Что такое клик-химический процесс при модификации фильтрующих мембран?

Как следует из названия, «химия кликов» относится к быстрым, надежным и высокопроизводительным химическим реакциям. Это концепция, впервые предложенная профессором К. Барри Шарплессом в 2001 году. Она относится к использованию определенных химических реакций для соединения двух молекул, например, они «щелкают» вместе. Эти реакции обладают характеристиками высокого выхода, высокой селективности и высокой надежности, не производят побочных продуктов или, даже если они образуются, их можно легко удалить. Поэтому данная технология больше подходит для модификации мембран фильтров. В природе микропористая фильтрующая мембрана подвергается поверхностной обработке для достижения определенных характеристик или функций фильтрации.

Существует множество химических методов модификации фильтрующих мембран, наиболее часто используемым является катализируемая медью (I) реакция азид-алкинового циклоприсоединения (CuAAC) с использованием азида и алкина, азид + алкин + медь (I). Катализатор → Триазол, медь ( I) катализатор здесь, такой как йодид меди (I) или сульфат меди (I), в основном способствует протеканию реакции. Благодаря реакции азидных и алкиновых функциональных групп стабильная триазольная связь не легко разрушается и обладает характеристиками высокой стабильности и биологической инертности; другие реакции щелчка, такие как стимулируемое напряжением азид-алкиновое циклоприсоединение (SPAAC) или тиол-еновая реакция, тиол + алкен → тиоэфир, в основном реакция между тиоловой (сульфгидрильной) группой и олефиновой (алкеновой) группой. Реакция высокоселективна и не требует катализатора. Образовавшаяся тиоэфирная связь также стабильна и ее трудно разложить.

Химический процесс клика также немного отличается из-за разных типов реакций и требуемых модифицированных характеристик мембраны, но в целом его можно разделить на следующие этапы:

1. Функционализация поверхности мембраны. Перед клик-химической реакцией поверхность фильтрующей мембраны необходимо функционализировать и использовать для представления реактивных групп для клик-химии. Этого можно достичь с помощью различных методов, таких как плазменная обработка, химическая модификация свойств или покрытие линкерными молекулами, содержащими реакционноспособные группы, например введением амино- или тиоловых групп на поверхность мембраны в качестве реакционных участков для последующих реакций щелчка.

2. Нажмите «Химическая реакция». После того, как поверхность мембраны будет должным образом функционализирована, можно провести химическую реакцию щелчка. Если взять в качестве примера реакцию CuAAC, молекулы или реагенты с азидными функциональными группами и молекулы с алкиновыми функциональными группами должны быть объединены в присутствии медного (I) катализатора. Реакция протекает быстро за счет смешивания химических молекул или реагентов, образуя стабильные триазольные связи между азидными и алкиновыми фрагментами. Такие реакции могут протекать в растворе или непосредственно на поверхности мембраны, в зависимости от конкретных условий. приложения и требования.

3. Функционализация после клика. После химической реакции щелчка можно выполнить дальнейшие этапы функционализации для введения желаемых функциональных групп или молекул на модифицированную поверхность мембраны, что может быть осуществлено с помощью некоторых дополнительных химических реакций щелчка или других методов биоконъюгации. Биоактивные молекулы, такие как антитела, ферменты или аффинные лиганды, могут быть прикреплены к модифицированной поверхности мембраны, чтобы придать особую способность распознавания или связывания.

4. Характеристика и оценка. Модифицированную фильтрующую мембрану следует охарактеризовать, чтобы оценить, является ли успешной химическая модификация щелчка, которую можно объединить с методами измерения оптической электронной микроскопии, такими как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS)), атомно-силовая микроскопия (АСМ) или измерение угла смачивания и т. д. для подтверждения наличия необходимых функциональных групп и оценки эффекта модификации поверхности материала и т. д.

Таким образом, используя химические реакции щелчка, фильтрационные мембраны можно эффективно модифицировать желаемыми функциональными группами или молекулами, тем самым повышая производительность и специфичность применения. Методы клик-химии отличаются универсальностью, высокими выходами и мягкими условиями реакции, что делает их идеальными для фильтрации и ценным инструментом для модификации поверхности мембран в различных областях, таких как разделение, биоконъюгация и биосенсорство. Контроль и понимание этого процесса с помощью технологии клик-химии может значительно улучшить эффективность фильтрующих мембран в практическом применении. Это также сложный процесс, требующий глубоких химических знаний для точного контроля и понимания.