Bir Kombine Yüzey Tırnak ve Postmodification Süreci Işık duyarlı Membranların Hazırlanması
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 artt?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, mali İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (- Akıllı Malzeme NRP 62) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca B. Hanselmann, K. Kehl, U. Schütz ve B. LEUTHOLD desteği olduğunu kabul etti.
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 |
References
- 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).
