Sonikasyon Yoluyla Birleştirilen Supramoleküler Yapılar
Sonikasyon, supramoleküler kimyada güçlü ve çok yönlü bir araçtır ve genellikle kinetik ve termodinamik parametrelere duyarlı olan kovalent olmayan montaj süreçleri üzerinde hassas kontrol sağlar. Güçlü ultrasonun sıvı bir ortama uygulanması, moleküler etkileşimleri etkiler, kendi kendine birleşmeyi hızlandırır, karıştırmayı geliştirir ve nano ölçekte yapısal yeniden düzenlemeyi teşvik eder.
Sonikasyon Supramoleküler Birleşmeyi Nasıl Etkiler?
Hidrojen bağı, π-π istiflenmesi, metal koordinasyonu ve van der Waals kuvvetleri gibi zayıf etkileşimlerin yapı oluşumunu yönettiği supramoleküler sistemlerde, ultrason montaj yollarını seçici olarak etkileyebilir. Homojen çekirdeklenmeyi sağlar, yapı taşlarının dağılmasına yardımcı olur ve geleneksel koşullar altında genellikle erişilemeyen metastabil veya kinetik olarak hapsolmuş mimarilerin oluşumunu kolaylaştırır. Dahası, sonikasyon, monte edilmiş ve demonte edilmiş durumlar arasındaki dengeyi değiştirebilir ve tersine çevrilebilir supramoleküler sistemleri kontrol etmek için dinamik bir araç sunar.
Fiziksel etkilerinin ötesinde, sonokimya çevreye zarar vermeyen ve enerji tasarruflu bir yaklaşım sağlar – genellikle solventsiz veya hafif koşullar altında gerçekleştirilir – Bu da onu supramoleküler jellerin, nanofiberlerin, konak-konuk komplekslerinin ve hibrit nanoyapıların sentezi için cazip kılmaktadır. Sonuç olarak, sonikasyon sadece bir numune hazırlama tekniği değil, aynı zamanda supramoleküler malzemelerin rasyonel tasarımı ve işlenmesinde merkezi bir mekanokimyasal itici güçtür.
Sonikatör UP400ST supramoleküler yapıların verimli sentezi için
Supramoleküllerin Ultrasonik Destekli Sentezi
Sonikasyon, akustik kavitasyon, geçici kesme gradyanları ve mikrojet etkileri yoluyla çok çeşitli supramoleküler sistemlerin oluşumunu, stabilizasyonunu veya dönüşümünü sağlayabilir. Aşağıdaki kategoriler, ultrason destekli kendi kendine montaj ile elde edilen veya etkilenen tipik yapıları göstermektedir:
- Supramoleküler Ev Sahibi-Misafir Kompleksleri
Siklodekstrin inklüzyon kompleksleri
Cucurbituril tabanlı konak-konuk sistemleri
Kaliksaren ve sütun[5]aren düzenekleri
Mekanik olarak birbirine kenetlenmiş moleküller (rotaxanes, catenanes) - Supramoleküler Grafen Oksit ve 2D Hibritler
- π-π istiflenmiş grafen oksit-kromofor kompleksleri
- Grafen oksit-polimer supramoleküler hibritler
- Porfirinler, fullerenler veya peptitlerle kovalent olmayan işlevselleştirme
- Supramoleküler Nanolifler ve Nanotüpler
- Peptit amfifil nanolifler
- π-konjuge nanolifler (örneğin, perilen bisimid, porfirin veya siyanin türevleri)
- Hidrojen bağlı veya π-π yığılmış nanotüpler
- Supramoleküler Jeller (Sonojeller)
- Ultrason ile tetiklenen veya stabilize edilen organojeller ve hidrojeller
- Lokalize ısıtma ve kesme yoluyla indüklenen sol-jel geçişleri
- Tersinir supramoleküler ağlar (H-bağlı, metal-ligand veya iyonik)
- Supramoleküler Agregatlar ve Konglomeratlar
- Amfifilik moleküllerden oluşan miseller ve veziküller
- Koaservatlar ve kolloidal düzenekler
- Ultrason enerjisi girişinden etkilenen kiral konglomeralar ve polimorfik birleşimler
- Supramoleküler Nanosponglar ve Gözenekli Çerçeveler
- Siklodekstrin Bazlı Nanosponglar
- Sonokimyasal olarak üretilen metal-organik çerçeveler (MOF'lar) ve kovalent organik çerçeveler (COF'lar)
- Kataliz veya ilaç yükleme için kullanılan gözenekli supramoleküler ağlar
- Diğer Ultrasona Duyarlı Supramoleküler Mimariler
- Supramoleküler kapsüller ve nanokapsidler
- Kendiliğinden bir araya gelen tek katmanlar (SAM'ler) ve çok katmanlar
- DNA tabanlı supramoleküler yapılar
- Koordinasyon polimerleri ve metalojeller
(Çalışma ve film: Rutgeerts ve ark., 2019)
Supramoleküler Birleşmede Ultrasonik Uygulamalar
Ultrason, mekanik, termal ve kavitasyonel etkiler yoluyla supramoleküler kendi kendine birleşmeyi etkiler.
