Name: Przygotowanie membran reagujących na światło w połączonym procesie szczepienia powierzchniowego i postmodyfikacji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-21T16:00:00.000+00:00
Duration: 12 min
Description: Naucz się przygotowywać fotoczułe membrany polimerowe metodą polimeryzacji inicjowanej powierzchniowo z modyfikacją fotochromową. Technika plazmowa umożliwia kontrolowaną zmianę przepuszczalności pod wpływem światła UV.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była finansowana przez Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (NRP 62 – Smart Materials). Docenia się również wsparcie B. Hanselmanna, K. Kehla, U. Schütza i B. Leutholda.

1. Polimeryzacja inicjowana plazmą
<ol>
	<li>Przygotowanie roztworu monomeru.
	<ol>
		<li>Rozpuścić HEMA (100 ml; 0,718 mola) w 200 ml wody i przemyć 3x heksanem (100 ml) w rozdzielaczu. Nasycić fazę wodną chlorkiem sodu i wyekstrahować HEMA eterem dietylowym (50 ml). Wysuszyć fazę organiczną nadMgSO4 i usunąć rozpuszczalnik w próżni (100 mbar, 40 °C). Destylować HEMA pod zmniejszonym ciśnieniem (15 mbar; 99 °C).</li>
		<li>Przygotować 0,62 M roztwór metanolowy HEMA wolnego od inhibitorów, wyprodukowanego w sekcji 1.1.1. Wlać 30 ml roztworu do kolby jednoszyjkowej i usunąć tlen przez bulgotanie Ar przez roztwór przez 1 godzinę.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Polimeryzacja indukowana powierzchniowo.
	<ol>
		<li>Umieść dwie membrany poliwęglanowe obok siebie w komorze plazmowej (rysunek 2). Umieść błyszczącą stronę membrany skierowaną w stronę fazy gazowej.</li>
		<li>Podłącz komorę plazmową do wysokiej próżni (20 mbar) na 5 minut. Zamknij zawór do próżni i otwórz drugi zawór, który jest podłączony do argonu i tlenu gazowego, a następnie przeczyść komorę tą mieszaniną przez 2 godziny 15 sccm argonu i 2,5 sccm tlenu</li>.
		<li>Zainicjuj plazmę i zmniejsz moc do żądanej mocy (dla membrany poliwęglanowej: 12 W) i traktuj membrany plazmą przez 4 minuty. Połącz roztwór monomeru z komorą, otwierając odpowiedni zawór. Wyłącz plazmę i opróżnij komorę.</li>
		<li>Połącz roztwór monomeru z komorą, otwierając odpowiedni zawór i wlej roztwór do komory. Upewnij się, że membrany są pokryte roztworem monomeru. Otworzyć zawór podłączony do argonu i przechowywać mieszaninę reakcyjną przez 12 godzin w temperaturze 20 °C (klimatyzowane pomieszczenie).</li>
		<li>Usuń roztwór monomeru. Umyć membrany metanolem w kąpieli ultradźwiękowej przez 5 minut. Powtórz procedurę mycia wodą.</li>
		<li>Suszyć membranę w próżni na sitach molekularnych przez 2 godziny.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Postmodyfikacja membran powlekanych
<ol>
	<li>Przygotować roztwór spirobenzopiranu 1 (ryc. 1) (100 mg; 0,27 mmol), N,N-dicykloheksylokarbodimidu (DCC) (55 mg; 0,27 mmol) i dimetyloaminopirydyny (DMAP) (33 mg, 0,27 mmol) w eterze tert-butylometylometylowym (TBME) (12 ml).</li>
	<li>Umieścić mieszadło ochronne i kratkę ochronną w kolbie okrągłodennej. Wysuszyć kolbę i zalać ją argonem.</li>
	<li>Wlać roztwór do kolby, a następnie do powlekanej membrany.</li>
	<li>Delikatnie mieszaj w temperaturze pokojowej przez 12 godzin.</li>
	<li>Usunąć roztwór i przemyć membranę eterem tert-butylometylu w kąpieli ultradźwiękowej przez 5 minut. Powtórzyć procedurę mycia etanolem i wodą.</li>
	<li>Suszyć membranę w próżni na sitach molekularnych przez 2 godziny.</li>
</ol>
3. Pomiary napięcia powierzchniowego
<ol>
	<li>Przymocuj membranę standardową taśmą na metalowym O-ringu. Umieść kroplę nanoczystej wody (3,3 μl) na tej części powierzchni membrany, która nie styka się z pierścieniem uszczelniającym o przekroju okrągłym. Zmierz kąt zwilżania (CA) w 5 różnych miejscach membrany.</li>
	<li>W celu zbadania długoterminowej stabilności próbek należy zmierzyć kąty zwilżania w trzech różnych miejscach membran po 0, 1, 2, 3, 7, 14 i 21 dniach.</li>
</ol>
4. Testy przepuszczalności membran fotochromowych
<ol>
	<li>Napełnij komorę receptorową komory dyfuzyjnej Franza wodą (12 ml).</li>
	<li>Zamocuj membranę w komórce dyfuzyjnej Franza. Upewnij się, że membrana styka się z wodą w komorze receptorowej. Napełnij komorę dawczą (komorę na górze membrany) wodnym roztworem kofeiny (20 mM; 3,0 ml). Napromienić błonę od góry komory dawczej światłem białym (ryc. 3). Pobrać próbki (200 μl) z komórki receptorowej; W przypadku membran poliwęglanowych o krawędziach torowych o średnicy porów 200 nm próbki należy pobierać co 10 minut.</li>
	<li>Powtórzyć doświadczenie zgodnie z opisem w kroku 4.2, ale naświetlić membranę światłem UV (366 nm, 80 W/m2) podczas całego badania przepuszczalności.</li>
	<li>Oznaczanie stężeń kofeiny w pobranych próbkach.
	<ol>
