Tổng hợp Nanocomposite Hydrogel bằng Ultrasonication

Nanocomposite hydrogel hoặc nanogel là các cấu trúc 3D đa chức năng với hiệu quả cao như chất mang thuốc và hệ thống phân phối thuốc phóng thích có kiểm soát. Ultrasonication thúc đẩy sự phân tán của các hạt hydrogel polymer, kích thước nano cũng như sự bao gồm / kết hợp tiếp theo của các hạt nano vào các cấu trúc polymer này.

Tổng hợp siêu âm của Nanogels

Nanocomposite hydrogel là cấu trúc vật liệu ba chiều và có thể được thiết kế để thể hiện các tính năng cụ thể, điều này làm cho chúng mang thuốc mạnh và hệ thống phân phối thuốc phóng thích có kiểm soát. Ultrasonication thúc đẩy sự tổng hợp các hạt có kích thước nano chức năng cũng như sự bao gồm / kết hợp tiếp theo của các hạt nano trong cấu trúc polyme ba chiều. Khi ultrasonically tổng hợp nanogels có thể entrap các hợp chất hoạt tính sinh học bên trong lõi kích thước nano của họ, các hydrogels kích thước nano cung cấp các chức năng tuyệt vời.
Nanogel là sự phân tán nước của các hạt nano hydrogel, được liên kết chéo về mặt vật lý hoặc hóa học như mạng polymer ưa nước. Như siêu âm hiệu suất cao là hiệu quả cao trong sản xuất phân tán nano, ultrasonicators loại thăm dò là một công cụ quan trọng để sản xuất nhanh chóng và đáng tin cậy của nanogels với chức năng vượt trội.

Chức năng của Ultrasonically sản xuất Nanogels

• ổn định keo tuyệt vời và diện tích bề mặt cụ thể lớn
• có thể được đóng gói dày đặc với các hạt nano
• cho phép kết hợp các hạt cứng và mềm trong nanogel lõi / vỏ lai
• tiềm năng hydrat hóa cao
• thúc đẩy sinh khả dụng
• đặc tính sưng / giảm sưng cao

 
Ultrasonically tổng hợp nanogels được sử dụng trong nhiều ứng dụng và ngành công nghiệp, ví dụ:

• Đối với các ứng dụng dược phẩm và y tế: ví dụ: chất mang thuốc, gel kháng khuẩn, băng vết thương kháng khuẩn
• trong hóa sinh và y sinh để phân phối gen
• làm chất hấp phụ / chất hấp thụ sinh học trong các ứng dụng hóa học và môi trường
• trong kỹ thuật mô vì hydrogel có thể bắt chước các đặc tính vật lý, hóa học, điện và sinh học của nhiều mô bản địa

Nghiên cứu điển hình: Tổng hợp kẽm Nanogel thông qua con đường hóa học

Các hạt nano lai ZnO có thể được ổn định trong gel Carbopol thông qua quá trình siêu âm dễ dàng: Sonication được sử dụng để thúc đẩy sự kết tủa của các hạt nano kẽm, sau đó được liên kết chéo siêu âm với Carbopol để tạo thành một nano-hydrogel.
Ismail et al. (2021) kết tủa các hạt nano oxit kẽm thông qua một con đường hóa học sonochemical dễ dàng. (Tìm giao thức tổng hợp sonochemical của các hạt nano ZnO tại đây).
Sau đó, các hạt nano được sử dụng để tổng hợp nanogel ZnO. Do đó, các NP ZnO được sản xuất đã được rửa sạch bằng nước khử ion kép. 0,5 g Carbopol 940 đã được hòa tan trong 300 mL nước khử ion gấp đôi, tiếp theo là bổ sung các NP ZnO mới rửa. Vì Carbopol có tính axit tự nhiên, dung dịch đòi hỏi phải trung hòa giá trị pH, nếu không nó sẽ không đặc lại. Do đó, hỗn hợp đã trải qua sonication liên tục bằng cách sử dụng ultrasonicator Hielscher UP400S với biên độ 95 và chu kỳ 95% trong 1 giờ. Sau đó, 50 mL trimethylamine (TEA) như một chất trung hòa (nâng độ pH lên 7) đã được thêm vào từng giọt dưới sonication liên tục cho đến khi sự hình thành gel trắng ZnO xảy ra. Sự dày lên của Carbopol bắt đầu khi pH gần với độ pH trung tính .
Nhóm nghiên cứu giải thích những tác động cực kỳ tích cực của ultrasonication trên sự hình thành nanogel bằng cách tăng cường tương tác hạt-hạt. Ultrasonically bắt đầu kích động phân tử của các thành phần trong hỗn hợp phản ứng tăng cường quá trình làm đặc được thúc đẩy bởi các tương tác polymer-dung môi. Ngoài ra, sonication thúc đẩy sự hòa tan của Carbopol. Ngoài ra, chiếu xạ sóng siêu âm giúp tăng cường tương tác polymer-ZnO NPs và cải thiện tính chất nhớt của gel hạt nano lai Carbopol / ZnO đã chuẩn bị.
Sơ đồ lưu đồ trên cho thấy sự tổng hợp NPs ZnO và gel hạt nano lai Carbopol / ZnO. Trong nghiên cứu, ultrasonicator UP400St đã được sử dụng cho kết tủa hạt nano ZnO và hình thành nanogel. (phỏng theo Ismail và cộng sự, 2021)

