إعداد الأغشية ضوء استجابة من قبل التطعيم سطح الجامع وعملية Postmodification
Summary
يوصف إجراء البلمرة التي يسببها البلازما لبلمرة-بدأت على سطح الأغشية البوليمر. ويرد مزيد من postmodification من البوليمر المطعمة بمواد اللونية مع بروتوكول إجراء قياسات نفاذية الأغشية للضوء استجابة.
Abstract
من أجل تعديل التوتر السطحي للأغشية التجارية المتاحة البوليمر ذو حدين المسار، ويعرض إجراء البلمرة بمبادرة السطح. هو فعل البلمرة من سطح الغشاء عن طريق العلاج البلازما من الغشاء، تليها رد فعل سطح الغشاء بمحلول المثيلي لميتاكريليت 2 هيدروكسي (HEMA). ويولى اهتمام خاص لمعلمات عملية لعلاج البلازما قبل البلمرة على السطح. على سبيل المثال، يتم دراسة تأثير المعاملة البلازما على أنواع مختلفة من الأغشية (مثل البوليستر والبولي، البولي فينيل الفلوريد). وعلاوة على ذلك، يظهر الاستقرار التي تعتمد على الوقت من الأغشية المطعمة السطح بواسطة قياسات زاوية الاتصال. عندما تطعيم بولي (2 هيدروكسي إيثيل ميتاكريليت) (PHEMA) في هذا السبيل، والسطح يمكن تعديلها عن طريق الأسترة مزيد من شاردة الكحول من البوليمر مع وظيفة حمض الكربوكسيلية للمادة المطلوب.وبالتالي، يمكن أن تستخدم هذه التفاعلات لfunctionalization من سطح الغشاء. على سبيل المثال، التوتر السطحي للغشاء يمكن تغييرها أو وظيفة على النحو المرغوب فيه استجابة للضوء وقدم يمكن إدراجها. ويتجلى ذلك من خلال رد فعل PHEMA مع حمض الكربوكسيلية بين functionalized حدة spirobenzopyran الأمر الذي يؤدي إلى غشاء ضوء استجابة. اختيار المذيبات يلعب دورا رئيسيا في الخطوة postmodification ويتم مناقشتها بمزيد من التفصيل في هذه الورقة. يتم إجراء قياسات النفاذية لهذه الأغشية بين functionalized باستخدام خلية فرانز مع مصدر ضوء خارجي. عن طريق تغيير الطول الموجي للضوء من مرئية للالمدى للأشعة فوق البنفسجية، لوحظ تغيير في نفاذية حلول الكافيين مائي.
Introduction
أصبح التعديل البلازما مواد عملية هامة في العديد من المجالات الصناعية. جعلت تنظيف الأسطح وfunctionalization الأسطح دون تغيير الخاصية الأكبر من المواد في العلاج البلازما عملية أساسية في العلوم سطح 1-8.
العلاج البلازما البوليمرات يؤدي إلى انشقاق السندات homolytic. هذا يؤدي إلى متفوقا من المواد البوليمرية وإلى تشكيل الأسطح الغنية الراديكالية. باستخدام البلازما التي تحتوي على جزيئات الأكسجين، ويصبح سطح الغني بالأكسجين وبالتالي أكثر ماء 9-11. ومع ذلك، فإن hydrophilicity من السطوح ليست مستقرة على مر الزمن 12. من أجل تعزيز الاستقرار طويل الأجل، والمعالجة السطحية البلازما يمكن تعديلها كيميائيا بعد أو أثناء عملية البلازما 13-15. يتم تنفيذ هذا العلاج عادة عن طريق إضافة أنواع مونومر رد الفعل إلى مرحلة الغاز أثناء عملية البلازما، وهذه مونومرات ثم بلمرةمن الجذور إنشاؤها من سطح البوليمر. إذا تم إجراء المعالجة الكيميائية مع مونومر غير قلق، وتطعيم البوليمر أن تجري بعد التعديل البلازما. من أجل إجراء التطعيم بعد سيطرة تتشكل الجذور على السطح، ويوصف الإعداد البلازما، والذي يسمح للبلمرة الناجم عن سطح بدأ البلازما من على سطح الأرض في الحل تحت ظروف محكومة 12،16.
