Preparação de Membranas de Luz respondem por um enxerto de superfície combinada e Processo Postmodification

Resumo

Um processo de polimerização induzida por plasma é descrito para a polimerização iniciada na superfície em membranas poliméricas. Além disso postmodification do polímero enxertado com substâncias fotossensíveis é apresentado com um protocolo de realização de medições de permeabilidade das membranas de luz que respondem.

Resumo

A fim de modificar a tensão de superfície de membranas de polímeros gumes traçado disponíveis comerciais, um processo de polimerização iniciou-superfície é apresentado. A polimerização da superfície da membrana é induzida por tratamento com plasma da membrana, seguida pela reacção a superfície da membrana com uma solução metanólica de 2-hidroxietil metacrilato (HEMA). É dada especial atenção para os parâmetros do processo para o tratamento de plasma, antes da polimerização sobre a superfície. Por exemplo, a influência do tratamento de plasma em diferentes tipos de membranas (por exemplo, de poliéster, de policarbonato, de fluoreto de polivinilideno) é estudada. Além disso, a estabilidade dependente do tempo das membranas de superfície enxertada é mostrado por medidas de ângulo de contacto. Quando enxerto poli (metacrilato de 2-hidroxietil) (PHEMA), desta forma, a superfície pode ser ainda modificado por esterificação da porção álcool do polímero com uma função de ácido carboxílico da substância desejada.Estas reacções podem ser utilizadas para a funcionalização da superfície da membrana. Por exemplo, a tensão de superfície da membrana pode ser alterada ou uma funcionalidade desejada como o apresentado luz-resposta pode ser inserido. Isto é demonstrado pela reacção de PHEMA com um ácido carboxílico funcionalizado unidade spirobenzopyran o que leva a uma membrana de luz que respondem. A escolha do solvente desempenha um papel importante na etapa postmodification e é discutido em mais pormenor no presente documento. As medições de permeabilidade de tais membranas funcionalizadas são realizados usando uma célula de Franz com uma fonte de luz externa. Ao alterar o comprimento de onda da luz do visível para a gama de UV, uma alteração da permeabilidade das soluções aquosas de cafeína é observado.

Introdução

Modificação de plasma de materiais tornou-se um processo importante em muitos campos industriais. Limpeza de superfícies e de funcionalização de superfícies, sem alterar a propriedade de grandes quantidades de material fez o tratamento por plasma de um processo essencial em superfície ciência ^1-8.

Tratamento de plasma de polímeros resulta em homolítica clivagem da ligação. Isto leva a um debrum do material polimérico e para a formação de superfícies ricas radicais. Usando plasma contendo moléculas de oxigênio, a superfície torna-se oxigênio rico e, portanto, mais hidrofílica ^9-11. No entanto, a hidrofilicidade das superfícies não é estável ao longo do tempo ^12. A fim de melhorar a estabilidade a longo prazo, a superfície tratada a plasma pode ser quimicamente modificada depois ou durante o processo de plasma de ^13-15. Este tratamento é normalmente realizado através da adição de uma espécie monomérica reactiva para a fase gasosa, durante o processo de plasma, estes monómeros, em seguida, polimerizarde entre os radicais criados de superfície do polímero. Se o produto químico de tratamento é realizado com um monómero não-volátil, o enxerto de polímero tem de ter lugar após a modificação do plasma. A fim de realizar um enxerto controlada após os radicais são formados na superfície, uma instalação de plasma é descrito, o qual permite que a polimerização induzida por superfície iniciada por plasma a partir da superfície em solução, sob condições controladas, ^12,16.

A apresentação centra-se na modificação de membranas de polímeros gumes-track ^12,17. Ao modificar a tensão de superfície destas membranas, a taxa de permeabilidade pode ser variada ^12. Este processo de limpeza e rápido permite a criação de camadas muito finas (<5 nm), que cobrem toda a superfície da membrana sem alterar a propriedade de grandes quantidades de a membrana de polímero. Devido ao debrum durante o processo de plasma, os diâmetros de poro das membranas gumes pista aumentar ligeiramente ^12. A taxa de afiação é depending do polímero e tem um comportamento linear.

