Udarbejdelse af Light-responsive Membraner med et samlet overfladeareal Pode og Postmodification Process

Summary

En plasma-induceret polymerisation procedure er beskrevet for overflade-initierede polymerisation på polymer membraner. Yderligere postmodification af den podede polymer med fotokromiske stoffer præsenteres med en protokol af ledende målinger af lys-lydhør membraner permeabilitet.

Abstract

For at modificere overfladespændingen af ​​kommercielt tilgængelige spor kanter polymermembraner er en procedure for overflade-initieret polymerisation præsenteres. Polymerisationen fra membranoverfladen induceres ved plasmabehandling af membranen, efterfulgt af omsætning membranoverfladen med en methanolisk opløsning af 2-hydroxyethylmethacrylat (HEMA). Særlig opmærksomhed er givet til procesparametre for plasma behandling forud for polymerisering på overfladen. For eksempel er indflydelsen af plasma-behandling på forskellige typer af membraner (f.eks polyester, polycarbonat, polyvinylidenfluorid) undersøgt. Endvidere er den tidsafhængige stabilitet overfladeaktive podede membraner vist ved kontakt vinkelmålinger. Ved podning poly (2-hydroxyethylmethacrylat) (PHEMA) på denne måde, kan overfladen yderligere modificeres ved forestring af alkoholdelen af ​​polymeren med en carboxylsyre funktion af det ønskede stof.Disse reaktioner kan derfor anvendes til funktionalisering af membranoverfladen. For eksempel kan overfladespændingen af ​​membranen ændres eller en ønsket funktionalitet som præsenteret lys reaktionsevne kan indsættes. Dette demonstreres ved at omsætte PHEMA med en carboxylsyre funktionaliseret spirobenzopyran enhed, der fører til en lys-membran. Valget af opløsningsmiddel spiller en vigtig rolle i postmodification trin og er diskuteret mere detaljeret i dette dokument. Målingerne af sådanne funktionaliserede membraner permeabilitet udføres ved hjælp af en Franz-celle med en ekstern lyskilde. Ved at ændre bølgelængden af ​​lys fra det synlige til UV-området, der observeres en ændring i permeabiliteten af ​​vandige koffein løsninger.

Introduction

Plasma modifikation af materialer er blevet en vigtig proces i mange industrielle områder. Rengøring af overflader og funktionalisering af overflader uden at ændre størstedelen egenskab ved materialet har gjort plasmabehandling en vigtig proces i overfladen videnskab ^1-8.

Plasma behandling af polymerer resulterer i homolytisk bindingsspaltning. Dette fører til en kant af det polymere materiale og dannelse af radikale rige overflader. Ved hjælp af plasma indeholdende ilt molekyler, bliver overfladen iltrigt og dermed mere hydrofil ^9-11. Men hydrofiliciteten af overfladerne er ikke stabil over tid ^12. For at styrke den langsigtede stabilitet, kan plasma behandlede overflade være kemisk modificeret efter eller under plasmaproces ^13-15. Denne behandling udføres normalt ved tilsætning af reaktive monomere arter i gasfasen under plasma-processen; disse monomerer derefter polymerisererfra de oprettede radikaler med polymeroverfladen. Hvis den kemiske behandling udføres med en ikke-flygtig monomer, polymer podning skal finde sted efter plasma modifikation. For at udføre en kontrolleret podning efter de radikale er dannet på overfladen, er en plasma-setup beskrives, hvilket gør det muligt for plasma-initierede overflade-induceret polymerisation fra overfladen i opløsning under kontrollerede forhold ^12,16.

Præsentationen fokuserer på ændring af spor kanter polymermembraner ^12,17. Ved at modificere overfladespændingen af disse membraner kan permeabilitet varieres ^12. Denne rene og hurtig proces muliggør skabelse af meget tynde lag (<5 nm), der dækker hele membranoverfladen uden at ændre størstedelen ejendom polymermembran. På grund af den kant under plasma-processen, de porediametrene af sporet kanter membraner forøge anelse ^12. Den kantning sats er depending på polymeren og har en lineær opførsel.

Ved anvendelse af monomerer med reaktive funktionelle grupper, kan de podede polymerer funktionaliseres yderligere. Dette er påvist ved postmodification af en PHEMA-podet membran med en carboxylsyre funktionaliseret spiropyran. Dette resulterer i en fotokemisk overflade, da spiropyran er kendt for at omdanne en merocyanin arter, når de bestråles med UV-lys. Den spiropyran formular kan genetableres ved at bestråle merocyanin formularen med synligt lys (figur 1) ^18,19. Da merocyanin form er mere polær end den spiropyran tilstand, kan overfladespændingen af belægningen udløses med lys ^20. Ændringen i overfladespænding påvirker modstanden af ​​membranen i retning af vandige opløsninger permeabilitet. Det set-up, hvordan du udfører de permeabilitet test af disse lette-reagerende membraner vil blive vist, og den betydelige ændring i modstand permeabilitet (falde in modstand gennemtrængelighed med 97%), er dokumenteret. En sådan membran kan integreres i en drug delivery opsætning eller i smart sensorsystemer.

Figur 1. Fotoisomerisering af spirobenzopyran forbindelse 1.

Protocol

1.. Plasma-initieret polymerisation Forberedelse af monomeropløsning. Opløs HEMA (100 ml, 0,718 mol) i 200 ml vand og vaskes 3 gange med hexan (100 ml) i en skilletragt. Den vandige fase mættes med natriumchlorid og ekstraheres HEMA med diethylether (50 ml). Den organiske fase tørres over MgSO4, og opløsningsmidlet fjernes i vakuum (100 mbar, 40 ° C). Destillere HEMA under reduceret tryk (15 mbar 99 ° C). Forbered en 0,62 M Methanoloploesningen af ​​inhibitorf…

Representative Results

Den ætsehastighed kan følges ved vejning membranen efter forskellige tidsperioder. Som det kan ses fra figur 4 ætsehastighed således for polyester, polyvinylidenfluorid og polycarbonatmembraner en lineær ætsehastighed, som kan bestemmes ud fra hældningen af den lineære korrelation af etch tid versus massetab. Som vist i figur 4, de polycarbonatmembraner viser den laveste etch sats af alle tre polymermembraner. En konsekvens af ætsning er ændringen i porediameter. Diam…

Discussion

Plasma proces producerer en lilla gas, som er forårsaget af ioniseret argon. En orange farve ville indikere tilstedeværelsen af ​​uønsket kvælstof fra en lækage. Plasma proces ikke kun danne radikaler på overfladen, men også ætser membranen ^7,12. For meget ætsning kan ændre porediameter betydeligt, hvilket vil påvirke membranens permeabilitet. De kontrollerede reaktionsbetingelserne for præsenterede opsætning tillader forbedre reproducerbarheden af ​​plasma-initieret podning proces. Ikke …

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