Preparazione di membrane Light-responsive da un innesto superficie combinata e Postmodifica processo

Summary

Una procedura di polimerizzazione indotta dal plasma è descritta per la polimerizzazione superficie avviato su membrane polimeriche. Ulteriori postmodifica del polimero innestato con sostanze fotocromiche è presentato con un protocollo di effettuare le misure di permeabilità delle membrane luce-reattiva.

Abstract

Al fine di modificare la tensione superficiale delle membrane commerciali disponibili taglio pista polimero, un procedimento di polimerizzazione in superficie avviato è presentato. La polimerizzazione dalla superficie della membrana è indotta dal trattamento al plasma della membrana, seguita facendo reagire la superficie della membrana con una soluzione metanolica di 2-idrossietil metacrilato (HEMA). Particolare attenzione è data ai parametri di processo per il trattamento al plasma prima della polimerizzazione sulla superficie. Ad esempio, l'influenza del plasma-trattamento su diversi tipi di membrane (ad esempio poliestere, policarbonato, fluoruro di polivinilidene) è studiato. Inoltre, la stabilità tempo-dipendente delle membrane superficiali innestato è indicato da misure di angolo di contatto. Quando l'innesto poli (2-idrossietil metacrilato) (PHEMA) in questo modo, la superficie può essere ulteriormente modificata per esterificazione della parte alcoolica del polimero con una funzione di acido carbossilico della sostanza desiderata.Queste reazioni possono pertanto essere utilizzati per la funzionalizzazione della superficie della membrana. Ad esempio, la tensione superficiale della membrana può essere modificata o una funzionalità desiderata come la luce-reattività presentato può essere inserito. Ciò è dimostrato facendo reagire PHEMA con un acido carbossilico funzionalizzato unità spirobenzopyran che porta ad una membrana luce-reattiva. La scelta del solvente gioca un ruolo importante nel passaggio postmodifica e viene discussa in maggior dettaglio in questo documento. Le misure di permeabilità di tali membrane funzionalizzate sono eseguiti utilizzando una cella Franz con una fonte di luce esterna. Modificando la lunghezza d'onda della luce visibile al UV-gamma, si osserva un cambiamento di permeabilità di soluzioni acquose caffeina.

Introduction

Modifica plasma dei materiali è diventato un processo importante in molti campi industriali. Pulizia delle superfici e funzionalizzazione di superfici senza cambiare la proprietà maggior parte del materiale è fatto il trattamento al plasma un processo essenziale nella scienza delle superfici ^1-8.

Il trattamento al plasma dei polimeri si traduce in omolitico legame scissione. Questo porta ad un bordo del materiale polimerico e alla formazione di superfici ricche radicali. Utilizzando plasma contenente molecole di ossigeno, la superficie diventa ossigenato e quindi più idrofilo ^9-11. Tuttavia, l'idrofilia delle superfici non è stabile nel tempo ^12. Al fine di migliorare la stabilità a lungo termine, la superficie plasma trattato può essere modificato chimicamente dopo o durante il processo al plasma ^13-15. Questo trattamento viene normalmente eseguito aggiungendo un reattivo specie monomeriche nella fase gassosa durante il processo al plasma; questi monomeri poi polimerizzanodai radicali creati della superficie del polimero. Se il trattamento chimico viene eseguita con un monomero non volatile, l'innesto polimero deve avvenire dopo la modifica plasma. Al fine di effettuare un innesto controllata dopo i radicali si formano sulla superficie, una configurazione plasma è descritto, che consente la polimerizzazione superficie indotta plasma avviati dalla superficie in soluzione in condizioni controllate ^12,16.

La presentazione si concentra sulla modifica delle membrane polimeriche taglio track ^12,17. Modificando la tensione superficiale di queste membrane, il tasso di permeabilità può essere variata ^12. Questo processo pulito e veloce permette la creazione di strati molto sottili (<5 nm), che coprono l'intera superficie della membrana senza modificare la struttura grosso della membrana polimerica. A causa del bordo durante il processo al plasma, i diametri dei pori delle membrane taglio pista aumentano leggermente ^12. Il tasso di bordo è depending sul polimero e ha un comportamento lineare.

