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

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

Polyme in phân tử là gì?

Một polymer in phân tử (MIP) là vật liệu polymer với đặc điểm nhận dạng giống như kháng thể đã được sản xuất bằng cách sử dụng kỹ thuật in ấn phân tử. Kỹ thuật in ấn phân tử tạo ra polymer in phân tử liên quan đến một phân tử mục tiêu cụ thể. Polymer in phân tử có sâu răng trong ma trận polymer của nó với một ái lực cho các cụ thể “Mẫu” Phân tử. Quá trình này thường liên quan đến việc bắt đầu trùng hợp monome trong sự hiện diện của một phân tử mẫu được chiết xuất sau đó, để lại phía sau sâu răng bổ sung. Các polyme có ái lực cho các phân tử ban đầu và đã được sử dụng trong các ứng dụng như tách hóa học, xúc tác, hoặc cảm biến phân tử. Các phân tử in phân tử có thể được so sánh với một khóa phân tử, phù hợp với một khóa phân tử (cái gọi là phân tử mẫu). Polyme in phân tử (MIPs) được đặc trưng bởi các trang web liên kết đặc biệt phù hợp với các phân tử mẫu trong hình dạng, kích thước và các nhóm chức năng. Các "khóa – key" tính năng cho phép sử dụng polyme in dấu phân tử cho các ứng dụng khác nhau, nơi một loại cụ thể của phân tử được công nhận và gắn liền với khóa phân tử, tức là polymer in dấu phân tử.

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

Polyme in phân tử (MIPs) có một lĩnh vực rộng các ứng dụng và được sử dụng để tách và làm sạch các phân tử sinh học hoặc hóa học được chỉ định 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 thanh lọc đến cảm biến hóa học, phản ứng xúc tác, phân phối thuốc, kháng thể sinh học và hệ thống thụ thể. (cf. Vasapollo et al. 2011)
Ví dụ, công nghệ MIP được sử dụng như kỹ thuật chiết xuất vi rắn pha để vận hành và thanh lọc các phân tử có nguồn gốc cần sa như CBD hoặc THC từ chiết xuất phổ đầy đủ để có được 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, MIPs 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, các kỹ thuật trùng hợp khác nhau như in ấn số lượng lớn, kết tủa, trùng hợp nhũ tương, đình chỉ, phân tán, gelation và trùng hợp sưng nhiều bước có thể được áp dụng.
Việc áp dụng ultrasonics tần số thấp, cường độ cao cung cấp một kỹ thuật hiệu quả cao, linh hoạt và đơn giản để tổng hợp cấu trúc nano polymer.
Sonication mang lại một số lợi thế trong tổng hợp MIP khi so sánh với các quá trình trùng hợp truyền thống, bởi vì nó thúc đẩy tỷ lệ phản ứng cao hơn, tăng trưởng chuỗi polymer đồng nhất hơn, năng suất cao hơn và điều kiện nhẹ hơn (ví dụ: nhiệt độ phản ứng thấp). Hơn nữa, nó có thể làm thay đổi sự phân bố dân số trang web ràng buộc, và do đó, hình thái của polymer cuối cùng. (Svenson 2011)
Bằng cách áp dụng năng lượng sonochemical để trùng hợp của MIPs, phản ứng trùng hợp được bắt đầu và tác động tích cực. Đồng thời, sonication thúc đẩy khử khí hiệu quả của hỗn hợp polymer mà không bị mất khả năng ràng buộc hoặc độ cứng.
Siêu âm homogenization, phân tán và nhũ tương cung cấp cấp trên trộn và kích động để tạo thành đình chỉ đồng nhất và cung cấp năng lượng khởi xướng cho quá trình trùng hợp. Viveiros et al. (2019) đã điều tra tiềm năng tổng hợp MIP siêu âm và trạng thái rằng "MIPs chuẩn bị các tính chất ràng buộc được trình bày bằng siêu âm tương tự hoặc vượt trội so với các phương pháp thông thường".
MIPs ở định dạng nano mở khả năng đầy hứa hẹn để cải thiện tính đồng nhất của các trang web ràng buộc. Ultrasonication nổi tiếng với kết quả đặc biệt của nó trong việc chuẩn bị nanodispersions và nanoemulsions.

Trùng hợp nano-nhũ tương siêu âm

MIPs có thể được tổng hợp bằng cách trùng hợp nhũ tương. Trùng hợp nhũ tương thường đạt được bằng cách tạo thành nhũ tương dầu trong nước dưới sự bổ sung của chất hoạt động bề mặt. Để tạo thành một kỹ thuật nhũ tương ổn định, có kích thước nano, hiệu suất cao là bắt buộc. Nhũ tương siêu âm là một kỹ thuật được thiết lập tốt để chuẩn bị nhũ tương nano và mini.
Đọc thêm về siêu âm Nano-emulsification!

