โพลีเอทิลีนอิมิน
| ชื่อ | |
|---|---|
| ชื่อ IUPAC โพลี(อิมิโนเอทิลีน) | |
| ชื่ออื่นๆ โพลีอะซิริดีน, โพลี[อิมิโน(1,2-อีเทนไดอิล)] | |
| ตัวระบุ | |
| เคมสไปเดอร์ |
|
| บัตรข้อมูล ECHA | 100.123.818 |
แดชบอร์ด CompTox ( EPA ) |
|
| คุณสมบัติ | |
| (C H N) รูปแบบเชิงเส้น | |
| มวลโมลาร์ | 43.04 ( หน่วยซ้ำ ) มวลของพอลิเมอร์แปรผันได้ |
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล | |
โพลีเอทิลีนอิมีน ( PEI ) หรือโพลีอะซิริดีนเป็นพอลิเมอร์ที่มีหน่วยซ้ำกัน ซึ่งประกอบด้วยกลุ่ม อะมีนและ ตัวเชื่อม คาร์บอนอะลิฟาติกCH2CH2 สอง เอทิลีนอิมี นเชิงเส้นประกอบด้วยอะมีนทุติยภูมิทั้งหมดในขณะที่ PEI แบบแตกแขนงประกอบด้วยกลุ่มอะมิโนปฐมภูมิ ทุติยภูมิ และตติยภูมินอกจากนี้ยังมีการรายงานรูปแบบเดนดริเมอริก แบบแตกแขนงทั้งหมดอีกด้วย [ 1 ] PEI ผลิตในระดับอุตสาหกรรมและมีการใช้งานมากมายซึ่งมักได้มาจากคุณสมบัติโพลีแคตไอออ นิก [ 2 ]
คุณสมบัติ
โพลีเอทิลีนอิมีนเชิงเส้นเป็นของแข็งกึ่งผลึกที่อุณหภูมิห้องในขณะที่โพลีเอทิลีนอิมีนแบบกิ่งเป็นพอลิเมอร์อสัณฐานโดยสมบูรณ์ซึ่งมีสถานะเป็นของเหลวที่น้ำหนักโมเลกุลทุกระดับ โพลีเอทิลีนอิมีนเชิงเส้นละลายได้ในน้ำร้อนที่ค่า pH ต่ำ ในเมทานอลเอทานอลหรือคลอโรฟอร์มแต่ไม่ละลายในน้ำเย็นเบนซีนเอทิลอีเทอร์และอะซิโตน โพลี เอทิลีน อิมีนเชิงเส้นมีจุดหลอมเหลวประมาณ 67 °C [ 3 ]ทั้งโพลีเอทิลีนอิมีนเชิงเส้นและแบบกิ่งสามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องได้ โพลีเอทิลีนอิมีนเชิงเส้นสามารถก่อตัวเป็นไครโอเจลได้เมื่อแช่แข็งและละลายสารละลายในน้ำ[ 3 ]
สังเคราะห์
PEI แบบแตกแขนงสามารถสังเคราะห์ได้โดยการพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวงแหวนของอะซิริดีน [ 4 ] ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา ระดับการแตกแขนงที่แตกต่างกันสามารถทำได้ PEI แบบเส้นตรงสามารถทำได้โดยการดัดแปลงพอลิเมอร์อื่นๆ เช่น พอลิ(2-ออกซาโซลีน) [ 5 ]หรือพอลิอะซิริดีนที่ถูกแทนที่ด้วยN [ 6 ] PEI แบบเส้นตรงถูกสังเคราะห์โดยการไฮโดรไลซิสของพอลิ(2-เอทิล-2-ออกซาโซลีน) [ 7 ]และจำหน่ายในชื่อ jetPEI [ 8 ] jetPEI รุ่นปัจจุบันในร่างกายใช้พอลิเมอร์พอลิ(2-เอทิล-2-ออกซาโซลีน) ที่กำหนดเองเป็นสารตั้งต้น[ 9 ]
แอปพลิเคชัน
