Tổng hợp siêu âm các polyme in phân tử (MIPs)

Polyme in dấu phân tử (MIP) là các thụ thể được thiết kế nhân tạo với tính chọn lọc và độ đặc hiệu được xác định trước cho một cấu trúc phân tử sinh học hoặc hóa học nhất định. Siêu âm có thể cải thiện các con đường tổng hợp khác nhau của các polyme in phân tử làm cho quá trình trùng hợp hiệu quả và đáng tin cậy hơn.

Polyme in dấu phân tử là gì?

Polyme in phân tử (MIP) là vật liệu polyme có đặc tính nhận dạng giống kháng thể đã được sản xuất bằng kỹ thuật in phân tử. Kỹ thuật in dấu phân tử tạo ra polyme in phân tử liên quan đến một phân tử mục tiêu cụ thể. Polyme in phân tử có các khoang trong ma trận polyme của nó với ái lực đối với cụ thể “Mẫu” molecule. The process usually involves initiating the polymerization of monomers in the presence of a template molecule that is extracted afterwards, leaving behind complementary cavities. These polymers have affinity for the original molecule and have been used in applications such as chemical separations, catalysis, or molecular sensors. Molecular imprinted molecules can be compared to a molecular lock, that matches a molecular key (the so-called template molecule). Molecularly imprinted polymers (MIPs) are characterised by specifically tailored binding sites that match the template molecules in shape, size and functional groups. The “lock – key” feature allows to use molecular imprinted polymers for various applications, where a specific type of molecule is recognised and attached to the molecular lock, i.e. the molecular imprinted polymer.

Hình minh họa sơ đồ cho thấy con đường in dấu phân tử của cyclodextrin để chuẩn bị các thụ thể phù hợp.Nghiên cứu và hình ảnh: Hishiya et al. 2003

Polyme in dấu phân tử (MIP) có nhiều lĩnh vực ứng dụng và được sử dụng để tách và tinh chế các phân tử sinh học hoặc hóa học cụ thể bao gồm axit amin và protein, dẫn xuất nucleotide, chất ô nhiễm, cũng như thuốc và thực phẩm. Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm từ tách và tinh chế đến cảm biến hóa học, phản ứng xúc tác, phân phối thuốc, kháng thể sinh học và hệ thống thụ thể. (xem Vasapollo et al. 2011)
Ví dụ, công nghệ MIP được sử dụng làm kỹ thuật chiết xuất vi mô pha rắn để vận hành và tinh chế các phân tử có nguồn gốc từ cần sa như CBD hoặc THC từ chiết xuất toàn quang phổ để thu được các chất phân lập và chưng cất cannabinoid.

Tổng hợp siêu âm các phân tử in dấu phân tử

Tùy thuộc vào loại mục tiêu (mẫu) và ứng dụng cuối cùng của MIP, MIP có thể được tổng hợp ở các định dạng khác nhau như các hạt hình cầu có kích thước nano và micron, dây nano, thanh nano, sợi nano hoặc màng mỏng. Để tạo ra một dạng MIP cụ thể, có thể áp dụng các kỹ thuật trùng hợp khác nhau như in số lượng lớn, kết tủa, trùng hợp nhũ tương, huyền phù, phân tán, gel hóa và trùng hợp phồng nhiều bước.
Ứng dụng siêu âm tần số thấp, cường độ cao cung cấp một kỹ thuật hiệu quả cao, linh hoạt và đơn giản để tổng hợp các cấu trúc nano polyme.
Sonication mang lại một số lợi thế trong tổng hợp MIP khi so sánh với các quy trình trùng hợp truyền thống, vì nó thúc đẩy tốc độ phản ứng cao hơn, tăng trưởng chuỗi polyme đồng nhất hơn, năng suất cao hơn và điều kiện nhẹ hơn (ví dụ: nhiệt độ phản ứng thấp). Hơn nữa, nó có thể thay đổi sự phân bố quần thể vị trí liên kết, và do đó, hình thái của polyme cuối cùng. (Svenson 2011)
Bằng cách áp dụng năng lượng siêu âm hóa vào quá trình trùng hợp MIP, các phản ứng trùng hợp được bắt đầu và tác động tích cực. Đồng thời, quá trình siêu âm thúc đẩy quá trình khử khí hiệu quả của hỗn hợp polyme mà không làm giảm khả năng liên kết hoặc độ cứng.
Ultrasonic homogenization, dispersing and emulsification offers superior mixing and agitation to form homogeneous suspensions and to provide initiation energy for polymerization processes. Viveiros et al. (2019) investigated the potential of ultrasonic MIP synthesis and state that “MIPs prepared ultrasonically presented binding properties similar or superior to the conventional methods”.
MIP ở định dạng nano mở ra những khả năng đầy hứa hẹn để cải thiện tính đồng nhất của các vị trí liên kết. Siêu âm nổi tiếng với kết quả đặc biệt trong việc điều chế các chất phân tán nano và nhũ tương nano.

