تعيين سطح ضوئي كيميائي لمصابيح Fibresby Excimer-UV-Lamp الاصطناعية

الأحد، 1 نوفمبر 2009

تسمح المعالجة الضوئية الكيميائية بتعديل الخواص السطحية للألياف التركيبية مثل البوليسترات أو البوليميد أو البولي أوليفينات بشكل ملحوظ ، إذا تم تشعيع الألياف في وجود وسائط تفاعلية مختلفة

وتستند هذه العمليات على انشقاق سندات متجانسة يبدأها امتصاص الفوتونات النشطة وتؤدي إلى توليد الجذور على سطح البوليمر الذي يتم تعريضه للإشعاع. من خلال تطعيم ردود الفعل يمكن إضافة جزيئات مناسبة لهذه الجذور. استخدام مصادر الأشعة فوق البنفسجية المشتركة ذات النطاق العريض له عيوب الاستثارة غير النوعية للطبقة التحتية البوليمرية والوسط التفاعلي ، وقد يؤدي أيضًا إلى تحميل حراري للركيزة والضرر المادي. في المقابل ، مصابيح الأشعة فوق البنفسجية أحادية اللون ، على سبيل المثال ما يسمى مصابيح إكسيمر ، والسماح للإشعاع الانتقائي الاستفادة من الركازة نطاقات محددة الركازة والكواشف. في حالة poly (ethylene terephthalate) (PET) ، يكون استخدام المصباح أحادي اللون KrCl-excimer مع طول موجة 222 nm مناسبًا ، لأن PET يزيل الإشعاع بقوة بين 220 نانومتر و 250 نانومتر. في وجود الأكسجين (الهواء) مثل هذه الإشعاعات تبدأ الأكسدة الساخنة للركيزة مما يؤدي إلى طاقات عالية السطحية. باستخدام وسائط تفاعلية بخلاف الأكسجين ، يمكن هندسة خواص السطح للطبقة التحتية حسب الطلب. تتميز مركبات الأليليك بتقاربها الملحوظ من أجل ردود الفعل الإضافية للراديكاليين.

 تتسم العمليات الأنزيمية باهتمام متزايد بتقنية الحفز الحديثة مع تطبيقات محتملة واسعة الانتشار. يتم استخدامها على نطاق واسع على سبيل المثال. في صناعة الأغذية أو النسيج ، كإضافات في مواد الغسيل ، وكذلك في الطب (التشخيص والعلاج) أو الكيمياء التحليلية. إن استخدام الإنزيمات له مزايا عديدة مقارنة بالعمليات التقليدية غير الإنزيمية. يمكن استخدام الإنزيمات في التركيزات الحفزية عند درجات الحرارة المنخفضة وقيم الأس الهيدروجيني بالقرب من المحايد. تسمح انتقائية الركيزة العالية بمعالجة دقيقة للغاية للبضائع. وقدرت مبيعات الإنزيمات الصناعية على مستوى العالم بنحو 1.7 مليار يورو في عام 2002 ومن المتوقع أن تصل إلى 3.0 مليار دولار أمريكي في عام 2008.

 من الخطوات المهمة في تقليل تكاليف تطبيق الإنزيم هو تجميد هذه المحفزات الحيوية على مواد حاملة مناسبة. في الأدب ، وقد وصفت العديد من الطرق لانسداد الشلل على ناقلات مختلفة. يمكن أن يكون الارتباط من الطبيعة الإمتزازية أو الأيونية أو التساهمية. بشكل عام ، تترافق هذه التقنيات مع حساب تحضيري واقتصادي مرتفع.

تحفز الكاتالاز المؤكسد تحلل بيروكسيد الهيدروجين في الأكسجين والماء في عملية التمثيل الغذائي للإنسان والحيوان ولها أيضًا وظيفة أساسية في معظم الكائنات الدقيقة الهوائية. هذا الانزيم هو أيضا من الفائدة التقنية. مستحضرات الكاتلاز الحرة أو المجمعة هي على سبيل المثال. تستخدم بعد عمليات تبييض النسيج قبل خطوة الصباغة التالية أو بعد تعقيم الحليب لإزالة تتجاوز H2O2.