ويركز العرض على تعديل الأغشية البوليمر ذو حدين المسار 12،17. عن طريق تعديل التوتر السطحي من هذه الأغشية، ومعدل نفاذية يمكن أن تختلف 12. هذه العملية نظيفة وسريعة يسمح لخلق طبقات رقيقة جدا (<5 نانومتر)، والتي تغطي سطح الغشاء بأكمله دون تغيير الخاصية الأكبر من غشاء البوليمر. ويرجع ذلك إلى متفوقا أثناء عملية البلازما، وأقطار المسام من الأغشية ذو حدين المسار زيادة طفيفة 12. معدل متفوقا هو dependiنانوغرام على البوليمر ولها سلوك الخطية.
عند استخدام مونومرات مع المجموعات الوظيفية على رد الفعل، والبوليمرات المطعمة يمكن بين functionalized أخرى. ويتجلى ذلك من خلال postmodification من غشاء المطعمة PHEMA مع حمض الكربوكسيلية بين functionalized spiropyran. هذه النتائج في سطح اللونية، ومن المعروف منذ spiropyran للتحول إلى أنواع merocyanine عندما المشع مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يمكن إعادة تأسيس شكل spiropyran بواسطة تشعيع شكل merocyanine مع الضوء المرئي (الشكل 1) 18،19. منذ شكل merocyanine هو أكثر القطبية من الدولة spiropyran، التوتر السطحي للطلاء يمكن أن تسبب مع ضوء 20. التغيير في التوتر السطحي يؤثر على مقاومة نفاذية الغشاء نحو المحاليل المائية. مجموعة المتابعة كيفية إجراء اختبارات نفاذية هذه الأغشية للضوء استجابة سيتم عرض وتغيير كبير في مقاومة نفاذية (تقليل طويتجلى ن مقاومة نفاذية بنسبة 97٪). مثل هذا الغشاء يمكن أن تكون متكاملة في الإعداد لتقديم الأدوية أو في أنظمة الاستشعار الذكية.
الشكل 1. الايزوميرة الضوئية من مركب spirobenzopyran 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
عملية البلازما تنتج الغاز الأرجواني، والذي كان سببه الأرجون المتأين. فإن وجود اللون البرتقالي تشير إلى وجود النيتروجين غير مرغوب فيها من تسرب. لا تشكل عملية البلازما فقط المتطرفين على السطح ولكن أيضا يحفر الغشاء 7،12. الكثير من الحفر يمكن تغيير قطر المسام بشكل م…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل ماليا من قبل مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية (المفدال 62 – المواد الذكية). واعترف أيضا هو دعم B. هانسلمان، K. كيهل، U. شوتس وباء LEUTHOLD.
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 |
Riferimenti
- d’Agostino, R. . Basic Approaches to Plasma Production and Control. , (2008).
- Liston, E. M., Martinu, L., Wertheimer, M. R. Plasma surface modification of polymers for improved adhesion: a critical review. J. Adh. Sci. Technol. 7 (10), 1091-1127 (1993).
- Siow, K. S., Britcher, L., Kumar, S., Griesser, H. J. Plasma Methods for the Generation of Chemically Reactive Surfaces for Biomolecule Immobilization and Cell Colonization – A Review. Process. Polymers. 3 (6-7), 392-418 (2006).
- Hossain, M. M., Hegemann, D., Herrmann, A. S., Chabrecek, P. Contact angle determination on plasma-treated poly(ethylene terephthalate) fabrics and foils. Appl. Polymer Sci. 102 (2), 1452-1458 (2006).
- Guimond, S., Hanselmann, B., Amberg, M., Hegemann, D. Plasma functionalization of textiles: Specifics and possibilities. Pure Appl. Chem. 82 (6), 1239-1245 (2010).
