Полисульфобетаин
Полисульфобетаины представляют собой цвиттерионные полимеры, которые содержат положительно заряженную четвертичную аммоний и отрицательно заряженную сульфонатную группу в пределах одной структурной повторяющейся единицы. [ 1 ] [ 2 ] В последние годы полисульфобетаины привлекают все большее внимание благодаря их хорошей биотолерантности и сверхнизкому загрязнению поверхностей. Эти свойства в основном связаны с наличием прочно связанного гидратного слоя вокруг каждой цвиттерионной группы, который эффективно подавляет адсорбцию белка и, таким образом, улучшает противообрастающие свойства. [ 3 ] [ 4 ] Поэтому полисульфобетаины обычно используются в качестве мембран для ультрафильтрации. [ 4 ] устройства, контактирующие с кровью, [ 5 ] и материалы для доставки лекарств . [ 3 ]
По химической структуре полисульфобетаины можно разделить на несколько подгрупп. Наиболее распространены амиды (мет)акриловой кислоты («ПСПП») или четвертичные эфиры («ПСПЭ»). Также часто встречаются соединения поли(винилпиридиния), поли(винилимидазолия) или четвертичного поли(пирролидиния), а также цвиттер-ионные ионены. [ 2 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
Синтез
[ редактировать ]Полисульфобетаины обычно синтезируют путем свободнорадикальной полимеризации . [ 6 ] [ 11 ] Однако синтез полисульфобетаинов часто ограничен их плохой растворимостью в большинстве растворителей, и в настоящее время коммерчески доступны лишь немногие мономеры сульфобетаина, пригодные для свободнорадикальной полимеризации. Наиболее популярными являются ТФЭ и СПП, которые обеспечивают хорошее сочетание гидрофильности и полимеризуемости. [ 11 ]
Поведение решения
[ редактировать ]Почти все полисульфобетаины нерастворимы в воде при низких температурах, однако многие полисульфобетаины имеют верхнюю критическую температуру растворения (UCST) в водном растворе. Это означает, что при охлаждении они подвергаются коллапсу из клубка в глобулу. [ 12 ] [ 13 ] Такое поведение весьма необычно, поскольку другие цвиттер-ионные полимеры, например, поли(фосфатидилхолины) и поли(карбоксибетаины), как правило, не реагируют на температурный стимул. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Причина поведения полисульфобетаинов в растворе типа UCST основана на их электрически нейтральном поведении, т.е. общем заряде, равном нулю, в широком диапазоне pH (приблизительно 2–14). За счет нейтрализации зарядов между отдельными полимерными цепями возникают отталкивающие и притягивающие взаимодействия и образуется внутренняя соль. Баланс этого сложного взаимодействия взаимодействий между многочисленными заряженными группами с водой и самими собой сильно влияет на растворимость полисульфобетаинов в воде и в конечном итоге приводит к переходу типа UCST. Температура этого фазового перехода, часто называемая точкой просветления, очень чувствительна к молярной массе, структуре полимера, изотопам растворителя , например H 2 O/D 2 O, и особенно к добавлению солей в раствор. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
Присутствие солевых добавок в водном растворе приводит к изменению баланса притягивающих и отталкивающих взаимодействий и, следовательно, к изменению растворимости. Особенно сильное влияние на растворимость полисульфобетаинов оказывает природа аниона соли. В то время как хаотропные анионы вызывают улучшенное растворение ( эффект высалива- ния ), космотропные анионы приводят к осаждению полисульфобетаинов ( эффект высалива- ния ). [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
Тонкие пленки из полисульфобетаинов
[ редактировать ]Тонкие пленки из полисульфобетаинов также обладают термочувствительностью , однако фазовый переход сильно сдвинут, что в основном связано с увеличением концентрации полимера и изменением взаимодействий полимер-полимер и полимер-вода. [ 12 ] [ 26 ] [ 27 ] Кроме того, аналогично водным растворам, было обнаружено, что различные изотопы воды (H 2 O/D 2 O) и добавки солей также влияют на фазовый переход. [ 20 ] [ 28 ] Интересно, что тонкие пленки полисульфобетаина обладают эффектом консолидации в смешанных парах вода/метанол, который не наблюдается в растворе вода/метанол. По-видимому, полисульфобетаины обладают способностью смешиваться с низшими спиртами на богатой веществом стороне их фазовых диаграмм. [ 29 ] [ 30 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лоу, Эндрю Б.; Маккормик, Чарльз Л. (1 ноября 2002 г.). «Синтез и свойства растворов цвиттер-ионных полимеров» . Химические обзоры . 102 (11): 4177–4190. дои : 10.1021/cr020371t . ISSN 0009-2665 . ПМИД 12428987 .