โพลีเอทิลีนอิมีนมีการใช้งานมากมายในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ผงซักฟอก กาว สารบำบัดน้ำ และเครื่องสำอาง[ 10 ]เนื่องจากความสามารถในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของเส้นใยเซลลูโลส PEI จึงถูกนำมาใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรงเมื่อเปียกในกระบวนการผลิตกระดาษ [ 11 ] นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารตกตะกอนร่วมกับซิลิกาโซลและเป็นสารคีเลตที่มีความสามารถในการสร้างสารเชิงซ้อนกับไอออนโลหะ เช่น สังกะสีและเซอร์โคเนียม[ 12 ]นอกจากนี้ยังมีการใช้งาน PEI ที่มีความเฉพาะทางสูงอื่นๆ อีกด้วย:
ชีววิทยา
PEI มีการใช้งานหลายอย่างในชีววิทยาห้องปฏิบัติการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแต่ก็เป็นพิษต่อเซลล์หากใช้มากเกินไป[ 13 ] [ 14 ]ความเป็นพิษเกิดจากกลไกสองแบบที่แตกต่างกัน[ 15 ]คือ การทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เกิดการตายของเซลล์แบบเนื้อตาย (ทันที) และการทำลายเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียหลังจากการดูดซึมเข้าสู่เซลล์ทำให้เกิดอะพอพโทซิส (ล่าช้า)
ตัวกระตุ้นการยึดติด
โพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) ถูกนำมาใช้ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่มีการยึดเกาะไม่แข็งแรง เพื่อเพิ่มการยึดเกาะ PEI เป็นพอลิเมอร์ประจุบวก พื้นผิวภายนอกของเซลล์ที่มีประจุลบจะถูกดึงดูดไปยังจานเพาะเลี้ยงที่เคลือบด้วย PEI ทำให้เกิดการยึดเกาะที่แข็งแรงขึ้นระหว่างเซลล์กับจานเพาะเลี้ยง
สารรีเอเจนต์สำหรับการถ่ายทอดสารพันธุกรรม
โพลี(เอทิลีนอิมีน) เป็นสารนำส่งพอลิเมอร์ตัวที่สองที่ถูกค้นพบ[ 16 ]หลังจากโพลี-แอล-ไลซีน PEI จะทำให้ DNA ควบแน่นเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ซึ่งจะจับกับสารตกค้างบนพื้นผิวเซลล์ที่เป็นประจุลบและถูกนำเข้าสู่เซลล์ผ่านทางเอนโดไซโทซิสเมื่ออยู่ภายในเซลล์ การโปรตอนของอะมีนจะส่งผลให้เกิดการไหลเข้าของไอออนตรงข้ามและศักยภาพออสโมติกจะลดลง การบวมตัวเนื่องจากออสโมติกเกิดขึ้นและทำให้เวสิเคิลแตกออก ปล่อยสารประกอบพอลิเมอร์-DNA (โพลีเพล็กซ์) เข้าสู่ไซโทพลาสซึม หากโพลีเพล็กซ์คลายตัว DNA ก็จะสามารถแพร่กระจายไปยังนิวเคลียสได้[ 17 ] [ 18 ]
การเพิ่มการซึมผ่านของแบคทีเรียแกรมลบ
โพลี(เอทิลีนิมีน) ยังเป็นตัวทำให้เยื่อหุ้มชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบซึมผ่าน ได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย [ 19 ]
การดัก CO2