		<li>Narysuj krzywą kalibracyjną z 15 różnymi stężeniami kofeiny (od 0,05 mg/ml do 1,5 mM/l) za pomocą spektrometru UV/Vis. Kalibracja przy długości fali 293 nm.</li>
		<li>Oznaczyć stężenie każdej z pobranych próbek za pomocą krzywej kalibracyjnej.</li>
		<li>Wykreślić oznaczone stężenie w funkcji czasu pobierania próbek. Wykonaj dopasowanie liniowe przez punkty i określ Δc od nachylenia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>d'Agostino, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3ad%27Agostino%2C+R+%22Basic+Approaches+to+Plasma+Production+and+Control%22">Basic Approaches to Plasma Production and Control</a>. , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. (2008).</li>
<li>Liston, E. M., Martinu, L., Wertheimer, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+surface+modification+of+polymers+for+improved+adhesion%3A+a+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Adh.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Plasma surface modification of polymers for improved adhesion: a critical review.</a> J. Adh. Sci. Technol. 7 (10), 1091-1127 (1993).</li>
<li>Siow, K. S., Britcher, L., Kumar, S., Griesser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+Methods+for+the+Generation+of+Chemically+Reactive+Surfaces+for+Biomolecule+Immobilization+and+Cell+Colonization+-+A+Review.+Process%5BTitle%5D)+AND+%22Polymers%22%5BJournal%5D)">Plasma Methods for the Generation of Chemically Reactive Surfaces for Biomolecule Immobilization and Cell Colonization - A Review. Process.</a> Polymers. 3 (6-7), 392-418 (2006).</li>
<li>Hossain, M. M., Hegemann, D., Herrmann, A. S., Chabrecek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+angle+determination+on+plasma-treated+poly%28ethylene+terephthalate%29+fabrics+and+foils%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Polymer+Sci%22%5BJournal%5D)">Contact angle determination on plasma-treated poly(ethylene terephthalate) fabrics and foils.</a> Appl. Polymer Sci. 102 (2), 1452-1458 (2006).</li>
<li>Guimond, S., Hanselmann, B., Amberg, M., Hegemann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+functionalization+of+textiles%3A+Specifics+and+possibilities%5BTitle%5D)+AND+%22Pure+Appl.+Chem%22%5BJournal%5D)">Plasma functionalization of textiles: Specifics and possibilities.</a> Pure Appl. Chem. 82 (6), 1239-1245 (2010).</li>
<li>Lymberopoulos, D. P., Economou, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+and+simulation+of+glow+discharge+plasma+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Sci.+Technol.+A+Vacuum+Surf.+Films%22%5BJournal%5D)">Modeling and simulation of glow discharge plasma reactors.</a> Journal of Vacuum Sci. Technol. A Vacuum Surf. Films. 12 (4), 1229-1236 (1994).</li>
<li>Hegemann, D., Brunner, H., Oehr, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+treatment+of+polymers+for+surface+and+adhesion+improvement%5BTitle%5D)+AND+%22Nuclear+Instr.+Methods+Phys.+Res.+B+Interact.+Atoms%22%5BJournal%5D)">Plasma treatment of polymers for surface and adhesion improvement.</a> Nuclear Instr. Methods Phys. Res. B Interact. Atoms. 208 (0), 281-286 (2003).</li>
<li>Øiseth, S. K., Krozer, A., Kasemo, B., Lausmaa, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+spin-coated+high-density+polyethylene+films+by+argon+and+oxygen+glow+discharge+plasma+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface modification of spin-coated high-density polyethylene films by argon and oxygen glow discharge plasma treatments.</a> Appl. Surf. Sci. 202 (1-2), 92-103 (2002).</li>
<li>Choi, W. -K., Koh, S. -K., Jung, H. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+chemical+reaction+between+polycarbonate+and+kilo-electron-volt+energy+Ar%5Bsup+%2B+%5D+ion+in+oxygen+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vacuum+Sci.+Technol.+A+Vacuum+Surf.+Films%22%5BJournal%5D)">Surface chemical reaction between polycarbonate and kilo-electron-volt energy Ar[sup + ] ion in oxygen environment.</a> J. Vacuum Sci. Technol. A Vacuum Surf. Films. 14 (4), 2366-2371 (1996).</li>
<li>Kitova, S., Minchev, M., Danev, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RF+plasma+treatment+of+polycarbonate+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Optoelectron.+Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">RF plasma treatment of polycarbonate substrates.</a> Optoelectron. Adv. Mater. 7 (5), 2607-2612 (2005).</li>
<li>Friedrich, J. F., Mix, R., Schulze, R. D., Meyer-Plath, A., Joshi, R., Wettmarshausen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+plasma+techniques+for+polymer+surface+modification+with+monotype+functional+groups%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Process.+Polymers%22%5BJournal%5D)">New plasma techniques for polymer surface modification with monotype functional groups.</a> Plasma Process. Polymers. 5 (5), 407-423 (2008).</li>