Siêu âm Nano-nhũ tương trùng trùng hợp

MIP có thể được tổng hợp bằng cách trùng hợp nhũ tương. Quá trình trùng hợp nhũ tương thường đạt được bằng cách tạo thành nhũ tương dầu trong nước dưới sự bổ sung chất hoạt động bề mặt. Để tạo thành một kỹ thuật nhũ hóa ổn định, kích thước nano, cần có kỹ thuật nhũ hóa hiệu suất cao. Nhũ hóa siêu âm là một kỹ thuật được thiết lập tốt để điều chế nhũ tương nano và mini.
Đọc thêm về siêu âm Nano nhũ tương hóa!

Siêu âm có thể cải thiện các đường tổng hợp sau để sản xuất nanoMIP: trùng hợp kết tủa, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp lõi-vỏ.Nghiên cứu và hình ảnh của: Refaat et al. 2019

Chiết xuất siêu âm của mẫu

Sau khi tổng hợp các polyme in phân tử, khuôn mẫu phải được loại bỏ khỏi vị trí liên kết để có được một polyme in phân tử hoạt động. Lực trộn mạnh mẽ của siêu âm thúc đẩy khả năng hòa tan, khuếch tán, thâm nhập và vận chuyển các phân tử dung môi và khuôn mẫu. Qua đó, các mẫu nhanh chóng bị xóa khỏi các trang web ràng buộc.
Chiết xuất siêu âm cũng có thể được kết hợp với chiết xuất Soxhlet để loại bỏ mẫu khỏi polyme in ấn.

Nghiên cứu điển hình: Ứng dụng siêu âm cho polyme in phân tử

Tổng hợp siêu âm của các polyme in phân tử

Việc đóng gói các hạt nano từ tính bằng các polyme in 17β-estradiol bằng cách sử dụng lộ trình tổng hợp siêu âm giúp loại bỏ nhanh chóng 17β-estradiol khỏi môi trường nước. Để tổng hợp siêu âm của nanoMIP, axit methacrylic (MAA) được sử dụng làm monome, ethylene glycol dimethylacrylate (EGDMA) làm chất liên kết ngang và azobisisobutyronitrile (AIBN) làm chất khởi xướng. Quy trình tổng hợp siêu âm được thực hiện trong 2 giờ ở 65ºC. Đường kính kích thước hạt trung bình của NIP từ tính và MIP từ tính lần lượt là 200 và 300 nm. Việc sử dụng siêu âm không chỉ tăng cường tốc độ trùng hợp và hình thái của các hạt nano mà còn dẫn đến sự gia tăng số lượng gốc tự do, và do đó, tạo điều kiện cho sự phát triển MIP xung quanh các hạt nano từ tính. Khả năng hấp phụ hướng tới 17β-estradiol có thể so sánh với các phương pháp truyền thống. [Xia và cộng sự. 2012? Viveiro và cộng sự. 2019]

