Sản xuất hydrogel thuận lợi thông qua ultrasonication
Siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả cao, đáng tin cậy và đơn giản để điều chế hydrogel hiệu suất cao. Những hydrogel này cung cấp các đặc tính vật liệu tuyệt vời như khả năng hấp thụ, độ đàn hồi, độ bền cơ học, mô đun nén và chức năng tự phục hồi.
Siêu âm trùng hợp và phân tán để sản xuất hydrogel
Hydrogel là mạng lưới polyme ba chiều, ưa nước, có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước hoặc chất lỏng. Hydrogel thể hiện khả năng sưng tấy đặc biệt. Các khối xây dựng phổ biến của hydrgel bao gồm polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, natri polyacrylate, polyme acrylate, carbomer, polysaccharide hoặc polypeptide với số lượng cao các nhóm ưa nước và các protein tự nhiên như collagen, gelatine và fibrin.
Cái gọi là hydrogel lai bao gồm các vật liệu khác biệt về mặt hóa học, chức năng và hình thái, chẳng hạn như protein, peptide hoặc cấu trúc nano / vi mô.
Phân tán siêu âm được sử dụng rộng rãi như một kỹ thuật hiệu quả cao và đáng tin cậy để đồng nhất các vật liệu nano như ống nano carbon (CNT, MWCNT, SWCNT), tinh thể nano cellulose, sợi nano chitin, titanium dioxide, hạt nano bạc, protein và các cấu trúc micron hoặc nano khác vào ma trận polyme của hydrogel. Điều này làm cho siêu âm trở thành một công cụ chính để sản xuất hydrogel hiệu suất cao với chất lượng đặc biệt.
siêu âm UIP1000hdT với lò phản ứng thủy tinh để tổng hợp hydrogel
Nghiên cứu cho thấy gì – Chuẩn bị hydrogel siêu âm
Đầu tiên, siêu âm thúc đẩy quá trình trùng hợp và các phản ứng liên kết ngang trong quá trình hình thành hydrogel.
Thứ hai, siêu âm đã được chứng minh là kỹ thuật phân tán đáng tin cậy và hiệu quả để sản xuất hydrogel và hydrogel nanocomposite.
Liên kết ngang siêu âm và trùng hợp hydrogel
Siêu âm hỗ trợ hình thành mạng lưới polyme trong quá trình tổng hợp hydrogel thông qua việc tạo gốc tự do. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra sự xâm thực âm thanh gây ra lực cắt cao, cắt phân tử và hình thành gốc tự do.
Cass et al. (2010) đã chuẩn bị một số "hydrogel acrylic được điều chế thông qua quá trình trùng hợp siêu âm của các monome hòa tan trong nước và macromonome. Siêu âm được sử dụng để tạo ra các gốc khởi đầu trong các chất hòa tan monome nước nhớt bằng cách sử dụng các chất phụ gia glycerol, sorbitol hoặc glucose trong một hệ thống mở ở 37 ° C. Các chất phụ gia hòa tan trong nước rất cần thiết cho quá trình sản xuất hydrogel, glycerol là hiệu quả nhất. Hydrogel được điều chế từ monome 2-hydroxyethyl methacrylate, poly (ethylene glycol) dimethacrylate, dextran methacrylate, axit acrylic / ethylene glycol dimethacrylate và acrylamide / bis-acrylamide. [Cass và cộng sự. 2010] Ứng dụng siêu âm sử dụng máy siêu âm đầu dò được tìm thấy là một phương pháp hiệu quả để trùng hợp các monome vinyl hòa tan trong nước và điều chế hydrogel tiếp theo. Quá trình trùng hợp bắt đầu bằng sóng siêu âm xảy ra nhanh chóng khi không có chất khởi động hóa học.
Tìm giao thức đầy đủ của nghiên cứu tại đây!
- hạt nano, ví dụ TiO2
- Ống nano carbon (CNT)
- tinh thể nano cellulose (CNC)
- sợi nano cellulose
- kẹo cao su, ví dụ như xanthan, kẹo cao su hạt xô thơm
- Protein
Đọc thêm về tổng hợp siêu âm của hydrogel nanocomposite và nanogel!
Sự hình thành hydrogel thông qua quá trình tạo gel hỗ trợ siêu âm bằng cách sử dụng máy siêu âm UP100H (Nghiên cứu và phim: Rutgeerts et al., 2019)
SEM của hydrogel axit poly (acrylamide-co-itaconic có chứa MWCNT. Các MWCNT được phân tán siêu âm bằng máy siêu âm UP200S.
nghiên cứu và hình ảnh: Mohammadinezhada et al., 2018
Chế tạo Poly (axit acrylamide-co-itaconic) – MWCNT Hydrogel sử dụng Sonication
Mohammadinezhada và cộng sự (2018) đã sản xuất thành công một hỗn hợp hydrogel siêu hấp thụ có chứa poly (axit acrylamide-co-itaconic) và ống nano carbon nhiều thành (MWCNT). Siêu âm được thực hiện với thiết bị siêu âm Hielscher UP200S. Độ ổn định của hydrogel tăng lên khi tỷ lệ MWCNT tăng, có thể là do tính chất kỵ nước của MWCNT cũng như sự gia tăng mật độ liên kết chéo. Khả năng giữ nước (WRC) của hydrogel P (AAm-co-IA) cũng được tăng lên với sự có mặt của MWCNT (10 wt%). Trong nghiên cứu này, các hiệu ứng của ultrasonication được đánh giá cao hơn liên quan đến sự phân bố đồng đều của các ống nano carbon trên bề mặt polymer. Các MWCNT vẫn còn nguyên vẹn mà không có bất kỳ sự gián đoạn nào trong cấu trúc polymer. Ngoài ra, cường độ của nanocomposite thu được và khả năng giữ nước của nó và sự hấp thụ các vật liệu hòa tan khác như Pb (II) đã được tăng lên. Sonication đã phá vỡ bộ khởi xướng và phân tán MWCNT như một chất độn tuyệt vời trong chuỗi polymer dưới nhiệt độ tăng.
