Ультразвуковий синтез молекулярно імпринтованих полімерів (MIPs)

Молекулярно імпринтовані полімери (MIPs) — це штучно розроблені рецептори із заздалегідь визначеною селективністю та специфічністю для заданої біологічної або хімічної структури молекули. Ультразвук може покращити різні шляхи синтезу молекулярно імпринтованих полімерів, роблячи полімеризацію більш ефективною та надійною.

Що таке молекулярно імпринтовані полімери?

Молекулярно імпринтований полімер (MIP) — це полімерні матеріали з характеристиками розпізнавання, схожими на антитіла, які були виготовлені за допомогою методу молекулярного імпринтингу. Метод молекулярного імпринтингу виробляє молекулярно імпринтований полімер щодо певної цільової молекули. Молекулярно імпринтований полімер має порожнини в полімерній матриці зі спорідненістю до специфічного “Шаблон” молекула. Процес зазвичай включає ініціацію полімеризації мономерів у присутності молекули матриці, яка потім екстрагується, залишаючи після себе комплементарні порожнини. Ці полімери мають спорідненість до оригінальної молекули і використовувалися в таких сферах, як хімічне розділення, каталіз або молекулярні датчики. Молекулярні імпринтовані молекули можна порівняти з молекулярним замком, який відповідає молекулярному ключу (так звана матрична молекула). Молекулярно імпринтовані полімери (MIP) характеризуються спеціально підібраними сайтами зв'язування, які відповідають молекулам-шаблонам за формою, розміром і функціональними групами. Функція «замок» – Ключ» дозволяє використовувати молекулярно-імпринтовані полімери для різних застосувань, де певний тип молекули розпізнається і прикріплюється до молекулярного замку, тобто молекулярного імпринтованого полімеру.

На схематичній ілюстрації показаний молекулярний шлях імпринтингу циклодекстринів для підготовки індивідуальних рецепторів.
Дослідження та зображення: Hishiya та ін., 2003

Молекулярно імпринтовані полімери (MIP) мають широку сферу застосування і використовуються для розділення та очищення певних біологічних або хімічних молекул, включаючи амінокислоти та білки, похідні нуклеотидів, забруднювачі, а також ліки та продукти харчування. Області застосування варіюються від розділення та очищення до хімічних сенсорів, каталітичних реакцій, доставки ліків, систем біологічних антитіл та рецепторів. (пор. Vasapollo та ін. 2011)
Наприклад, технологія MIP використовується як твердофазна техніка мікроекстракції для роботи та очищення молекул, отриманих з канабісу, таких як КБД або ТГК, з екстракту повного спектру з метою отримання канабіноїдних ізолятів та дистилятів.

Ультразвуковий синтез молекулярно імпринтованих молекул

Залежно від типу цілі (шаблону) та кінцевого застосування MIP, MIP можуть синтезуватися в різних форматах, таких як сферичні частинки нано- та мікронного розміру, нанодроти, наностержні, нанонитки або тонкі плівки. Для отримання певної форми MIP можуть застосовуватися різні методи полімеризації, такі як масове імпринтингування, осадження, емульсійна полімеризація, суспензія, дисперсія, гелеутворення та багатоступінчаста полімеризація набухання.
Застосування низькочастотних, високоінтенсивних ультразвуків пропонує високоефективну, універсальну та просту техніку синтезу полімерних наноструктур.
Ультразвук має ряд переваг в синтезі MIP в порівнянні з традиційними процесами полімеризації, оскільки він сприяє більш високій швидкості реакції, більш однорідному росту полімерного ланцюга, більш високим виходом і більш м'яким умовам (наприклад, низькій температурі реакції). Крім того, він може змінити розподіл популяції місць зв'язування, а отже, і морфологію кінцевого полімеру. (Свенсон 2011)
Застосовуючи сонохімічну енергію до полімеризації МІПів, ініціюються реакції полімеризації та позитивно впливають. Одночасно ультразвук сприяє ефективній дегазації полімерної суміші без шкоди для зв'язуючої здатності або жорсткості.
Ультразвукова гомогенізація, диспергування та емульгування забезпечує чудове змішування та перемішування для утворення однорідних суспензій та забезпечення енергії ініціації процесів полімеризації. Viveiros et al. (2019) досліджували потенціал ультразвукового синтезу MIP і стверджують, що «MIP, підготовлені ультразвуково представленими властивостями зв'язування, схожими або перевершують звичайні методи».
МІП в наноформаті відкривають перспективні можливості для поліпшення однорідності місць зв'язування. Ультразвук добре відомий своїми винятковими результатами при приготуванні нанодисперсій і наноемульсій.

Ультразвукова наноемульсійна полімеризація

МІП можуть синтезуватися шляхом емульсійної полімеризації. Емульсійна полімеризація зазвичай досягається шляхом утворення емульсії «масло у воді» при додаванні поверхнево-активної речовини. Для формування стабільного, нанорозмірного, необхідна високоефективна техніка емульгування. Ультразвукова емульгування - добре зарекомендувала себе методика приготування нано- і міні-емульсій.
Дізнайтеся більше про ультразвукову наноемульгування!

