Ultratovush bilan ishlov berish orqali nanokompozit gidrogel sintezi
Nanokompozit gidrogellar yoki nanogellar dori tashuvchilar va dorini nazoratli ajratib chiqaruvchi yetkazib berish tizimlari sifatida yuqori samaradorlikka ega koʻp funksiyali 3D tuzilmalardir. Ultratovush bilan ishlov berish nanooʻlchamli polimer gidrogel zarrachalarining disperslanishiga, shuningdek, keyinchalik nanozarrachalarning ushbu polimer tuzilmalarga kiritilishiga yordam beradi.
Nanogellarning ultratovush yordamida sintezi
Nanokompozit gidrogellar uch oʻlchamli material tuzilmalari boʻlib, ularni muayyan xususiyatlarni namoyon etadigan qilib loyihalash mumkin; bu ularni samarali dori tashuvchilar va dorini nazoratli ajratib chiqaruvchi yetkazib berish tizimlariga aylantiradi. Ultratovush bilan ishlov berish funksionallashtirilgan nanooʻlchamli zarrachalar sinteziga, shuningdek, keyinchalik nanozarrachalarning uch oʻlchamli polimer tuzilmalarga kiritilishiga yordam beradi. Ultratovush yordamida sintezlangan nanogellar biofaol birikmalarni oʻz nanooʻlchamli yadrosi ichida tutib qola olgani uchun ushbu nanooʻlchamli gidrogellar keng funksional imkoniyatlarni taqdim etadi.
Nanogellar gidrofil polimer tarmogʻi sifatida fizik yoki kimyoviy koʻndalang bogʻlangan gidrogel nanozarrachalarining suvli dispersiyasidir. Yuqori unumdorlikdagi ultratovush nanodispersiyalarni hosil qilishda juda samarali boʻlgani uchun zondli ultratovush qurilmalari yuqori funksional imkoniyatlarga ega nanogellarni tez va ishonchli ishlab chiqarish uchun muhim vositadir.
UIP1000hdT ultratovush qurilmasi nanokompozit gidrogel sintezi uchun shisha reaktor bilan
Ultratovush yordamida ishlab chiqarilgan nanogellarning funksional imkoniyatlari
- ajoyib kolloid barqarorlik va katta solishtirma sirt maydoni
- nanozarrachalar bilan zich toʻldirilishi mumkin
- gibrid yadro/qobiq nanogelida qattiq va yumshoq zarrachalarni birlashtirish imkonini beradi
- yuqori gidratatsiya salohiyati
- biologik oʻzlashtirilishni oshirish
- yuqori boʻkish / boʻkishning qaytishi xususiyatlari
Ultratovush yordamida sintezlangan nanogellar koʻplab qoʻllanish sohalari va sanoat tarmoqlarida ishlatiladi, masalan:
- farmatsevtika va tibbiyotda qoʻllash uchun: masalan, dori tashuvchi, antibakterial gel, antibakterial yara bogʻlami
- biokimyo va biotibbiyotda genlarni yetkazib berish uchun
- kimyo va atrof-muhitga oid qoʻllanishlarda adsorbent/biosorbent sifatida
- toʻqima muhandisligida, chunki gidrogellar koʻplab tabiiy toʻqimalarning fizik, kimyoviy, elektr va biologik xususiyatlariga taqlid qila oladi
Amaliy tadqiqot: sonokimyoviy usul orqali rux nanogeli sintezi
ZnO gibrid nanozarrachalarini oddiy ultratovush jarayoni orqali Carbopol gelida barqarorlashtirish mumkin: ultratovush bilan ishlov berish rux nanozarrachalarining choʻkishini taʼminlash uchun qoʻllanadi, keyinchalik ular nano-gidrogel hosil qilish uchun ultratovush yordamida Carbopol bilan koʻndalang bogʻlanadi.
Ismail et al. (2021) rux oksidi nanozarrachalarini oddiy sonokimyoviy usul orqali choʻktirgan. (ZnO nanozarrachalarining sonokimyoviy sintezi protokolini shu yerdan toping).