โพลีเอทิลีนอิมีนทั้งแบบเส้นตรงและแบบแตกแขนงถูกนำมาใช้ในการดักจับ CO2 โดยมักจะเคลือบลงบนวัสดุที่มีรูพรุน การใช้โพลีเมอร์ PEI ในการดักจับ CO2 ครั้งแรกจุดประสงค์เพื่อปรับปรุงการกำจัด CO2 การใช้งานยานอวกาศ โดยเคลือบลงบนเมทริกซ์โพลีเมอร์[ 20 ]หลังจากนั้น วัสดุรองรับก็เปลี่ยนไปใช้ MCM-41 ซึ่งเป็นซิลิกาที่มีโครงสร้างระดับเมโซแบบหกเหลี่ยม และ PEI จำนวนมากถูกกักเก็บไว้ในสิ่งที่เรียกว่า "ตะกร้าโมเลกุล" [ 21 ]วัสดุดูดซับ MCM-41-PEI ส่งผลให้ความสามารถในการดูดซับ CO2 สูง PEI หรือ MCM-41 เพียงอย่างเดียว ผู้เขียนอ้างว่าในกรณีนี้ เกิดผลเสริมฤทธิ์กันเนื่องจากการกระจายตัวของ PEI ในระดับสูงภายในโครงสร้างรูพรุนของวัสดุ ส่งผลให้มีการพัฒนาผลงานเพิ่มเติมเพื่อศึกษาพฤติกรรมของวัสดุเหล่านี้ในเชิงลึกมากขึ้น งานวิจัยจำนวนมากมุ่งเน้นไปที่ความสามารถในการดูดซับ CO2 ถึงการเลือกดูดซับ CO2/O2 และ CO2/N2 ของวัสดุ MCM-41-PEI หลายชนิดที่มีพอลิเมอร์ PEI 22 [ ] นี้ยังมีการทดสอบการเคลือบ PEI บนวัสดุรองรับที่แตกต่างกัน เช่น เมทริกซ์ใยแก้ว[ 24 ]และโมโนลิธ[ 25 ]อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมภายใต้สภาวะจริงในการดักจับหลังการเผาไหม้ (อุณหภูมิปานกลางระหว่าง 45-75 °C และมีความชื้น) จำเป็นต้องใช้วัสดุซิลิกาที่มีความเสถียรทางความร้อนและไฮโดรเทอร์มอล เช่นSBA-15 [ 26 ] ซึ่งมีโครงสร้างเมโซเฮกซากอนด้วย นอกจากนี้ยังมีการทดสอบความชื้นและสภาวะ ในโลกแห่งความเป็นจริงเมื่อใช้วัสดุที่เคลือบ PEI เพื่อดูดซับ CO2 อากาศ[ 27 ]
การเปรียบเทียบอย่างละเอียดระหว่าง PEI และโมเลกุลที่มีอะมิโนอื่นๆ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของตัวอย่างที่มี PEI ที่มีวัฏจักร นอกจากนี้ ยังพบว่าการดูดซับ CO2 ลดลงเพียงเล็กน้อยเพิ่มอุณหภูมิจาก 25 เป็น 100 °C ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมสูงของการดูดซับทางเคมีต่อความสามารถในการดูดซับของของแข็งเหล่านี้ ด้วยเหตุผลเดียวกัน ความสามารถในการดูดซับภายใต้ CO2 ที่สูงถึง 90% ของค่าภายใต้ CO2 บริสุทธิ์ ยัง พบการเลือกที่ไม่พึงประสงค์สูงต่อ SO2 อีกด้วย28 ] เมื่อไม่นานมานี้ มีความพยายามมากมายในการปรับปรุงการแพร่กระจายของ PEI ภายในโครงสร้างรูพรุนของตัวรองรับที่ใช้ การกระจายตัวของ PEI ที่ดีขึ้นและประสิทธิภาพ CO2 ที่สูงขึ้นอัตราส่วนโมลาร์ CO2 NH) ทำได้โดยการอัดวัสดุ PE-MCM-41 ที่ถูกปิดกั้นด้วยแม่แบบ แทนที่จะเป็นรูพรุนทรงกระบอกที่สมบูรณ์แบบของวัสดุที่เผา[ 29 ]ตามเส้นทางที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้[ 30 ]การใช้ออร์กาโนซิเลนร่วมกัน เช่น อะมิโนโพรพิลไตรเมทอกซีซิเลน (AP) และ PEI ก็ได้รับการศึกษาเช่นกัน แนวทางแรกใช้การผสมผสานของสารเหล่านี้เพื่อเคลือบวัสดุที่มีรูพรุน ทำให้ได้จลนศาสตร์การดูดซับ CO2 ที่เร็วขึ้นเสถียรภาพที่สูงขึ้นในระหว่างรอบการนำกลับมาใช้ใหม่ แต่ไม่มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น[ 31 ]วิธีการใหม่ที่เรียกว่า "การทำงานแบบคู่" ซึ่งขึ้นอยู่กับการเคลือบวัสดุที่ได้รับการปรับแต่งฟังก์ชันไว้ก่อนหน้านี้โดยการปลูกถ่าย (พันธะโควาเลนต์ของออร์กาโนซิเลน) หมู่เอมีนที่รวมเข้าด้วยกันโดยทั้งสองวิธีแสดงให้เห็นถึงผลเสริมฤทธิ์กัน ทำให้สามารถดูดซับ CO2 ได้สูง 235 มก. CO2 กรัม (5.34 มิลลิโมล CO2 กรัม) [ 32 ] CO2 ยังได้รับการศึกษาสำหรับวัสดุเหล่านี้ โดยแสดงให้เห็นอัตราการดูดซับที่คล้ายคลึงกันกับของแข็งที่เคลือบ[ 33 ]นี่เป็นการค้นพบที่น่าสนใจ โดยคำนึงถึงปริมาตรรูพรุนที่เล็กกว่าที่มีอยู่ในวัสดุที่มีฟังก์ชันคู่ ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าการดูดซับ CO และประสิทธิภาพที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับของแข็งที่ชุบนั้นสามารถอธิบายได้จากผลเสริมฤทธิ์กันของกลุ่มอะมิโนที่รวมเข้าด้วยกันโดยสองวิธี (การปลูกถ่ายและการชุบ) มากกว่าที่จะเป็นจลนศาสตร์การดูดซับที่เร็วขึ้น
สารปรับฟังก์ชันการทำงานต่ำสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
โพลี(เอทิลีนอิมีน) และโพลี(เอทิลีนอิมีน) เอทอกซิเลเตด (PEIE) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวปรับฟังก์ชันงานต่ำที่มีประสิทธิภาพสำหรับอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์โดย Zhou และ Kippelen และคณะ[ 34 ]ซึ่งสามารถลดฟังก์ชันงานของโลหะ โลหะออกไซด์ โพลิเมอร์นำไฟฟ้า และกราฟีนได้อย่างทั่วถึง สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือโพลิเมอร์นำไฟฟ้าที่มีฟังก์ชันงานต่ำซึ่งผ่านกระบวนการในสารละลายสามารถผลิตได้โดยการดัดแปลงด้วย PEI หรือ PEIE จากการค้นพบนี้ โพลิเมอร์เหล่านี้จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ ไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าอินทรีย์ เซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์ ไดโอดเปล่งแสงเพอร์รอฟสไกต์ เซลล์แสงอาทิตย์ควอนตัมดอท และไดโอดเปล่งแสง เป็นต้น
ใช้ในการส่งมอบการบำบัดยีนต้านเชื้อเอชไอวี
โพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ประจุบวก ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ดีเยี่ยมในฐานะพาหะนำส่งยีนที่มีประสิทธิภาพ ในทำนองเดียวกัน เปปไทด์ HIV-1 Tat ซึ่งเป็นเปปไทด์ที่สามารถซึมผ่านเซลล์ได้ ได้ถูกนำมาใช้ในการนำส่งยีนภายในเซลล์อย่างประสบความสำเร็จ[ 35 ]
ดูเพิ่มเติม
- เตตระเอทิลีนเพนทามีน
- เอทิลีนไดอะมีน
- โพลีอีเทอร์อิไมด์ (เรียกอีกอย่างว่า PEI)
- โพลีอิมีน
