방법 논문

결합 표면의 접목 및 Postmodification 과정에 의한 빛의 응답 멤브레인의 제조

DOI:

10.3791/51680

⸱

2014년 3월 21일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Laboratory for Protection and Physiology, Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, 2Laboratory of Advanced Fibers, Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, 3Division of Neonatology, University Hospital Zurich

이 논문에서

요약

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플라즈마 유도 중합 조작은 고분자막의 표면에 중합 개시에 기술된다. 광 변색 물질과 이식 고분자의 추가 postmodification는 빛에 반응 세포막의 투과성 측정을 수행하는 프로토콜을 제시한다.

초록

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상용 가능한 트랙 진 고분자막의 표면 장력을 수정하기 위해, 표면 개시 중합 절차가 제시된다. 막 표면에서 중합은 2 - 히드 록시 에틸 메타 크릴 레이트 (HEMA)의 메탄올 성 용액으로 막 표면을 반응시켜 다음 멤브레인의 플라즈마 처리에 의해 유도된다. 특별한주의 전에 표면에 중합에 플라즈마 처리를위한 처리 파라미터에 관련된다. 예를 들어, 멤브레인의 다른 유형 (예를 들면 폴리 에스텔, 폴리 카보네이트 (polycarbonate), 폴리 불화 비닐 리덴)의 플라즈마 처리의 영향이 연구된다. 또한, 표면 그래프트 막 시간 의존 안정성 접촉각 측정에 의해 도시된다. 이런 방식으로 폴리 (2 - 히드 록시 에틸 메타 크릴 레이트) (PHEMA)를 이식 할 때, 표면은 또한 원하는 물질 카복실산 기능을 가진 중합체의 알코올 잔기의 에스테르 화에 의해 변형 될 수있다.이들 반응 따라서 막 표면의 기능화를 위해 사용될 수있다. 예를 들어, 멤브레인의 표면 장력은 변화 될 수 있거나 제시 광 응답 성 등의 원하는 기능이 삽입 될 수있다. 이것은 광 반응성 막에 이르게 카복실산 작용 스피로 벤조 피란 유닛 PHEMA 반응에 의해 증명된다. 용매의 선택은 postmodification 단계에서 중요한 역할을하고이 글에서 자세히 설명합니다. 그러한 기능화 막의 투과도 측정은 외부 광원 프란츠 셀을 사용하여 수행된다. UV 범위에 가시에서 광의 파장을 변화시킴으로써 수성 카페인 해법의 투자율의 변화가 관찰된다.

서론

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재료의 플라즈마 변경은 많은 산업 분야에서 중요한 과정이되고있다. 물질의 대량 속성을 변경하지 않고 표면과 표면의 작용의 청소 플라즈마 처리 표면 과학 1-8에 필수적인 프로세스했다.

고분자의 플라즈마 처리 homolytic 채권 분열을 초래. 이 고분자 재료의 테두리에 라디칼이 풍부한 표면의 형성에 이르게한다. 산소 분자를 포함하는 플라즈마를 이용하여 표면이 산소 풍부되어, 9-11, 따라서 더 친수성. 그러나, 표면의 친수성 시간 ​​12 이상 안정되지 않습니다. 장기간 안정성을 향상시키기 위해, 플라즈마 처리 된 표면은 화학적으로 13-15 후 또는 플라즈마 공정 중에 수정 될 수있다. 이러한 처리는 일반적으로 플라즈마 처리시 기체 상으로 반응성 모노머 종을 첨가함으로써 수행된다, 이러한 단량체는 중합고분자 표면의 생성 라디칼로부터. 화학적 처리는 휘발성 단량체로 수행되는 경우, 중합체는 그라프 플라즈마 수정 후에 일어날 갖는다. 라디칼은 표면 상에 형성 한 후 그 래프팅 제어를 수행하기 위해, 플라즈마 셋업은 제어 된 조건 하에서 12,16 용액 표면에서 플라즈마 - 개시 표면 - 유도 중합을 허용하는 기술된다.

