Bir Kombine Yüzey Tırnak ve Postmodification Süreci Işık duyarlı Membranların Hazırlanması

Özet

Bir plazma kaynaklı polimerizasyon prosedürü polimer zarlar üzerinde yüzey başlatılan polimerizasyonu için açıklanmıştır. Fotokromık maddeler ile aşılanmış polimerin daha ileri postmodification ışığa duyarlı membran geçirgenliği ölçümleri iletken bir protokol ile sunulmuştur.

Özet

Ticari olarak temin edilebilen parça kenarlı bir polimer membran yüzey gerilimini değiştirmek amacıyla, bir yüzey tarafından başlatılan polimerizasyonun bir prosedür sunulmuştur. Membran yüzeyinden polimerizasyon 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) bir metanolik çözeltisi ile zar yüzeyi reaksiyona sokulması ve ardından, zarın plazma işlemi ile indüklenir. Özel dikkat önce yüzeyde polimerizasyona plazma muamelesi için işlem parametreleri verilir. Örneğin, membran farklı (örneğin, polyester, polikarbonat, poliviniliden florid) üzerinde plazma muamele etkisi incelenmiştir. Bundan başka, yüzey-aşılı membran zamana bağımlı stabilite, temas açısı ölçümleri ile gösterilmiştir. Bu şekilde poli (2-hidroksietil metakrilat) (PHEMA) aşılama zaman, yüzey daha fazla arzu edilen maddenin bir karboksilik asit fonksiyonu ile, polimerin alkol grubu esterlenmesi ile değiştirilebilir.Bu reaksiyonlar, bu nedenle, membran yüzeyinde fonksiyonelleştirilmesi için kullanılabilir. Örneğin, membran yüzey gerilimi değiştirilebilir ya da sunulan ışık yanıt gibi arzu edilen bir işlevsellik sokulabilir. Bu, ışık duyarlı zara açan bir karboksilik asit fonksiyonalize spirobenzopiran birimi ile PHEMA reaksiyona sokulması ile gösterilir. Çözücünün seçimi postmodification aşamada önemli bir rol oynar ve bu yazıda daha ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Bu tür işlevselleştirilmiş membran geçirgenliği ölçümleri, harici bir ışık kaynağı olan bir Franz hücre kullanılarak gerçekleştirilir. UV yelpazesi için görünür gelen ışığın dalga boyunu değiştirerek, sulu çözeltiler kafein geçirgenlik bir değişiklik gözlenmiştir.

Giriş

Malzemelerin plazma modifikasyonu birçok sanayi alanları önemli bir süreç haline gelmiştir. Malzemenin yığın özelliğini değiştirmeden yüzeyler ve yüzeylerin işlevsellik temizlemesi plazma işleme yüzey bilimi ^1-8 önemli bir süreç haline gelmiştir.

Polimerlerin plazma tedavi homolytic bağ bölünmesi ile sonuçlanır. Bunun anlamı, polimerik malzemeden bir kenar ve radikal zengin yüzeylerin oluşmasına yol açar. Oksijen molekülleri ihtiva eden plazma kullanılarak, yüzey oksijen açısından zengin hale gelir ve böylece daha hidrofilik ^9-11. Bununla birlikte, yüzeylerin hidrofilliğini zaman ¹² stabil değildir. Uzun süreli stabilitesini geliştirmek amacıyla, plazma ile muamele edilmiş yüzey, kimyasal olarak ^13-15 sonra veya plazma işlemi sırasında modifiye edilebilir. Bu muamele normal olarak plazma işlemi sırasında gaz fazına reaktif bir monomer türü eklenmesi ile gerçekleştirilir, bu monomerler daha sonra polimerizepolimer yüzeyinin oluşturulan radikaller. Kimyasal muamele, uçucu olmayan bir monomer ile gerçekleştirilirse, polimer aşılama plazma modifikasyonundan sonra yer almak zorundadır. Kökleri yüzeyinde oluşan sonra kontrollü bir aşılama gerçekleştirmek için, plazma ayar kontrol edilen koşullar altında ^12,16 çözelti içinde yüzeyden plazma tarafından başlatılan yüzey indüklenen polimerizasyonu sağlayan, tarif edilmektedir.

Sunum parça kenarlı polimer membranların ^12,17 değiştirilmesi üzerinde duruluyor. Bu membran yüzey gerilimini değiştirerek, geçirgenlik oranı, ¹² değiştirilebilir. Bu temiz ve hızlı işlem polimer zar toplu özelliğini değiştirmeden tüm membran yüzeyini kaplayan çok ince bir tabakadan (<5 nm) oluşturulmasını sağlar. Nedeniyle, plazma işlemi sırasında kenar için, parça kenarlı membranların gözenek çapı hafifçe ¹² arttırır. Kenar oranı dependi olduğunung polimere ve doğrusal bir davranışa sahiptir.