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

Khai thác siêu âm của mẫu

Sau khi tổng hợp polyme in phân tử, mẫu phải được loại bỏ khỏi vị trí liên kết để có được một polymer in phân tử hoạt động. Các lực trộn mạnh mẽ của sonication thúc đẩy độ hòa tan, khuếch tán, thâm nhập và vận chuyển dung môi và các phân tử mẫu. Qua đó, các mẫu được nhanh chóng loại bỏ khỏi các trang web ràng buộc.
Khai thác bằng siêu âm cũng có thể được kết hợp với khai thác Soxhlet để loại bỏ các mẫu từ polymer in dấu.

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

Tổng hợp siêu âm polyme in dấu phân tử

Đóng gói các hạt nano từ tính bởi polyme in 17β-estradiol bằng cách sử dụng một tuyến đường tổng hợp siêu âm đạt được loại bỏ nhanh chóng 17β-estradiol từ môi trường nước. Đối với sự tổng hợp siêu âm của nanoMIPs, axit methacrylic (MAA) được sử dụng như monomer, ethylene glycol dimethylacrylate (EGDMA) như crosslinker, và azobisisobutyronitrile (AIBN) là người khởi xướng. Thủ tục tổng hợp siêu âm được thực hiện trong 2h ở 65ºC. Đường kính kích thước hạt trung bình của NIC từ tính và MIPs từ là 200 và 300 nm, tương ứng. Việc sử dụng siêu âm không chỉ tăng cường tỷ lệ trùng hợp và hình thái của các hạt nano, mà còn dẫn đến sự gia tăng số lượng các gốc tự do, và do đó, tạo điều kiện cho sự tăng trưởng MIP xung quanh các hạt nano từ tính. Khả năng hấp phụ hướng tới 17β-estradiol tương đương với các phương pháp tiếp cận truyền thống. [Xia et al. 2012 / Viveiro et al. 2019]

Ultrasonics cho cảm biến in dấu phân tử

Yu et al. đã thiết kế một cảm biến điện hóa in dấu 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 monomer chức năng, 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) và ethylene glycol maleic rosinate (EGMRA) acrylate làm chất liên kết chéo, phenobarbitals (PBs) làm phân tử 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 sonicated trong 10 phút. Sau 5 h, 1.0244g EGMRA và 0.0074g AIBN đã được thêm vào hỗn hợp và sonicated trong 30 phút để có được PB-in ấn các giải pháp polymer. Sau đó, 10 μL 2,0 mg mL^-1Dung dịch hạt nano ni rơi trên bề mặt GCE và sau đó cảm biến được sấy khô ở nhiệt độ phòng. Khoảng 5 μL dung dịch polymer in PB đã chuẩn bị sau đó được phủ lên 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 dấu được rửa bằng (axit axetic) HAc /methanol (tỷ lệ thể tích, 3:7) trong 7 phút để loại bỏ các phân tử mẫu. (cf. Uygun et al. 2015)

Siêu âm micro-khai thác bằng cách sử dụng MIPs

Để phục hồi phân tích nicotinamide từ các mẫu, một microextraction pha rắn phân tán ultrasonically hỗ trợ tiếp theo là UV-vis quang phổ (UA-DSPME-UV-vis) được áp dụng. Đối với việc khai thác và tập trung trước nicotinamide (vitamin B3), khuôn khổ hữu cơ kim loại HKUST-1 (MOF) dựa trên polyme in phân tử đã được sử dụng. (Asfaram et al. 2017)

Ultrasonicators hiệu suất cao cho các ứng dụng Polymer

Từ phòng thí nghiệm đến sản xuất với khả năng mở rộng tuyến tính: Cụ thể thiết kế polyme in phân tử đầu tiên được phát triển và thử nghiệm trên phòng thí nghiệm nhỏ và băng ghế dự bị-quy mô hàng đầu, để điều tra tính khả thi của tổng hợp polymer. Nếu tính khả thi và tối ưu hóa của MIPs đã được thực hiện, việc sản xuất MIP được thu nhỏ thành khối lượng lớn hơn. Các tuyến đường tổng hợp siêu âm có thể được tất cả các tuyến tính thu nhỏ từ băng ghế dự bị-top để sản xuất thương mại đầy đủ. Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị sonochemical để tổng hợp polymer trong phòng thí nghiệm nhỏ và các thiết lập băng ghế dự bị lên đến hệ thống siêu âm nội tuyến công nghiệp đầy đủ cho sản xuất 24/7 dưới tải đầy đủ. Siêu âm có thể được thu nhỏ tuyến tính từ kích thước ống nghiệm đến năng lực sản xuất lớn của xe tải mỗi giờ. Hielscher Ultrasonics danh mục sản phẩm rộng lớn từ phòng thí nghiệm đến hệ thống sonochemical công nghiệp có ultrasonicator phù hợp nhất cho khả năng quá 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 để cài đặt hệ thống siêu âm của bạn ở cấp độ sản xuất cuối cùng.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị Sonochemical tinh vi

