Preparazione di membrane Light-responsive da un innesto superficie combinata e Postmodifica processo

L'obiettivo generale del seguente esperimento è modificare la permeabilità di membrane polimeriche con bordi tracciati alla luce UV o bianca, modificandone la superficie mediante molecole fotocromiche. Questo risultato si ottiene innanzitutto trattando la membrana polimerica con plasma per indurre radicali sulla superficie. Il secondo passaggio consiste nell'aggiungere una soluzione di monomero in metanolo per effettuare la polimerizzazione iniziata sulla superficie della membrana.

Successivamente, il polimero grefato viene ulteriormente modificato con sostanze fotocromiche. Infine, misurazioni della permeabilità delle membrane sensibili alla luce vengono utilizzate per dimostrare come la luce UV modifichi la permeabilità alla caffeina attraverso la membrana. Il principale vantaggio della polimerizzazione assistita da plasma è che rivestimenti legati covalentemente alle membrane possono essere creati in modo semplice, omogeneo e riproducibile.

La dimostrazione visiva è fondamentale, come nel nostro sistema ADE. Le membrane vengono lasciate polimerizzare immediatamente dopo il trattamento al plasma e in condizioni inerti. Questo metodo aiuta a rispondere a domande chiave riguardo il rivestimento rapido di superfici e porta una funzionalizzazione covalentemente legata sulla superficie.

L'idea per questo metodo è nata in seguito a una conversazione con specialisti del settore dei rivestimenti al plasma. In precedenza, avevamo effettuato tentativi infruttuosi con metodi classici di rivestimento come il rivestimento per centrifugazione e il rivestimento per immersione. In generale, chi si approccia per la prima volta a questo metodo potrebbe incontrare difficoltà, poiché la funzionalizzazione al plasma è una tecnologia complessa, data la presenza di numerosi parametri regolabili.

La procedura sarà dimostrata da Karin Dreher, una studentessa, una tecnica, e Karin Ler, una scienziata del mio gruppo. Per prima cosa, sciogliere 100 millilitri di due idrossietil metacrilato o Hema in 200 millilitri di acqua. Dopo aver trasferito la miscela in un imbuto separatore, lavarla tre volte con 100 millilitri di esano, rimuovendo ogni volta i lavaggi con esano. Saturare la fase acquosa con cloruro di sodio ed estrarre l'Hema con 50 millilitri di etere dietilico.

Dopo la rimozione della fase acquosa, trasferire la fase organica in un pallone da 500 millilitri e asciugarla su solfato di magnesio. Dopo la filtrazione, rimuovere il solvente in vuoto.

Una volta terminato, distillare l'Hema sotto pressione ridotta. Preparare una soluzione metanolica 0,62 molare di Hema privo di inibitore aggiungendo 2,3 millilitri di Hema a 27,7 millilitri di metanolo in un pallone a un collo. Dopo aver coperto il pallone con un setto, eliminare l'ossigeno spurgando Argon attraverso la soluzione per un'ora.

Posizionare successivamente due membrane in policarbonato una accanto all'altra nella camera al plasma. Con il lato lucido di ciascuna membrana rivolto verso la fase gassosa, collegare la camera al plasma a un vuoto spinto per cinque minuti. Dopo aver chiuso la valvola del vuoto, aprire la valvola collegata ai gas argon e ossigeno per purgare la camera con questa miscela per due ore, utilizzando 15 SCCM di argon e 2,5 SCCM di ossigeno.

Avviare il plasma e ridurre la potenza a 12 watt per le membrane in policarbonato. Trattare quindi le membrane per quattro minuti con il plasma, spegnere prima il plasma ed evacuare la camera chiudendo prima la valvola collegata alla miscela gassosa e poi la valvola collegata alla pompa a olio. Nel passaggio successivo, collegare la soluzione del monomero alla camera.

Collegare la soluzione del monomero alla camera aprendo la valvola corrispondente e versare la soluzione nella camera. Dopo aver verificato che le membrane siano coperte dalla soluzione del monomero, aprire la valvola collegata al gas argon e conservare la miscela di reazione per 12 ore a temperatura ambiente. Dopo la rimozione della soluzione del monomero, lavare le membrane con 100 millilitri di metanolo in un bagno ad ultrasuoni per cinque minuti.

Una volta terminato, ripetere la procedura di lavaggio con 100 millilitri di acqua. Quindi asciugare la membrana a vuoto su essiccante molecolare per due ore, sciogliere 100 milligrammi del composto 1 di Spiro benzoino, 55 milligrammi di nn-cicloesilcarbodiammina e 33 milligrammi di 4-dimetilaminopiridina in 12 millilitri di etere metil-tert-butilico. Successivamente, inserire una barretta magnetica e una griglia di protezione in un pallone a fondo rotondo.