Reaktif işlevsel gruplarına sahip olan monomerler kullanırken, aşılı polimerler, daha da fonksiyonalize edilebilir. Bu, karboksilik asit ile fonksiyonelleştirilmiş spiropyran bir PHEMA-aşılı zarın postmodification ile gösterilmiştir. UV-ışını ile muamele zaman spiropyran bir merocyanine türlere dönüştürmek için bilinen, bu durum, bir fotokromık yüzey ile sonuçlanır. Spiropyran bir şekilde görünür ışık ile merocyanine form (Şekil 1) ^18,19 irradyasyonu ile yeniden tesis edilebilir. Merocyanine formu spiropyran devlet daha fazla polar olduğu, kaplamanın yüzey gerilimi ışık ²⁰ ile tetiklenebilir. Yüzey geriliminde değişim yönelik sulu çözeltiler, zarın geçirgenliği direnci etkilemektedir. Nasıl bu ışık duyarlı membranların geçirgenliği testleri gerçekleştirmek için set-up gösterilir ve geçirgenlik direnci önemli değişiklik (i azaltmak% 97 oranında n geçirgenlik direnci) gösterilmiştir. Bu tür bir zar, bir ilaç verme kurulumunda veya akıllı algılama sistemleri entegre edilebilir.

Spirobenzopiran bileşik 1 Şekil 1.. Photoisomerization.

Protokol

1.. Plazma başlatılan Polimerleşmesi

1. Monomer çözeltisinin hazırlanması.
   1. 200 ml su içinde ve bir ayırma hunisinde heksan (100 mi) ile 3 kere yıkayın, HEMA (0,718 mol 100 mi) içinde çözülür. Sodyum klorid ile sulu faz Doymuş ve dietil eter (50 mi) ile HEMA ekstrakte edin. MgSO ₄ üzerinde organik faz kurutulur ve çözücü madde vakum içinde (100 mbar, 40 ° C) çıkarın. Indirgenmiş basınç altında distile HEMA (15 mbar, 99 ° C).
   2. Bölüm 1.1.1 'de üretilen inhibitör içermeyen HEMA bir 0.62 M metanolik çözelti hazırlayın. Bir-boyunlu şişe içine, çözeltinin 30 ml dökün ve 1 saat için çözelti içinden Argon geçirmek suretiyle oksijen ortadan kaldırır.
2. Yüzey indüklenen polimerizasyonu.
   1. Pozisyon yanyana, plazma odası, iki polikarbonat zarları (Şekil 2). Gaz fazı doğru işaret zarın parlak yan.
   2. Ah, plazma odası geç5 dakika boyunca üksek vakum (20 mbar). Vakum vanasını kapatın ve bir argon ve oksijen gazı bağlı olan ve 15 sccm argon ve 2.5 sccm oksijen ile 2 saat boyunca bu karışımı ile tasfiye edilir odacığı, diğer valf, açın.
   3. Plazmayı başlatmak ve (polikarbonat membran için: 12 W) istenen güce etkisini engeller ve plazma ile, 4 dakika için membranlar tedavi. Karşılık gelen valf, açılarak bölmenin ile monomer çözeltisi bağlayın. Plazma kapatın ve odasını tahliye.
   4. Karşılık gelen valf, açılarak bölmenin ile monomer çözeltisi bağlayın ve bölmenin içine solüsyonu dökün. Zarlar monomer çözeltisi ile kaplı olduğundan emin olun. Argon bağlı vanasını açın ve 20 ° C (oda durumunu) 12 saat boyunca reaksiyon karışımının saklayın.
   5. Monomer çözeltisi çıkarın. 5 dakika boyunca ultrasonik bir banyo içinde, metanol ile zarları yıkayın. Su ile yıkama işlemi tekrar edin.
   6. In membran Kuruvakum altında 2 saat boyunca moleküler elekler üzerinde.

2. Kaplamalı Membran Postmodification

1. Tert-butylmetylether ve dimetil-aminopiridin (DMAP) (33 mg, 0.27 mmol), N, N-disikloheksilkarbodiimid (DCC) (0.27 mmol 55 mg); spirobenzopiran 1 ihtiva eden bir çözelti (Şekil 1) (0.27 mmol 100 mg) hazırlanması (TBME) (12 mi).
2. , Yuvarlak dipli bir şişeye bir karıştırma çubuğu ve koruma, bir koruyucu ızgara yerleştirin. Şişeyi kurutun ve argon ile şişe sel.
3. Kaplanmış zar, ardından şişeye, çözelti içine dökün.
4. 12 saat boyunca oda sıcaklığında yavaşça karıştırın.
5. Çözeltisi çıkarın ve 5 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda tert-butylmetylether ile membran yıkayın. , Etanol ve su ile yıkama işlemini tekrarlayın.
6. 2 saat boyunca moleküler elekler üzerinde vakum içinde membran kurutun.

3. Yüzey Gerilimi Ölçümler

1. metal O-ring üzerinde standart bir bant ile membran Fix. O-halkası ile temas halinde değildir, zar yüzeyinde, bir kısmının üzerine nanopure, su (3.3 ul), bir damla yerleştirin. Membranın 5 farklı noktalarda temas açısı (CA) ölçün.
2. Numunelerin uzun süreli stabilitesini test etmek için, üç farklı 0 sonra membran noktalar, 1, 2, 3, 7, 14, ve 21 gün temas açılarını ölçmek.