<li>Baumann, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+resistance+of+polycarbonate+membranes+by+plasma-induced+graft+surface+modification%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Tuning the resistance of polycarbonate membranes by plasma-induced graft surface modification.</a> Appl. Surf. Sci. 268, 450-457 (2013).</li>
<li>Hegemann, D., Hossain, M. M., Balazs, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+plasma+coatings+to+obtain+multifunctional+textile+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Org.+Coatings%22%5BJournal%5D)">Nanostructured plasma coatings to obtain multifunctional textile surfaces.</a> Prog. Org. Coatings. 58 (2-3), 237-240 (2007).</li>
<li>Gengenbach, T., Vasic, Z., Li, S., Chatelier, R., Griesser, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contributions+of+restructuring+and+oxidation+to+the+aging+of+the+surface+of+plasma+polymers+containing+heteroatoms%5BTitle%5D)+AND+%22Plasmas+Polymers%22%5BJournal%5D)">Contributions of restructuring and oxidation to the aging of the surface of plasma polymers containing heteroatoms.</a> Plasmas Polymers. 2 (2), 91-114 (1997).</li>
<li>Gengenbach, T. R., Chatelier, R. C., Griesser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+the+Ageing+of+Plasma-deposited+Polymer+Films%3A+Global+Analysis+of+X-ray+Photoelectron+Spectroscopy+Data%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Anal%22%5BJournal%5D)">Characterization of the Ageing of Plasma-deposited Polymer Films: Global Analysis of X-ray Photoelectron Spectroscopy Data.</a> Interface Anal. 24 (4), 271-281 (1996).</li>
<li>Hirotsu, T., Nakajima, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+ethanol+permseparation+by+pervaporation+throught+the+plasma+graft+copolymeric+membranes+of+acrylic+acid+and+acrylamide%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Polymer+Sci%22%5BJournal%5D)">Water ethanol permseparation by pervaporation throught the plasma graft copolymeric membranes of acrylic acid and acrylamide.</a> Appl. Polymer Sci. 36 (1), 177-189 (1988).</li>
<li>Baumann, L., de Courten, D., Wolf, M., Rossi, R. M., Scherer, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-Responsive+Caffeine+Transfer+through+Porous+Polycarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Mater.+Interf%22%5BJournal%5D)">Light-Responsive Caffeine Transfer through Porous Polycarbonate.</a> Appl. Mater. Interf. 5 (13), 5894-5897 (2013).</li>
<li>Minkin, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photo-%2C+thermo-%2C+solvato-%2C+and+electrochromic+spiroheterocyclic+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Photo-, thermo-, solvato-, and electrochromic spiroheterocyclic compounds.</a> Chem. Rev. 104 (5), 2751-2776 (2004).</li>
<li>Berkovic, G., Krongauz, V., Weiss, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spiropyrans+and+spirooxazines+for+memories+and+switches%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Spiropyrans and spirooxazines for memories and switches.</a> Chem. Rev. 100 (5), 1741-1753 (2000).</li>
<li>Vlassiouk, I., Park, C. -D., Vail, S. A., Gust, D., Smirnov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Nanopore+Wetting+by+a+Photochromic+Spiropyran%3A+A+Light-Controlled+Valve+and+Electrical+Switch%5BTitle%5D)+AND+%22Lett%22%5BJournal%5D)">Control of Nanopore Wetting by a Photochromic Spiropyran: A Light-Controlled Valve and Electrical Switch.</a> Lett. 6 (5), 1013-1017 (2006).</li>
<li>Baumann, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+light-responsive+porous+polycarbonate+membranes+for+controlled+caffeine+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Development of light-responsive porous polycarbonate membranes for controlled caffeine delivery.</a> RSC Adv. 3 (45), 23317-23326 (2013).</li>
<li>Nicoletta, F. P., Cupelli, D., Formoso, P., De Filpo, G., Colella, V., Gugliuzza, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+Responsive+Polymer+Membranes%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Membranes%22%5BJournal%5D)">Light Responsive Polymer Membranes: A Review.</a> Membranes. 2 (1), 134-197 (2012).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W procesie plazmowym powstaje fioletowy gaz, który jest spowodowany przez zjonizowany argon. Pomarańczowy kolor wskazywałby na obecność niepożądanego azotu z wycieku. Proces plazmowy nie tylko tworzy rodniki na powierzchni, ale także wytrawia błonę7,12. Zbyt duże wytrawianie może znacznie zmienić średnicę porów, co wpłynie na przepuszczalność membrany. Kontrolowane warunki reakcji prezentowanego układu pozwalają na zwiększenie powtarzalności procesu szczepienia inicjowanego osoczem. Niemniej jednak dokładne po...