- ^ Jump up to: а б Лащевский, Андре (23 мая 2014 г.). «Структуры и синтез цвиттерионных полимеров» . Полимеры . 6 (5): 1544–1601. дои : 10.3390/polym6051544 . ISSN 2073-4360 .
- ^ Jump up to: а б Вудфилд, Питер А.; Чжу, Ичэн; Пей, Ивэнь; Рот, Питер Дж. (28 января 2014 г.). «Гидрофобно модифицированные сополимеры сульфобетаина с настраиваемым водным UCST посредством постполимеризационной модификации поли(пентафторфенилакрилата)» . Макромолекулы . 47 (2): 750–762. Бибкод : 2014МаМол..47..750Вт . дои : 10.1021/ma402391a . hdl : 20.500.11937/3990 . ISSN 0024-9297 .
- ^ Jump up to: а б Ву, Цзян; Линь, Вэйфэн; Ван, Чжэнь; Чен, Шэнфу; Чанг, Юнг (15 мая 2012 г.). «Исследование гидратации необрастающего материала поли(сульфобетаинметакрилата) методом низкопольного ядерного магнитного резонанса» . Ленгмюр . 28 (19): 7436–7441. дои : 10.1021/la300394c . ISSN 0743-7463 . ПМИД 22512533 .
- ^ Юань, Цзян; Хуан, Сяобо; Ли, Пэнфэй; Ли, Ли; Шен, Цзянь (28 августа 2013 г.). «Поверхностно-инициируемая RAFT-полимеризация сульфобетаина из целлюлозных мембран для улучшения гемосовместимости и свойств против биообрастания» . Полимерная химия . 4 (19): 5074–5085. дои : 10.1039/C3PY00565H . ISSN 1759-9962 .
- ^ Jump up to: а б Кудайбергенов, Саркыт; Йегер, Вернер; Лащевски, Андре (2006), «Полимерные бетаины: синтез, характеристика и применение» , Супрамолекулярные полимеры, полимерные олигомеры бетаинов , том. 201, Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 157–224, doi : 10.1007/12_078 , ISBN 978-3-540-31923-8 , получено 22 февраля 2022 г.
- ^ Тараннум, Назия; Сингх, Минакши (1 июня 2013 г.). «Достижения в синтезе и применении сульфо- и карбо-аналогов полибетаинов: обзор» . Обзоры в области передовых наук и техники . 2 (2): 90–111. дои : 10.1166/rase.2013.1036 . ISSN 2157-9121 .
- ^ Виелема, штат Техас; Энгбертс, JBFN (1987). «Цвиттер-ионные полимеры - I. Синтез новой серии поли(винилсульфобетаинов). Влияние структуры полимера на растворимость в воде» . Европейский журнал полимеров . 23 (12): 947–950. дои : 10.1016/0014-3057(87)90038-3 . ISSN 0014-3057 .
- ^ Грассль, Б.; Галин, Дж. К. (1995). «Сегментированные цвиттериономеры поли(тетраметиленоксида) и их гомологичные ионены. 1. Синтез, молекулярная характеристика и термическая стабильность» . Макромолекулы . 28 (21): 7035–7045. Бибкод : 1995МаМол..28.7035Г . дои : 10.1021/ma00125a001 .
- ^ Грассль, Бруно; Мёрер, Бернар; Шеер, Моник; Гален, Жан Клод (1 января 1997 г.). «Сегментированные цвиттериономеры поли(тетраметиленоксида) и их гомологичные ионены. 2. Разделение фаз посредством ДСК и твердотельной 1 H-ЯМР-спектроскопии» . Макромолекулы . 30 (2): 236–245. Бибкод : 1997МаМол..30..236Г . дои : 10.1021/ma960643s . ISSN 0024-9297 .
