Ρεοδιαλύση: Ταυτόχρονος έλεγχος των χημικών παραμέτρων και της διάτμησης με το ρεόμετρο Kinexus της NETZSCH

Ανακαλύψτε τη νέα λύση Rheodialysis

Τα μαλακά υλικά σπάνια υπόκεινται σε μηχανικές δυνάμεις μεμονωμένα.

Στις πραγματικές διεργασίες, η διάτμηση και οι χημικές μεταβολές συμβαίνουν ταυτόχρονα.

Μέχρι τώρα, τα εμπορικά περιστροφικά ρεόμετρα μπορούσαν να ελέγχουν τη μηχανική τάση και παραμόρφωση – αλλά όχι το χημικό περιβάλλον δυναμικά κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Αυτό δημιουργούσε ένα κενό στην κατανόηση των πηκτωμάτων, των βιοπολυμερών, των φαρμακευτικών προϊόντων, των συστημάτων τροφίμων και των βιολογικών υλικών.

Με το νέο λύση Rheodialysis για το NETZSCH περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus, αυτό το κενό έχει πλέον καλυφθεί.

Γιατί είναι σημαντικό αυτό;

Ας εξετάσουμε ένα υδρογέλη αλγινικού άλατος που χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση ενός δραστικού φαρμακευτικού συστατικού.

Μόλις το υλικό έρθει σε επαφή με ιόντα ασβεστίου, αρχίζει να μετατρέπεται από υγρό σε πήκτωμα. Ταυτόχρονα, λαμβάνουν χώρα διεργασίες διάχυσης, η δομή μεταβάλλεται και οι μηχανικές του ιδιότητες εξελίσσονται συνεχώς.

Μέχρι τώρα, οι ερευνητές μπορούσαν συνήθως να παρακολουθούν είτε τις χημικές αλλαγές είτε τη ρεολογική απόκριση. Η ταυτόχρονη μελέτη και των δύο υπό ρεαλιστικές συνθήκες παρέμενε εξαιρετικά δύσκολη.

Η ρεοδιάλυση αλλάζει αυτή την κατάσταση. Επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρούν πώς ένα υλικό ανταποκρίνεται μηχανικά ενώ το χημικό του περιβάλλον εξελίσσεται σε πραγματικό χρόνο – φέρνοντας τις εργαστηριακές μετρήσεις πολύ πιο κοντά στις πραγματικές συνθήκες.

Μια συνεργατική καινοτομία: τα Πανεπιστήμια του Λίβερπουλ και του Ντάραμ και NETZSCH

Η ρεοδιαλυση αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ (Δρ. Anders Aufderhorst-Roberts) και το Πανεπιστήμιο του Ντάραμ (Καθ. John Girkin και Δρ. Lai Zhang) σε στενή συνεργασία με την εταιρεία NETZSCH Analyzing & Testing.

Ο στόχος ήταν σαφής: να καταστεί δυνατός ο ταυτόχρονος έλεγχος του χημικού περιβάλλοντος και των μηχανικών δυνάμεων κατά τη διάρκεια των ρεολογικών δοκιμών. Αντί να το εμπορευματοποιήσουν ως κλειστό σύστημα, οι εταίροι επέλεξαν μια προσέγγιση ανοιχτού κώδικα – καθιστώντας την ιδέα προσβάσιμη στην ερευνητική κοινότητα.

Η τεχνική της ρεοδιαλύσεως αντιμετωπίζει μια θεμελιώδη πρόκληση: τα χημικά και μηχανικά ερεθίσματα σπάνια δρουν ανεξάρτητα. Στα βιολογικά και βιομηχανικά συστήματα, εμφανίζονται σε συνέργεια.

Γιατί ονομάζεται «ρευδοδιάλυση»;

Γιατί ονομάζεται Ρεοδιαλύση;

Ο όρος συνδυάζει δύο έννοιες:

• Ρεολογία – η μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα υλικά ρέουν και παραμορφώνονται
• Διάλυση – η ελεγχόμενη μεταφορά μορίων μέσω μιας μεμβράνης

Όπως η διάλυση επιτρέπει σε ορισμένες ουσίες να διέρχονται μέσω μιας μεμβράνης, ενώ άλλες παραμένουν διαχωρισμένες, έτσι και η ρεοδιάλυση επιτρέπει την ελεγχόμενη χημική ανταλλαγή με ένα δείγμα κατά τη διάρκεια μιας ρεολογικής μέτρησης.

Αυτό καθιστά δυνατή την προσομοίωση διεργασιών όπως η διάχυση ιόντων, η ανταλλαγή διαλυτών, η έκθεση σε ένζυμα, οι μεταβολές του pH ή η μεταφορά θρεπτικών ουσιών, με παράλληλη συνεχή παρακολούθηση της συμπεριφοράς του υλικού.