프리젠 테이션은 트랙 양날의 고분자막 12,17의 수정에 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 멤브레인의 표면 장력을 수정하여 투과 속도는 12을 변화시킬 수있다. 이 깨끗하고 빠른 프로세스는 고분자막의 벌크 특성을 변경하지 않고 전체 막 표면을 덮 매우 얇은 층 (<5 nm 정도)의 생성을 허용한다. 인하여 플라즈마 공정 동안 테두리에, 트랙 진 멤브레인의 기공 직경은 약간 12 보강. 테두리 비율은 dependi입니다폴리머에 겨와는 선형 동작을.

반응성 관능기를 가진 단량체를 사용하는 경우, 그래프트 폴리머는 추가로 작용 화 될 수있다. 이는 카복실산 작용 스피로 피란와 PHEMA 그래프트 막의 postmodification에 의해 증명된다. UV-광을 조사 할 때 스피로 피란은 메로시 아닌 종으로 변환하는 것으로 알려져 있기 때문에이, 광 변색 표면 초래한다. 스피로 피란 형태는 가시 광선 메로시 아닌 형태 (그림 1) (18, 19)를 조사하여 다시 설정 될 수있다. 메로시 아닌 포름 스피로 피란 상태보다 더 극성이기 때문에, 피막의 표면 장력은 광 (20)로 트리거 될 수있다. 표면 장력의 변화는 수용액쪽으로 막의 투과성 저항에 영향을 미친다. 방법이 빛에 반응 세포막의 투과성 시험을 수행하는 셋업이 표시됩니다 및 투자율 저항의 중요한 변화 (I가 감소97 %로 N 투과성 저항)를 보여줍니다. 이러한 멤브레인은 약물 전달 설정에서 또는 스마트 센싱 시스템에 통합 될 수있다.

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스피로 벤조 피란 화합물 1의 그림 1. 광 이성화.

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프로토콜

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1. 플라즈마 개시 중합

  1. 단량체 용액의 준비.
    1. 200 ml의 물과 분액 깔때기에 헥산 (100 ㎖)로 3 회 세척; HEMA (0.718 몰 100 ml)에 녹이고. 염화나트륨으로 포화 수성 상을 디 에틸 에테르 (50ml)로 HEMA를 추출한다. 황산 마그네슘, 유기 상을 건조하고, 진공에서 용매 (100 밀리바, 40 ° C)를 제거합니다. 감압 증류 HEMA (15 밀리바, 99 ° C).
    2. 섹션 1.1.1에서 생성 억제제없는 HEMA의 0.62 M의 메탄올 용액을 준비합니다. 한 구 플라스크에 상기 용액 30 ㎖를 넣고 1 시간 동안 용액을 통해 아르곤을 버블 링하여 산소를 제거한다.
  2. 표면에 의한 중합.
    1. 포지션 서로 옆 플라즈마 챔버로이 폴리 카보네이트 막 (도 2). 기체 상태를 가리키는 멤브레인의 반짝이는면을 넣습니다.
    2. 아 플라즈마 챔버를 연결5 분 동안 고등학교의 진공 (20 밀리바). 진공 밸브를 닫고 아르곤과 산소 가스에 연결하고 15 SCCM 아르곤 2.5 sccm의 산소와 2 시간 동안이 혼합물을 실을 제거하는 다른 밸브를 엽니 다.
    3. 플라즈마를 시작하고 (폴리 카보네이트 멤브레인 : 12 W) 원하는 전원에 전력을 감소하고, 플라즈마와 4 분의 세포막을 취급합니다. 대응하는 밸브를 개방하여 챔버로 단량체 용액을 연결한다. 플라즈마 전원을 끄고 챔버 대피.
    4. 해당 밸브를 개방하여 챔버와 단량체 용액을 연결하고 챔버에 솔루션을 붓는다. 막은 단량체 용액으로 덮여 있는지 확인합니다. 아르곤에 연결된 밸브를 열고 20 ° C (에어컨 룸)에서 12 시간 동안 반응 혼합물을 저장합니다.
    5. 단량체 용액을 제거합니다. 5 분간 초음파 욕조에서 메탄올로 세포막을 씻으십시오. 물 세척 절차를 반복합니다.
    6. 에서 멤브레인 건조진공 2 시간 동안 분 자체에.