- ^ Jump up to: а б Кеберле, П.; Лащевский, А. (1 апреля 1994 г.). «Гидрофобно-модифицированные цвиттер-ионные полимеры: синтез, объемные свойства и смешиваемость с неорганическими солями» . Макромолекулы . 27 (8): 2165–2173. Бибкод : 1994МаМол..27.2165К . дои : 10.1021/ma00086a028 . ISSN 0024-9297 .
- ^ Jump up to: а б Нибюр, Барт-Ян; Пухмайр, Йонас; Вестник, Кристиан; Крейцер, Лукас; Хильдебранд, Вьетнам; Мюллер-Бушбаум, Питер; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристина (21 мая 2018 г.). «Полисульфобетаины в водных растворах и геометрии тонких пленок» . материалы . 11 (5): 850. Бибкод : 2018Mate...11..850N . дои : 10.3390/ma11050850 . ISSN 1996-1944 гг . ПМЦ 5978227 . ПМИД 29883371 .
- ^ Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Зем, Дэниел (13 октября 2014 г.). «О гидрофильности полицвиттер-иона поли(N,N-диметил-N-(3-(метакриламидо)пропил)аммониопропансульфоната) в воде, дейтерированной воде и водных растворах солей» . Журнал биоматериаловедения, издание Polymer . 25 (14–15): 1602–1618. дои : 10.1080/09205063.2014.939918 . ISSN 0920-5063 . ПМИД 25058808 . S2CID 23914906 .
- ^ Бориш, Йорг; Шиммель, Томас; Энгельхардт, Хайнц; Йегер, Вернер (1 мая 2002 г.). «Взаимодействие зарядов синтетических поликарбоксибетаинов в массе и растворе» . Макромолекулы . 35 (10): 4143–4149. Бибкод : 2002МаМол..35.4143B . дои : 10.1021/ma0122019 . ISSN 0024-9297 .
- ^ Бонте, Нелли; Лащевский, Андре (1 мая 1996 г.). «Цвиттер-ионные полимеры с карбобетаиновыми фрагментами» . Полимер . 37 (10): 2011–2019. дои : 10.1016/0032-3861(96)87319-8 . ISSN 0032-3861 .
- ^ Фаврес, П; Лащевский, А (01 марта 2001 г.). «Синтез и исследование новых амфифильных поли(карбобетаинов) из мономеров диаллиламмония» . Полимер . 42 (7): 2755–2766. дои : 10.1016/S0032-3861(00)00686-8 . ISSN 0032-3861 .
- ^ Шульц, Д.Н.; Пайффер, генеральный директор; Агарвал, ПК; Лараби, Дж.; Каладас, Джей Джей; Сони, Л.; Хандверкер, Б.; Гарнер, RT (1 ноября 1986 г.). «Фазовое поведение и свойства растворов сульфобетаиновых полимеров» . Полимер . 27 (11): 1734–1742. дои : 10.1016/0032-3861(86)90269-7 . ISSN 0032-3861 .
- ^ Вишневецкая Наталья С.; Хильдебранд, Вьетнам; Нибюр, Барт-Ян; Грилло, Изабель; Филиппов Сергей К.; Лашевски, Андре; Мюллер-Бушбаум, Питер; Пападакис, Кристин М. (23 мая 2017 г.). « Шизофренические» мицеллы из диблок-сополимеров полисульфобетаин-b-поли(N-изопропилметакриламида) с двойной термочувствительностью» . Макромолекулы . 50 (10): 3985–3999. Бибкод : 2017МаМол..50.3985В . doi : 10.1021/acs.macromol.7b00356 . ISSN 0024-9297 .
- ^ Шмольдт, А.; Бенте, ХФ; Хаберланд, Г. (1 сентября 1975 г.). «Метаболизм дигитоксина микросомами печени крысы» . Биохимическая фармакология . 24 (17): 1639–1641. ISSN 1873-2968 . ПМИД 10 .
- ^ Jump up to: а б Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; издевательство, Нури; Ван, Кун; Бисманн, Лоренц; Пейс, Леандер; Мулен, Жан Франсуа; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (14 мая 2019 г.). «Набухание и обменное поведение тонких пленок блок-сополимера на основе поли(сульфобетаина)» . Макромолекулы . 52 (9): 3486–3498. Бибкод : 2019МаМол..52.3486К . doi : 10.1021/acs.macromol.9b00443 . ISSN 0024-9297 . S2CID 155174181 .
