إعداد الأغشية ضوء استجابة من قبل التطعيم سطح الجامع وعملية Postmodification

الهدف العام من التجربة التالية هو تغيير نفاذية أغشية البوليمر ذات المسارات المحفورة تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء الأبيض، وذلك عن طريق تعديل السطح بجزيئات فوتوكرومية. ويتم تحقيق ذلك أولاً بمعالجة الغشاء البوليمري بالبلازما لتحفيز تكوين الجذور الحرة على السطح. أما الخطوة الثانية فهي إضافة محلول مونومر ميثانولي لإجراء عملية بلمرة بدأت من السطح على الغشاء.

بعد ذلك، يتم إجراء تعديل لاحق للبوليمر المطعّم باستخدام مواد فوتوكرومية. وفي النهاية، تُستخدم قياسات النفاذية للأغشية المستجيبة للضوء لتوضيح كيف يغير ضوء UV من نفاذية الكافيين عبر الغشاء. وتكمن الميزة الرئيسية للبلمرة المستحثة بالبلازما في إمكانية إنشاء طلاءات مرتبطة تساهمياً على الأغشية بسهولة وبشكل متجانس وبطريقة قابلة للتكرار.

يعد العرض المرئي أمراً بالغ الأهمية، كما هو الحال في إعداد ADE الخاص بنا. حيث تُترك الأغشية لتبلمر فوراً بعد المعالجة بالبلازما وفي ظروف خاملة. وتساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية تتعلق بالطلاء السريع للأسطح، وتعمل على إضفاء وظيفية مرتبطة تساهمياً على السطح.

لقد طرأت لنا الفكرة الأولى لهذه الطريقة عندما تحدثنا مع متخصصين في مجال الطلاء بالبلازما. وقبل ذلك، خضنا محاولات غير ناجحة باستخدام طرق الطلاء التقليدية مثل الطلاء الدوراني والطلاء بالتغميس. وبشكل عام، سيواجه الأشخاص الجدد في هذه الطريقة بعض الصعوبات لأن الوظيفية بالبلازما تقنية معقدة نظراً لتعدد المعاملات التي يمكن ضبطها.

ستقوم بتوضيح الإجراء كل من كارين دريهير، وهي طالبة وفنية، وكارين لير، وهي عالمة في مجموعتي. أولاً، قم بإذابة 100 milliliters من 2-Hydroxyethyl methacrylate أو Hema في 200 milliliters من الماء. بعد نقل الخليط إلى قمع فصل، اغسله ثلاث مرات باستخدام 100 milliliters من hexane مع إزالة غسولات hexane بعد كل مرة. قم بتشبيع الطور المائي بـ sodium chloride واستخلص hema باستخدام 50 milliliters من dathyl ether.

بعد إزالة الطور المائي، يتم نقل الطور العضوي إلى دورق مستدير القاع سعة 500 milliliter وتجفيفه باستخدام كبريتات المغنيسيوم. وبعد عملية الترشيح، يتم إزالة المذيب في الفراغ.

عند الانتهاء، قم بتقطير ה-hema تحت ضغط منخفض. قم بتحضير محلول ميثانول بتركيز 0.62 مولار من Hema الخالي من المثبط عن طريق إضافة 2.3 milliliters من Hema إلى 27.7 milliliters من الميثانول في دورق أحادي العنق. بعد تغطية الدورق بسدادة مطاطية (septum)، قم بإزالة الأكسجين عن طريق تمرير غاز Argonne عبر المحلول لمدة ساعة واحدة.

بعد ذلك، ضع غشائين من البوليكربونات بجانب بعضهما البعض في غرفة البلازما. مع توجيه الجانب اللامع لكل غشاء نحو الطور الغازي، قم بتوصيل غرفة البلازما بتفريغ عالٍ لمدة خمس دقائق. بعد إغلاق صمام التفريغ، افتح الصمام المتصل بغاز الأرجون والأكسجين لتطهير الغرفة بهذا المزيج لمدة ساعتين بمعدل 15 SCCM من الأرجون و 2.5 SCCM من الأكسجين.

قم بتشغيل البلازما وخفض القدرة إلى 12 watts لأغشية البولي كربونات. ثم قم بمعالجة الأغشية بالبلازما لمدة أربع دقائق، ثم أوقف تشغيل البلازما وأفرغ الغرفة عن طريق إغلاق الصمام المتصل بمزيج الغاز أولاً، ثم الصمام المتصل بمضخة الزيت. وفي الخطوة التالية، قم بتوصيل محلول المونومر بالغرفة.

قم بتوصيل محلول المونومر بالحجرة عن طريق فتح الصمام المقابل ثم صب المحلول داخل الحجرة. وبعد التأكد من تغطية الأغشية بمحلول المونومر، افتح الصمام المتصل بغاز argon وقم بتخزين خليط التفاعل لمدة 12 ساعة في درجة حرارة الغرفة. وعقب إزالة محلول المونومر، اغسل الأغشية باستخدام 100 milliliters من الميثانول في حمام موجات فوق صوتية لمدة خمس دقائق.

عند الانتهاء، كرر إجراء الغسيل باستخدام 100 milliliters من الماء. بعد ذلك، جفف الغشاء في الفراغ فوق المناخل الجزيئية لمدة ساعتين، وأذب 100 milligrams من مركب Spiro benzoin 1 و 55 milligrams من nn cylo heyl carbo diamine، و 33 milligrams من four dimethyl am pyridine في 12 milliliters من turt butyl methyl ether. بعد ذلك، ضع قضيب تحريك وشبكة حماية في دورق مستدير القاعدة.