Bu kilit süreçler şunları içerir:
- Emülsifikasyon ve Nanoemülsiyon Oluşumu
- Yağ/su sistemlerinde supramoleküler kapsüllemeyi kolaylaştırır
- Karışmayan fazların homojen karışımını teşvik eder
- Partikül Boyutunun Azaltılması ve Ayrıştırılması
- Daha büyük supramoleküler agregatları veya kristalleri parçalar
- Morfolojiyi ve polidispersiteyi kontrol eder
- Dağılım ve Homojenizasyon
- Nanopartiküllerin veya supramoleküler yapı bloklarının çözücüler içinde dağılımını artırır
- Jel veya hibrit malzeme oluşumunda homojenliği artırır
- Kapsülleme ve Kompleksasyon Geliştirme
- Siklodekstrinlere veya misel sistemlere misafir katılımını hızlandırır
- İlaç dağıtımı veya kataliz için nanokapsül oluşumunu teşvik eder
- Fiber Ekleme / Uzunluk Azaltma
- Peptit veya polimerik nanofiberlerin kavitasyonel kesme ile kısaltılması
- Supramoleküler filamentlerin ve nanotüplerin kontrollü parçalanması
- Kristalleşme ve Polimorf Kontrolü
- Kontrollü kristal büyümesi için ultrason destekli çekirdeklenme
- Metastabil veya kinetik olarak tercih edilen supramoleküler polimorfların üretimi
- Çapraz Bağlanma ve Ağ Oluşumu
- Hidrojen bağlı veya metal-ligand ağlarında bağların yeniden düzenlenmesine neden olur
- Supramoleküler metal-organik çerçevelerin (MOF'lar) oluşumunu başlatır
- Supramoleküler hidrojellerin ve sonojellerin oluşumunu destekler
- Sonokimyasal Aktivasyon ve Fonksiyonelleştirme
- Supramoleküler modifikasyon için reaksiyonları başlatır
- Fonksiyonel moleküllerin ana iskelelere kovalent olmayan bir şekilde bağlanmasını sağlar
- Bozunma ve Tersinir Sökme
- Ultrasonik enerji, supramoleküler yapıları geri dönüşümlü olarak parçalara ayırmak için kullanılır
- Kapsüllenmiş türlerin ultrasonik uyarım altında kontrollü salımı
Supramoleküller için En İyi Sonikatörü Alın
Hielscher sonikatörleri, sıvı faz proseslerinde hassas enerji dağıtımı için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı prob tipi ultrasonik sistemlerdir, bu da onları karmaşık mimarilerin sonokimyasal ve supramoleküler montajı için son derece uygun hale getirir. Genlik, zaman, darbe modu ve sıcaklık üzerindeki hassas kontrolleri, tekrarlanabilir kavitasyon dinamikleri sağlayarak verimli karıştırmayı, gelişmiş kütle transferini ve supramoleküler organizasyon için gerekli olan kovalent olmayan etkileşimlerin aktivasyonunu teşvik eder. Sonokimyada, bu tür kontrollü akustik kavitasyon kendi kendine birleşmeyi hızlandırabilir, konakçı-misafir kompleksleşmesini kolaylaştırabilir ve supramoleküler agregatların morfolojisini veya stabilitesini etkileyebilir. Hielscher cihazlarının sağlamlığı, ölçeklenebilirliği ve dijital süreç takibi, küçük ölçekli laboratuvar deneylerinden endüstriyel senteze kadar reaksiyon koşullarının ince ayarlanmasına olanak tanıyarak temel supramoleküler araştırmaları uygulamalı malzeme üretimi ile birleştirir.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 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 | UIP16000hdT |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000hdT |
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.
