Подготовка Свет проблематики мембран на комбинированным покрытием Прививка и Postmodification процесса

Общая цель следующего эксперимента заключается в изменении проницаемости трековых полимерных мембран под воздействием УФ- или белого света путем модификации поверхности фотохромными молекулами. Это достигается путем предварительной обработки полимерной мембраны плазмой для индукции радикалов на поверхности. На втором этапе добавляется раствор мономера в метаноле для проведения полимеризации на поверхности мембраны.

Затем привитой полимер подвергают постмодификации фотохромными веществами. В завершение проводятся измерения проницаемости светочувствительных мембран, чтобы продемонстрировать, как УФ-излучение изменяет проницаемость мембраны для кофеина. Основным преимуществом полимеризации, инициированной плазмой, является возможность легко, однородно и воспроизводимо создавать ковалентно связанные покрытия на мембранах.

Визуальная демонстрация имеет критическое значение, как в нашей установке ADE. Полимеризация мембран проводится непосредственно после обработки плазмой в инертных условиях. Данный метод позволяет ответить на ключевые вопросы о быстром нанесении покрытий на поверхности и обеспечивает ковалентную функционализацию поверхности.

Идея этого метода впервые возникла у нас в ходе бесед со специалистами в области плазменного напыления. До этого мы предпринимали неудачные попытки использовать классические методы нанесения покрытий, такие как центрифугирование и погружное нанесение. Как правило, люди, которые только начинают осваивать этот метод, могут столкнуться с трудностями, поскольку плазменная функционализация представляет собой сложную технологию из-за большого количества настраиваемых параметров.

Процедуру продемонстрируют Карин Дрехер, студент, техник, и Карин Лер, ученый из моей группы. Сначала растворите 100 milliliters 2-гидроксиэтилметакрилата или Hema в 200 milliliters воды. После переноса смеси в делительную воронку трижды промойте ее 100 milliliters гексана, затем удалите гексановые промывки. Насытите водную фазу хлоридом натрия и экстрагируйте hema с помощью 50 milliliters диэтилового эфира.

После удаления водной фазы перенесите органическую фазу в круглодонную колбу объемом 500 мл и осушите ее над сульфатом магния. После фильтрации удалите растворитель на роторном испарителе.

По завершении перегоните Hema при пониженном давлении. Приготовьте 0,62 M раствор Hema без ингибитора в метаноле, добавив 2,3 мл Hema к 27,7 мл метанола в одногорлой колбе. После того как колба будет закрыта септой, удалите кислород, продувая раствор аргоном в течение одного часа.

Затем поместите две поликарбонатные мембраны рядом друг с другом в плазменную камеру. Установив мембраны глянцевой стороной к газовой фазе, подключите плазменную камеру к глубокому вакууму на пять минут. После закрытия вакуумного клапана откройте клапан, подключенный к аргону и кислороду, чтобы продуть камеру этой смесью в течение двух часов при расходе 15 SCCM аргона и 2.5 SCCM кислорода.

Запустите плазму и снизьте мощность до 12 Вт для поликарбонатных мембран. Затем подвергайте мембраны воздействию плазмы в течение четырех минут, после чего выключите плазму и откачайте воздух из камеры, сначала закрыв клапан, connected к газовой смеси, а затем клапан, connected к масляному насосу. На следующем этапе соедините камеру с раствором мономера.

Соедините раствор мономера с камерой, открыв соответствующий клапан, и залейте раствор в камеру. Убедившись, что мембраны покрыты раствором мономера, откройте клапан подачи аргона и выдержите реакционную смесь в течение 12 часов при комнатной температуре. После удаления раствора мономера промойте мембраны 100 миллилитрами метанола в ультразвуковой бане в течение пяти минут.

По завершении повторите процедуру промывки 100 миллилитрами воды. Затем высушите мембрану в вакууме над молекулярными ситами в течение двух часов, растворите 100 миллиграммов соединения 1 спиробензоина, 55 миллиграммов N,N'-циклогексилкарбодиимида и 33 миллиграмма 4-диметиламинопиридина в 12 миллилитрах трет-бутилметилового эфира. Затем поместите магнитную мешалку и защитную сетку в колбу с круглым дном.

