Tổng hợp Hydrogel Nanocomposite bằng cách sử dụng Ultrasonication

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

Tổng hợp siêu âm Nanogel

Hydrogel nanocomposite là cấu trúc vật liệu ba chiều và có thể được thiết kế để thể hiện các đặc điểm cụ thể, làm cho chúng trở thành chất mang thuốc mạnh và hệ thống phân phối thuốc giải phóng có kiểm soát. Siêu âm thúc đẩy quá trình tổng hợp các hạt có kích thước nano chức năng cũng như sự bao gồm / kết hợp sau đó của các hạt nano trong cấu trúc polyme ba chiều. Vì các nanogel tổng hợp siêu âm có thể bẫy các hợp chất hoạt tính sinh học bên trong lõi nano của chúng, các hydrogel có kích thước nano này cung cấp các chức năng tuyệt vời.
Nanogel là sự phân tán trong nước của các hạt nano hydrogel, được liên kết ngang về mặt vật lý hoặc hóa học dưới dạng mạng lưới polyme ưa nước. Vì siêu âm hiệu suất cao có hiệu quả cao trong việc tạo ra các chất phân tán nano, máy siêu âm kiểu đầu dò là một công cụ quan trọng để sản xuất nhanh chóng và đáng tin cậy các nanogel với các chức năng vượt trội.

Chức năng của nanogel được sản xuất bằng sóng siêu âm

• Độ ổn định keo tuyệt vời và diện tích bề mặt riêng 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 / khử sưng cao

 
Nanogel tổng hợp siêu âm được sử dụng trong nhiều ứng dụng và ngành công nghiệp, ví dụ:

• cho 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 / 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 tự nhiên

Nghiên cứu điển hình: Tổng hợp kẽm nanogel thông qua đường siêu âm hóa

Các hạt nano lai ZnO có thể được ổn định trong gel Carbopol thông qua quá trình siêu âm dễ dàng: Siêu âm được sử dụng để thúc đẩy kết tủa của các hạt nano kẽm, sau đó được liên kết ngang 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 siêu âm dễ dàng. (Tìm giao thức tổng hợp siêu âm hóa của các hạt nano ZnO tại đây).
Sau đó, các hạt nano được sử dụng để tổng hợp gel nano 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 quá trình sonication liên tục bằng cách sử dụng máy siêu âm Hielscher UP400S với biên độ 95 và chu kỳ 95% trong 1 giờ. Sau đó, 50 ml trimethylamine (TEA) làm chất trung hòa (tăng 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 độ pH gần với pH trung tính .
Nhóm nghiên cứu giải thích những tác động cực kỳ tích cực của siêu âm đối với sự hình thành nanogel bằng cách tăng cường tương tác hạt-hạt. Sự khuấy động phân tử bắt đầu bằng siêu âm của các thành phần trong hỗn hợp phản ứng giúp tăng cường quá trình làm đặc được thúc đẩy bởi các tương tác polyme-dung môi. Ngoài ra, siêu âm thúc đẩy sự hòa tan của Carbopol. Ngoài ra, chiếu xạ sóng siêu âm tăng cường tương tác polyme – ZnO NPs và cải thiện đặc tính đàn hồi của gel hạt nano lai Carbopol / ZnO đã chuẩn bị.
Sơ đồ trên cho thấy sự tổng hợp của ZnO NPs và gel hạt nano lai Carbopol / ZnO. Trong nghiên cứu, máy siêu âm UP400St được sử dụng để kết tủa hạt nano ZnO và hình thành nanogel. (phỏng theo Ismail và cộng sự, 2021)

ZnO NP được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học dưới tác dụng của siêu âm, trong đó (a) nằm trong dung dịch nước và (b) được phân tán siêu âm vào hydrogel dựa trên Carbopol ổn định.
(nghiên cứu và hình ảnh: Ismail et al., 2021)

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

Khan et al. (2020) đã chứng minh sự tổng hợp thành công của hydrogel nanocomposite poly (methacrylic acid) / Montmorillonite (PMA / nMMT) thông qua quá trình trùng hợp oxy hóa khử có sự hỗ trợ của siêu âm. Thông thường, 1,0 g nMMT được phân tán trong 50 mL nước cất với siêu âm trong 2 giờ để tạo thành chất 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 hydrogel. Monome axit methacrylic (30 mL) được thêm từng giọt vào hỗn dịch. Chất khởi tạo amoni persulfat (APS) (0,1 M) được thêm vào hỗn hợp, sau đó là 1,0 mL máy gia tốc TEMED. Chất phân tán được khuấy mạnh trong 4 giờ ở 50 ° C bằng máy khuấy từ. Khối nhớt thu được được rửa bằng axeton và sấy khô trong 48 giờ ở 70 ° C trong lò. Sản phẩm thu được được nghiền và bảo quản 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 hấp phụ thêm.
Các kính hiển vi 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) được nạp PMA / nMMT. Các kính hiển vi 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 PMA / nMMT chứa amoxicillin (AMX) và diclofenac (DF).

Người ta quan sát thấy rằng MMT thô nợ một 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 vì thành phần chính của CTAB (C19H42BrN) là carbon (84%). PMA / nMMT hiển thị một cấu trúc mạch lạc và gần như đồng liên tục. Hơn nữa, không nhìn thấy lỗ chân lông, mô tả sự tẩy da chết hoàn toàn của nMMT vào ma trận PMA. Sau khi hấp thu 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 kích thước nano dựa trên đất sét: Vật liệu tổng hợp nano hydrogel gốc đất sét được hình dung là 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, khả năng 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 trương nở / khử sưởi.
(xem Khan và cộng sự, 2020)

Máy siêu âm hiệu suất cao để sản xuất hydrogel và Nanogel

Máy siêu âm hiệu suất cao để sản xuất hydrogel và Nanogel
Hielscher Ultrasonics sản xuất thiết bị siêu âm hiệu suất cao để tổng hợp hydrogel và nanogel với các chức năng vượt trội. 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 có bộ xử lý siêu âm phù hợp để đáp ứng các yêu cầu của bạn về sản xuất hydrogel / nanogel.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: