Preparación de Membranas Light responden por un injerto superficial combinado y proceso de modificación posterior

El objetivo general del siguiente experimento consiste en modificar la permeabilidad de membranas poliméricas con bordes definidos mediante luz UV o luz blanca, al alterar su superficie con moléculas fotocromáticas. Esto se logra primero tratando la membrana polimérica con plasma para inducir radicales en la superficie. El segundo paso consiste en añadir una solución de monómero de metanol para realizar la polimerización iniciada en la superficie sobre la membrana.

A continuación, el polímero injertado se modifica posteriormente con sustancias fotocrómicas. Finalmente, se realizan mediciones de permeabilidad en membranas sensibles a la luz para demostrar cómo la luz ultravioleta altera la permeabilidad al cafeína a través de la membrana. La principal ventaja de la polimerización por plasma es que recubrimientos unidos covalentemente a membranas pueden crearse de manera fácil, homogénea y reproducible.

La demostración visual es fundamental, como en nuestra configuración de ADE. Se permite que las membranas polimericen inmediatamente después del tratamiento con plasma y en condiciones inertes. Este método ayuda a responder preguntas clave sobre el recubrimiento rápido de superficies y lleva una funcionalización covalentemente unida a la superficie.

La idea de este método surgió por primera vez cuando hablamos con especialistas en el campo del recubrimiento con plasma. Antes de eso, habíamos tenido intentos infructuosos con métodos clásicos de recubrimiento, como el recubrimiento por centrifugado y el recubrimiento por inmersión. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque la funcionalización con plasma es una tecnología compleja debido a los muchos parámetros que pueden ajustarse.

El procedimiento será demostrado por Karin Dreher, una estudiante, una técnica, y Karin Ler, una científica de mi grupo. Primero, disuelva 100 mililitros de dos hidroxietil metacrilato o Hema en 200 mililitros de agua. Después de transferir la mezcla a un embudo de separación, lávela tres veces con 100 mililitros de hexano tras la eliminación de los lavados de hexano. Sature la fase acuosa con cloruro de sodio y extraiga el Hema con 50 mililitros de éter dietílico.

Tras la eliminación de la fase acuosa, transfiera la fase orgánica a un matraz redondo de 500 mililitros y séquela sobre sulfato de magnesio. Tras la filtración, elimine el disolvente al vacío.

Una vez finalizado, destile la Hema bajo presión reducida. Prepare una solución de metanol 0,62 molar de Hema libre de inhibidor añadiendo 2,3 mililitros de Hema a 27,7 mililitros de metanol en un matraz de un cuello. Después de cubrir el matraz con un septum, elimine el oxígeno burbujeando Argón a través de la solución durante una hora.

A continuación, coloque dos membranas de policarbonato una al lado de la otra en la cámara de plasma. Con el lado brillante de cada membrana orientado hacia la fase gaseosa, conecte la cámara de plasma a un vacío elevado durante cinco minutos. Después de cerrar la válvula de vacío, abra la válvula conectada al gas argón y oxígeno para purgar la cámara con esta mezcla durante dos horas con 15 SCCM de argón y 2,5 SCCM de oxígeno.

Inicie el plasma y reduzca la potencia a 12 vatios para las membranas de policarbonato. Luego, trate las membranas durante cuatro minutos con el plasma; primero apague el plasma y evacúe la cámara cerrando primero la válvula conectada a la mezcla de gas y luego la válvula conectada a la bomba de aceite. En el siguiente paso, conecte la solución de monómero con la cámara.

Conecte la solución de monómero con la cámara abriendo la válvula correspondiente y vierta la solución en la cámara. Después de asegurarse de que las membranas estén cubiertas con la solución de monómero, abra la válvula conectada al gas argón y almacene la mezcla de reacción durante 12 horas a temperatura ambiente. Tras la eliminación de la solución de monómero, lave las membranas con 100 mililitros de metanol en un baño ultrasónico durante cinco minutos.

Una vez finalizado, repita el procedimiento de lavado con 100 mililitros de agua. Luego seque la membrana al vacío sobre secante molecular durante dos horas, disuelva 100 miligramos del compuesto Spiro benzoina 1, 55 miligramos de nn-ciclohexilcarbodiimina y 33 miligramos de cuatro-dimetilaminopiridina en 12 mililitros de éter metílico de tert-butilo. A continuación, coloque una barra de agitación y una rejilla de protección en un matraz de fondo redondo.

