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

O objetivo geral do seguinte experimento é alterar a permeabilidade de membranas poliméricas com bordas de rastreamento sob luz UV ou luz branca, modificando a superfície com moléculas fotocrômicas. Isso é conseguido primeiramente tratando a membrana polimérica com plasma para induzir radicais na superfície. O segundo passo é adicionar uma solução de monômero em metanol para realizar a polimerização iniciada na superfície da membrana.

Em seguida, o polímero enxertado é pós-modificado com substâncias fotocrômicas. Por fim, medições de permeabilidade das membranas responsivas à luz são utilizadas para demonstrar como a luz UV altera a permeabilidade da cafeína através da membrana. A principal vantagem da polimerização por plasma reside no fato de que revestimentos covalentemente ligados às membranas podem ser facilmente e homogeneamente criados de maneira reprodutível.

A demonstração visual é essencial, como na nossa configuração de EDA. As membranas são deixadas polimerizar imediatamente após o tratamento com plasma e condições inertes. Este método ajuda a responder perguntas fundamentais sobre o revestimento rápido de superfícies e promove a funcionalização covalentemente ligada à superfície.

Tivemos pela primeira vez a ideia deste método ao conversar com especialistas na área de revestimento por plasma. Antes disso, tivemos tentativas sem sucesso com métodos clássicos de revestimento, como revestimento por centrifugação e revestimento por imersão. Em geral, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades, pois a funcionalização por plasma é uma tecnologia complexa devido aos muitos parâmetros que podem ser ajustados.

Quem demonstrará o procedimento será Karin Dreher, uma estudante, uma técnica, e Karin Ler, uma cientista do meu grupo. Primeiro, dissolva 100 mililitros de dois hidroxietil metacrilato ou Hema em 200 mililitros de água. Após transferir a mistura para um funil de separação, lave-a três vezes com 100 mililitros de hexano, removendo-se os extratos de hexano após cada lavagem. Sature a fase aquosa com cloreto de sódio e extraia o Hema com 50 mililitros de éter dietílico.

Após a remoção da fase aquosa, transfira a fase orgânica para um balão de fundo redondo de 500 mililitros e seque-a sobre sulfato de magnésio. Após a filtração, remova o solvente ao vácuo.

Quando finalizar, destile a Hema sob pressão reduzida. Prepare uma solução metanólica 0,62 molar da Hema livre de inibidor adicionando 2,3 mililitros de Hema a 27,7 mililitros de metanol em um frasco de uma boca. Após cobrir o frasco com um septo, elimine o oxigênio borbulhando Argônio através da solução durante uma hora.

Em seguida, posicione duas membranas de policarbonato lado a lado na câmara de plasma. Com o lado brilhante de cada membrana voltado para a fase gasosa, conecte a câmara de plasma a um vácuo alto por cinco minutos. Após fechar a válvula de vácuo, abra a válvula conectada aos gases argônio e oxigênio para purgar a câmara com essa mistura por duas horas, utilizando 15 SCCM de argônio e 2,5 SCCM de oxigênio.

Inicie o plasma e reduza a potência para 12 watts para as membranas de policarbonato. Em seguida, trate as membranas por quatro minutos com o plasma, desligue primeiro o plasma e evacue a câmara fechando inicialmente a válvula conectada à mistura gasosa e depois a válvula conectada à bomba de óleo. Na próxima etapa, conecte a solução de monômero à câmara.

Conecte a solução do monômero à câmara abrindo a válvula correspondente e despeje a solução na câmara. Após garantir que as membranas estejam cobertas com a solução do monômero, abra a válvula conectada ao gás argônio e armazene a mistura de reação por 12 horas à temperatura ambiente. Após a remoção da solução do monômero, lave as membranas com 100 mililitros de metanol em banho ultrassônico durante cinco minutos.

Quando terminar, repita o procedimento de lavagem com 100 mililitros de água. Em seguida, seque a membrana a vácuo sobre peneira molecular por duas horas, dissolva 100 miligramas do composto Spiro benzoina 1, 55 miligramas de nn-ciclo-hexil-carbodiimina e 33 miligramas de quatro-dimetil-amino-piridina em 12 mililitros de éter metil t-butila. A seguir, coloque uma barra de agitação e uma grade de proteção em um frasco de fundo redondo.

Após tampar e secar o frasco inundado com gás argônio, despeje a solução de espiro benzo pirano no frasco, seguida pela membrana revestida. Em seguida, agite suavemente a mistura à temperatura ambiente por 12 horas.

Em seguida, remova a membrana do frasco e lave a membrana com 50 mililitros de éter metílico de turt, em banho ultrassônico durante cinco minutos. Após repetir o procedimento de lavagem com 100 mililitros de etanol e água, seque a membrana em vao sobre peneiras moleculares por duas horas. Neste ponto, coloque a membrana sobre um tecido áspero.

Posicione uma gota de água nano pura sobre a superfície da membrana. Em seguida, meça o ângulo de contato em cinco pontos diferentes da membrana para testar a estabilidade a longo prazo das amostras. Meça os ângulos de contato em três pontos diferentes das membranas após 0, 1, 2, 3, 7, 14 e 21 dias.

Em seguida, preencha a câmara receptora de uma célula de difusão de Franz com 12 mililitros de água. Fixe a membrana na célula de difusão de Franz, garantindo que ela esteja em contato com a água na câmara receptora. Preencha a câmara doadora ou câmara superior à membrana com 3,0 mililitros de uma solução aquosa de cafeína 20 milimolar.

Irradie a membrana a partir da parte superior da câmara do doador com luz branca. Ao finalizar, colete amostras de 200 microlitros da célula receptora. Repita o experimento conforme descrito anteriormente, mas irradie a membrana com luz UV de 366 nanômetros e 80 watts por metro quadrado durante todo o teste de permeabilidade.

Para determinar a concentração de cafeína nas amostras coletadas, construa uma curva de calibração com 15 concentrações diferentes de cafeína entre 0,05 milimolar por litro e 1,5 milimolar por litro utilizando um espectrômetro UV-vis. Em seguida, determine a concentração de cada uma das amostras coletadas usando a curva de calibração. Depois, construa um gráfico da concentração determinada versus o tempo das amostras coletadas.

Realize um ajuste linear pelos pontos e determine delta C a partir do coeficiente angular. Como visto aqui, as taxas de desgaste para as membranas de poliéster, polivinil, aina, fluoreto e policarbonato são lineares, o que pode ser determinado a partir do coeficiente angular da correlação linear entre o tempo de ET e a perda de massa. As membranas de policarbonato apresentam a menor taxa de desgaste dentre as três membranas poliméricas.

O ângulo de contato de uma gota d'água muda quando as membranas porosas de policarbonato são revestidas com poli-HEMA por meio de polimerização induzida por plasma. A diferença no ângulo de contato entre as membranas não revestidas e as membranas com poli-HEMA enxertado, com diâmetros de poro de 0,2 micrômetros e um micrômetro, é mostrada aqui. É claramente visível que o ângulo de contato de uma membrana de policarbonato revestida com poli-HEMA não muda ao longo do tempo, o que indica um revestimento estável a longo prazo.

A pós-modificação com o composto espiro benzo pirano um aumenta o ângulo de contato para 100 graus. No entanto, o espiro benzo pirano pode ser convertido na espécie mais polar cianeto de medula mediante iluminação com luz UV, e essa transformação reduz o ângulo de contato da superfície da membrana para 90 graus. A permeabilidade das membranas é medida utilizando uma célula de difusão de Franz.

A resistência à mudança de permeabilidade diminui em 97% quando a membrana é iluminada com luz branca, o que demonstra a presença de uma resposta à luz da membrana. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em horas, se for executada corretamente. Após este procedimento, outras funcionalizações podem ser introduzidas na superfície, como revestimentos responsivos à temperatura ou ao pH. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como produzir revestimentos responsivos à luz induzidos por plasma.

As membranas fotoresponsivas são um sistema interessante para explorar propriedades fotoômicas, como a mudança de cor na luz UI e na luz branca, ou a taxa de desvanecimento do estado colorido. Para controlar a permeabilidade das membranas durante a etapa de polimerização, é importante trabalhar em uma atmosfera interna. Não se esqueça de que trabalhar com eletrodos de alta tensão pode ser extremamente perigoso, e precauções, como um escudo protetor entre você e a câmara de plasma, devem estar sempre em uso durante a realização deste procedimento.