Modyfikacja materiałów za pomocą plazmy stała się istotnym procesem w wielu dziedzinach przemysłu. Czyszczenie oraz funkcjonalizacja powierzchni bez zmiany właściwości objętościowych materiału sprawiły, że obróbka plazmowa stała się kluczowym procesem w nauce o powierzchniach1-8.
Opracowanie polimerów za pomocą plazmy prowadzi do homolitycznego rozrywania wiązań. Powoduje to trawienie materiału polimerowego i tworzenie powierzchni bogatych w rodniki. Dzięki zastosowaniu plazmy zawierającej cząsteczki tlenu powierzchnia staje się nasycona tlenem, a tym samym bardziej hydrofilowa9-11. Jednakże hydrofilowość powierzchni nie jest stabilna w czasie12. W celu zwiększenia stabilności długoterminowej powierzchnia poddana działaniu plazmy może zostać zmodyfikowana chemicznie po procesie plazmowania lub w jego trakcie13-15. Zabieg ten wykonuje się zazwyczaj poprzez wprowadzenie reaktywnego monomeru do fazy gazowej podczas procesu plazmowego; monomery te polimeryzują następnie z rodników powstałych na powierzchni polimeru. Jeśli modyfikacja chemiczna jest przeprowadzana z użyciem monomeru nieletkiego, szczepienie polimeru musi nastąpić po modyfikacji plazmowej. Aby przeprowadzić kontrolowane szczepienie po utworzeniu się rodników na powierzchni, opisano układ plazmowy, który umożliwia zainicjowaną plazmą polimeryzację indukowaną powierzchniowo z powierzchni w roztworze w kontrolowanych warunkach12,16.
Prezentacja koncentruje się na modyfikacji membran polimerowych z trawionymi krawędziami otworów12,17. Poprzez modyfikację napięcia powierzchniowego tych membran można zmieniać stopień ich przepuszczalności12. Ten czysty i szybki proces pozwala na tworzenie bardzo cienkich warstw (&lt;5 nm), które pokrywają całą powierzchnię membrany bez zmiany właściwości objętościowych membrany polimerowej. W wyniku trawienia krawędzi podczas procesu plazmowego średnice porów membran z trawionymi krawędziami ulegają nieznacznemu zwiększeniu12. Szybkość trawienia zależy od rodzaju polimeru i wykazuje charakter liniowy.
Przy użyciu monomerów z reaktywnymi grupami funkcyjnymi, szczepione polimery mogą zostać poddane dalszej funkcjonalizacji. Zostało to zademonstrowane poprzez pomodyfikowanie membrany szczepionej PHEMA spiropiranem funkcjonalizowanym kwasem karboksylowym. Prowadzi to do powstania powierzchni fotochromowej, ponieważ wiadomo, że spiropiran przekształca się w formę merocyjaniny pod wpływem promieniowania UV. Formę spiropiranu można przywrócić, naświetlając formę merocyjaniny światłem widzialnym (Rysunek 1)18,19. Ponieważ forma merocyjaniny jest bardziej polarna niż stan spiropiranu, napięcie powierzchniowe powłoki może być sterowane za pomocą światła20. Zmiana napięcia powierzchniowego wpływa na opór przepuszczalności membrany dla roztworów wodnych. Przedstawiona zostanie konfiguracja aparatury do przeprowadzania testów przepuszczalności tych membran reagujących na światło oraz zademonstrowana zostanie znacząca zmiana oporu przepuszczalności (spadek oporu przepuszczalności o 97%). Taka membrana może zostać zintegrowana z układem dostarczania leków lub z inteligentnymi systemami sensorycznymi.
<img alt="Fotochromizm spirobenzopiranu, schemat reakcji chemicznej, izomeryzacja indukowana światłem UV/Vis." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51680/51680fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51680/51680fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Fotoizomeryzacja związku 1 spirobenzopiranu.

