Moleküler Baskılanmış Polimerlerin (MIP’ler) Ultrasonik Sentezi

Moleküler Baskılanmış Polimerler (MIP’ler), belirli bir biyolojik veya kimyasal molekül yapısı için önceden belirlenmiş seçiciliğe ve özgüllüğe sahip, yapay olarak tasarlanmış reseptörlerdir. Ultrasonikasyon, moleküler baskılanmış polimerlerin çeşitli sentez yollarını iyileştirerek polimerizasyonu daha verimli ve güvenilir hâle getirebilir.

Moleküler Baskılanmış Polimerler Nedir?

Moleküler baskılanmış polimer (MIP), moleküler baskılama tekniği kullanılarak üretilmiş, antikor benzeri tanıma özelliklerine sahip polimerik bir malzemedir. Moleküler baskılama tekniği, belirli bir hedef moleküle yönelik moleküler baskılanmış polimer üretir. Moleküler baskılanmış polimerin polimer matrisinde, belirli bir “şablon” moleküle afinite gösteren boşluklar bulunur. Süreç genellikle, daha sonra ekstrakte edilerek geride tamamlayıcı boşluklar bırakan bir şablon molekülün varlığında monomerlerin polimerizasyonunun başlatılmasını içerir. Bu polimerler, özgün moleküle afinite gösterir ve kimyasal ayırma, kataliz veya moleküler sensörler gibi uygulamalarda kullanılmıştır. Moleküler baskılanmış moleküller, moleküler bir anahtara (şablon molekül olarak adlandırılan moleküle) uyan moleküler bir kilide benzetilebilir. Moleküler baskılanmış polimerler (MIP’ler), şekil, boyut ve fonksiyonel gruplar bakımından şablon moleküllerle eşleşen, özel olarak uyarlanmış bağlanma bölgeleriyle karakterize edilir. “Kilit – anahtar” özelliği, belirli bir molekül türünün tanınarak moleküler kilide, yani moleküler baskılanmış polimere bağlandığı çeşitli uygulamalarda moleküler baskılanmış polimerlerin kullanılmasına olanak tanır.

Şematik çizim, özel olarak uyarlanmış reseptörlerin hazırlanması için siklodekstrinlerin moleküler baskılama yolunu göstermektedir.
Çalışma ve görsel: Hishiya et al. 2003

Moleküler baskılanmış polimerler (MIP’ler) geniş bir uygulama alanına sahiptir ve amino asitler ve proteinler, nükleotit türevleri, kirleticiler, ilaçlar ve gıdalar dâhil olmak üzere belirli biyolojik veya kimyasal molekülleri ayırmak ve saflaştırmak için kullanılır. Uygulama alanları, ayırma ve saflaştırmadan kimyasal sensörlere, katalitik reaksiyonlara, ilaç taşınmasına, biyolojik antikor ve reseptör sistemlerine kadar uzanır. (bkz. Vasapollo et al. 2011)
Örneğin MIP teknolojisi, kannabinoid izolatları ve distilatları elde etmek amacıyla CBD veya THC gibi kenevirden türetilen molekülleri tam spektrumlu ekstrakttan işlemek ve saflaştırmak için katı faz mikroekstraksiyon tekniği olarak kullanılır.

Moleküler Baskılanmış Moleküllerin Ultrasonik Sentezi

Hedefin (şablonun) türüne ve MIP’nin nihai uygulamasına bağlı olarak MIP’ler, nano ve mikron boyutlu küresel parçacıklar, nanoteller, nanoçubuklar, nanofilamentler veya ince filmler gibi farklı biçimlerde sentezlenebilir. Belirli bir MIP biçimi üretmek için kütle baskılama, çöktürme, emülsiyon polimerizasyonu, süspansiyon, dispersiyon, jelleşme ve çok aşamalı şişme polimerizasyonu gibi farklı polimerizasyon teknikleri uygulanabilir.
Düşük frekanslı, yüksek şiddetli ultrason uygulaması, polimerik nanoyapıların sentezi için son derece verimli, çok yönlü ve basit bir teknik sunar.
Sonikasyon, daha yüksek reaksiyon hızlarını, daha homojen polimer zinciri büyümesini, daha yüksek verimleri ve daha ılımlı koşulları (örneğin düşük reaksiyon sıcaklığı) desteklediği için geleneksel polimerizasyon süreçleriyle karşılaştırıldığında MIP sentezinde çeşitli avantajlar sağlar. Ayrıca bağlanma bölgesi popülasyonunun dağılımını ve dolayısıyla nihai polimerin morfolojisini değiştirebilir. (Svenson 2011)
MIP’lerin polimerizasyonuna sonokimyasal enerji uygulanmasıyla polimerizasyon reaksiyonları başlatılır ve olumlu yönde etkilenir. Aynı zamanda sonikasyon, bağlanma kapasitesinden veya rijitlikten ödün vermeden polimer karışımının etkili biçimde gazdan arındırılmasını destekler.
Ultrasonik homojenizasyon, dispersiyon ve emülsifikasyon, homojen süspansiyonlar oluşturmak ve polimerizasyon süreçleri için başlatma enerjisi sağlamak üzere üstün karıştırma ve çalkalama sunar. Viveiros et al. (2019), ultrasonik MIP sentezinin potansiyelini araştırmış ve “ultrasonik olarak hazırlanan MIP’lerin, geleneksel yöntemlerle elde edilenlere benzer veya onlardan üstün bağlanma özellikleri gösterdiğini” belirtmiştir.
Nano biçimdeki MIP’ler, bağlanma bölgelerinin homojenliğini iyileştirmek için umut verici olanaklar sunar. Ultrasonikasyon, nanodispersiyonların ve nanoemülsiyonların hazırlanmasındaki olağanüstü sonuçlarıyla iyi bilinmektedir.