Keyinchalik nanozarrachalar ZnO nanogelini sintezlash uchun ishlatilgan. Buning uchun hosil qilingan ZnO nanozarrachalari ikki marta deionizatsiya qilingan suv bilan chayilgan. 0,5 g Carbopol 940 300 mL ikki marta deionizatsiya qilingan suvda eritilgan, soʻng yangi yuvilgan ZnO nanozarrachalari qoʻshilgan. Carbopol tabiatan kislotali boʻlgani uchun eritmaning pH qiymatini neytrallash talab etiladi, aks holda u quyuqlashmaydi. Shu sababli aralashmaga Hielscher UP400S ultratovush qurilmasi yordamida 95 amplituda va 95% siklda 1 h davomida uzluksiz ultratovush bilan ishlov berilgan. Keyin neytrallovchi vosita sifatida 50 mL trimetilamin (TEA) (pH ni 7 gacha oshiruvchi) uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish sharoitida ZnO oq geli hosil boʻlguncha tomchilab qoʻshilgan. Carbopolning quyuqlashishi pH neytral pH ga yaqinlashganda boshlangan.
Tadqiqot guruhi ultratovush bilan ishlov berishning nanogel hosil boʻlishiga favqulodda ijobiy taʼsirini zarracha–zarracha oʻzaro taʼsirining kuchayishi bilan tushuntiradi. Reaksiya aralashmasi tarkibiy qismlarining ultratovush taʼsirida boshlangan molekulyar harakati polimer–erituvchi oʻzaro taʼsirlari yordamida kechadigan quyuqlashish jarayonini kuchaytiradi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish Carbopolning erishiga yordam beradi. Shuningdek, ultratovush toʻlqinlari bilan nurlantirish polimer–ZnO nanozarrachalari oʻzaro taʼsirini kuchaytiradi va tayyorlangan Carbopol/ZnO gibrid nanozarrachalar gelining viskoelastik xususiyatlarini yaxshilaydi.
Yuqoridagi sxematik oqim diagrammasida ZnO nanozarrachalari va Carbopol/ZnO gibrid nanozarrachalar geli sintezi koʻrsatilgan. Tadqiqotda ZnO nanozarrachalarini choʻktirish va nanogel hosil qilish uchun UP400St ultratovush qurilmasi ishlatilgan. (Ismail et al., 2021 asosida moslashtirilgan)
Ultratovush bilan ishlov berish taʼsirida kimyoviy choʻktirish usuli bilan sintezlangan ZnO nanozarrachalari; bunda (a) suvli eritmada, (b) esa ultratovush yordamida barqaror Carbopol asosidagi gidrogelga disperslangan.
(tadqiqot va rasm: Ismail et al., 2021)
Amaliy tadqiqot: poli(metakril kislota)/montmorillonit (PMA/nMMT) nanogelini ultratovush yordamida tayyorlash
Khan et al. (2020) ultratovush yordamidagi oksidlanish-qaytarilish polimerlanishi orqali poli(metakril kislota)/montmorillonit (PMA/nMMT) nanokompozit gidrogelining muvaffaqiyatli sintezini namoyish etgan. Odatdagi jarayonda bir jinsli dispersiya hosil qilish uchun 1,0 g nMMT 50 mL distillangan suvda 2 h davomida ultratovush bilan ishlov berib disperslangan. Ultratovush bilan ishlov berish gilning disperslanishini yaxshilaydi, natijada gidrogellarning mexanik xususiyatlari va adsorbsiya sigʻimi oshadi. Suspenziyaga metakril kislota monomeri (30 mL) tomchilab qoʻshilgan. Aralashmaga initsiator ammoniy persulfat (APS) (0,1 M), soʻng 1,0 mL TEMED tezlatgichi qoʻshilgan. Dispersiya magnitli aralashtirgich yordamida 50°C da 4 h davomida jadal aralashtirilgan. Hosil boʻlgan qovushqoq massa aseton bilan yuvilgan va quritish shkafida 70°C da 48 h davomida quritilgan. Olingan mahsulot maydalangan va shisha idishda saqlangan. nMMT miqdorini 0,5, 1,0, 1,5 va 2,0 g qilib oʻzgartirish orqali turli nanokompozit gellar sintezlangan. 1,0 g nMMT yordamida tayyorlangan nanokompozit gidrogellar boshqa kompozitlarga qaraganda yaxshiroq adsorbsiya natijalarini koʻrsatgan va shu sababli keyingi adsorbsiya tadqiqotlari uchun ishlatilgan.