<table><tbody><tr><td>Metakrylan 2-hydroksyetylu, 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>128635</td><td></td></tr><tr><td>Heksan 99%</td><td>Biosolve</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Siarczan magnezu (MgSO4, bezwodny)</td><td>Metanol Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td></td></tr><tr><td>, 99%&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>14262</td><td>suszony na sitach molekularnych</td></tr><tr><td>N,N-dicylcohexylcarbodiimide, 99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8002</td><td></td></tr><tr><td>Aminopirydyna dimetylowa, 99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>107700</td><td></td></tr><tr><td>Eter tert-butylometylo-98%</td><td>Fluka</td><td>306975</td><td></td></tr><tr><td>Membrana poliwęglanowa</td><td>Whatman</td><td></td><td>Wytrawiona ścieżka nanoporowa (TE) (1.0 &mu; m, 0,2 i mu; m, 0,1 i mu; średnica porów m, 50 nm, 30 nm i 15 nm; Średnica membrany 47 mm lub 25 mm)</td></tr><tr><td>Kofeina (odczynnik plus)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C0750</td><td></td></tr><tr><td>Komórka dyfuzyjna Franza (12 ml)</td><td>SES-Analysesysteme</td><td>6C010015</td><td>15 mm niezaklęta komórka Franza, 12 ml Objętość receptora, Płaskie podłoże, przezroczyste szkło, mieszadło i zacisk</td></tr><tr><td>Lampa</td><td></td><td></td> UV <td>Naświetlanie promieniowaniem UV (366 nm, 15 W/m2)</td></tr><tr><td>Lampa</td><td></td><td></td> <td>światła białegoNaświetlanie światłem białym (żarówka 500 W)</td></tr><tr><td>Spektrofotometr UV/Vis</td><td>Varian 50Bio/50MPR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Membrany poliestrowe</td><td>Sterlitech</td><td>PET0225100</td><td>Filtry z membraną poliestrową, 0,2 i mu; m średnica porów, średnica 25 mm</td></tr><tr><td>Membrany z polifluorku winylidenu</td><td>Millipore</td><td></td><td>PVDF Membrany Durapore (0,22 &mu; m średnica porów; Średnica membrany 47 mm)</td></tr><tr><td>Argon (99,9995%)</td><td>Alphagaz</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dressler Cesar RF Power Generator</td><td></td><td></td><td>Konfiguracja komory plazmowej</td></tr><tr><td>Sterownik wielogazowy MKS 647C</td><td></td><td></td><td>Konfiguracja komory plazmowej</td></tr><tr><td>Kontrolery</td><td></td><td></td> przepływu masowego MKS <td>Konfiguracja komory plazmowej</td></tr><tr><td>Obrotowa łopatkowa pompa</td><td></td><td></td> próżniowa Vacuubrand RE 2.5 <td>Komora plazmowa ustawić</td></tr><tr><td>urządzenie do pomiaru kąta zwilżania</td><td>Kr&uuml; Wagi ss</td><td>G10</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Mettler Toledo</td><td>AB204-S i Mettler ME30</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Preparation of Light-responsive Membranes by a Combined Surface Grafting and Postmodification Process