Siêu âm cho cảm biến in dấu phân tử

Yu và cộng sự đã thiết kế một cảm biến điện hóa in phân tử dựa trên các điện cực biến đổi hạt nano niken để xác định phenobarbital. Cảm biến điện hóa được báo cáo được phát triển bằng cách trùng hợp nhiệt với việc sử dụng axit methacrylic (MAA) làm monome chức năng, 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) và ethylene glycol maleic rosinate (EGMRA) acrylate làm chất liên kết ngang, phenobarbitals (PB) làm phân tử khuôn mẫu và dimethyl sulfoxide (DMSO) làm dung môi hữu cơ. Trong quá trình chế tạo cảm biến, 0,0464g PB và 0,0688g MAA được trộn trong 3 mL DMSO và siêu âm trong 10 phút. Sau 5 giờ, 1,0244g EGMRA và 0,0074g AIBN được thêm vào hỗn hợp và siêu âm trong 30 phút để thu được dung dịch polyme in PB. Sau đó, 10 μL 2,0 mg mL^-1Dung dịch hạt nano Ni rơi xuống bề mặt GCE và sau đó cảm biến được làm khô ở nhiệt độ phòng. Khoảng 5 μL dung dịch polyme in PB đã chuẩn bị sau đó được phủ trên GCE biến đổi hạt nano Ni và sấy khô chân không ở 75◦C trong 6 giờ. Sau quá trình trùng hợp nhiệt, cảm biến in được rửa bằng (axit axetic) HAc? metanol (tỷ lệ thể tích, 3: 7) trong 7 phút để loại bỏ các phân tử mẫu. (xem Uygun et al. 2015)

Chiết xuất vi siêu âm bằng MIP

Để khôi phục các phân tích nicotinamide từ mẫu, một vi chiết xuất pha rắn phân tán được hỗ trợ bằng siêu âm, sau đó là máy đo quang phổ UV-VIS (UA-DSPME-UV-vis) được áp dụng. Để chiết xuất và cô đặc trước nicotinamide (vitamin B3), các polyme in phân tử dựa trên khung hữu cơ kim loại HKUST-1 (MOF) đã được sử dụng. (Asfaram và cộng sự, 2017)

Máy siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng polymer

Từ phòng thí nghiệm đến sản xuất với khả năng mở rộng tuyến tính: Các polyme in phân tử được thiết kế đặc biệt trước tiên được phát triển và thử nghiệm trên phòng thí nghiệm nhỏ và quy mô để bàn, để điều tra tính khả thi của quá trình tổng hợp polyme. Nếu tính khả thi và tối ưu hóa MIP đã được thực hiện, việc sản xuất MIP sẽ được mở rộng quy mô lên khối lượng lớn hơn. Các tuyến đường tổng hợp siêu âm có thể được chia tỷ lệ tuyến tính từ sản xuất để bàn đến sản xuất thương mại hoàn toàn. Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm để tổng hợp polyme trong phòng thí nghiệm nhỏ và cài đặt để bàn cho đến các hệ thống siêu âm nội tuyến công nghiệp hoàn toàn để sản xuất 24/7 khi đầy tải. Siêu âm có thể được chia tỷ lệ tuyến tính từ kích thước ống nghiệm đến công suất sản xuất lớn của xe tải mỗi giờ. Danh mục sản phẩm rộng rãi của Hielscher Ultrasonics từ phòng thí nghiệm đến hệ thống siêu âm công nghiệp có máy siêu âm phù hợp nhất cho năng lực quy trình dự kiến của bạn. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ các thử nghiệm khả thi và tối ưu hóa quy trình đến việc lắp đặt hệ thống siêu âm của bạn ở cấp độ sản xuất cuối cùng.