Oʻng tomondagi SEM-EDX mikrografiyalarida montmorillonit (MMT), nano-montmorillonit (nMMT), poli(metakril kislota)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT) hamda amoksitsillin (AMX) va diklofenak (DF) yuklangan PMA/nMMT dan tashkil topgan nanogellarning element va tuzilma tahlili koʻrsatilgan. Quyidagilarning EDX tahlili bilan birga keltirilgan SEM mikrografiyalari 1,00 KX kattalashtirishda olingan:
- montmorillonit (MMT),
- nano-montmorillonit (nMMT),
- poli(metakril kislota)/nano-montmorillonit (PMA/nMMT),
- hamda amoksitsillin (AMX) va diklofenak (DF) yuklangan PMA/nMMT.
Xom MMT yirikroq donalar mavjudligini koʻrsatuvchi qatlamli plastinkasimon tuzilishga ega ekanligi kuzatiladi. Modifikatsiyadan soʻng MMT plastinkalari mayda zarrachalarga qatlamlanib ajraladi, bunga Si2+ va Al3+ ning oktaedrik oʻrinlardan chiqarilishi sabab boʻlishi mumkin. nMMT ning EDX spektri uglerodning yuqori foizini koʻrsatadi; bu, asosan, modifikatsiya uchun ishlatilgan sirt faol modda bilan bogʻliq boʻlishi mumkin, chunki CTAB (C19H42BrN) ning asosiy tarkibiy qismi ugleroddir (84%). PMA/nMMT yaxlit va deyarli oʻzaro uzluksiz tuzilmani namoyon etadi. Bundan tashqari, gʻovaklar koʻrinmaydi, bu nMMT ning PMA matritsasida toʻliq qatlamlanib ajralganini koʻrsatadi. Amoksitsillin (AMX) va diklofenak (DF) farmatsevtik molekulalari sorbsiyasidan soʻng PMA/nMMT morfologiyasida oʻzgarishlar kuzatiladi. Sirt assimetrik boʻlib, uning dagʻalligi ortadi.
Gil asosidagi nanooʻlchamli gidrogellarning qoʻllanilishi va funksional imkoniyatlari: gil asosidagi gidrogel nanokompozitlari gil va polimerlarning biologik parchalanish, biologik moslik, iqtisodiy maqbullik, moʻllik, yuqori solishtirma sirt maydoni, uch oʻlchamli tarmoq hamda boʻkish / boʻkishning qaytishi xususiyatlarini birlashtirgani tufayli suvli eritmadan noorganik va/yoki organik ifloslantiruvchilarni yutish uchun potensial superadsorbentlar sifatida qaraladi.
(qiyoslang: Khan et al., 2020)
(a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT hamda (d) AMX va (e) DF yuklangan nanokompozit gidrogellarning SEM-EDX mikrografiyalari. Nanogellar ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlangan.
(tadqiqot va rasmlar: ©Khan et al. 2020)
Gidrogel va nanogel ishlab chiqarish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalari
Gidrogel va nanogel ishlab chiqarish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalari
Hielscher Ultrasonics yuqori funksional imkoniyatlarga ega gidrogellar va nanogellar sintezi uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush uskunalarini ishlab chiqaradi. Kichik va oʻrta oʻlchamli tadqiqot va ishlanmalar hamda tajriba ishlab chiqarishi uchun ultratovush qurilmalaridan tortib, uzluksiz rejimda tijoriy gidrogel ishlab chiqarishga moʻljallangan sanoat tizimlarigacha – Hielscher Ultrasonics gidrogel / nanogel ishlab chiqarish talablaringizni qondirish uchun mos ultratovush protsessoriga ega.
- yuqori samaradorlik
- eng zamonaviy texnologiya
- ishonchlilik va mustahkamlik
- partiyali va oqim liniyasida
- har qanday hajm uchun
- aqlli dasturiy taʼminot
- aqlli funksiyalar (masalan, maʼlumotlarni qayd etish)
- ishlatish oson va xavfsiz
- kam texnik xizmat talab qiladi
- CIP (joyida tozalash)
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 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 |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | quyidagi qurilmalardan iborat klaster: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
(Tadqiqot va video: Rutgeerts et al., 2019)
Adabiyotlar / Manbalar
- 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.