Ultrasonik Nanoemülsiyon Polimerizasyonu

MIP’ler emülsiyon polimerizasyonuyla sentezlenebilir. Emülsiyon polimerizasyonu genellikle bir yüzey aktif madde eklenerek su içinde yağ emülsiyonu oluşturulmasıyla gerçekleştirilir. Kararlı, nano boyutlu bir emülsiyon oluşturmak için yüksek performanslı bir emülsifikasyon tekniği gerekir. Ultrasonik emülsifikasyon, nano ve mini emülsiyonların hazırlanması için yerleşik bir tekniktir.
Ultrasonik nanoemülsifikasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrason, nanoMIP üretimi için şu sentez yollarını iyileştirebilir: çöktürme polimerizasyonu, emülsiyon polimerizasyonu ve çekirdek–kabuk polimerizasyonu.
Çalışma ve görselin kaynağı: Refaat et al. 2019

Şablonun Ultrasonik Ekstraksiyonu

Moleküler baskılanmış polimerlerin sentezinden sonra, aktif bir moleküler baskılanmış polimer elde etmek için şablonun bağlanma bölgesinden uzaklaştırılması gerekir. Sonikasyonun yoğun karıştırma kuvvetleri, çözücü ve şablon moleküllerinin çözünürlüğünü, difüzivitesini, nüfuz etmesini ve taşınmasını destekler. Böylece şablonlar bağlanma bölgelerinden hızla uzaklaştırılır.
Şablonu baskılanmış polimerden uzaklaştırmak için ultrasonik ekstraksiyon, Soxhlet ekstraksiyonuyla da birleştirilebilir.

Vaka Çalışmaları: Moleküler Baskılanmış Polimerler için Ultrasonik Uygulamalar

Moleküler Baskılanmış Polimerlerin Ultrasonik Sentezi

Manyetik nanoparçacıkların ultrasonik bir sentez yolu kullanılarak 17β-estradiol baskılanmış polimerlerle kapsüllenmesi, 17β-estradiolün sulu ortamlardan hızla uzaklaştırılmasını sağlar. nanoMIP’lerin ultrasonik sentezinde monomer olarak metakrilik asit (MAA), çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetilakrilat (EGDMA) ve başlatıcı olarak azobisisobütironitril (AIBN) kullanılmıştır. Ultrasonik sentez işlemi 65ºC sıcaklıkta 2h boyunca gerçekleştirilmiştir. Manyetik NIP’lerin ve manyetik MIP’lerin ortalama parçacık çapları sırasıyla 200 ve 300 nm olmuştur. Ultrason kullanımı, nanoparçacıkların polimerizasyon hızını ve morfolojisini iyileştirmekle kalmamış, aynı zamanda serbest radikal sayısında artışa yol açarak manyetik nanoparçacıkların çevresinde MIP büyümesini kolaylaştırmıştır. 17β-estradiole yönelik adsorpsiyon kapasitesi, geleneksel yaklaşımlarla karşılaştırılabilir düzeyde olmuştur. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Moleküler Baskılanmış Sensörler için Ultrason