W celu modyfikacji napięcia powierzchniowego dostępnych na rynku membran polimerowych o krawędziach torowych, przedstawiono procedurę polimeryzacji inicjowanej powierzchniowo. Polimeryzacja z powierzchni membrany jest indukowana przez obróbkę plazmową membrany, a następnie reakcję powierzchni membrany z metanolowym roztworem metakrylanu 2-hydroksyetylu (HEMA). Szczególną uwagę zwrócono na parametry procesu obróbki plazmowej przed polimeryzacją na powierzchni. Na przykład badany jest wpływ obróbki plazmowej na różne rodzaje membran (np. poliester, poliwęglan, polifluorek winylidenu). Ponadto zależna od czasu stabilność membran szczepionych powierzchniowo jest wykazywana za pomocą pomiarów kąta zwilżania. Podczas szczepienia poli(2-hydroksyetylometakrylanu) (PHEMA) w ten sposób, powierzchnia może być dalej modyfikowana przez estryfikację ugrupowania alkoholowego polimeru z funkcją kwasu karboksylowego pożądanej substancji. Reakcje te można zatem wykorzystać do funkcjonalizacji powierzchni membrany. Na przykład, napięcie powierzchniowe membrany może zostać zmienione lub można wprowadzić pożądaną funkcjonalność, ponieważ prezentowana wrażliwość na światło może zostać wprowadzona. Wykazano to, reagując PHEMA z jednostką spirobenzopiranu funkcjonalizowaną kwasem karboksylowym, która prowadzi do powstania błony reagującej na światło. Wybór rozpuszczalnika odgrywa główną rolę na etapie postmodyfikacji i został omówiony bardziej szczegółowo w tym artykule. Pomiary przepuszczalności tak funkcjonalizowanych membran wykonuje się przy użyciu ogniwa Franza z zewnętrznym źródłem światła. Poprzez zmianę długości fali światła z widzialnej na zakres UV obserwuje się zmianę przepuszczalności wodnych roztworów kofeiny.