Bilishga arziydigan faktlar
ZnO nanozarrachalarining sonokimyoviy sintezi protokoli
ZnO nanozarrachalari ultratovush bilan nurlantirish taʼsirida kimyoviy choʻktirish usuli yordamida sintezlangan. Odatdagi jarayonda prekursor sifatida rux asetat digidrati (Zn(CH3COO)2·2H2O), qaytaruvchi vosita sifatida esa suvli eritmadagi (NH4OH) 30–33% ammiak eritmasi (NH3) ishlatilgan. ZnO nanozarrachalari rux ionlarining 0,1 M eritmasini hosil qilish uchun tegishli miqdordagi rux asetatni 100 mL deionizatsiya qilingan suvda eritish orqali ishlab chiqarilgan. Keyin rux ionlari eritmasi Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Germaniya) yordamida 79% amplituda va 0,76 siklda 40 ◦C haroratda 5 min davomida ultratovush toʻlqinlari bilan nurlantirilgan. Soʻng ammiak eritmasi ultratovush toʻlqinlari taʼsirida rux ionlari eritmasiga tomchilab qoʻshilgan. Bir necha lahzadan soʻng ZnO nanozarrachalari choʻka va oʻsa boshlagan, ammiak eritmasi esa ZnO nanozarrachalari toʻliq choʻkmaguncha uzluksiz qoʻshilgan.
Olingan ZnO nanozarrachalari deionizatsiya qilingan suv bilan bir necha marta yuvilgan va choʻkishi uchun qoldirilgan. Keyinchalik olingan choʻkma xona haroratida quritilgan.
(Ismail et al., 2021)
Nanogellar nima?
Nanogellar yoki nanokompozit gidrogellar oʻz tuzilmasiga odatda 1–100 nanometr oraligʻidagi nanozarrachalarni kiritadigan gidrogel turidir. Ushbu nanozarrachalar organik, noorganik yoki ikkalasining birikmasi boʻlishi mumkin.
Nanogellar koʻndalang bogʻlanish deb ataladigan jarayon orqali hosil boʻladi; bu jarayon uch oʻlchamli tarmoq hosil qilish uchun polimer zanjirlarining kimyoviy bogʻlanishini oʻz ichiga oladi. Gidrogellar va nanogellar hosil boʻlishi polimer tuzilmani gidratatsiyalash, koʻndalang bogʻlanishga yordam berish va nanozarrachalarni kiritish uchun yaxshilab aralashtirishni talab qilgani sababli, ultratovush bilan ishlov berish gidrogellar va nanogellar ishlab chiqarishda juda samarali usuldir. Gidrogel va nanogel tarmoqlari katta miqdordagi suvni yuta oladi, bu nanogellarni kuchli gidratatsiyalangan holga keltiradi va shu tufayli ularni dori yetkazib berish, toʻqima muhandisligi va biosensorlar kabi keng koʻlamli qoʻllanishlar uchun mos qiladi.
Nanogel gidrogellari odatda gidrogel matritsasi boʻylab disperslangan kremniy dioksidi yoki polimer zarrachalari kabi nanozarrachalardan tashkil topadi. Ushbu nanozarrachalarni emulsion polimerlanish, teskari emulsion polimerlanish va zol-gel sintezi kabi turli usullar orqali sintezlash mumkin. Ushbu polimerlanish va zol-gel sintezi jarayonlari ultratovush yordamida aralashtirishdan katta foyda oladi.
Nanokompozit gidrogellar esa gidrogel va gil yoki grafen oksidi kabi nanotoʻldirgichning birikmasidan tashkil topadi. Nanotoʻldirgich qoʻshilishi gidrogelning bikrlik, choʻzilishdagi mustahkamlik va sinishga chidamlilik kabi mexanik va fizik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin. Bunda ultratovush bilan ishlov berishning kuchli disperslash imkoniyatlari nanozarrachalarning gidrogel matritsasida bir tekis va barqaror taqsimlanishiga yordam beradi.