Yu et al., fenobarbital tayini için nikel nanoparçacıklarla modifiye edilmiş elektrotlara dayalı moleküler baskılanmış bir elektrokimyasal sensör tasarlamıştır. Bildirilen elektrokimyasal sensör, fonksiyonel monomer olarak metakrilik asit (MAA), çapraz bağlama ajanı olarak 2,2-azobisisobütironitril (AIBN) ve etilen glikol maleik rosinat (EGMRA) akrilat, şablon molekül olarak fenobarbitaller (PB’ler) ve organik çözücü olarak dimetil sülfoksit (DMSO) kullanılarak termal polimerizasyonla geliştirilmiştir. Sensörün üretim sürecinde 0,0464g PB ve 0,0688g MAA, 3 mL DMSO içinde karıştırılmış ve 10 min boyunca sonikasyona tabi tutulmuştur. 5 h sonra karışıma 1,0244g EGMRA ve 0,0074g AIBN eklenmiş ve PB baskılanmış polimer çözeltileri elde etmek için 30 min boyunca sonikasyon uygulanmıştır. Ardından, 10 μL hacminde ve 2,0 mg mL^-1 derişiminde Ni nanoparçacık çözeltisi GCE yüzeyine damlatılmış ve ardından sensör oda sıcaklığında kurutulmuştur. Daha sonra hazırlanan PB baskılanmış polimer çözeltisinden yaklaşık 5 μL, Ni nanoparçacıklarla modifiye edilmiş GCE üzerine kaplanmış ve 75◦C sıcaklıkta 6 h boyunca vakum altında kurutulmuştur. Termal polimerizasyonun ardından baskılanmış sensör, şablon moleküllerini uzaklaştırmak için (asetik asit) HAc/metanol (hacim oranı, 3:7) ile 7 min boyunca yıkanmıştır. (bkz. Uygun et al. 2015)

MIP’ler Kullanılarak Ultrasonik Mikroekstraksiyon

Numunelerden nikotinamid analitlerini geri kazanmak amacıyla, ultrason destekli dispersif katı faz mikroekstraksiyonu ve ardından UV-vis spektrofotometre ile ölçüm (UA-DSPME-UV-vis) uygulanır. Nikotinamidin (B3 vitamini) ekstraksiyonu ve ön deriştirilmesi için HKUST-1 metal organik kafes (MOF) tabanlı moleküler baskılanmış polimerler kullanılmıştır. (Asfaram et al. 2017)

Polimer Uygulamaları için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Doğrusal Ölçeklenebilirlikle Laboratuvardan Üretime: Özel olarak tasarlanmış moleküler baskılanmış polimerler, polimer sentezinin uygulanabilirliğini araştırmak için öncelikle küçük laboratuvar ve tezgâh üstü ölçekte geliştirilir ve test edilir. MIP’lerin uygulanabilirliği ve optimizasyonu sağlandığında MIP üretimi daha büyük hacimlere ölçeklenir. Ultrasonik sentez yollarının tamamı, tezgâh üstü ölçekten tamamen ticari üretime doğrusal olarak ölçeklenebilir. Hielscher Ultrasonics, küçük laboratuvar ve tezgâh üstü düzeneklerde polimer sentezi için sonokimyasal ekipmanlardan, tam yük altında 24/7 üretim için tamamen endüstriyel hat içi ultrasonik sistemlere kadar ekipman sunar. Ultrason, deney tüpü boyutundan saatte kamyonlar dolusu malzemenin işlendiği büyük üretim kapasitelerine doğrusal olarak ölçeklenebilir. Hielscher Ultrasonics firmasının laboratuvar sistemlerinden endüstriyel sonokimyasal sistemlere uzanan geniş ürün portföyünde, öngördüğünüz proses kapasitesi için en uygun sonikatör bulunur. Uzun yıllara dayanan deneyime sahip personelimiz, uygulanabilirlik testlerinden ve proses optimizasyonundan ultrasonik sisteminizin nihai üretim ölçeğinde kurulumuna kadar size yardımcı olacaktır.

Hielscher Ultrasonics – Gelişmiş Sonokimyasal Ekipman

Hielscher Ultrasonics ürün portföyü, küçük ölçekten büyük ölçeğe kadar yüksek performanslı ultrasonik ekstraktörlerin tüm yelpazesini kapsar. Ek aksesuarlar, prosesiniz için en uygun ultrasonik cihaz konfigürasyonunun kolayca bir araya getirilmesine olanak tanır. En uygun ultrasonik düzenek; öngörülen kapasiteye, hacme, malzemeye, kesikli veya hat içi prosese ve zaman çizelgesine bağlıdır. Hielscher, ideal sonokimyasal prosesi kurmanıza yardımcı olur.

Kesikli ve Hat İçi İşlem

Hielscher sonikatörleri, kesikli işlem ve sürekli akışlı işlem için kullanılabilir. Küçük ve orta büyüklükteki hacimler, kesikli bir proseste (örneğin viyallerde, deney tüplerinde, beherlerde, tanklarda veya varillerde) kolayca sonikasyona tabi tutulabilir. Büyük hacimlerin işlenmesinde hat içi sonikasyon daha etkili olabilir. Kesikli işlem daha fazla zaman ve iş gücü gerektirirken, sürekli hat içi karıştırma prosesi daha verimli ve daha hızlıdır ve önemli ölçüde daha az iş gücü gerektirir. Hielscher Ultrasonics, polimerizasyon reaksiyonunuz ve proses hacminiz için en uygun ekstraksiyon düzeneğine sahiptir.