ZnO NPs tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học dưới tác dụng của ultrasonication, trong đó (a) là trong dung dịch nước, và (b) là ultrasonically phân tán vào một ổn định Carbopol dựa trên hydrogel.
(nghiên cứu và hình ảnh: Ismail và cộng sự, 2021)

Trường hợp Stuy: Chuẩn bị siêu âm Poly (axit methacrylic) / Montmorillonite (PMA / nMMT) Nanogel

Khan et al. (2020) đã chứng minh sự tổng hợp thành công của poly (axit methacrylic) / Montmorillonite (PMA / nMMT) nanocomposite hydrogel thông qua siêu âm hỗ trợ trùng hợp oxi hóa khử. Thông thường, 1,0 g nMMT đã được phân tán trong 50 mL nước cất với ultrasonication cho 2 h để tạo thành một sự phân tán đồng nhất. Sonication cải thiện sự phân tán của đất sét, dẫn đến tăng cường tính chất cơ học và khả năng hấp phụ của hydrogels. Methacrylic acid monome (30 mL) đã được thêm vào từng giọt vào hệ thống treo. Chất khởi tạo ammonium persulfate (APS) (0,1 M) đã được thêm vào hỗn hợp, sau đó là 1,0 mL máy gia tốc TEMED. Sự phân tán được khuấy mạnh trong 4 giờ ở 50 ° C bằng máy khuấy từ tính. Khối nhớt thu được được rửa bằng acetone và hút ẩm trong 48 giờ ở 70 ° C trong lò nướng. Sản phẩm thu được được nghiền và lưu trữ trong chai thủy tinh. Các gel nanocomposite khác nhau được tổng hợp bằng cách thay đổi nMMT với số lượng 0,5, 1,0, 1,5 và 2,0 g. Các hydrogel nanocomposite được điều chế bằng cách sử dụng 1,0 g nMMT mô tả kết quả hấp phụ tốt hơn so với phần còn lại của vật liệu tổng hợp và do đó được sử dụng để nghiên cứu thêm về hấp phụ.
Các vi mô SEM-EDX ở bên phải cho thấy phân tích nguyên tố và cấu trúc của các nanogel bao gồm montmorillonite (MMT), nano-montmorillonite (nMMT), poly (axit methacrylic) / nano-montmorillonite (PMA / nMMT) và amoxicillin (AMX) - và diclofenac (DF) - PMA / nMMT nạp. Các vi mô SEM được ghi lại ở độ phóng đại 1,00 KX cùng với EDX của

• montmorillonite (MMT),
• nano-montmorillonite (nMMT),
• poly (axit methacrylic) / nano-montmorillonite (PMA / nMMT),
• và amoxicillin (AMX)- và diclofenac (DF)-nạp PMA/nMMT.

Nó được quan sát thấy rằng MMT thô có cấu trúc tấm phân lớp cho thấy sự hiện diện của các hạt lớn hơn. Sau khi sửa đổi, các tấm MMT được tẩy tế bào chết thành các hạt nhỏ, có thể là do loại bỏ Si2 + và Al3 + khỏi các vị trí bát diện. Phổ EDX của nMMT thể hiện tỷ lệ carbon cao, chủ yếu có thể là do chất hoạt động bề mặt được sử dụng để sửa đổi là thành phần chính của CTAB (C19H42BrN) là carbon (84%). PMA / nMMT hiển thị cấu trúc mạch lạc và gần như đồng liên tục. Hơn nữa, không có lỗ chân lông nào có thể nhìn thấy, điều này mô tả sự tẩy da chết hoàn toàn của nMMT vào ma trận PMA. Sau khi hấp thụ với các phân tử dược phẩm amoxicillin (AMX) và diclofenac (DF), những thay đổi trong hình thái PMA / nMMT được quan sát thấy. Bề mặt trở nên không đối xứng với sự gia tăng kết cấu thô.
Sử dụng và chức năng của hydrogel có kích thước nano dựa trên đất sét: Vật liệu nano hydrogel dựa trên đất sét được hình dung là chất siêu hấp phụ tiềm năng để hấp thụ các chất gây ô nhiễm vô cơ và / hoặc hữu cơ từ dung dịch nước do các đặc tính kết hợp của cả đất sét và polyme, chẳng hạn như khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học, khả năng tồn tại kinh tế, sự phong phú, diện tích bề mặt riêng cao, mạng lưới ba chiều và đặc tính sưng / giảm sưng.
(cf. Khan và cộng sự, 2020)

Ultrasonicators hiệu suất cao cho sản xuất Hydrogel và Nanogel

Ultrasonicators hiệu suất cao cho sản xuất Hydrogel và Nanogel
Hielscher Ultrasonics sản xuất thiết bị siêu âm hiệu suất cao để tổng hợp hydrogel và nanogel với chức năng vượt trội. Từ cỡ nhỏ và vừa R&D và thí điểm ultrasonicators để hệ thống công nghiệp cho sản xuất hydrogel thương mại trong chế độ liên tục, Hielscher Ultrasonics có bộ vi xử lý siêu âm phù hợp để đáp ứng yêu cầu của bạn cho sản xuất hydrogel / nanogel.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: