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

Máy đồng nhất loại đầu dò siêu âm UP400St để phân tán và tổng hợp hydrogel nanocomposite hoặc nanogel.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.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Siêu âm cavitation thúc đẩy liên kết chéo và trùng hợp trong quá trình tổng hợp hydrogel và nanogel (nanocomposite hydrogel). Siêu âm phân tán tạo điều kiện cho sự phân phối đồng đều của vật liệu nano để chế tạo hydrogel lai.

ultrasonicator UIP1000hdT với lò phản ứng thủy tinh để tổng hợp nanocomposite hydrogel

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

Sơ đồ lưu đồ để 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)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)

Ultrasonically sản xuất nanogel nạp với các hạt nano oxit kẽm.

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)

Ultrasonically tổng hợp nanogels nạp với các hạt nano khác nhau như đất sét nano-montmorillonite.

SEM-EDX micrographs của (a) MMT, (b) nMMT, (c) PMA/nMMT, và (d) AMX- và (e) hydrogel nanocomposite nạp DF. Các nanogel đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng ultrasonication.
(nghiên cứu và hình ảnh: ©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.

Tại sao Hielscher Ultrasonics?

  • hiệu quả cao
  • Công nghệ tiên tiến
  • Độ tin cậy & Mạnh mẽ
  • Lô & Inline
  • cho bất kỳ ổ đĩa nào
  • phần mềm thông minh
  • các tính năng thông minh (ví dụ: giao thức dữ liệu)
  • Dễ dàng và an toàn để vận hành
  • bảo trì thấp
  • CIP (sạch tại chỗ)

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

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
15 đến 150L 3 đến 15L / phút UIP6000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng để thảo luận về quá trình của bạn với bạn và để cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










Trong clip ngắn ở trên, các ultrasonicator UP50H được sử dụng để tạo thành một hydrogel bằng cách sử dụng một gelator trọng lượng phân tử thấp. Kết quả là một hydrogel siêu âm tự phục hồi.
(Nghiên cứu và phim: Rutgeerts và cộng sự, 2019)
Siêu âm phân tán các hạt nano silica thành hydrogel: Máy đồng nhất siêu âm Hielscher UP400St phân tán các hạt nano silica nhanh chóng và hiệu quả thành một nanogel đồng nhất với đa chức năng.

Siêu âm phân tán các hạt nano trong Hydrogel bằng cách sử dụng ultrasonicator UP400St

Hình thu nhỏ video



Văn học/tài liệu tham khảo

Sự kiện đáng biết

Giao thức tổng hợp sonochemical của hạt nano ZnO

NPs ZnO được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học dưới tác dụng chiếu xạ siêu âm. Trong một quy trình điển hình, kẽm axetat dihydrate (Zn (CH3COO) 2 · 2H2O) là tiền chất và dung dịch amoniac 30–33% (NH3) trong dung dịch nước (NH4OH) làm chất khử, đã được sử dụng. Các hạt nano ZnO được tạo ra bằng cách hòa tan lượng kẽm axetat thích hợp trong 100 mL nước khử ion để tạo ra 0,1 M dung dịch ion kẽm. Sau đó, dung dịch ion kẽm đã được chiếu xạ sóng siêu âm bằng cách sử dụng Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz, Berlin, Đức) ở biên độ 79% và chu kỳ 0,76 trong 5 phút ở nhiệt độ 40 ◦C. Sau đó, dung dịch amoniac được thêm từng giọt vào dung dịch ion kẽm dưới tác động của sóng siêu âm. Sau một lúc, các NP ZnO bắt đầu kết tủa và phát triển, và dung dịch amoniac liên tục được thêm vào cho đến khi xảy ra sự kết tủa hoàn toàn của ZnO NPs.
Các NP ZnO thu được đã được rửa bằng nước khử ion nhiều lần và bị bỏ lại để lắng xuống. Sau đó, kết tủa thu được được sấy khô ở nhiệt độ phòng.
(Ismail và cộng sự, 2021)

Nanogel là gì?

Nanogel hoặc hydrogel nanocomposite là một loại hydrogel kết hợp các hạt nano, thường nằm trong khoảng 1-100 nanomet, vào cấu trúc của chúng. Các hạt nano này có thể là hữu cơ, vô cơ hoặc kết hợp cả hai.
Nanogel được hình thành thông qua một quá trình được gọi là liên kết ngang, liên quan đến liên kết hóa học của chuỗi polymer để tạo thành một mạng lưới ba chiều. Kể từ khi sự hình thành hydrogel và nanogel đòi hỏi phải trộn kỹ lưỡng để hydrat hóa cấu trúc polymer, để thúc đẩy liên kết ngang và kết hợp các hạt nano, ultrasonication là một kỹ thuật hiệu quả cao để sản xuất hydrogel và nanogel. Mạng lưới hydrogel và nanogel có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước, làm cho nanogel ngậm nước cao và do đó phù hợp cho nhiều ứng dụng như phân phối thuốc, kỹ thuật mô và cảm biến sinh học.
Nanogel hydrogel thường bao gồm các hạt nano, chẳng hạn như silica hoặc các hạt polymer, được phân tán khắp ma trận hydrogel. Các hạt nano này có thể được tổng hợp thông qua các phương pháp khác nhau, bao gồm trùng hợp nhũ tương, trùng hợp nhũ tương nghịch đảo và tổng hợp sol-gel. Những trùng hợp và tổng hợp sol-gel được hưởng lợi rất nhiều từ kích động siêu âm.
Mặt khác, hydrogel nanocomposite bao gồm sự kết hợp của hydrogel và chất độn nano, chẳng hạn như đất sét hoặc graphene oxide. Việc bổ sung chất độn nano có thể cải thiện các tính chất cơ học và vật lý của hydrogel, chẳng hạn như độ cứng, độ bền kéo và độ dẻo dai của nó. Ở đây, khả năng phân tán mạnh mẽ của sonication tạo điều kiện cho sự phân bố đồng đều và ổn định của các hạt nano vào ma trận hydrogel.
Nhìn chung, nanogel và nanocomposite hydrogel có một loạt các ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như y sinh, khắc phục môi trường và lưu trữ năng lượng do các đặc tính và chức năng độc đáo của chúng.

Ứng dụng của Nanogel trong điều trị y tế

Loại Nanogel thuốc bệnh Hoạt động Tham khảo
Nanogel PAMA-DMMA Doxorubicin Ung thư Tăng tốc độ giải phóng khi giá trị pH giảm. Độc tính tế bào cao hơn ở pH 6.8 trong các nghiên cứu khả năng tồn tại của tế bào Du và cộng sự (2010)
Nanogels dựa trên Chitosan được trang trí bằng hyaluronate Các chất cảm quang như tetra-phenyl-porphyrin-tetra-sulfonate (TPPS4), tetra-phenyl-chlorin-tetra-carboxylate (TPCC4) và clo e6 (Ce6) Rối loạn thấp khớp Nhanh chóng được các đại thực bào hấp thụ (4 giờ) và tích lũy trong tế bào chất và bào quan của chúng Schmitt và cộng sự (2010)
Các hạt nano PCEC trong hydrogel Pluronic Lidocaine Gây tê tại chỗ Tạo ra gây mê xâm nhập lâu dài khoảng 360 phút Yin và cộng sự (2009)
Poly (axit lactide-co-glycolic) và hạt nano chitosan phân tán trong HPMC và gel Carbopol Spantide II Viêm da tiếp xúc dị ứng và các rối loạn viêm da khác Nanogelinncreases tiềm năng cho việc cung cấp qua da của spantide II Punit và cộng sự (2012)
Polyvinyl pyrrolidone-poly nhạy cảm với pH (axit acrylic) (PVP/PAAc) nanogel Pilocarpine Duy trì nồng độ đầy đủ của pilocarpine tại vị trí hành động trong thời gian dài Abd El-Rehim và cộng sự (2013)
Poly liên kết ngang (ethylene glycol) và polyethylenimine Oligonucleotide Bệnh thoái hóa thần kinh Vận chuyển hiệu quả qua BBB. Hiệu quả vận chuyển được tăng lên hơn nữa khi bề mặt của nanogel được sửa đổi bằng transferrin hoặc insulin Vinogradov và cộng sự (2004)
Cholesterol mang pullulan nanogels Interleukine tái tổ hợp murine interleukine-12 Liệu pháp miễn dịch khối u Nanogel giải phóng bền vững Farhana và cộng sự (2013)
Poly (N-isopropylacrylamide) và chitosan Điều trị ung thư tăng thân nhiệt và phân phối thuốc nhắm mục tiêu Thermosensitive từ tính modalized Farhana và cộng sự (2013)
Mạng lưới phân nhánh liên kết ngang của polyethyleneimine và PEG Polyplexnanogel Fludarabine Ung thư Tăng hoạt động và giảm độc tính tế bào Farhana và cộng sự (2013)
nanogel tương thích sinh học của pullulan mang cholesterol Là người đi kèm nhân tạo Điều trị bệnh Alzheimer Ức chế tập hợp amyloid β-protein Ikeda và cộng sự (2006)
DNA nanogel với ảnh liên kết ngang Vật liệu di truyền Liệu pháp gen Phân phối có kiểm soát DNA plasmid Lee và cộng sự (2009)
Carbopol/kẽm oxit (ZnO) gel hạt nano lai Hạt nano ZnO Hoạt tính kháng khuẩn, ức chế vi khuẩn Ismail và cộng sự (2021)

Bảng phỏng theo Swarnali và cộng sự, 2017


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 đơn vị băng ghế dự bị đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.

Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về quá trình của bạn.

Hãy liên hệ.