Các nhà nghiên cứu kết luận rằng "các điều kiện phản ứng này không thể đạt được thông qua các phương pháp thông thường, và không thể đạt được tính đồng nhất và phân tán tốt của các hạt vào vật chủ. Ngoài ra, quá trình siêu âm tách các hạt nano thành các hạt đơn, trong khi khuấy không thể làm được điều này. Một cơ chế khác để giảm kích thước là ảnh hưởng của sóng âm mạnh lên các liên kết thứ cấp như liên kết hydro mà bức xạ này phá vỡ liên kết H của các hạt, và sau đó, phân ly các hạt tập hợp và tăng số lượng các nhóm hấp phụ tự do như -OH và khả năng tiếp cận. Do đó, sự kiện quan trọng này làm cho quá trình siêu âm trở thành một phương pháp vượt trội so với các phương pháp khác như khuấy từ được áp dụng trong các tài liệu. [Mohammadinezhada và cộng sự, 2018]
Máy siêu âm hiệu suất cao để tổng hợp hydrogel
Hielscher Ultrasonics sản xuất thiết bị siêu âm hiệu suất cao để tổng hợp hydrogel. Từ R cỡ vừa và nhỏ&D và máy siêu âm thí điểm cho các hệ thống công nghiệp để sản xuất hydrogel thương mại ở chế độ liên tục, Hielscher Ultrasonics đáp ứng các yêu cầu quy trình của bạn.
Máy siêu âm cấp công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao, cho phép các phản ứng liên kết ngang và trùng hợp đáng tin cậy và sự phân tán đồng đều của các hạt nano. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7/365. Đối với biên độ cao hơn nữa, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn.
- Hiệu quả cao
- Công nghệ tiên tiến
- Độ tin cậy & Mạnh mẽ
- mẻ & Inline
- cho bất kỳ khối lượng nào
- Phần mềm thông minh
- Các tính năng thông minh (ví dụ: giao thức dữ liệu)
- CIP (sạch tại chỗ)
Hãy hỏi chúng tôi ngay hôm nay để biết thêm thông tin kỹ thuật, giá cả và báo giá không cam kết. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi rất vui được tư vấn cho bạn!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
SonoStation nhỏ gọn kết hợp một bể khuấy 38 lít với một máy bơm khoang lũy tiến có thể điều chỉnh có thể nạp 3 lít mỗi phút vào một hoặc hai lò phản ứng tế bào dòng siêu âm.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Sự thật đáng biết
Hydrogel được sử dụng để làm gì?
Hydrogel được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như trong dược phẩm để phân phối thuốc (ví dụ: giải phóng theo thời gian, đường uống, tiêm tĩnh mạch, phân phối thuốc tại chỗ hoặc trực tràng), y học (ví dụ: làm giàn giáo trong kỹ thuật mô, cấy ghép ngực, vật liệu cơ sinh học, băng vết thương), sản phẩm mỹ phẩm, sản phẩm chăm sóc (ví dụ: kính áp tròng, tã, băng vệ sinh), nông nghiệp (ví dụ: cho các công thức thuốc trừ sâu, hạt để giữ độ ẩm của đất ở những vùng khô cằn), nghiên cứu vật liệu như polyme chức năng (ví dụ: chất nổ gel nước, đóng gói các chấm lượng tử, tạo điện nhiệt động lực học), khử nước than, tuyết nhân tạo, phụ gia thực phẩm và các sản phẩm khác (ví dụ: keo).
Phân loại hydrogel
Khi phân loại hydrogel được thực hiện tùy thuộc vào cấu trúc vật lý của chúng có thể được phân loại như sau:
- vô định hình (không tinh thể)
- bán tinh thể: Một hỗn hợp phức tạp của các pha vô định hình và pha tinh thể
- Tinh
Khi tập trung vào thành phần polyme, hydrogel cũng có thể được phân thành ba loại sau:
- hydrogel đồng trùng hợp
- hydrogel đồng trùng hợp
- hydrogel đa polyme / hydrogel IPN
Dựa trên loại liên kết ngang, hydrogel được phân loại thành:
- Mạng liên kết ngang hóa học: các mối nối vĩnh viễn
- Mạng liên kết ngang vật lý: các mối nối thoáng qua
Ngoại hình dẫn đến việc phân loại thành:
- ma trận
- phim
- vi quyển
Phân loại dựa trên điện tích mạng:
- không ion (trung tính)
- ion (bao gồm cả anion hoặc cation
- điện giải lưỡng tính (ampholytic)
- zwitterionic (polybetaines)
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- 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.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Siêu âm hiệu suất cao! Phạm vi sản phẩm của Hielscher bao gồm toàn bộ quang phổ từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên các thiết bị để bàn đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.