Préparation des membranes sensibles à la lumière par une greffe de surface combiné et processus Modification ultérieure

L'objectif général de l'expérience suivante est de modifier la perméabilité de membranes polymères à bords définis sous lumière UV ou lumière blanche en fonctionnalisant leur surface avec des molécules photochromes. Cette opération s'effectue en deux étapes : premièrement, on traite la membrane polymère au plasma afin d'induire des radicaux à sa surface ; deuxièmement, on ajoute une solution monomérique de méthanol pour réaliser une polymérisation amorcée en surface sur la membrane.

Ensuite, le polymère greffé est modifié a posteriori par des substances photochromiques. Enfin, des mesures de perméabilité des membranes sensibles à la lumière permettent de montrer comment la lumière UV modifie la perméabilité au caféine à travers la membrane. Le principal avantage de la polymérisation plasma est que des revêtements liés de façon covalente aux membranes peuvent être créés facilement, de manière homogène et reproductible.

La démonstration visuelle est essentielle, comme dans notre dispositif ADE. Les membranes sont laissées à polymériser immédiatement après le traitement au plasma et les conditions inertes. Cette méthode permet de répondre à des questions clés concernant le revêtement rapide de surfaces et assure une fonctionnalisation covalente à la surface.

L'idée de cette méthode nous est d'abord venue lors d'échanges avec des spécialistes du domaine du revêtement par plasma. Auparavant, nous avions effectué sans succès des tentatives avec des méthodes classiques de dépôt telles que le dépôt par essorage et le dépôt par immersion. En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés, car la fonctionnalisation par plasma est une technologie complexe en raison du grand nombre de paramètres pouvant être ajustés.

La procédure sera démontrée par Karin Dreher, une étudiante, une technicienne, et Karin Ler, une scientifique de mon groupe. Dissolvez d'abord 100 millilitres de deux hydroxyéthyl méthacrylate ou Hema dans 200 millilitres d'eau. Après avoir transféré le mélange dans une ampoule à décanter, lavez-le trois fois avec 100 millilitres d'hexane, puis éliminez les lavages d'hexane. Saturez la phase aqueuse avec du chlorure de sodium et extrayez le Hema à l'aide de 50 millilitres d'éther de dathyle.

Après élimination de la phase aqueuse, transférez la phase organique dans un ballon rond de 500 millilitres et sèchez-la sur sulfate de magnésium. Après filtration, éliminez le solvant sous vide.

Lorsque terminé, distiller le Hema sous pression réduite. Préparer une solution méthanolique 0,62 molaire de Hema sans inhibiteur en ajoutant 2,3 millilitres de Hema à 27,7 millilitres de méthanol dans un ballon à une seule sortie. Après avoir recouvert le ballon d'un septum, éliminer l'oxygène en faisant barboter de l'argon dans la solution pendant une heure.

Placez ensuite deux membranes en polycarbonate côte à côte dans la chambre à plasma. Avec le côté brillant de chaque membrane orienté vers la phase gazeuse, reliez la chambre à plasma à un vide élevé pendant cinq minutes. Après avoir fermé le robinet de vide, ouvrez le robinet relié aux gaz d'argon et d'oxygène pour purger la chambre avec ce mélange pendant deux heures, à raison de 15 SCCM d'argon et de 2,5 SCCM d'oxygène.

Initiez le plasma et réduisez la puissance à 12 watts pour les membranes en polycarbonate. Ensuite, traitez les membranes pendant quatre minutes avec le plasma, puis arrêtez le plasma et faites le vide dans la chambre en fermant d'abord la vanne connectée au mélange gazeux, puis la vanne connectée à la pompe à huile. Dans l'étape suivante, reliez la solution de monomère à la chambre.

Reliez la solution de monomère à la chambre en ouvrant le robinet correspondant et versez la solution dans la chambre. Après vous être assuré que les membranes sont recouvertes par la solution de monomère, ouvrez le robinet relié au gaz argon et laissez reposer le mélange réactionnel pendant 12 heures à température ambiante. Après élimination de la solution de monomère, lavez les membranes avec 100 millilitres de méthanol dans un bain ultrasonique pendant cinq minutes.

Lorsque l'opération est terminée, répétez la procédure de lavage avec 100 millilitres d'eau. Ensuite, séchez la membrane à l'air sur des déshydratants moléculaires pendant deux heures, dissolvez 100 milligrammes de composé Spiro benzoin 1, 55 milligrammes de nn cyclohexylcarbodiamine et 33 milligrammes de 4-diméthylaminopyridine dans 12 millilitres d'éther méthyl tert-butyle. Puis introduisez une barre d'agitation et une grille de protection dans un ballon à fond rond.

