Przygotowanie membran reagujących na światło w połączonym procesie szczepienia powierzchniowego i postmodyfikacji

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest zmiana przepuszczalności polimerowych membran z otworami w świetle UV lub białym poprzez modyfikację powierzchni za pomocą cząsteczek fotochromowych. Osiąga się to najpierw poprzez poddanie membrany polimerowej działaniu plazmy w celu wywołania powstania rodników na powierzchni. Drugim krokiem jest dodanie monomeru w roztworze metanolowym, aby przeprowadzić polimeryzację inicjowaną z powierzchni membrany.

Następnie polimer szczepiony poddaje się modyfikacji następczej za pomocą substancji fotochromowych. Ostatecznie pomiary przepuszczalności membran reagujących na światło służą do wykazania, w jaki sposób światło UV zmienia przepuszczalność kofeiny przez membranę. Główną zaletą polimeryzacji inicjowanej plazmą jest możliwość łatwego i jednorodnego tworzenia powłok związanych kowalencyjnie na membranach w sposób powtarzalny.

Demonstracja wizualna ma kluczowe znaczenie, podobnie jak w naszej konfiguracji ADE. Membrany polimeryzują bezpośrednio po obróbce plazmą w warunkach obojętnych. Metoda ta pomaga odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące szybkiego powlekania powierzchni i umożliwia wprowadzenie kowalencyjnie związanej funkcjonalizacji na powierzchnię.

Pomysł na tę metodę pojawił się po konsultacjach ze specjalistami w dziedzinie powłok plazmowych. Wcześniej podejmowaliśmy nieudane próby z zastosowaniem klasycznych metod nanoszenia powłok, takich jak spin coating oraz dip coating. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, ponieważ funkcjonalizacja plazmowa jest złożoną technologią ze względu na liczne parametry, które można regulować.

Procedurę zaprezentują Karin Dreher, studentka, technik oraz Karin ler, naukowiec z mojej grupy. Najpierw rozpuścić 100 mililitrów metakrylanu 2-hydroksyethylu lub Hema w 200 mililitrach wody. Po przelaniu mieszaniny do rozdzielacza przemyć ją trzykrotnie 100 mililitrami heksanu, a następnie usunąć frakcje heksanowe. Nasycić fazę wodną chlorkiem sodu i wyekstrahować hema za pomocą 50 mililitrów eteru dietylowego.

Po usunięciu fazy wodnej przenieś fazę organiczną do kolby okrągłodennej o pojemności 500 ml i osusz ją nad siarczanem magnezu. Po przefiltrowaniu odparuj rozpuszczalnik w próżni.

Po zakończeniu procesu poddaj hema destylacji w obniżonym ciśnieniu. Przygotuj 0,62 M roztwór wolnego od inhibitora hema w metanolu, dodając 2,3 ml hema do 27,7 ml metanolu w kolbie jednoszyjkowej. Po zamknięciu kolby septem usuń tlen, przepuszczając argon przez roztwór przez jedną godzinę.

Następnie umieść dwie membrany poliwęglanowe obok siebie w komorze plazmowej. Ustawiając błyszczącą stronę każdej membrany w stronę fazy gazowej, podłącz komorę plazmową do wysokiej próżni na pięć minut. Po zamknięciu zaworu próżniowego otwórz zawór podłączony do argonu i tlenu, aby płukać komorę tą mieszaniną przez dwie godziny, stosując 15 SCCM argonu i 2.5 SCCM tlenu.

Wzbudzić plazmę i obniżyć moc do 12 watów dla membran poliwęglanowych. Następnie poddać membrany działaniu plazmy przez cztery minuty, po czym wyłączyć plazmę i odessać powietrze z komory, najpierw zamykając zawór podłączony do mieszaniny gazów, a następnie zawór podłączony do pompy olejowej. W kolejnym kroku połączyć komorę z roztworem monomeru.

Połącz roztwór monomeru z komorą, otwierając odpowiedni zawór, a następnie wlej roztwór do komory. Po upewnieniu się, że membrany są pokryte roztworem monomeru, otwórz zawór doprowadzający argon i przechowuj mieszaninę reakcyjną przez 12 godzin w temperaturze pokojowej. Po usunięciu roztworu monomeru przemyj membrany 100 mililitrami metanolu w kąpieli ultradźwiękowej przez pięć minut.

Po zakończeniu powtórz procedurę płukania, używając 100 mililitrów wody. Następnie susz membranę in vacuo nad sitami molekularnymi przez dwie godziny, rozpuść 100 miligramów związku 1 Spiro benzoin, 55 miligramów N,N'-cykloheksylokarbodiimidy oraz 33 miligramy 4-dimetylaminopirydyny w 12 mililitrach tert-butylometylu eteru. Następnie umieść mieszadło magnetyczne i siatkę ochronną w kolbie okrągłodnej.