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

Batch và inline

Ultrasonicators Hielscher có thể được sử dụng cho hàng loạt và liên tục dòng chảy thông qua chế biến. Khối lượng nhỏ và vừa có thể được sonicated thuận tiện trong một quá trình hàng loạt (ví dụ, lọ, thử nghiệm, ống, cốc, xe tăng hoặc thùng). Để xử lý khối lượng lớn, nội tuyến sonication có thể hiệu quả hơn. Trong khi phân lô tốn nhiều thời gian và công sức hơn, một 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 khai thác phù hợp nhất cho phản ứng trùng hợp của bạn và khối lượng quá trình.

Đầu dò siêu âm cho mọi công suất sản phẩm

Hielscher Ultrasonics phạm vi sản phẩm bao gồm đầy đủ các bộ vi xử lý siêu âm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên băng ghế dự bị và hệ thống thí điểm để bộ vi xử lý siêu âm hoàn toàn công nghiệp với khả năng xử lý xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn các thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho polyme của bạn, công suất quá trình và mục tiêu sản xuất.
Hệ thống siêu âm benchtop là lý tưởng cho các bài kiểm tra tính khả thi và tối ưu hóa quá trình. Quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình được thiết lập làm cho nó rất dễ dàng để tăng khả năng xử lý từ rất nhiều nhỏ hơn để sản xuất thương mại đầy đủ. Up-scaling có thể được thực hiện bằng cách cài đặt một đơn vị vắt siêu âm mạnh mẽ hơn hoặc cụm một số ultrasonicators song song. Với UIP16000, Hielscher cung cấp các đơn vị siêu âm mạnh nhất trên toàn thế giới.

Chính xác điều khiển amplitudes cho kết quả tối ưu

Tất cả các ultrasonicators Hielscher được kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của các phản ứng sonochemical bao gồm các phản ứng trùng hợp và các tuyến đường tổng hợp.
Tất cả Hielscher Ultrasonics’ bộ xử lý cho phép thiết lập chính xác của biên độ. Sonotrodes và sừng tăng cường là những phụ kiện cho phép sửa đổi biên độ trong một phạm vi rộng hơn. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi. Khuếch đại lên đến 200 μm có thể dễ dàng chạy trong 24/7 hoạt động.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng tổng hợp polyme in phân tử của bạn với các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Sonication tối ưu cho kết quả trùng hợp tốt nhất!
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 tại nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành một công cụ làm việc đáng tin cậy đáp ứng các yêu cầu quá trình sonochemical của bạn.

Dễ dàng, kiểm tra rủi ro miễn phí

Quá trình siêu âm có thể được thu nhỏ hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mỗi kết quả mà bạn đã đạt được bằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm hoặc băng ghế dự bị-top ultrasonicator, có thể được thu nhỏ để chính xác cùng một đầu ra bằng cách sử dụng các thông số quá trình chính xác cùng. Điều này làm cho ultrasonication lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi rủi ro miễn phí, tối ưu hóa quy trình và thực hiện tiếp theo vào sản xuất thương mại. Liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu làm thế nào sonication có thể làm tăng năng suất mip và chất lượng của bạn.

Chất lượng cao nhất – Thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp do gia đình sở hữu và gia đình chạy, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ xử lý siêu âm của nó. Tất cả các ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi tại Teltow gần Berlin, Đức. Mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. 24/7 hoạt động dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi là một đặc tính tự nhiên của máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.

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

Bạn có thể mua bộ vi xử lý siêu âm Hielscher trong bất kỳ kích thước khác nhau và chính xác cấu hình để yêu cầu quá trình của bạn. Từ điều trị chất phản ứng trong một ống phòng thí nghiệm nhỏ để trộn liên tục qua dòng chảy của slurries polymer ở cấp độ công nghiệp, Hielscher Ultrasonics cung cấp một ultrasonicator phù hợp cho bạn! Vui lòng liên hệ với chúng tôi – chúng tôi rất vui khi khuyên bạn nên thiết lập siêu âm lý tưởng!