Ультразвук може покращити наступні шляхи синтезу для виробництва наноMIP: полімеризація в осаді, емульсійна полімеризація та полімеризація ядро-оболонка.
Дослідження та ілюстрація: Refaat et al. 2019

Ультразвукова екстракція шаблону

Після синтезу молекулярно імпринтованих полімерів матрицю необхідно видалити з місця зв'язування з метою отримання активного молекулярно відбитого полімеру. Інтенсивні сили змішування звуку сприяють розчинності, дифузії, проникненню та транспорту молекул розчинника та шаблону. Завдяки цьому шаблони швидко видаляються з місць палітурки.
Ультразвукова екстракція також може бути поєднана з екстракцією Сокслета для видалення шаблону з відбитого полімеру.

Тематичні дослідження: Ультразвукове застосування для молекулярно імпринтованих полімерів

Ультразвуковий синтез молекулярно імпринтованих полімерів

Інкапсуляція магнітних наночастинок полімерами, імдрукованими 17β-естрадіолом, за допомогою ультразвукового шляху синтезу дозволяє досягти швидкого видалення 17β-естрадіолу з водного середовища. Для ультразвукового синтезу наноMIP як мономер використовували метакрилову кислоту (MAA), етиленгліколь диметилакрилат (EGDMA) як зшивач та азобісізобутиронітрил (AIBN) як ініціатор. Процедуру ультразвукового синтезу проводили протягом 2 год при температурі 65ºC. Середні діаметри частинок магнітних НІП і магнітних МІП становили 200 і 300 нм відповідно. Використання ультразвуку не тільки підвищило швидкість полімеризації та морфологію наночастинок, але й призвело до збільшення кількості вільних радикалів, а отже, сприяло зростанню MIP навколо магнітних наночастинок. Адсорбційна здатність до 17β-естрадіолу була порівнянна з традиційними підходами. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ультразвук для молекулярно імпринтованих сенсорів

Yu et al. розробили молекулярно імпринтований електрохімічний сенсор на основі електродів, модифікованих наночастинками нікелю, для визначення фенобарбіталу. Електрохімічний сенсор був розроблений шляхом термічної полімеризації з використанням метакрилової кислоти (MAA) як функціонального мономера, 2,2-азобісізобутиронітрилу (AIBN) та етиленгліколю малеїнового розінату (EGMRA) акрилату як зшиваючого агента, фенобарбіталів (PBs) як молекули шаблону та диметилсульфоксиду (DMSO) як органічного розчинника. У процесі виготовлення датчика 0,0464 г PB і 0,0688 г MAA були змішані в 3 мл DMSO і проходили ультразвукове дослідження протягом 10 хвилин. Через 5 год у суміш додавали 1,0244 г EGMRA та 0,0074 г AIBN і проводили ультразвукове дослідження протягом 30 хв для отримання полімерних розчинів, імдрукованих PB. Після цього 10 мкл по 2,0 мг мл^-1Розчин наночастинок Ni падав на поверхню GCE, а потім датчик сушили при кімнатній температурі. Потім приблизно 5 мкл приготованого полімерного розчину з PB-відбитком наночастинок нано-модифікували GCE і висушували у вакуумі при 75◦C протягом 6 год. Після термічної полімеризації відбитковий датчик промивали (оцтовою кислотою) HAc/метанолом (співвідношення об'єму, 3:7) протягом 7 хв, щоб видалити молекули шаблону. (пор. Uygun та ін., 2015)

Ультразвукова мікроекстракція з використанням MIP

Для отримання аналізів нікотинамідів із зразків застосовується ультразвукова дисперсійна твердофазна мікроекстракція з подальшим спектрофотометром UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis). Для екстракції та попередньої концентрації нікотинаміду (вітаміну В3) використані полімери на основі молекулярно імпринтованих полімерів на основі металевого органічного каркасу (MOF) HKUST-1. (Asfaram et al. 2017)

Високопродуктивні ультразвукові апарати для полімерних застосувань

Від лабораторії до виробництва з лінійною масштабованістю: Спеціально сконструйовані молекулярно імпринтовані полімери спочатку розробляються та тестуються в невеликих лабораторіях та настільних масштабах, щоб дослідити можливість синтезу полімеру. Якщо техніко-економічне обґрунтування та оптимізація МІП досягнуті, виробництво МІП масштабується до більших обсягів. Всі маршрути ультразвукового синтезу можуть бути лінійно масштабовані від настільного до повністю комерційного виробництва. Hielscher Ultrasonics пропонує сонохімічне обладнання для синтезу полімерів у невеликих лабораторіях та настільних умовах, аж до повністю промислових вбудованих ультразвукових систем для виробництва 24/7 при повному навантаженні. Ультразвук може бути лінійно масштабований від розміру пробірки до великої виробничої потужності вантажівок на годину. Широке портфоліо продуктів Hielscher Ultrasonics від лабораторії до промислових сонохімічних систем має найбільш підходящий ультразвуковий апарат для передбачуваної виробничої потужності. Наш досвідчений персонал допоможе вам від техніко-економічних випробувань та оптимізації процесу до встановлення вашої ультразвукової системи на кінцевому рівні виробництва.