Après avoir bouché et séché le flacon rempli de gaz argon, verser la solution de spiro benzo pyran dans le flacon, suivie de la membrane revêtue. Ensuite, agiter doucement le mélange à température ambiante pendant 12 heures.

À cette étape, retirez la membrane du flacon et rincez-la avec 50 millilitres de turt beetle, éther méthylique, dans un bain ultrasonique pendant cinq minutes. Après avoir répété la procédure de rinçage avec 100 millilitres d'éthanol et d'eau, séchez la membrane à l'air libre sur des tamis moléculaires pendant deux heures. Placez ensuite la membrane sur un tissu rugueux.

Placez une goutte d'eau nano pure sur la surface de la membrane. Ensuite, mesurez l'angle de contact en cinq endroits différents de la membrane afin de tester la stabilité à long terme des échantillons. Mesurez les angles de contact en trois endroits différents des membranes après 0, 1, 2, 3, 7, 14 et 21 jours.

Ensuite, remplir la chambre de récepteur d'une cellule de diffusion Franz avec 12 millilitres d'eau. Fixer la membrane dans la cellule de diffusion Franz en veillant à ce qu'elle soit en contact avec l'eau dans la chambre de récepteur. Remplir la chambre donneur ou chambre située au-dessus de la membrane avec 3,0 millilitres d'une solution aqueuse de caféine à 20 millimolaire.

Irradiez la membrane à partir du haut de la chambre donneuse avec de la lumière blanche. Une fois terminé, prélève 200 microlitres d'échantillons dans la cellule réceptrice. Répétez l'expérience comme décrit précédemment, mais exposez la membrane à une lumière UV de 366 nanomètres et 80 watts par mètre carré pendant toute la durée du test de perméabilité.

Pour déterminer la concentration en caféine des échantillons recueillis, tracez une courbe d'étalonnage avec 15 concentrations différentes de caféine comprises entre 0,05 millimolaire par litre et 1,5 millimolaire par litre à l'aide d'un spectromètre UV-visible. Ensuite, déterminez la concentration de chacun des échantillons recueillis à l'aide de la courbe d'étalonnage. Puis, tracez la concentration déterminée en fonction du temps de prélèvement des échantillons.

Effectuez un ajustement linéaire passant par les points et déterminez delta C à partir de la pente. Comme on le voit ici, les vitesses de bord des membranes en polyester, en polyvinyle, en aine, en fluorure et en polycarbonate sont linéaires, ce qui peut être déterminé à partir de la pente de la corrélation linéaire entre le temps ET et la perte de masse. Les membranes en polycarbonate présentent la vitesse de bord la plus faible parmi les trois membranes polymères.

L'angle de contact d'une goutte d'eau change lorsque les membranes de polycarbonate poreuses sont recouvertes de poly-hema par polymérisation induite par plasma. La différence d'angle de contact entre les membranes non recouvertes et les membranes greffées au poly-hema ayant des diamètres de pores de 0,2 micromètre et un micromètre est illustrée ici. On voit clairement que l'angle de contact d'une membrane de polycarbonate recouverte de poly-hema ne varie pas dans le temps, ce qui indique un revêtement stable à long terme.

La post-modification avec le composé spiro benzo pyran un augmente l'angle de contact à 100 degrés. Toutefois, le spiro benzo pyran peut être converti en l'espèce plus polaire cyanure de moelle par illumination avec une lumière UV, et cette transformation réduit l'angle de contact de la surface de la membrane à 90 degrés. La perméabilité des membranes est mesurée à l'aide d'une cellule de diffusion de Friend.

La résistance du changement de perméabilité diminue de 97 % lorsque la membrane est illuminée avec de la lumière blanche, ce qui démontre la présence d'une réponse à la lumière de la membrane. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quelques heures si elle est effectuée correctement. Après cette procédure, d'autres fonctionnalisations peuvent être apportées à la surface, comme des revêtements sensibles à la température ou au pH. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de produire des revêtements sensibles à la lumière induits par plasma.

Les membranes sensibles à la lumière constituent un système intéressant pour explorer des propriétés photo-omiques telles que le changement de couleur en lumière UI et en lumière blanche, ou la vitesse de disparition de l'état coloré. Afin de contrôler la perméabilité des membranes pendant l'étape de polymérisation, il est important de travailler dans une atmosphère intérieure. N'oubliez pas que le travail avec des électrodes à haute tension peut être extrêmement dangereux, et que des précautions telles qu'un écran de protection entre vous et la chambre à plasma doivent toujours être mises en place lors de l'exécution de cette procédure.