- ^ Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Пах, Майкл; Мюллер-Бушбаум, Питер; Пападакис, Кристин М. (2017). «Влияние структуры цвиттер-иона на термореактивное поведение поли(сульфобетаинметакрилатов)» . Полимерная химия . 8 (1): 310–322. дои : 10.1039/C6PY01220E . ISSN 1759-9954 .
- ^ Ю, Цзинфэн; Лю, Юдун; Сонг, Санан; Гао, Ге; Лю, Фэнци (ноябрь 2017 г.). «Фазовое поведение раствора цвиттер-ионного полимера сульфобетаина высокой концентрации» . Полимерный журнал . 49 (11): 767–774. дои : 10.1038/pj.2017.51 . ISSN 0032-3896 .
- ^ Чжан, Ю; Кремер, П. (декабрь 2006 г.). «Взаимодействие между макромолекулами и ионами: ряд Хофмайстера» . Современное мнение в области химической биологии . 10 (6): 658–663. дои : 10.1016/j.cbpa.2006.09.020 . ПМИД 17035073 . S2CID 21990688 .
- ^ Ло Ностро, Пьерандреа; Нинхэм, Барри В. (11 апреля 2012 г.). «Феномены Хофмейстера: обновленная информация об ионной специфичности в биологии» . Химические обзоры . 112 (4): 2286–2322. дои : 10.1021/cr200271j . ISSN 0009-2665 . ПМИД 22251403 .
- ^ Велема, Томас А.; Энгбертс, Ян БФН (1 января 1990 г.). «Цвиттер-ионные полимеры - III. Влияние соли на растворимость поли(винилсульфобетаинов) и поли(винилбетаинов) в водном растворе» . Европейский журнал полимеров . 26 (6): 639–642. дои : 10.1016/0014-3057(90)90220-X . ISSN 0014-3057 .
- ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Альдосари, Навара; Бисманн, Лоренц; Мангиапия, Гаэтано; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (14 октября 2020 г.). «Циклическое поведение при хранении воды тонких пленок диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью» . Макромолекулы . 53 (20): 9108–9121. Бибкод : 2020МаМол..53.9108К . doi : 10.1021/acs.macromol.0c01335 . ISSN 0024-9297 . S2CID 226323489 .
- ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Бисманн, Лоренц; издевательство, Нури; Пантл, Джон; Меркл, Рафаэль; Мулен, Жан-Франсуа; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (10 апреля 2020 г.). «Кинетика фазового перехода тонких пленок диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью» . Макромолекулы . 53 (8): 2841–2855. Бибкод : 2020МаМол..53.2841К . doi : 10.1021/acs.macromol.0c00046 . ISSN 0024-9297 . S2CID 216346530 .
- ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Гейгер, Кристина; Ван, Пэйси; Вагиас, Апостол; Хегер, Джулиан Э.; Хаезе, Мартин; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (3 августа 2021 г.). «Зависимое от соли поведение фазового перехода в тонких пленках диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью» . Ленгмюр . 37 (30): 9179–9191. doi : 10.1021/acs.langmuir.1c01342 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 34279952 . S2CID 236141517 .
- ^ Кройцер, Лукас П.; Гейгер, Кристина; Видманн, Тобиас; Ван, Пэйси; Кабитт, Роберт; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (28 июля 2021 г.). «Сольватационное поведение тонких пленок диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) в смешанных парах воды и метанола» . Макромолекулы . 54 (15): 7147–7159. Бибкод : 2021МаМол..54.7147К . doi : 10.1021/acs.macromol.1c01179 . ISSN 0024-9297 . S2CID 237724968 .
- ^ Кройцер, Лукас П.; Линденмейр, Кристоф; Гейгер, Кристина; Видманн, Тобиас; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (19 января 2021 г.). «Поли(сульфобетаин) по сравнению с поли(N-изопропилметакриламидом): поведение тонких пленок по типу совместной нерастворимости в атмосфере вода/метанол» . Макромолекулы . 54 (3): 1548–1556. Бибкод : 2021МаМол..54.1548К . doi : 10.1021/acs.macromol.0c02281 . ISSN 0024-9297 . S2CID 234184714 .