2. 코팅 막의 Postmodification

  1. 급 - butylmetylether 및 디메틸 아미노 피리딘 (DMAP) (33 ㎎, 0.27 밀리몰), N, N-디시 클로 헥실 카르 보디이 미드 (DCC) (0.27 밀리몰 55 MG) 스피로 벤조 피란 하나의 용액 (도 1) (0.27 밀리몰 100 ㎎)을 준비 (TBME) (12 ㎖).
  2. 둥근 바닥 플라스크에 보호 교반기 바 및 보호 그리드를 배치합니다. 플라스크를 건조 아르곤 플라스크 홍수.
  3. 도막이어서 플라스크에 상기 용액을 붓는다.
  4. 실온에서 12 시간 동안 온화하게 교반 하였다.
  5. 솔루션을 제거하고 5 분간 초음파 욕조에 급 butylmetylether를 가진 막을 씻는다. 에탄올과 물로 세척 절차를 반복합니다.
  6. 2 시간 동안 분 자체에 진공에서 막을 건조.

3. 표면 장력 측정

    금속 O-링의 표준 테이프로 막 수정. O-링과 접촉하지 막 표면의 일부에 nanopure 물 (3.3 μL)의 드롭 위치를 지정합니다. 멤브레인의 5 가지 지점에서 접촉각 (CA)를 측정한다.
  1. 샘플의 장기간 안정성을 테스트하기 위해, 세 가지 다른 공 후의 막의 스폿, 1, 2, 3, 7, 14, 21 일에 접촉각을 측정한다.

4. 광 변색 막 투과성 시험

  1. 물 프란츠 확산 셀 (12 ㎖)의 수용체 챔버를 입력합니다.
  2. 프란츠 확산 셀 멤브레인을 고정합니다. 막 수용체 실의 물과의 접촉에 있는지 확인합니다. 수성 카페인 용액 (; 3.0 ㎖를 20 ㎜)와 기증자 실 (막 위에 챔버)를 입력합니다. 백색광으로 도너 챔버 (도 3)의 상부로부터 분리막을 조사. 수용체 세포에서 샘플 (200 μL)를 수집, FO200 ㎚의 공경 R 트랙 진 폴리 카보네이트 멤브레인은, 샘플마다 10 분을 모은다.
  3. 4.2 단계에 설명 된대로 실험을 반복합니다. 하지만 전체 투과성 시험 중 UV 광 (366 nm의, 80 W / m 2)를 가진 막을 조사.
  4. 수집 된 샘플의 카페인 농도의 결정.
    1. UV / 비스 분광계를 사용하여 (ML 0.05 ㎎ / 1.5 밀리미터 / L 사이의) 15 다른 카페인 농도 보정 곡선을 그린다. 293 nm에서 보정합니다.
    2. 검량선을 사용하여 수집 된 각각의 샘플의 농도를 결정.
    3. 대 결정 농도를 그린다. 수집 된 샘플의 시간. 점을 선형 적합을 확인하고 기울기 ΔC를 결정합니다.

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결과

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에칭 속도는 시간의 다른 기간 후에 막을 계량 선행 될 수있다. 도 4로부터 알 수있는 바와 같이, 에칭 율은 폴리 에스테르, 폴리 불화 비닐 리덴에 대한 다음과 폴리 카보네이트 질량 손실 대 에칭 시간 선형 상관의 기울기로부터 결정될 수 선형 에칭 율을, 세포막. 도 4에 도시 된 바와 같이, 폴리 카보네이트 멤브레인은 모든 세 개의 폴리머 막의 낮은 에칭 속도를 나타낸다. 에칭의 결과 중 하나는 구멍 직경 변화이다. 약 20 % 12,17 의한 플라즈마 처리 후에 증가 세공의 직경. 후속 중합체는 그라프 한편 1-4 NM (12)의 매우 얇은 폴리머 층에 기인 세공 직경에 상당한 영향을 미치지 않는다. 가장 중요한 것은, 전체 프로세스는 막의 공극 구조에 영향을주지 않는다.