Her Üretim Kapasitesi için Ultrasonik Problar

Hielscher Ultrasonics ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatörlerinden tezgâh üstü ve pilot sistemlere, saatte kamyonlar dolusu malzeme işleme kapasitesine sahip tamamen endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tüm yelpazesini kapsar. Bu eksiksiz ürün yelpazesi, polimerleriniz, proses kapasiteniz ve üretim hedefleriniz için size en uygun ultrasonik ekipmanı sunmamıza olanak tanır.
Ultrasonik tezgâh üstü sistemler, uygulanabilirlik testleri ve proses optimizasyonu için idealdir. Belirlenmiş proses parametrelerine dayalı doğrusal ölçek büyütme, işleme kapasitelerinin küçük partilerden tamamen ticari üretime yükseltilmesini çok kolaylaştırır. Ölçek büyütme, daha güçlü bir ultrasonik ekstraktör ünitesi kurularak veya birkaç sonikatör paralel olarak gruplandırılarak gerçekleştirilebilir. Hielscher, UIP16000 ile dünyanın en güçlü ultrasonik ünitesini sunar.

Optimum Sonuçlar için Hassas Biçimde Kontrol Edilebilen Genlikler

Tüm Hielscher sonikatörleri hassas biçimde kontrol edilebilir ve bu sayede üretimde güvenilir iş makineleridir. Genlik, polimerizasyon reaksiyonları ve sentez yolları dâhil olmak üzere sonokimyasal reaksiyonların verimliliğini ve etkinliğini etkileyen kritik proses parametrelerinden biridir.
Hielscher Ultrasonics firmasının tüm işlemcileri, genliğin hassas biçimde ayarlanmasına olanak tanır. Sonotrotlar ve genlik yükseltici hornlar, genliğin daha da geniş bir aralıkta değiştirilmesine olanak tanıyan aksesuarlardır. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemcileri, çok yüksek genlikler sunabilir ve zorlu uygulamalar için gereken ultrasonik şiddeti sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma koşullarında kolayca kesintisiz çalışılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik proses parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli izlenmesi, moleküler baskılanmış polimerlerinizi en etkili ultrasonik koşullarda sentezleme olanağı sağlar. En iyi polimerizasyon sonuçları için optimum sonikasyon!
Hielscher ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır. Bu özellik, Hielscher ultrasonik ekipmanını sonokimyasal proses gereksinimlerinizi karşılayan güvenilir bir çalışma aracı hâline getirir.

Kolay, Risksiz Test

Ultrasonik prosesler tamamen doğrusal olarak ölçeklenebilir. Bu, bir laboratuvar veya tezgâh üstü sonikatör kullanarak elde ettiğiniz her sonucun, tamamen aynı proses parametreleri kullanılarak tam olarak aynı çıktıyı verecek şekilde ölçeklenebileceği anlamına gelir. Bu özellik, ultrasonikasyonu risksiz uygulanabilirlik testleri, proses optimizasyonu ve ardından ticari üretimde uygulama için ideal kılar. Sonikasyonun MIP veriminizi ve kalitenizi nasıl artırabileceğini öğrenmek için bizimle iletişime geçin.

En Yüksek Kalite – Almanya’da Tasarlanıp Üretilmiştir

Bir aileye ait olan ve aile tarafından yönetilen bir işletme olarak Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik verir. Tüm sonikatörler, Almanya’da Berlin yakınlarındaki Teltow’da bulunan merkezimizde tasarlanır, üretilir ve kapsamlı biçimde test edilir. Hielscher ultrasonik ekipmanının sağlamlığı ve güvenilirliği, onu üretiminizde dayanıklı bir iş makinesi hâline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışma, Hielscher yüksek performanslı karıştırıcılarının doğal bir özelliğidir.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bir fikir verir:

Hielscher ultrasonik işlemcisini farklı boyutlarda ve proses gereksinimlerinize tam olarak uyarlanmış bir konfigürasyonda satın alabilirsiniz. Küçük bir laboratuvar tüpünde reaktanların işlenmesinden endüstriyel ölçekte polimer bulamaçlarının sürekli akışlı karıştırılmasına kadar Hielscher Ultrasonics size uygun bir sonikatör sunar! Lütfen bizimle iletişime geçin – size ideal ultrasonik düzeneği önermekten memnuniyet duyarız!