Po zamknięciem i osuszeniu kolby, należy przepłukać ją argonem. Do kolby wlej roztwór spirobenzopiranu, a następnie włóż powlekaną membranę. Następnie delikatnie mieszaj mieszaninę w temperaturze pokojowej przez 12 godzin.

Następnie wyjmij membranę z kolby i przemyj ją 50 ml eteru metylowego w kąpieli ultradźwiękowej przez pięć minut. Po powtórzeniu procedury płukania 100 ml etanolu oraz wody, wysusz membranę w próżni nad sitami molekularnymi przez dwie godziny. Na tym etapie umieść membranę na szorstkiej tkaninie.

Nanieś kroplę wody nanopure na powierzchnię membrany. Następnie zmierz kąt zwilżania w pięciu różnych punktach membrany, aby przetestować długoterminową stabilność próbek. Pomiar kątów zwilżania w trzech różnych punktach membran przeprowadź po 0, 1, 2, 3, 7, 14 i 21 dniach.

Następnie należy napełnić komorę odbiorczą ogniwa dyfuzyjnego Franza 12 mililitrami wody. Zamocuj membranę w ogniwie dyfuzyjnym Franza, upewniając się, że styka się ona z wodą w komorze odbiorczej. Napełnij komorę dawcy lub komorę nad membraną 3,0 mililitrami 20 milimolowego wodnego roztworu kofeiny.

Naświetlaj membranę od góry komory donora światłem białym. Po zakończeniu pobierz próbki o objętości 200 µL z komory receptora. Powtórz eksperyment zgodnie z wcześniejszym opisem, jednak tym razem naświetlaj membranę światłem UV o długości fali 366 nm i mocy 80 W/m² przez cały czas trwania testu przepuszczalności.

Aby oznaczyć stężenie kofeiny w pobranych próbkach, należy sporządzić krzywą kalibracyjną dla 15 różnych stężeń kofeiny w zakresie od 0,05 millimolar per liter do 1,5 millimolar per liter przy użyciu spektrometru UV-vis. Następnie, na podstawie krzywej kalibracyjnej, należy wyznaczyć stężenie każdej z pobranych próbek. Na koniec należy przedstawić zależność wyznaczonego stężenia od czasu pobrania próbek.

Wykonaj dopasowanie liniowe do punktów i wyznacz delta C z nachylenia. Jak widać tutaj, szybkości krawędziowe dla membran poliestrowych, poliwinylowych, aine, fluorkowych i poliwęglanowych są liniowe, co można określić z nachylenia liniowej korelacji czasu ET w funkcji ubytku masy. Membrany poliwęglanowe wykazują najniższą szybkość krawędziową spośród trzech membran polimerowych.

Kąt zwilżania kropli wody ulega zmianie, gdy porowate membrany z poliwęglanu są powlekane pHEMA za pomocą polimeryzacji indukowanej plazmą. Przedstawiono tutaj różnicę w kącie zwilżania pomiędzy membranami niepowlekanymi a membranami z przeszczepionym pHEMA o średnicach porów 0,2 µm oraz 1 µm. Wyraźnie widać, że kąt zwilżania membrany poliwęglanowej powlekanej pHEMA nie zmienia się w czasie, co świadczy o długoterminowej stabilności powłoki.

Modyfikacja następcza związkiem Spiro benzo pyran jeden zwiększa kąt zwilżania do 100 stopni. Jednakże Spiro benzo pyran może zostać przekształcony w bardziej polarny gatunek merocyjaninowy poprzez naświetlanie światłem UV, a transformacja ta redukuje kąt zwilżania powierzchni membrany do 90 stopni. Przepuszczalność membran jest mierzona przy użyciu komory dyfuzyjnej Francesa.

Opór zmiany przepuszczalności spada o 97%, gdy membrana jest naświetlana białym światłem, co dowodzi występowania reakcji błony na światło. Po opanowaniu ta technika może zostać wykonana w ciągu kilku godzin, jeśli jest prowadzona prawidłowo. Po zastosowaniu tej procedury na powierzchni można wprowadzić inne funkcjonalizacje, takie jak powłoki reagujące na temperaturę lub pH. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak wytwarzać powłoki reagujące na światło indukowane plazmą.

Membrany światłoczułe stanowią interesujący system do badania właściwości fotoomicznych, takich jak zmiana barwy pod wpływem światła UV i białego lub szybkość zanikania stanu zabarwionego. Aby kontrolować przepuszczalność membran podczas etapu polimeryzacji, istotne jest prowadzenie prac w atmosferze wewnętrznej. Należy pamiętać, że praca z elektrodami wysokiego napięcia może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury zawsze należy stosować środki ostrożności, takie jak osłona ochronna pomiędzy operatorem a komorą plazmową.