Γιατί αυτό έχει σημασία για τα μαλακά υλικά

Σχεδόν όλα τα μαλακά υλικά είναι ευαίσθητα σε:

• Μηχανική καταπόνηση
• Χημικό περιβάλλον
• Διαδικασίες διάχυσης που εξαρτώνται από το χρόνο

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Σχηματισμός και αποικοδόμηση θρόμβων αίματος
• Πήξη αλγινικού
• Πέψη τροφής υπό γαστρικές συνθήκες
• Απελευθέρωση φαρμάκου υπό φυσιολογική διάτμηση
• Κρέμες και καλλυντικά που εκτίθενται σε αλατότητα ή ένζυμα

Ενσωμάτωση πραγματικών διαδικασιών στο ρεόμετρο

Πολλά μαλακά υλικά έχουν σχεδιαστεί ώστε να ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους.

Για παράδειγμα:

Υδρογέλη αλγινικού άλατος
Το αλγινικό άλας, που προέρχεται από φύκια, χρησιμοποιείται ευρέως στη χορήγηση φαρμάκων, στη μηχανική ιστών και στην ενθυλάκωση κυττάρων. Κατά την έκθεση σε ιόντα ασβεστίου, το υλικό πήζει μέσω διασταυρωμένων δεσμών τύπου « Ionic ». Η ρεοδιάλυση επιτρέπει στους ερευνητές να παρακολουθούν αυτή τη διαδικασία πήξης σε πραγματικό χρόνο, ενώ μετρούν τις μεταβαλλόμενες ιξωδοελαστικές ιδιότητες.

Μελέτες πέψης τροφίμων
Οι δομές των τροφίμων δεν υφίστανται μόνο μηχανική παραμόρφωση κατά την κατανάλωση. Ταυτόχρονα εκτίθενται σε μεταβαλλόμενες τιμές pH, άλατα και πεπτικά ένζυμα. Η ρεοδιαλύση επιτρέπει στους ερευνητές να μελετήσουν πώς μεταβάλλονται η υφή και η δομή των τροφίμων υπό συνθήκες που προσομοιάζουν περισσότερο την πέψη.

Φαρμακευτικά σκευάσματα
Τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων συχνά βασίζονται σε διαδικασίες που ελέγχονται από τη διάχυση. Με τη ρεοδιαλύση, οι ερευνητές μπορούν να διερευνήσουν πώς τα ρυθμιστικά διαλύματα, τα ιόντα ή άλλα αντιδραστήρια επηρεάζουν τη δομή του υλικού και τη συμπεριφορά απελευθέρωσης, ενώ ασκούνται μηχανικές δυνάμεις.

Αυτά τα παραδείγματα καταδεικνύουν γιατί ο ταυτόχρονος έλεγχος της χημείας και της διάτμησης μπορεί να προσφέρει πληροφορίες που οι συμβατικές ρεολογικές μετρήσεις δεν μπορούν να αποτυπώσουν.

Με τη ρεοδιάλυση, οι ερευνητές μπορούν:

✔ Να ελέγχουν τους ρυθμούς χημικής διάχυσης μέσω των ρυθμίσεων της αντλίας και της συγκέντρωσης
✔ Να προσδιορίζουν με ακρίβεια ( Identify ) τα σημεία πηκτοποίησης κατά τη διάρκεια της ανταλλαγής Ionic
✔ Να μοντελοποιούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις πραγματικές συνθήκες επεξεργασίας

Όπως παρουσιάζεται στο νέο λευκό βιβλίο, η σύγκλιση των ταλαντωτικών γωνιών φάσης σε διαφορετικές συχνότητες μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια το ακριβές σημείο πήξης κατά τη διάρκεια της ανταλλαγής Ionic in-situ.

Κατεβάστε το λευκό βιβλίο εδώ:

Μάθετε περισσότερα στο Λευκό Βιβλίο

Το πλήρες τεχνικό υπόβαθρο, η πειραματική διάταξη και τα παραδείγματα εφαρμογής περιγράφονται στο νέο Λευκό Βιβλίο:

Προσαρμογή, Ενσωμάτωση, Καινοτομία

Όσον αφορά τις ρεολογικές δοκιμές, δεν υπάρχει μια λύση που να ταιριάζει σε όλες τις περιπτώσεις. Γι’ αυτό το λόγο το NETZSCH περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus έχει σχεδιαστεί ως μια ανοιχτή πλατφόρμα που προσφέρει μέγιστη ευελιξία:

✔️ Ενσωμάτωση εργαλείων τρίτων κατασκευαστών.
✔️ Σύνδεση εξατομικευμένων εξαρτημάτων.
✔️ Από κοινού ανάπτυξη νέων λύσεων λογισμικού μαζί με τους ειδικούς μας στο NETZSCH.

Η ρεοδιάλυση είναι μόνο ένα παράδειγμα του τι γίνεται εφικτό μέσω της στενής συνεργασίας μεταξύ ερευνητικών ομάδων και βιομηχανίας. Αν θέλετε η εφαρμογή σας να αποτελέσει την επόμενη μελέτη περίπτωσης καινοτομίας, επικοινωνήστε μαζί μας!