Quando si utilizzano monomeri con gruppi funzionali reattivi, i polimeri innestati possono essere ulteriormente funzionalizzati. Ciò è dimostrato dal postmodifica di una membrana PHEMA innestata con un acido carbossilico spiropyran funzionalizzato. Ciò si traduce in una superficie fotocromatica, poiché spiropyran è noto per trasformare in una specie merocyanine quando irradiato con luce UV. Il modulo spiropyran può essere ristabilita irradiando la forma merocyanine con luce visibile (Figura 1) ^18,19. Poiché la forma merocyanine è più polare stato spiropyran, la tensione superficiale del rivestimento può essere attivato con la luce ^20. La variazione di tensione superficiale influenza la resistenza permeabilità della membrana verso soluzioni acquose. Il set-up come eseguire le prove di permeabilità di queste membrane di luce-reattiva verrà mostrato e il cambiamento significativo nella resistenza permeabilità (diminuire in Resistenza permeabilità del 97%) è dimostrata. Tale membrana può essere integrato in una configurazione di somministrazione di farmaci o in sistemi intelligenti di rilevamento.

Figura 1. Fotoisomerizzazione di composto spirobenzopyran 1.

Protocol

1. Polimerizzazione al plasma avviata Preparazione della soluzione di monomero. Sciogliere HEMA (100 ml, 0,718 moli) in 200 ml di acqua e lavare 3x con esano (100 ml) in un imbuto separatore. Saturare la fase acquosa con cloruro di sodio ed estrarre il HEMA con etere etilico (50 ml). Essiccare la fase organica su MgSO4 e rimuovere il solvente sotto vuoto (100 mbar, 40 ° C). Distillare l'HEMA a pressione ridotta (15 mbar; 99 ° C). Preparare una soluzione 0,62 M meta…

Representative Results

La velocità di incisione può essere seguita pesando la membrana dopo diversi periodi di tempo. Come si può vedere dalla figura 4, la velocità di incisione segue per poliestere, fluoruro di polivinilidene, e policarbonato membrane una velocità di incisione lineare, che può essere determinato dalla pendenza della correlazione lineare del tempo etch contro perdita di massa. Come mostrato in figura 4, le membrane di policarbonato mostrano il tasso di etch basso di tutti i tre…

Discussion

Il processo plasma produce un gas viola, che è causato da argon ionizzato. Un colore arancione denota la presenza di azoto indesiderato da una perdita. Il processo al plasma non solo formare radicali sulla superficie, ma anche incide la membrana ^7,12. Troppo incisione può cambiare il diametro dei pori significativamente, che influenzerebbe la permeabilità della membrana. Le condizioni di reazione controllate della configurazione presentata permettono migliorare la riproducibilità del processo di innesto p…

Materials

Name of Reagent/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
2-Hydroxyethyl methacrylate, 97%	Sigma-Aldrich	128635
Hexane 99%	Biosolve
Magnesium sulfate (MgSO4, anhydrous)	Sigma-Aldrich	M7506
Methanol, 99%	Sigma-Aldrich	14262	dried over molecular sieves
N,N-Dicylcohexylcarbodiimide, 99%	Sigma-Aldrich	D8002
Dimethyl aminopyridine, 99%	Sigma-Aldrich	107700
Tert-butylmethylether, 98%	Fluka	306975
Polycarbonate membrane	Whatman		Nanopore Track Etched (TE) (1.0 μm, 0.2 μm, 0.1 μm, 50 nm, 30 nm and 15 nm pore diameter; 47 mm or 25 mm membrane diameter)
Caffeine (reagent plus)	Sigma-Aldrich	C0750
Franz diffusion cell (12 ml)	SES-Analysesysteme	6C010015	15mm unjacheted Franz Cell, 12 ml Receptor volume, Flat ground, clear glass, stirbat and clamp
UV-Lamp			UV irradiation (366 nm, 15 W/m2)
White light lamp			White light irradiation (500 W bulb)
UV/Vis spectrophotometer	Varian 50Bio/50MPR
Polyester membranes	Sterlitech	PET0225100	Polyester Membrane Filters, 0.2 μm pore diameter, 25 mmm diameter
Polyvinylidene fluoride membranes	Millipore		PVDF Membranes Durapore (0.22 μm pore diameter; 47 mm membrane diameter)
Argon (99.9995%)	Alphagaz
Dressler Cesar RF Power Generator			Plasma chamber setup
MKS Multi Gas Controller 647C			Plasma chamber setup
MKS Mass-Flow controllers			Plasma chamber setup
Vacuubrand RE 2.5 rotary vane vacuum pump			Plasma chamber setup
Contact angle measurement device Krüss G10
Balances Mettler Toledo AB204-S and Mettler ME30