Szybkość trawienia można monitorować, ważąc membranę po różnych odstępach czasu. Jak widać na Rysunku 4, w przypadku membran z poliestru, fluorku poliwinylydenu i poliwęglanu szybkość trawienia jest liniowa, co można wyznaczyć z nachylenia liniowej korelacji czasu trawienia w stosunku do ubytku masy. Jak pokazano na Rysunku 4, membrany poliwęglanowe wykazują najniższą szybkość trawienia spośród wszystkich trzech membran polimerowych. Jednym z następstw trawienia jest zmiana śred...

Procedura polimeryzacji indukowanej plazmą jest opisana dla inicjowanej powierzchniowo polimeryzacji na membranach polimerowych. Dalsza postmodyfikacja szczepionego polimeru substancjami fotochromowymi została przedstawiona wraz z protokołem przeprowadzenia pomiarów przepuszczalności membran reagujących na światło.

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

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is ...

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.

preparation-light-responsive-membranes-combined-surface-grafting

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Przygotowanie błon czułych na światło poprzez połączony proces przyszczepiania na powierzchni i modyfikacji wtórnej

Przedstawiamy technikę wytwarzania mikrokieszeni w membranach elektroprzędzonych, w których można badać zachowanie komórek. W szczególności opisujemy połączenie mikrostereolitografii i elektroprzędzenia w celu produkcji urządzeń z biomateriału rogówki PLGA (poli(laktyd-ko-glikolid)) wyposażonych w mikrocechy.

Połączenie mikrostereolitografii i elektroprzędzenia w celu wytworzenia membran wyposażonych we wnęki do regeneracji rogówki

Opisujemy protokół modyfikacji powinowactwa komórek powierzchni rusztowania w środowisku wodnym. Metoda wykorzystuje fotokatalizę dwutlenku tytanu do rozkładu filmu organicznego w obszarze napromieniowanym światłem. Pokazujemy, że można go wykorzystać do tworzenia mikrodomen białek rusztowań, zarówno ex situ, jak i in situ.

Fotowzorcowanie białek i komórek w środowisku wodnym za pomocą fotokatalizy TiO2

W tym artykule opisujemy międzyfazową syntezę sprzężonych mikroporowatych polimerów (CMP) na podłożach protektorowych oraz rozpuszczanie substratu do przygotowania wolnostojących nanomembran CMP. Ponadto opiszemy, w jaki sposób kruche nanomembrany mogą być przenoszone na inne podłoża.