4. Fotokromık Membranlarının geçirgenliği Testleri

1. Su ile Franz difüzyon hücresi (12 mi) reseptör odası doldurun.
2. Bir Franz difüzyon hücresine membran düzeltildi. Zar reseptör haznesinin su ile temas halinde olduğundan emin olun. Sulu kafein çözeltisi (; 3.0 ml 20 mM) ile verici odası (membran üstünde odası) doldurun. Beyaz ışık verici bölmesi (Şekil 3) üst zarı ışın tedavisi. Reseptör hücre örnekleri (200 ul) toplamak; fo200 nm gözenek çapına sahip r parça kenarlı polikarbonat zarları, numuneleri her 10 dakikada bir toplar.
3. Adım 4.2 'de anlatıldığı gibi deney tekrarlayın. ancak tüm geçirgenlik test esnasında UV ışığı (366 nm, 80 W / m ²⁾ ile membran ışın.
4. Toplanan numunelerin kafein konsantrasyonunun belirlenmesi.
   1. UV / Vis spektrometre kullanılarak (ml 0.05 mg / ve 1.5 mM / L arasında) 15 farklı kafein konsantrasyonları ile bir kalibrasyon eğrisi çizilir. 293 nm 'de kalibre edin.
   2. Kalibrasyon eğrisi kullanılarak toplanan numunelerin her konsantrasyonunu belirleyin.
   3. Vs belirlenen konsantrasyonu çizilir. Toplanan numunelerin saati. Noktaları aracılığıyla doğrusal bir uyum yapmak ve yamaç Δc belirler.

Sonuçlar

Etch oranı, farklı zaman sonra membran tartı ile takip edilebilir. Şekil 4'ten görülebileceği gibi, etch oranı poliester, poliviniliden florür takip eder ve polikarbonat kütle kaybı karşı etch zaman doğrusal bağıntı eğiminden belirlenebilir doğrusal etch oranı, membranlar. Şekil 4'te gösterildiği gibi, polikarbonat membran her üç polimer zarların düşük etch hızını gösterir. Aşındırmanın bir sonucu gözenek çapı değişimidir. Yaklaşık% 20 ile ^12,17 plazma işleme...

Tartışma

Plazma işlemi, iyonize argon neden olduğu mor bir gaz üretir. Bir turuncu renk bir sızıntı istenmeyen azot varlığını işaret eder. Plazma işlemi, sadece yüzeyde değil, aynı zamanda, kökler oluşturan membran ^7,12 çözünen bir madde değildir. Çok fazla aşındırma, zarın geçirgenliğinin etkileyecek olan, önemli ölçüde gözenek çapına değiştirebilir. Sunulan kurulumunun kontrollü reaksiyon koşulları, plazma tarafından başlatılan aşılama işlemi tekrarlanabilirliğini arttırmak izin verir. Bununla birlikte, plazma odası...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
2-Hidroksietil metakrilat, %97	Sigma-Aldrich	128635
Hekzan %99	Biosolve
Magnezyum sülfat (MgSO4, susuz)	Sigma-Aldrich	M7506
Metanol, %99	Sigma-Aldrich	14262	moleküler elekler üzerinde kurutulmuş
N, N-Disilkoheksilkarbodiimid,% 99	Sigma-Aldrich	D8002
Dimetil aminopiridin,% 99	Sigma-Aldrich	107700
Tert-butilmetileter,% 98	Fluka	306975
Polikarbonat membran	Whatman		Nanopor Parça Kazınmış (TE) (1.0 μ m, 0.2 & mu; m, 0.1 & mu; m, 50 nm, 30 nm ve 15 nm gözenek çapı; 47 mm veya 25 mm membran çapı)
Kafein (reaktif artı)	Sigma-Aldrich	C0750
Franz difüzyon hücresi (12 ml)	SES-Analysisysteme	6C010015	15 mm jacheted Franz Cell, 12 ml Reseptör hacmi, Düz zemin, şeffaf cam, karıştırma çubuğu ve kelepçe
UV Lambası			UV ışınlaması (366 nm, 15 W/m2)
Beyaz ışık lambası			Beyaz ışık ışınlaması (500 W ampul)
UV/Vis spektrofotometresi	Varian 50Bio/50MPR
Polyester membranlar	Sterlitech	PET0225100	Polyester Membran Filtreleri, 0,2 & mu; m gözenek çapı, 25 mm çap
Poliviniliden florür membranlar	Millipore		PVDF Membranlar Durapore (0.22 μ m gözenek çapı; 47 mm membran çapı)
Argon (%99,9995)	Alphagaz
Dressler Cesar RF Jeneratör			Plazma odası kurulumu
MKS Çoklu Gaz Kontrol Cihazı 647C			Plazma odası kurulumu
MKS Kütle Akışı kontrolörleri			Plazma odası kurulumu
Vacuubrand RE 2.5 döner kanatlı vakum pompası			Plazma odası kurulum
Temas açısı ölçüm cihazı	Krü ss	G10
Mettler Toledo	AB204-S ve Mettler ME30		Terazileri