Quando se utiliza monómeros com grupos funcionais reactivos, os polímeros enxertados podem ser ainda mais funcionalizados. Isto é demonstrado pela postmodification de uma membrana enxertada com PHEMA com um ácido carboxílico spiropyran funcionalizado. Isto resulta numa superfície fotocrómico, desde spiropyran é conhecido para transformar uma espécie de merocianina quando irradiado com luz UV. A forma spiropyran pode ser restabelecida por irradiação da forma merocianina com luz visível (Figura 1) ^18,19. Uma vez que a forma de merocianina é mais polar do que o estado spiropyran, a tensão de superfície do revestimento pode ser disparado com luz ^20. A alteração na tensão superficial influencia a resistência à permeabilidade da membrana para as soluções aquosas. O set-up como realizar os testes de permeabilidade destes membranas de luz sensível neste período ea mudança significativa na resistência à permeabilidade (diminuir in resistência permeabilidade de 97%) é demonstrada. Tal membrana pode ser integrado numa instalação de entrega de droga ou em sistemas de sensores inteligentes.

Figura 1. Fotoisomerização do composto spirobenzopyran 1.

Protocolo

1. A polimerização iniciou-Plasma

1. Preparação da solução de monómero.
   1. Dissolve-HEMA (100 ml; 0,718 mol) em 200 ml de água e lava-se 3x com hexano (100 ml) numa ampola de decantação. Saturar a fase aquosa com cloreto de sódio e extrair o HEMA com éter dietílico (50 ml). Seca-se a fase orgânica sobre _MgSO4 e remover o solvente sob vácuo (100 mbar, 40 ° C). Destila-se o HEMA sob pressão reduzida (15 mbar, 99 ° C).
   2. Prepare uma solução de 0,62 M metanólico do HEMA sem inibidor produzido na Seção 1.1.1. Verter 30 ml da solução para um balão de uma tubuladura e eliminar oxigénio fazendo borbulhar Ar através da solução durante 1 hora.
2. Polimerização induzida por Surface.
   1. Posição duas membranas de policarbonato ao lado do outro para a câmara de plasma (Figura 2). Coloque o lado brilhante da membrana apontando para a fase gasosa.
   2. Ligue a câmara de plasma para ahlta vácuo (20 mbar) durante 5 min. Fechar a válvula de vácuo e abre a outra válvula, o qual está ligado ao árgon e gás de oxigénio e de purga da câmara com esta mistura durante 2 horas com 15 sccm de árgon e 2,5 sccm de oxigénio.
   3. Iniciar o plasma e reduzir a potência para a potência desejada (por membrana de policarbonato: 12 W) e tratar as membranas de 4 min, com o plasma. Ligue a solução de monómero com a câmara através da abertura da válvula correspondente. Desligue o plasma e evacuar a câmara.
   4. Ligue a solução de monómero com a câmara através da abertura da válvula correspondente e verter a solução para dentro da câmara. Certifique-se de que as membranas são cobertas com a solução de monómero. Abrir a válvula ligada ao árgon e armazenar a mistura de reacção durante 12 horas a 20 ° C (ambiente climatizado).
   5. Remover a solução de monómero. Lavar as membranas com metanol num banho de ultra-sons durante 5 min. Repita o procedimento de lavagem com água.
   6. Seca-se a membrana emvácuo sobre peneiras moleculares durante 2 horas.

2. Postmodification de membranas revestidas

1. Prepara-se uma solução de spirobenzopyran 1 (Figura 1) (100 mg; 0,27 mmol), N, N-diciclohexilcarbodiimida (DCC) (55 mg; 0,27 mmol) e dimetil-aminopiridina (DMAP) (33 mg, 0,27 mmol) em terc-butylmetylether (TBME) (12 ml).
2. Colocar uma barra de agitação e uma grelha de protecção para proteger um balão de fundo redondo. Seca-se o balão e inundar o balão com árgon.
3. Verter a solução para o balão, seguindo-se a membrana revestida.
4. Agita-se suavemente à temperatura ambiente durante 12 horas.
5. Remover a solução e lava-se a membrana com terc-butylmetylether num banho de ultra-sons durante 5 min. Repetir o processo de lavagem com etanol e água.
6. Seca-se a membrana sob vácuo sobre peneiras moleculares durante 2 horas.

3. Medidas tensão superficial

1. corrigir a membrana com um padrão de fita sobre um metal de O-ring. Posicionar uma gota de água nanopura (3,3 ul) sobre a parte da superfície da membrana, que não está em contacto com o O-ring. Meça o ângulo de contato (AC) em 5 pontos diferentes da membrana.
2. Para testar a estabilidade a longo prazo das amostras, medir os ângulos de contacto em três pontos diferentes das membranas após 0, 1, 2, 3, 7, 14 e 21 dias.