Synteza i transfer warstwa po warstwie wolnostojących mikroporowatych nanomembran polimerowych

Nanoskalowane powierzchnie wysp morskich złożone z termoczułych kopolimerów blokowych zostały wytworzone metodą Langmuira-Schaefera do kontrolowania spontanicznej adhezji i odklejania komórek. Uwidoczniono zarówno przygotowanie powierzchni, jak i adhezję i odklejanie się komórek na powierzchni.

Przygotowanie termoczułych powierzchni nanostrukturalnych dla inżynierii tkankowej

Demonstrujemy system tworzenia dwuwarstwowych lipidów, który można przechowywać, przenośny. Dwuwarstwowa błona lipidowa może powstać w ciągu 1 godziny z ponad 80% skutecznością, gdy zamrożony prekursor błony zostanie doprowadzony do temperatury otoczenia. System ten ograniczy pracochłonne procesy i wiedzę specjalistyczną związaną z kanałami jonowymi.

Zautomatyzowane tworzenie dwuwarstwowej błony lipidowej za pomocą cienkiej warstwy polidimetylosiloksanu

Opisujemy sekwencyjny proces tworzenia za pośrednictwem światła i późniejszego biochemicznego wzorcowania syntetycznych matryc hydrożelowych do zastosowań w trójwymiarowych hodowlach komórkowych. Przedstawiono budowę i modyfikację hydrożeli za pomocą cytokompatybilnej chemii photoclick. Ponadto przedstawiono łatwe techniki ilościowego określania i obserwacji wzorców oraz określania żywotności komórek w tych hydrożelach.

Tworzenie i modelowanie hydrożeli za pośrednictwem światła do zastosowań w hodowlach komórkowych

Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.

Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem

Tutaj prezentujemy protokół przygotowania chromoforów do przenoszenia ładunku na bazie membrany kompozytowej z polioksometalunu/polimeru.

Przygotowanie membran fotoczułych na bazie polioksometalanu do fotoaktywacji katalizatorów tlenku manganu

Rekonstytucja bez komórek była kluczowym narzędziem do zrozumienia montażu cytoszkieletu, a prace w ostatniej dekadzie ustaliły podejścia do badania dynamiki septyny w systemach minimalnych. Przedstawiono tutaj trzy uzupełniające się metody obserwacji montażu septyny w różnych kontekstach membranowych: dwuwarstwy płaskie, podpory sferyczne i podpory prętowe.

Rekonstrukcja zespołu septyny na błonach w celu zbadania właściwości i funkcji biofizycznych

Tutaj opisany jest protokół do generowania regulowanych światłem i odwracalnych wzorców białkowych z wysoką precyzją czasoprzestrzenną na sztucznych błonach lipidowych. Metoda polega na zlokalizowanej fotoaktywacji białka iLID (ulepszonego dimeru indukowanego światłem) unieruchomionego na błonach modelowych, które w świetle niebieskim wiąże się ze swoim białkiem partnerskim Nano (SspB typu dzikiego).

Dynamiczne wzorce białek indukowane światłem na błonach modelowych

Protokół ten przedstawia metodę indukowaną światłem do wytwarzania śliskich, trójwymiarowych struktur poprzez sekwencyjne cyfrowe wzorowanie i szczepienie na nanoporowatych powierzchniach pokrytych silanem. To podejście umożliwia kontrolowane przestrzennie tworzenie śliskich obszarów, umożliwiając wzorzystą odstraszaczność cieczy oraz ilościową analizę śliskości między warstwami, z zastosowaniami w manipulacji płynami i inżynierii powierzchni.

Wzorowanie i szczepienie światłem dla śliskich powierzchni na podstawie nanoporowatych struktur powlekanych silanem

Naucz się przygotowywać fotoczułe membrany polimerowe metodą polimeryzacji inicjowanej powierzchniowo z modyfikacją fotochromową. Technika plazmowa umożliwia kontrolowaną zmianę przepuszczalności pod wpływem światła UV.

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

Przeglądaj więcej filmów