Beredning av Light-responsiva Membran av en Kombinerad Surface Ympning och Postmodification Process

Summary

En plasma-inducerad polymerisation förfarande beskrives för den yt-initierad polymerisation på polymermembran. Ytterligare postmodification av den ympade polymeren med fotokromatiska ämnen presenteras med ett protokoll för att föra permeabilitet mätningar av ljus lyhörd membran.

Abstract

För att modifiera ytspänningen hos kommersiella tillgängliga spårkantade polymermembran, är ett förfarande för yt-initierad polymerisation presenteras. Polymerisationen från membranytan induceras genom plasmabehandling av membranet, följt av reaktion av membranytan med en metanollösning av 2-hydroxietylmetakrylat (HEMA). Särskild hänsyn tas till de processparametrar för plasmabehandling före polymerisationen på ytan. Till exempel studeras inverkan av plasmabehandling på olika typer av membran (t.ex. polyester, polykarbonat, polyvinylidenfluorid). Vidare är den tidsberoende stabiliteten hos de yt-ympade membran visas av kontaktvinkelmätningar. Vid ympning av poly (2-hydroxietylmetakrylat) (PHEMA) på detta sätt kan ytan ytterligare modifieras genom förestring av alkoholdelen av polymeren med en karboxylsyra funktion av den önskade substansen.Dessa reaktioner kan därför användas för funktionalisering av membranytan. Till exempel kan ytspänningen hos membranet ändras eller en önskad funktion som den presenterade ljus responsiveness kan införas. Detta demonstreras genom omsättning PHEMA med en karboxylsyra funktionaliserad spirobenzopyran enhet som leder till en ljus-känslig membran. Valet av lösningsmedlet spelar en viktig roll i den postmodification steget och diskuteras mer i detalj i detta dokument. Permeabilitetsvärdena mätningar av sådana funktionaliserade membran genom användning av en Franz-cell med en extern ljuskälla. Genom att ändra våglängden för ljuset från det synliga till UV-området, en förändring av permeabiliteten hos vattenhaltiga koffein lösningar observeras.

Introduction

Plasma modifiering av material har blivit en viktig process i många industriella områden. Rengöring av ytor och funktionalisering av ytor utan att ändra bulk egenskap hos materialet har gjort plasmabehandlingen en viktig process i ytan vetenskap ^1-8.

Plasmabehandling av polymerer resulterar i homolytisk bindningsklyvning. Detta leder till en kantning av polymermaterialet och till bildandet av radikala rika ytor. Genom användning av plasma som innehåller syremolekyler, blir ytan syrerik och därmed mer hydrofil ^9-11. Emellertid är hydrofiliciteten hos ytorna inte är stabil över tiden ^12. För att öka den långsiktiga stabiliteten kan plasmabehandlad yta kemiskt modifieras efter eller under plasmaprocessen ^13-15. Denna behandling utförs normalt genom att lägga till en reaktiv monomer arter i gasfas under plasmaprocess, dessa monomerer sedan polymeriserafrån de skapade radikaler av polymerytan. Om den kemiska behandlingen utförs med ett icke flyktigt monomer, har polymer ympning att ske efter det att ändringen plasma. För att utföra en kontrollerad ympning efter radikaler bildas på ytan, är en plasmainställnings beskrivits, som gör det plasma initieras yta-inducerad polymerisation från ytan i lösning under kontrollerade förhållanden ^12,16.

Presentationen fokuserar på ändring av spår kanter polymermembran ^12,17. Genom att modifiera ytspänningen hos dessa membran kan permeabiliteten hastigheten varieras ^12. Detta rena och snabb process tillåter skapandet av mycket tunna skikt (<5 nm), som täcker hela membranytan utan att ändra bulk egenskapen hos polymermembranet. På grund av kantning under plasmaprocess, pordiametrarna av spår kanter membran öka en aning ^12. Den kantfrekvensen är depending på polymeren och har ett linjärt beteende.

Vid användning av monomerer med reaktiva funktionella grupper, kan de ympade polymerer funktionaliseras ytterligare. Detta visas av den postmodification av en PHEMA-ympade membran med en karboxylsyra funktionaliserad spiropyran. Detta resulterar i en fotokrom yta, eftersom spiropyran är känt att omvandla till en merocyanin art vid bestrålning med UV-ljus. Den spiropyran formen kan återupprättas genom att bestråla merocyanin formuläret med synligt ljus (Figur 1) ^18,19. Eftersom merocyanin formen är mer polär än den spiropyran tillstånd kan ytspänningen hos beläggnings utlösas med ljus ^20. Förändringen i ytspänningen påverkar permeabiliteten motståndet hos membranet mot vattenlösningar. Upplägget hur du utför permeabilitet tester av dessa ljus lyhörd membran kommer att visas, och den betydande förändring i permeabilitet motstånd (minska in permeabilitet motståndet med 97%) visas. Ett sådant membran kan integreras i en läkemedelstillförsel setup eller i smarta avkänningssystem.

Figur 1. Fotoisomerisering av spirobenzopyran förening 1.

Protocol

1. Plasma-initierad polymerisation Förberedelse av monomerlösningen. Lös HEMA (100 ml, 0,718 mol) i 200 ml vatten och tvätta 3x med hexan (100 ml) i en separertratt. Mätta den vattenhaltiga fasen med natriumklorid och extrahera HEMA med dietyleter (50 ml). Torka den organiska fasen över MgSO 4 och avlägsna lösningsmedlet i vakuum (100 mbar, 40 ° C). Destillera HEMA under reducerat tryck (15 mbar, 99 ° C). Förbered en 0,62 M metanollösning av hämmaren fria HE…

Representative Results

Etsningshastigheten kan följas genom vägning membranet efter olika tidsperioder. Såsom kan ses från figur 4, följer etsningshastigheten för polyester, polyvinylidenfluorid, och polykarbonatmembran en linjär etsningshastighet, vilket kan bestämmas från lutningen av den linjära korrelationen av etsningstiden kontra massförlust. Såsom visas i figur 4, de polykarbonatmembran visar den lägsta etsningshastigheten på alla de tre polymermembran. En följd av etsningen är…

Discussion

Plasmaprocessen ger en lila gas, vilken orsakas av joniserad argon. En orange färg skulle indikera närvaron av oönskad kväve från en läcka. Plasma processen inte bara bilda radikaler på ytan utan även etsar membranet ^7,12. För mycket etsning kan ändra pordiameter betydligt, vilket skulle påverka permeabiliteten hos membranet. De kontrollerade reaktionsförhållanden av de presenterade inställning tillåter förbättra reproducerbarheten hos plasmainitierad ympning process. Icke desto mindre kan de…

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