Umuman olganda, nanogel va nanokompozit gidrogellar oʻziga xos xususiyatlari va funksional imkoniyatlari tufayli biotibbiyot, atrof-muhitni tiklash va energiyani saqlash kabi sohalarda keng koʻlamli potensial qoʻllanishlarga ega.
Nanogelning tibbiy davolashda qoʻllanilishi
| Nanogel turi | Dori | Kasallik | Faollik | Manbalar |
| PAMA-DMMA nanogellari | Doksorubitsin | Saraton | pH qiymati pasayishi bilan ajralib chiqish tezligi oshadi. Hujayralarning yashovchanligi tadqiqotlarida pH 6,8 da yuqoriroq sitotoksiklik | Du et al. (2010) |
| Gialuronat bilan bezatilgan xitozan asosidagi nanogellar | Tetra-fenil-porfirin-tetra-sulfonat (TPPS4), tetra-fenil-xlorin-tetra-karboksilat (TPCC4) va xlorin e6 (Ce6) kabi fotosensibilizatorlar | Revmatik kasalliklar | Makrofaglar tomonidan tez yutiladi (4 h) va ularning sitoplazmasi hamda organellalarida toʻplanadi | Schmitt et al. (2010) |
| Pluronic gidrogellaridagi PCEC nanozarrachalari | Lidokain | Mahalliy anesteziya | Taxminan 360 min davom etadigan uzoq muddatli infiltratsion anesteziya hosil qilgan | Yin et al. (2009) |
| HPMC va Carbopol gelida disperslangan poli(laktid-ko-glikol kislota) va xitozan nanozarrachasi | Spantide II | Allergik kontakt dermatit va terining boshqa yalligʻlanish kasalliklari | Nanogel spantide II ni teri orqali yetkazib berish imkoniyatini oshiradi | Punit et al. (2012) |
| pH ga sezgir polivinilpirrolidon-poli(akril kislota) (PVP/PAAc) nanogellari | Pilokarpin | Taʼsir joyida pilokarpinning yetarli konsentratsiyasini uzoq vaqt davomida saqlab turadi | Abd El-Rehim et al. (2013) | |
| Koʻndalang bogʻlangan poli(etilen glikol) va polietilenimin | Oligonukleotidlar | Neyrodegenerativ kasalliklar | Gematoensefalik toʻsiq (BBB) orqali samarali tashiladi. Nanogel yuzasi transferrin yoki insulin bilan modifikatsiya qilinganda tashilish samaradorligi yanada oshadi | Vinogradov et al. (2004) |
| Xolesterin tutuvchi pullulan nanogellari | Sichqonning rekombinant interleykin-12 si | Oʻsma immunoterapiyasi | Uzoq vaqt davomida ajratib chiqaruvchi nanogel | Farhana et al. (2013) |
| Poli(N-izopropilakrilamid) va xitozan | Saratonni gipertermiya bilan davolash va dorini maqsadli yetkazib berish | Haroratga sezgir, magnit yordamida modalizatsiyalangan | Farhana et al. (2013) | |
| Polietilenimin va PEG Polyplexnanogelning koʻndalang bogʻlangan tarmoqlangan tarmogʻi | Fludarabin | Saraton | Oshgan faollik va kamaygan sitotoksiklik | Farhana et al. (2013) |
| Xolesterin tutuvchi pullulanning biologik mos nanogeli | Sunʼiy shaperon sifatida | Altsgeymer kasalligini davolash | Amiloid β-oqsil agregatsiyasini toʻxtatadi | Ikeda et al. (2006) |
| Fotokoʻndalang bogʻlangan DNK nanogeli | Genetik material | Gen terapiyasi | Plazmid DNK sini nazoratli yetkazib berish | Lee et al. (2009) |
| Carbopol/rux oksidi (ZnO) gibrid nanozarrachalar geli | ZnO nanozarrachalari | Antibakterial faollik, bakteriyalar ingibitori | Ismail et al. (2021) |
Jadval Swarnali et al., 2017 asosida moslashtirilgan
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdorlikdagi ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya oʻlchamidan tortib sanoat oʻlchamigacha ishlab chiqaradi.