nanojeller | Tetra-fenil-porfirin-tetra-sülfonat (TPPS4), tetra-fenil-klorin-tetra-karboksilat (TPCC4) ve klorin e6 (Ce6) gibi fotosensitizatörler | Romatizmal bozukluklar | Makrofajlar tarafından hızla alınır (4 saat) ve sitoplazmalarında ve organellerinde birikir | Schmitt ve ark. (2010) |
| Pluronik hidrojellerde PCEC nanopartikülleri | Lidokain | Lokal anestezi | Yaklaşık 360 dakikalık uzun süreli infiltrasyon anestezisi üretildi | Yin ve ark. (2009) |
| HPMC ve Karbopol jelinde dağılmış poli(laktid-ko-glikolik asit) ve kitosan nanopartikül | Spantide II | Alerjik kontakt dermatit ve diğer cilt enflamatuar bozuklukları | Spantid II'nin perkütan verilmesi için nanogelinncreases potansiyeli | Punit ve ark. (2012) |
| pH'a duyarlı polivinil pirolidon-poli (akrilik asit) (PVP/PAAc) nanojeller | Pilokarpin | Pilokarpinin etki bölgesinde uzun süre yeterli konsantrasyonda tutulması | 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 salınımlı nanojel | Farhana ve ark. (2013) |
| Poli(N-izopropilakrilamid ve kitosan | Hipertermi kanseri tedavisi ve hedefe yönelik ilaç dağıtımı | Isıya duyarlı manyetik olarak modalize edilmiş | Farhana ve ark. (2013) | |
| Polietilenimin ve PEG Polipleksnanojel'in çapraz bağlı dallanmış ağı | Fludarabin | Kanser | Yüksek aktivite ve azalmış sitotoksisite | Farhana ve ark. (2013) |
| Kolesterol taşıyan pullulanın biyouyumlu nanojeli | Yapay şaperon olarak | Alzheimer hastalığının tedavisi | Amiloid β-proteinin agregasyonunu inhibe eder | Ikeda ve ark. (2006) |
| Fotoğraf çapraz bağlama ile DNA nanojel | Genetik materyal | Gen tedavisi | Plazmid DNA'sının kontrollü verilmesi | Lee ve ark. (2009) |
| Karbopol/çinko oksit (ZnO) hibrid nanopartikül jeli | ZnO nanopartikülleri | Antibakteriyel aktivite, bakteriyel inhibitör | İsmail ve ark. (2021) |
Tablo Swarnali ve ark., 2017'den uyarlanmıştır
Hielscher Ultrasonics yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir laboratuvar için endüstriyel boyut.