Hielscher Siêu âm – Thiết bị Sonochemical tinh vi

Danh mục sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các loại máy vắt siêu âm hiệu suất cao từ quy mô nhỏ đến lớn. Các phụ kiện bổ sung cho phép dễ dàng lắp ráp cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho quy trình của bạn. Thiết lập siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất, khối lượng, vật liệu, quy trình và thời gian hàng loạt hoặc nội tuyến dự kiến. Hielscher giúp bạn thiết lập quy trình sonochemical lý tưởng.

Hàng loạt và nội tuyến

Máy siêu âm Hielscher có thể được sử dụng để xử lý hàng loạt và liên tục. Các khối lượng nhỏ và vừa có thể được siêu âm thuận tiện trong quy trình hàng loạt (ví dụ: lọ, thử nghiệm, ống, cốc, bể hoặc thùng). Đối với xử lý khối lượng lớn, siêu âm nội tuyến có thể hiệu quả hơn. Mặc dù việc trộn hàng loạt tốn nhiều thời gian và công sức hơn, nhưng quy trình trộn nội tuyến liên tục hiệu quả hơn, nhanh hơn và đòi hỏi ít lao động hơn đáng kể. Hielscher Ultrasonics có thiết lập chiết xuất phù hợp nhất cho phản ứng trùng hợp và khối lượng quy trình của bạn.

Đầu dò siêu âm cho mọi công suất sản phẩm

Phạm vi sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các bộ xử lý siêu âm từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên hệ thống để bàn và thí điểm đến bộ xử lý siêu âm công nghiệp hoàn toàn với khả năng xử lý xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho polyme, công suất quy trình và mục tiêu sản xuất của bạn.
Hệ thống để bàn siêu âm lý tưởng cho các thử nghiệm khả thi và tối ưu hóa quy trình. Mở rộng quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình đã thiết lập giúp rất dễ dàng tăng năng lực xử lý từ các lô nhỏ hơn đến sản xuất thương mại hoàn toàn. Việc mở rộng quy mô có thể được thực hiện bằng cách lắp đặt một thiết bị vắt siêu âm mạnh hơn hoặc tập hợp song song một số máy siêu âm. Với UIP16000, Hielscher cung cấp thiết bị siêu âm mạnh nhất trên toàn thế giới.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác cho kết quả tối ưu

Tất cả các máy siêu âm Hielscher đều có thể điều khiển chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quy trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của các phản ứng siêu âm bao gồm các phản ứng trùng hợp và các tuyến đường tổng hợp.
Tất cả Hielscher Ultrasonics’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quy trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cho phép bạn tổng hợp các polyme in phân tử của mình với các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Siêu âm tối ưu cho kết quả trùng hợp tốt nhất!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your sonochemical process requirements.

Thử nghiệm dễ dàng, không rủi ro

Các quy trình siêu âm có thể được chia tỷ lệ hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả mà bạn đạt được bằng cách sử dụng máy siêu âm phòng thí nghiệm hoặc máy siêu âm để bàn, có thể được mở rộng thành cùng một đầu ra bằng cách sử dụng các thông số quy trình giống hệt nhau. Điều này làm cho siêu âm lý tưởng để kiểm tra tính khả thi không có rủi ro, tối ưu hóa quy trình và triển khai tiếp theo vào sản xuất thương mại. Liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu cách siêu âm có thể làm tăng năng suất và chất lượng MIP của bạn.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

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

Bạn có thể mua bộ xử lý siêu âm Hielscher với bất kỳ kích thước nào khác nhau và được cấu hình chính xác theo yêu cầu quy trình của bạn. Từ việc xử lý các chất phản ứng trong một ống phòng thí nghiệm nhỏ đến trộn liên tục các bùn polyme ở cấp độ công nghiệp, Hielscher Ultrasonics cung cấp một máy siêu âm phù hợp cho bạn! Vui lòng liên hệ với chúng tôi – Chúng tôi vui mừng giới thiệu cho bạn thiết lập siêu âm lý tưởng!