- Lymberopoulos, D. P., Economou, D. J. Modeling and simulation of glow discharge plasma reactors. Journal of Vacuum Sci. Technol. A Vacuum Surf. Films. 12 (4), 1229-1236 (1994).
- Hegemann, D., Brunner, H., Oehr, C. Plasma treatment of polymers for surface and adhesion improvement. Nuclear Instr. Methods Phys. Res. B Interact. Atoms. 208, 281-286 (2003).
- Øiseth, S. K., Krozer, A., Kasemo, B., Lausmaa, J. Surface modification of spin-coated high-density polyethylene films by argon and oxygen glow discharge plasma treatments. Appl. Surf. Sci. 202 (1-2), 92-103 (2002).
- Choi, W. -. K., Koh, S. -. K., Jung, H. -. J. Surface chemical reaction between polycarbonate and kilo-electron-volt energy Ar[sup + ] ion in oxygen environment. J. Vacuum Sci. Technol. A Vacuum Surf. Films. 14 (4), 2366-2371 (1996).
- Kitova, S., Minchev, M., Danev, G. RF plasma treatment of polycarbonate substrates. Optoelectron. Adv. Mater. 7 (5), 2607-2612 (2005).
- Friedrich, J. F., Mix, R., Schulze, R. D., Meyer-Plath, A., Joshi, R., Wettmarshausen, S. New plasma techniques for polymer surface modification with monotype functional groups. Plasma Process. Polymers. 5 (5), 407-423 (2008).
- Baumann, L., et al. Tuning the resistance of polycarbonate membranes by plasma-induced graft surface modification. Appl. Surf. Sci. 268, 450-457 (2013).
- Hegemann, D., Hossain, M. M., Balazs, D. J. Nanostructured plasma coatings to obtain multifunctional textile surfaces. Prog. Org. Coatings. 58 (2-3), 237-240 (2007).
- Gengenbach, T., Vasic, Z., Li, S., Chatelier, R., Griesser, H. Contributions of restructuring and oxidation to the aging of the surface of plasma polymers containing heteroatoms. Plasmas Polymers. 2 (2), 91-114 (1997).
- Gengenbach, T. R., Chatelier, R. C., Griesser, H. J. Characterization of the Ageing of Plasma-deposited Polymer Films: Global Analysis of X-ray Photoelectron Spectroscopy Data. Interface Anal. 24 (4), 271-281 (1996).
- Hirotsu, T., Nakajima, S. Water ethanol permseparation by pervaporation throught the plasma graft copolymeric membranes of acrylic acid and acrylamide. Appl. Polymer Sci. 36 (1), 177-189 (1988).
- Baumann, L., de Courten, D., Wolf, M., Rossi, R. M., Scherer, L. J. Light-Responsive Caffeine Transfer through Porous Polycarbonate. Appl. Mater. Interf. 5 (13), 5894-5897 (2013).
- Minkin, V. I. Photo-, thermo-, solvato-, and electrochromic spiroheterocyclic compounds. Chem. Rev. 104 (5), 2751-2776 (2004).
- Berkovic, G., Krongauz, V., Weiss, V. Spiropyrans and spirooxazines for memories and switches. Chem. Rev. 100 (5), 1741-1753 (2000).
- Vlassiouk, I., Park, C. -. D., Vail, S. A., Gust, D., Smirnov, S. Control of Nanopore Wetting by a Photochromic Spiropyran: A Light-Controlled Valve and Electrical Switch. Lett. 6 (5), 1013-1017 (2006).
- Baumann, L., et al. Development of light-responsive porous polycarbonate membranes for controlled caffeine delivery. RSC Adv. 3 (45), 23317-23326 (2013).
- Nicoletta, F. P., Cupelli, D., Formoso, P., De Filpo, G., Colella, V., Gugliuzza, A. Light Responsive Polymer Membranes: A Review. Membranes. 2 (1), 134-197 (2012).