4. Testes permeabilidade das membranas fotossensíveis

1. Encher a câmara do receptor da célula de difusão de Franz com água (12 ml).
2. Fixar a membrana numa célula de difusão de Franz. Assegure-se que a membrana está em contacto com a água da câmara receptora. Encher a câmara doadora (câmara em cima da membrana) com uma solução aquosa de cafeína (20 mM, 3,0 ml). Irradiar a membrana a partir do topo da câmara de dador com luz branca (Figura 3). Coletar amostras (200 mL) a partir da célula receptora; for gumes pista membranas de policarbonato com um diâmetro de poro de 200 nm, coletar amostras a cada 10 min.
3. Repetir a experiência conforme descrito no passo 4.2. mas irradiar a membrana com luz UV (366 nm, 80 W / m ²⁾ durante todo o ensaio de permeabilidade.
4. Determinação das concentrações de cafeína das amostras recolhidas.
   1. Traça-se a curva de calibração com concentrações de cafeína 15 diferentes (entre 0,05 mg / ml e 1,5 mM / L), utilizando um de UV / Vis espectrómetro. Calibrar a 293 nm.
   2. Determinar a concentração de cada uma das amostras recolhidas utilizando a curva de calibração.
   3. Traçar a concentração determinada vs. o tempo das amostras coletadas. Fazer um ajuste linear pelos pontos e determinar Ac a partir do declive.

Resultados

A taxa de corrosão pode ser seguido por pesagem da membrana após diferentes períodos de tempo. Como pode ser visto a partir da Figura 4, a taxa de corrosão segue para o poliéster, o fluoreto de polivinilideno, policarbonato e membranas de uma taxa de corrosão linear, que pode ser determinada a partir do declive da correlação linear do tempo etch contra a perda de massa. Como mostrado na Figura 4, as membranas de policarbonato mostram a menor taxa de corrosão de todas as três me...

Discussão

O processo produz um plasma de gás de roxo, o qual é causado por árgon ionizado. Uma cor de laranja que indicaria a presença de azoto indesejada a partir de uma fuga. O processo de plasma não só formar radicais sobre a superfície mas também grava a membrana de ^7,12. Demasiada gravação pode alterar o diâmetro do poro significativamente, o que iria influenciar a permeabilidade da membrana. As condições de reacção controlada da configuração apresentada permitir melhorar a reprodutibilidade do processo de enxerto...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Metacrilato de 2-hidroxietila, 97%	Sigma-Aldrich	128635
Hexano 99%	Biosolve
Sulfato de magnésio (MgSO4, anidro)	Sigma-Aldrich	M7506
Metanol, 99%	Sigma-Aldrich	14262	seco sobre peneiras moleculares
N,N-Dicilcohexilcarbodiimida, 99%	Sigma-Aldrich	D8002
Dimetil aminopiridina, 99%	Sigma-Aldrich	107700
Terc-butylmethylether, 98%	Fluka	306975
membrana de policarbonato	Whatman		Nanopore Track Etched (TE) (1.0 μ m, 0,2 μ m, 0,1 μ m, 50 nm, 30 nm e 15 nm de diâmetro dos poros; Diâmetro da membrana de 47 mm ou 25 mm)
Cafeína (reagente plus)	Sigma-Aldrich	C0750
Célula de difusão de Franz (12 ml)	SES-Analysesysteme	6C010015	15 mm Célula de Franz não jachetada, 12 ml Volume do receptor, aterramento plano, vidro transparente, barra de agitação e pinça
Lâmpada			Irradiação UV (366 nm, 15 W/m2)
Lâmpada			de luz brancaIrradiação de luz branca (lâmpada de 500 W)
Espectrofotômetro UV/Vis	Varian 50Bio/50MPR
Membranas de poliéster	de membrana de poliéster PET0225100	Sterlitech	, 0,2 μ m de diâmetro dos poros, 25 mm
de diâmetro Membranas de fluoreto de polivinilideno	Membranas de PVDF Millipore		Durapore (0,22 μ m diâmetro dos poros; Diâmetro da membrana de 47 mm)
Argônio (99,9995%)	Gerador
Dressler Cesar RF	Configuração da câmara de plasma Controlador
			configuração
Dispositivo de medição de ângulo de contato	Krü Balanças ss	G10
	Mettler Toledo	AB204-S e Mettler ME30