전체 코팅 공정으로 간단 MEAS를 따라 할 수있다접촉각 uring. 일본어 폴리 카...

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토론

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플라즈마 공정은 이온화 된 아르곤에 의해 야기되는 퍼플 가스를 생성한다. 오렌지 컬러는 누출 원하지 않는 질소의 존재를 나타냅니다. 플라즈마 처리는 표면에 라디칼을 형성 할뿐만 아니라, 막 7,12 에칭하지 않는다. 너무 많으면 에칭 막의 투과성에 영향을 미칠 것이다 이는 상당히 세공 직경을 변경할 수있다. 표시 설정의 제어 된 반응 조건은 상기 플라즈마 - 개시 래프팅 공정의 재현성을 향상 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 플라즈마 챔버에서 세포막의 정확한 위치는 여전히 인해 플라즈마의 불균일에 표면에 형성된 라디칼의 밀도에 영향을 미칠 수있다. 에지 속도도 적용 전원 및 정확한 가스 조성에 따라 달라집니다.

이러한 얇은 코팅의 특성으로 인해 상용 막의 비교적 거친 표면으로 사소하지 않다. 12,21 전에 설명한 바와 같이, 계층두께는, 엘립 소메 트리 및 XPS 실험을 이용하여 결정 하였다. 평평한 표면을 분석하기 위해, 폴리 카...

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공개 사항

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저자는 공개 아무것도 없어.

감사의 글

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이 작품은 재정적으로 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (- 스마트 재료 NRP 62)에 의해 지원되었다. 또한 B. Hanselmann, K. 켈, U. 쉬츠와 B Leuthold의 지원이 있습니다 인정했다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 97%시그마-알드리치128635
헥산 99%바이오솔브
마그네슘 설페이트 (MgSO4, 무수)시그마-알드리치M7506
메탄올, 99% 시그마 Aldrich14262분 자체
N, N-Dicylcohexylcarbodiimide, 99 %Sigma-AldrichD8002
디메틸 아미노 피리딘, 99 %Sigma-Aldrich107700
Tert-butylmethylether, 98 %Fluka306975
폴리 카보네이트 멤브레인Whatman에건조되었습니다.나노포어 트랙 에칭(TE) (1.0 & m, 0.2 μ m, 0.1 μ m, 50nm, 30nm 및 15nm 공극 직경; 47 mm 또는 25 mm 멤브레인 직경)
카페인(시약 플러스)Sigma-AldrichC0750
Franz 확산 셀(12ml)SES-Analysesysteme6C01001515mm unjacheted Franz Cell, 12ml 수용체 용량, 평평한 바닥, 투명 유리, 교반기 및 클램프
UV-LampUV 조사(366 nm, 15 W/m2)
백색광 램프백색광 조사 (500 W 전구)
UV / Vis 분광 광도계Varian 50Bio / 50MPR
폴리 에스테르 멤브레인SterlitechPET0225100폴리 에스테르 멤브레인 필터, 0.2 μ m 기공 직경, 25 mm
직경 폴리비닐리덴 플루오라이드 막MilliporePVDF 막 Durapore (0.22 μ m 기공 직경; 47 mm 멤브레인 직경)
아르곤 (99.9995%)Alphagaz
Dressler Cesar RF 발전기플라즈마 챔버 설정
MKS 다중 가스 컨트롤러 647C플라즈마 챔버 설정
MKS 질량 유량 컨트롤러플라즈마 챔버 설정
Vacuubrand RE 2.5 로터리 베인 진공 펌프플라즈마 챔버
접촉각 측정 장치설정 Krü SSG10
저울Mettler ToledoAB204-S 및 Mettler ME30
는

참고문헌

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