Después de sellar y secar el matraz inundado con gas argón, vierta la solución de espiro benzo pirano en el matraz seguida por la membrana recubierta. Luego, agite suavemente la mezcla a temperatura ambiente durante 12 horas.

A continuación, retire la membrana del matraz y lave la membrana con 50 mililitros de turt beetle, éter metílico en un baño ultrasónico durante cinco minutos. Después de repetir el procedimiento de lavado con 100 mililitros de etanol y agua, seque la membrana al vacío sobre tamices moleculares durante dos horas. En este punto, coloque la membrana sobre una tela rugosa.

Coloque una gota de agua nano pura sobre la superficie de la membrana. Luego, mida el ángulo de contacto en cinco puntos diferentes de la membrana para evaluar la estabilidad a largo plazo de las muestras. Mida los ángulos de contacto en tres puntos distintos de las membranas después de 0, 1, 2, 3, 7, 14 y 21 días.

A continuación, llene la cámara receptora de una celda de difusión de Franz con 12 mililitros de agua. Fije la membrana en la celda de difusión de Franz asegurándose de que esté en contacto con el agua en la cámara receptora. Llene la cámara donadora o cámara superior sobre la membrana con 3,0 mililitros de una solución acuosa de cafeína 20 milimolar.

Irradie la membrana desde la parte superior de la cámara donadora con luz blanca. Al finalizar, recolecte muestras de 200 microlitros de la célula receptora. Repita el experimento según se describió previamente, pero irradie la membrana con una luz UV de 366 nanómetros y 80 vatios por metro cuadrado durante toda la prueba de permeabilidad.

Para determinar la concentración de cafeína en las muestras recopiladas, trace una curva de calibración con 15 concentraciones diferentes de cafeína entre 0,05 milimolar por litro y 1,5 milimolar por litro utilizando un espectrómetro UV vis. A continuación, determine la concentración de cada una de las muestras recopiladas mediante la curva de calibración. Luego, represente gráficamente la concentración determinada frente al tiempo de las muestras recopiladas.

Realice un ajuste lineal a través de los puntos y determine delta C a partir de la pendiente. Como se observa aquí, las velocidades de borde para las membranas de poliéster, polivinilo, amina, fluoruro y policarbonato son lineales, lo cual puede determinarse a partir de la pendiente de la correlación lineal del tiempo de ET frente a la pérdida de masa. Las membranas de policarbonato muestran la velocidad de borde más baja de las tres membranas poliméricas.

El ángulo de contacto de una gota de agua cambia cuando las membranas de policarbonato porosas se recubren con poli hema mediante polimerización inducida por plasma. Aquí se muestra la diferencia en el ángulo de contacto entre las membranas sin recubrir y las membranas con poli hema injertado con diámetros de poro de 0,2 micrómetros y un micrómetro. Es claramente visible que el ángulo de contacto de una membrana de policarbonato recubierta con poli hema no cambia con el tiempo, lo cual indica un recubrimiento estable a largo plazo.

La modificación posterior con el compuesto espiro benzo pirano uno aumenta el ángulo de contacto hasta 100 grados. Sin embargo, el espiro benzo pirano puede convertirse en la especie más polar de cianuro de médula mediante iluminación con luz UV, y esta transformación reduce el ángulo de contacto de la superficie de la membrana a 90 grados. La permeabilidad de las membranas se mide utilizando una celda de difusión de Friend.

La resistencia del cambio de permeabilidad disminuye en un 97 % cuando la membrana se ilumina con luz blanca, lo que demuestra la presencia de una respuesta a la luz de la membrana. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en cuestión de horas si se lleva a cabo correctamente. Tras seguir este procedimiento, se pueden incorporar otras funcionalizaciones a la superficie, como recubrimientos sensibles a la temperatura o al pH. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo producir recubrimientos sensibles a la luz inducidos por plasma.

Las membranas sensibles a la luz son un sistema interesante para explorar propiedades fotoómicas como el cambio de color en luz UV y luz blanca, o la velocidad de desvanecimiento del estado coloreado. Con el fin de controlar la permeabilidad de las membranas durante la etapa de polimerización, es importante trabajar en una atmósfera inerte. No olvide que trabajar con electrodos de alto voltaje puede ser extremadamente peligroso, y siempre deben tomarse precauciones, como colocar un escudo protector entre usted y la cámara de plasma, mientras realiza este procedimiento.