Reodialýza: Současná regulace chemického složení a smykového namáhání pomocí reometru Kinexus s technologií NETZSCH

Seznamte se s novým řešením pro reodialýzu

Měkké materiály jsou jen zřídka vystaveny mechanickým silám izolovaně.

Ve skutečných procesech dochází současně ke změnám smykového namáhání i chemického prostředí.

Dosud komerčně dostupné rotační reometry dokázaly během zkoušky dynamicky regulovat mechanické napětí a deformaci, nikoli však chemické prostředí. To představovalo mezeru v porozumění gelům, biopolymerům, farmaceutickým přípravkům, potravinářským systémům a biologickým materiálům.

S novým řešením Rheodialysis pro NETZSCH rotačního reometru Kinexusbyla tato mezera odstraněna.

Proč je to důležité?

Uvažujme alginátový hydrogel používaný k zapouzdření účinné farmaceutické látky.

Jakmile materiál přijde do styku s ionty vápníku, začne se měnit z kapaliny na gel. Současně dochází k difúzním procesům, mění se struktura a jeho mechanické vlastnosti se neustále vyvíjejí.

Dosud mohli vědci obvykle sledovat buď chemické změny, nebo reologickou odezvu. Současné studium obou jevů za realistických podmínek zůstávalo extrémně náročné.

Reodialýza tomění . Umožňuje výzkumníkům pozorovat, jak materiál mechanicky reaguje, zatímco se jeho chemické prostředí vyvíjí v reálném čase – čímž se laboratorní měření mnohem více přibližují podmínkám v reálném světě.

Společný inovační projekt: Univerzity v Liverpoolu a Durhamu a NETZSCH

Metodu reodialýzy vyvinula Univerzita v Liverpoolu (Dr. Anders Aufderhorst-Roberts) a Durhamská univerzita (prof. John Girkin a Dr. Lai Zhang) v úzké spolupráci se společností NETZSCH Analyzing & Testing.

Cíl byl jasný: umožnit současnou kontrolu chemického prostředí a mechanických sil během reologických testů. Namísto komercializace jako uzavřeného systému se partneři rozhodli pro přístup založený na otevřeném zdroji – čímž zpřístupnili tento koncept výzkumné komunitě.

Technika reodialýzy řeší zásadní výzvu: chemické a mechanické podněty působí málokdy nezávisle. V biologických a průmyslových systémech se projevují synergicky.

Proč se tomu říká reodialýza?

Proč se tomu říká reodialýza?

Tento termín kombinuje dva pojmy:

• Reologie – věda zabývající se studiem toku a deformace materiálů
• dialýza – řízený transport molekul přes membránu

Stejně jako dialýza umožňuje průchod některých látek membránou a zároveň zadržuje jiné, reodialýza umožňuje řízenou chemickou výměnu se vzorkem během reologického měření.

Díky tomu je možné napodobit procesy, jako je difúze iontů, výměna rozpouštědel, působení enzymů, změny pH nebo transport živin, a zároveň průběžně sledovat chování materiálu.

Proč je to důležité pro měkké materiály

Téměř všechny měkké materiály jsou citlivé na:

• Mechanickému namáhání
• Chemickému prostředí
• Časově závislé difúzní procesy

Mezi příklady patří:

• Tvorba a rozpad krevních sraženin
• Gelace alginátu
• Trávení potravy v žaludečních podmínkách
• Uvolňování léčiv za fyziologického smykového namáhání
• Krémy a kosmetické přípravky vystavené působení soli nebo enzymů

Přenesení reálných procesů do reometru

Mnoho měkkých materiálů je navrženo tak, aby reagovaly na své okolí.

Například:

Alginátové hydrogely
Alginát, získávaný z mořských řas, se široce používá při podávání léčiv, v tkáňovém inženýrství a při zapouzdřování buněk. Při vystavení iontům vápníku materiál geluje prostřednictvím Ionic zesíťování. Rheodialýza umožňuje výzkumníkům sledovat tento proces gelace v reálném čase a zároveň měřit měnící se viskoelastické vlastnosti.

Studie trávení potravin
Struktury potravin během konzumace neprocházejí pouze mechanickou deformací. Současně jsou vystaveny měnícím se hodnotám pH, solím a trávicím enzymům. Rheodialýza umožňuje výzkumníkům studovat, jak se mění textura a struktura potravin za podmínek, které se více podobají trávení.

Farmaceutické formulace
Systémy pro podávání léčiv často využívají procesy řízené difúzí. Pomocí reodialýzy mohou výzkumníci zkoumat, jak pufrovací roztoky, ionty nebo jiná činidla ovlivňují strukturu materiálu a chování při uvolňování při působení mechanických sil.

Tyto příklady ukazují, proč může současná regulace chemických procesů a smykového namáhání poskytnout poznatky, které konvenční reologická měření nedokážou zachytit.

Pomocí reodialýzy mohou výzkumníci:

✔ Řídit rychlost chemické difúze pomocí nastavení čerpadla a koncentrační
✔ Identify přesně určit body gelace během výměny Ionic
✔ Přesněji modelovat reálné podmínky zpracování

Jak ukazuje nová bílá kniha, konvergence oscilačních fázových úhlů při různých frekvencích umožňuje přesně určit bod gelace během in-situ výměny Ionic.

Stáhněte si bílou knihu zde:

Více informací najdete v bílé knize

Úplné technické pozadí, experimentální uspořádání a příklady použití jsou popsány v nové bílé knize:

Přizpůsobit, integrovat, inovovat

V oblasti reologických testů neexistuje univerzální řešení. Proto NETZSCH rotační reometr Kinexus navržen jako otevřená platforma zajišťující maximální flexibilitu:

✔️ Integrujte nástroje třetích stran.
✔️ Připojte vlastní příslušenství.
✔️ Společně s našimi odborníky z NETZSCH vyvíjejte nová softwarová řešení.

Reodialýza je jen jedním z příkladů toho, co je možné díky úzké spolupráci mezi výzkumnými týmy a průmyslem. Pokud byste chtěli, aby se vaše aplikace stala další případovou studií inovace, kontaktujte nás!