بعد إغلاق الدورق وتجفيفه بغمره بغاز argon. صب محلول spiro benzo pyran في الدورق، يليه الغشاء المطلي. ثم حرك الخليط بلطف في درجة حرارة الغرفة لمدة 12 ساعة.

بعد ذلك، قم بإزالة الغشاء من الدورق واغسله باستخدام 50 milliliters من ميثيل إيثر التربنتين في حمام موجات فوق صوتية لمدة خمس دقائق. وبعد تكرار عملية الغسل باستخدام 100 milliliters من كل من الإيثانول والماء، جفف الغشاء في الفراغ فوق المنخل الجزيئي لمدة ساعتين. عند هذه النقطة، ضع الغشاء على قطعة قماش خشنة.

ضع قطرة من الماء عالي النقاء (nano pure water) على سطح الغشاء. بعد ذلك، قم بقياس زاوية التلامس في خمس نقاط مختلفة من الغشاء لاختبار الاستقرار طويل الأمد للعينات. قم بقياس زوايا التلامس في ثلاث نقاط مختلفة من الأغشية بعد 0 و1 و2 و3 و7 و14 و21 يوماً.

بعد ذلك، املأ حجرة الاستقبال في خلية فرانتز للانتشار بـ 12 milliliters من الماء. ثبت الغشاء في خلية فرانتز للانتشار مع التأكد من ملامسته للماء الموجود في حجرة الاستقبال. املأ حجرة المانح، أو الحجرة الموجودة فوق الغشاء، بـ 3.0 milliliters من محلول كافيين مائي بتركيز 20 millimolar.

قم بتسليط الضوء الأبيض على الغشاء من أعلى حجرة المانح. عند الانتهاء، اجمع عينات بحجم 200 µL من خلية المستقبل. كرر التجربة كما هو موضح سابقاً، ولكن قم بتسليط ضوء UV بطول موجي 366 nm وبقدرة 80 W/m² على الغشاء طوال فترة اختبار النفاذية.

لتحديد تركيز الكافيين في العينات التي تم جمعها، قم برسم منحنى معايرة باستخدام 15 تركيزاً مختلفاً من الكافيين تتراوح بين 0.05 millimolar per liter و 1.5 millimolar per liter باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV vis spectrometer). بعد ذلك، حدد تركيز كل عينة من العينات التي تم جمعها باستخدام منحنى المعايرة. ثم قم برسم التركيز المحدد مقابل زمن جمع العينات.

قم بإجراء مطابقة خطية عبر النقاط وتحديد delta C من الميل. كما يظهر هنا، فإن معدلات الحواف لأغشية البوليستر، والبولي فينيل، والآين، والفلوريد، والبولي كربونات هي خطية، ويمكن تحديد ذلك من ميل الارتباط الخطي لوقت ET مقابل فقدان الكتلة. وتظهر أغشية البولي كربونات أدنى معدل حواف من بين أغشية البوليمرات الثلاثة.

تتغير زاوية تلامس قطرة الماء عند طلاء أغشية البولي كربونات المسامية بـ poly hema عبر البلمرة المستحثة بالبلازما. يظهر هنا الفرق في زاوية التلامس بين الأغشية غير المطلية والأغشية المطعمة بـ poly hema ذات أقطار مسامية تبلغ 0.2 micrometers وone micrometer. ومن الواضح أن زاوية تلامس غشاء البولي كربونات المطلي بـ poly hema لا تتغير بمرور الوقت، مما يشير إلى استقرار الطلاء على المدى الطويل.

يؤدي التعديل اللاحق باستخدام مركب السبيرو بنزو بيران (Spiro benzo pyran) رقم واحد إلى زيادة زاوية التلامس لتصل إلى 100 درجة. ومع ذلك، يمكن تحويل السبيرو بنزو بيران إلى أنواع ميروان سيانيد (marrow cyanide) الأكثر قطبية عن طريق الإضاءة بالأشعة فوق البنفسجية UV، وهذا التحول يقلل من زاوية تلامس سطح الغشاء إلى 90 درجة. ويتم قياس نفاذية الأغشية باستخدام خلية انتشار فريند (friend's diffusion cell).

تنخفض مقاومة تغيير النفاذية بنسبة 97% عند إضاءة الغشاء بالضوء الأبيض، مما يثبت وجود استجابة ضوئية للغشاء. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن إنجازها في غضون ساعات إذا تم تنفيذها بشكل صحيح. وباتباع هذا الإجراء، يمكن إضافة وظائف أخرى إلى السطح مثل الطلاءات المستجيبة لدرجة الحرارة أو لـ pH. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنتاج طلاءات مستجيبة للضوء محفزة بالبلازما.

تعد الأغشية المستجيبة للضوء نظاماً مثيراً لاستكشاف الخصائص الفوتومية، مثل تبديل الألوان تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والضوء الأبيض، أو معدل تلاشي الحالة الملونة. ومن أجل التحكم في نفاذية الأغشية خلال خطوة البلمرة، من المهم العمل في بيئة غازية داخلية. ولا تنسَ أن التعامل مع أقطاب الجهد العالي يمكن أن يكون خطيراً للغاية، لذا يجب دائماً اتخاذ الاحتياطات اللازمة، مثل وضع درع واقٍ بينك وبين غرفة البلازما أثناء تنفيذ هذا الإجراء.