Dopo aver tappato e asciugato il pallone riempito con gas argon, versare la soluzione di spiro benzo pirano nel pallone, seguita dalla membrana rivestita. Quindi agitare delicatamente la miscela a temperatura ambiente per 12 ore.

In seguito, rimuovere la membrana dal pallone e lavare la membrana con 50 millilitri di turt beetle, etere metilico in un bagno ad ultrasuoni per cinque minuti. Dopo aver ripetuto la procedura di lavaggio con 100 millilitri di etanolo e acqua, asciugare la membrana in vuoto su thief molecolari per due ore. A questo punto, posizionare la membrana su un tessuto ruvido.

Posizionare una goccia di acqua nano pura sulla superficie della membrana. Successivamente, misurare l'angolo di contatto in cinque punti diversi della membrana per verificare la stabilità a lungo termine dei campioni. Misurare gli angoli di contatto in tre punti diversi delle membrane dopo 0, 1, 2, 3, 7, 14 e 21 giorni.

Successivamente, riempire la camera recettore di una cella di diffusione Franz con 12 millilitri di acqua. Fissare la membrana nella cella di diffusione Franz assicurandosi che sia a contatto con l'acqua nella camera recettore. Riempire la camera donatrice, ovvero la camera posta sopra la membrana, con 3,0 millilitri di una soluzione acquosa di caffeina 20 millimolare.

Irradiare la membrana dalla parte superiore della camera del donatore con luce bianca. Al termine, raccogliere campioni di 200 microlitri dalla cella del ricevitore. Ripetere l'esperimento come descritto in precedenza, ma irradiare la membrana con una luce UV di 366 nanometri e 80 watt per metro quadrato durante l'intero test di permeabilità.

Per determinare la concentrazione di caffeina nei campioni raccolti, tracciare una curva di calibrazione con 15 diverse concentrazioni di caffeina comprese tra 0,05 millimolare al litro e 1,5 millimolare al litro utilizzando uno spettrometro UV-vis. Successivamente, determinare la concentrazione di ciascun campione raccolto mediante la curva di calibrazione. Quindi, riportare in grafico la concentrazione determinata in funzione del tempo di raccolta dei campioni.

Effettuare un'interpolazione lineare passante per i punti e determinare delta C dalla pendenza. Come si osserva qui, le velocità di erosione per le membrane in poliestere, polivinile, aina, fluoruro e policarbonato sono lineari, il che può essere determinato dalla pendenza della correlazione lineare tra il tempo di ET e la perdita di massa. Le membrane in policarbonato mostrano la velocità di erosione più bassa tra le tre membrane polimeriche.

L'angolo di contatto di una goccia d'acqua cambia quando le membrane di policarbonato porose vengono rivestite con poli-HEMA mediante polimerizzazione indotta al plasma. Qui viene mostrata la differenza nell'angolo di contatto tra le membrane non rivestite e quelle rivestite con poli-HEMA con diametri dei pori di 0,2 micrometri e un micrometro. È chiaramente visibile che l'angolo di contatto di una membrana di policarbonato rivestita con poli-HEMA non cambia nel tempo, indicando un rivestimento stabile a lungo termine.

La post-modificazione con il composto spiro benzo pirano uno aumenta l'angolo di contatto a 100 gradi. Tuttavia, lo spiro benzo pirano può essere convertito nella specie più polare cianuro di midollo mediante illuminazione con luce UV, e questa trasformazione riduce l'angolo di contatto della superficie della membrana a 90 gradi. La permeabilità delle membrane viene misurata utilizzando una cella di diffusione di Friend.

La resistenza della variazione di permeabilità diminuisce del 97% quando la membrana viene illuminata con luce bianca, dimostrando la presenza di una risposta alla luce della membrana. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in poche ore se effettuata correttamente. Seguendo questa procedura, altri tipi di funzionalizzazioni possono essere apportate alla superficie, come rivestimenti sensibili alla temperatura o al pH. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come produrre rivestimenti sensibili alla luce indotti da plasma.

Le membrane sensibili alla luce costituiscono un sistema interessante per esplorare proprietà foto-omiche come il cambio di colore in luce UI e luce bianca, o la velocità di sbiadimento dello stato colorato. Per controllare la permeabilità delle membrane durante il passaggio di polimerizzazione, è importante operare in un'atmosfera interna. Non dimenticare che lavorare con elettrodi ad alta tensione può essere estremamente pericoloso, e precauzioni come uno schermo protettivo tra te e la camera al plasma devono sempre essere adottate durante l'esecuzione di questa procedura.