После закрытия и высушивания колбы, заполненной газом аргоном, влейте в нее раствор спиробензопирана, затем добавьте покрытую мембрану. После этого осторожно перемешивайте смесь при комнатной температуре в течение 12 часов.

После этого извлеките мембрану из колбы и промойте ее 50 миллилитрами трет-бутилметилового эфира в ультразвуковой бане в течение пяти минут. Повторив процедуру промывки 100 миллилитрами этанола и воды, высушите мембрану в вакууме над молекулярными ситами в течение двух часов. Затем поместите мембрану на грубую ткань.

Поместите каплю ультрачистой воды на поверхность мембраны. Затем измерьте контактный угол в пяти разных точках мембраны для проверки долгосрочной стабильности образцов. Измеряйте контактные углы в трех разных точках мембран через 0, 1, 2, 3, 7, 14 и 21 день.

Затем наполните приемную камеру диффузионной ячейки Франца 12 миллилитрами воды. Закрепите мембрану в диффузионной ячейке Франца, убедившись, что она контактирует с водой в приемной камере. Заполните донорную камеру (камеру над мембраной) 3,0 миллилитрами 20 миллимолярного водного раствора кофеина.

Облучайте мембрану белым светом сверху камеры донора. По завершении соберите образцы объемом 200 µL из рецепторной камеры. Повторите эксперимент согласно предыдущему описанию, но облучайте мембрану УФ-светом с длиной волны 366 nm и интенсивностью 80 W/m² на протяжении всего теста на проницаемость.

Для определения концентрации кофеина в собранных образцах постройте калибровочный график с использованием 15 различных концентраций кофеина в диапазоне от 0.05 millimolar per liter до 1.5 millimolar per liter с помощью УФ-видимого спектрометра. После этого определите концентрацию каждого из собранных образцов, используя калибровочный график. Затем постройте график зависимости определенной концентрации от времени сбора образцов.

Выполните линейную аппроксимацию по точкам и определите delta C по наклону прямой. Как видно здесь, скорости вымывания по краям для полиэфирных, поливиниловых, аминных, фторидных и поликарбонатных мембран являются линейными, что может быть определено по наклону линейной корреляции времени ET относительно потери массы. Поликарбонатные мембраны демонстрируют самую низкую скорость вымывания по краям среди трех полимерных мембран.

Контактный угол капли воды изменяется при нанесении покрытия из поли-HEMA на пористые поликарбонатные мембраны методом плазменной полимеризации. Здесь показана разница в контактном угле между немодифицированными мембранами и мембранами с привитым поли-HEMA при диаметрах пор 0.2 мкм и 1 мкм. Четко видно, что контактный угол поликарбонатной мембраны с покрытием из поли-HEMA не изменяется со временем, что указывает на долгосрочную стабильность покрытия.

Последующая модификация соединением 1 спиробензопирана увеличивает контактный угол до 100 градусов. Однако спиробензопиран может быть преобразован в более полярную форму мероцианина при облучении УФ-светом, и эта трансформация снижает контактный угол поверхности мембраны до 90 градусов. Проницаемость мембран измеряют с использованием диффузионной ячейки Франца.

Сопротивление изменению проницаемости снижается на 97% при освещении мембраны белым светом, что демонстрирует наличие светового отклика мембраны. После освоения эта методика может быть выполнена за несколько часов при условии правильного соблюдения протокола. После проведения данной процедуры на поверхность могут быть нанесены другие функциональные покрытия, например, чувствительные к температуре или pH. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как создавать светочувствительные покрытия, индуцированные плазмой.

Светочувствительные мембраны представляют собой интересную систему для изучения фотохимических свойств, таких как переключение цвета под воздействием УФ- и белого света или скорость затухания окрашенного состояния. Чтобы контролировать проницаемость мембран на этапе полимеризации, важно работать в инертной атмосфере. Помните, что работа с электродами высокого напряжения может быть чрезвычайно опасной, поэтому при выполнении данной процедуры всегда следует использовать средства предосторожности, такие как защитный экран между оператором и плазменной камерой.