Ultrasonik emülsifikasyon supramoleküler yapıların bir araya gelmesini teşvik eder
Literatür / Referanslar
- Di Giosia, Matteo; Bomans, Paul; Bottoni, Andrea; Cantelli, Andrea; Falini, Giuseppe; Franchi, Paola; Guarracino, Giuseppe; Friedrich, Heiner; Lucarini, Marco; Paolucci, Francesco; Rapino, Stefania; Sommerdijk, Nico; Soldà, Alice; valle, Francesco ; Zerbetto, Francesco; Calvaresi, Matteo (2018): Proteins as Supramolecular Hosts for C60: A True Solution of C60 in Water. Nanoscale 10(21); 2018.
- Fatemeh Shahangi Shirazi, Kamran Akhbari (2016): Sonochemical procedures; the main synthetic method for synthesis of coinage metal ion supramolecular polymer nano structures. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 31, 2016. 51-61.
- Rutgeerts LAJ , Soultan AH , Subramani R , Toprakhisar B , Ramon H , Paderes MC , De Borggraeve WM , Patterson J . (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chem Commun (Camb). 2019 Jun 20;55(51):7323-7326.
Sıkça Sorulan Sorular
Supramolekül / Süpermolekül nedir?
Bir supramolekül veya süpermolekül, hidrojen bağı, π-π istifleme, metal koordinasyonu veya van der Waals kuvvetleri gibi kovalent olmayan etkileşimlerle bir arada tutulan iki veya daha fazla moleküler varlığın ayrı bir kimyasal birleşimidir. Kovalent olarak bağlanmış moleküllerin aksine, bu yapılar tersinir ve genellikle oldukça seçici kendi kendine montaj süreçleri yoluyla ortaya çıkar ve ortaya çıkan özelliklere sahip karmaşık mimarilere yol açar.
Supramoleküler Kimyada Temel Yöntemler Nelerdir?
Supramoleküler kimyadaki temel yöntemler moleküler tanıma ve kendi kendini organize etme etrafında dönmektedir. Ev sahibi-misafir kimyası, şablonlu sentez, koordinasyon kimyası ve zayıf moleküller arası kuvvetler tarafından yönlendirilen kendi kendine montaj kavramsal ve deneysel temeli oluşturur. NMR spektroskopisi, izotermal titrasyon kalorimetrisi ve X-ışını kristalografisi gibi analitik araçlar, bu etkileşimleri niceliksel ve yapısal olarak incelemenin merkezinde yer almaktadır.
Supramoleküler Cihaz Nedir?
Supramoleküler bir cihaz, sinyal iletimi, moleküler anahtarlama, kataliz veya enerji dönüşümü gibi belirli görevleri yerine getirmek için moleküler bileşenlerin kovalent olmayan etkileşimler yoluyla organize edildiği işlevsel bir sistemdir. Bu cihazlar genellikle nano ölçekte kontrollü moleküler hareket ve tersinirlikten yararlanarak biyolojik işlevleri taklit eder.
MOF'lar Supramoleküler Yapılar mıdır?
Metal-organik çerçeveler (MOF'lar) gerçekten de supramoleküler yapılar olarak kabul edilebilir, çünkü genişletilmiş kristal ağları metal iyonları veya kümeleri ile organik bağlayıcılar arasındaki koordinasyon bağları yoluyla inşa edilir. Bu bağlar kısmi kovalent karaktere sahip olsa da, MOF'ların modüler, kendi kendine bir araya gelen doğası ve yönlü, tersinir etkileşimlere dayanmaları, onları kavramsal olarak daha geniş supramoleküler kimya alanına yerleştirir.
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.