Hielscher Ultrasonics – Сучасне сонохімічне обладнання

Портфель продукції Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр високопродуктивних ультразвукових екстракторів від малих до великих масштабів. Додаткові аксесуари дозволяють легко зібрати найбільш підходящу конфігурацію ультразвукового апарату для вашого процесу. Оптимальна ультразвукова установка залежить від передбачуваної потужності, обсягу, матеріалу, партії або вбудованого процесу та термінів. Hielscher допоможе вам налаштувати ідеальний сонохімічний процес.

Пакетні та вбудовані

Ультразвукові апарати Hielscher можуть використовуватися для періодичної та безперервної проточної обробки. Малі та середні об'єми можна зручно ультразвукувати під час періодичного процесу (наприклад, флакони, тести, пробірки, мензурки, резервуари або бочки). Для обробки великих обсягів вбудоване ультразвукове дослідження може бути більш ефективним. У той час як дозування є більш трудомістким і трудомістким, безперервний процес змішування в лінію є більш ефективним, швидким і вимагає значно менше праці. Hielscher Ultrasonics має найбільш підходящу установку для екстракції полімеризації та об'єму процесу.

Ультразвукові зонди для кожної ємності продукту

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр ультразвукових процесорів, від компактних лабораторних ультразвукових пристроїв для настільних і пілотних систем до повністю промислових ультразвукових процесорів з продуктивністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати Вам найбільш підходяще ультразвукове обладнання для Ваших полімерів, технологічних потужностей і виробничих цілей.
Ультразвукові настільні системи ідеально підходять для техніко-економічних випробувань та оптимізації процесів. Лінійне масштабування на основі встановлених параметрів процесу дозволяє дуже легко збільшувати потужності з переробки від невеликих партій до повністю комерційного виробництва. Масштабування може бути виконане шляхом встановлення більш потужного ультразвукового екстракторного блоку або паралельного скупчення кількох ультразвукових апаратів. Завдяки UIP16000 компанія Hielscher пропонує найпотужніший ультразвуковий апарат у всьому світі.

Точно контрольовані амплітуди для оптимальних результатів

Всі ультразвукові апарати Hielscher точно управляються і тим самим надійні робочі коні на виробництві. Амплітуда є одним з найважливіших параметрів процесу, що впливають на ефективність і результативність сонохімічних реакцій, включаючи реакції полімеризації і шляхи синтезу.
Всі ультразвуки Hielscher’ Процесори дозволяють точно налаштовувати амплітуду. Сонотроди і бустерні ріжки - це аксесуари, що дозволяють змінювати амплітуду в ще більш широкому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та забезпечувати необхідну ультразвукову інтенсивність для вимогливих застосувань. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7.
Точні налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою інтелектуального програмного забезпечення дають вам можливість синтезувати молекулярно імпринтовані полімери в найефективніших ультразвукових умовах. Оптимальна ультразвукова обробка для найкращих результатів полімеризації!
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах. Це робить ультразвукове обладнання Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вашим вимогам до сонохімічного процесу.

Легке тестування без ризиків

Ультразвукові процеси можуть бути повністю лінійно масштабовані. Це означає, що кожен результат, якого ви досягли за допомогою лабораторного або настільного ультразвукового апарату, може бути масштабований до абсолютно однакового результату за допомогою тих самих параметрів процесу. Це робить ультразвук ідеальним для безризикового техніко-економічного обґрунтування, оптимізації процесу та подальшого впровадження в комерційне виробництво. Зв'яжіться з нами, щоб дізнатися, як ультразвукова діагностика може підвищити врожайність і якість MIP.

Найвища якість – Розроблено та виготовлено в Німеччині

Як сімейний бізнес, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості для своїх ультразвукових процесорів. Всі ультразвукові апарати розроблені, виготовлені та ретельно протестовані в нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його робочою конячкою на вашому виробництві. Робота 24/7 при повному навантаженні та в складних умовах є природною характеристикою високопродуктивних міксерів Hielscher.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Ви можете купити ультразвуковий процесор Hielscher в будь-якому розмірі і точно налаштований під ваші вимоги процесу. Від обробки реагентів у невеликій лабораторній трубці до безперервного проточного змішування полімерних суспензій на промисловому рівні, Hielscher Ultrasonics пропонує відповідний ультразвуковий апарат для вас! Будь ласка, зв'яжіться з нами – Ми раді порекомендувати Вам ідеальну ультразвукову установку!