إن استخدام مواد حامل النسيج له العديد من المزايا: الأقمشة النسيجية رخيصة جدًا بالمقارنة مع غيرها من المواد الحاملة غير العضوية والعضوية المتاحة تجارياً مثل سيليكات الألمنيوم ، الزجاج المسامي أو البوليمرات المائية المختلفة. يضمن هيكلها الخاص بدوره الأمثل الركيزة. تتيح مرونة الأقمشة إنشاء مفاعلات للهندسة التعسفية وإزالة سريعة للمحفز دون أي بقايا بعد التفاعل الإنزيمي

 استنادا إلى النتائج السابقة ، أجريت تحقيقات بشأن استخدام الأشعة فوق البنفسجية أحادية اللون لالكوتوكيميائية بفعل الحجب من بروتين ein. إلى جانب خصائصها المتشابكة ، استخدمت مركبات تفاعلية ثنائية الوظيفة كجزيئات مرساة بين البوليمرات الاصطناعية والإنزيم. كان الهدف من هذا العمل هو تطوير تقنية تجميد جديدة وسريعة وعلى النقيض من الطرق الكيميائية التقليدية الرطبة باستخدام الأقمشة النسيجية كمواد حاملة تكون مفيدة بسبب انخفاض تكاليفها وخصائصها الخاصة من حيث الحفز المذكور أعلاه. تهدف أحدث التحقيقات إلى التثبيت الضوئي الكيميائي على سبيل المثال. بروتينات أو بوليمرات حيوية على سطح البوليمر ينتج عنها مواد ذات ألياف صناعية عالية الأداء وذات تطبيقات واسعة النطاق في الحفز ، والطب ، وصناعة النسيج ، وتكنولوجيا الأغذية.

 

- التحميض الكيميائي الكيميائي للمواد الكاتالكية:

الأشعة فوق البنفسجية (UV-light) قادرة على تشبيك الروابط في المواد الممتصة مثل PET ، الإنزيمات أو عوامل الربط المتصالب التي تنتج الجذور. يمكن لهذه الجذور أن تتفاعل مع الأنواع الراديكالية المجاورة التي تشكل روابط تساهمية جديدة. في وجود جميع المواد المتفاعلة ، يتم تحقيق بنية مترابطة مرتبطة بمواد البوليمر. ينقسم إجراء التثبيط الكيميائي الضوئي إلى ثلاث خطوات عمل (ترطيب ، تشعيع وغسل):

• يتم ترطيب البوليمرات PET و PA 6.6 باستخدام مستحلب مائي قائم على خافض التوتر السطحي للوسيط المتصالب المتفاعل والكاتلاز تجنب استخدام المذيبات العضوية.

• خلال عملية الإشعاع ، ينتج الضوء أحادي اللون من الأشعة فوق البنفسجية 222 نانومتر جذوعًا ليس فقط على سطح البوليمر ، ولكن أيضًا على سطح جزيء الإنزيم. باستخدام الأرجون كجسيم خامل يمكن تجنب أكسدة الصورة للبوليمر وكذلك تلف مؤكسد من الكاتلاز. في الخطوة الثانية ، تتم إضافة الراديكاليين إلى روابط مزدوجة للعوامل المتقاطعة ، وفي النهاية تشكل المواد الكيميائية التفاعلية ثنائية الوظيفة فيلمًا متصالبًا يحيط بسطح البوليمر.

• بعد التشعيع يجب غسل العينات لإزالة بروتين ثابت غير تساهمى وعامل ربط متقاطع.

•اختبار نوعي سهل للتثبيت الناجح للبروتينات مثل الكاتلاز هو تفاعل اللون مع النينهيدرين. في حالة الـ PET المعالجة يكون التفاعل موجبًا. لا يعمل الاختبار لـ PA 6.6 بسبب حقيقة أن مجموعات الأمينية من البوليمر تتفاعل مع ninhydrin نفسها. لذلك تم استخدام التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis) كاختبار نوعي لتثبيط الكاتلاز (الكاتالاز) في السداسي PA 6.6.

علاوة على ذلك ، يمكن رؤية طبقة البروتين ثلاثي الأبعاد المتصالبة باستخدام تقنية SEM. يبين الشكل 2 صوراً لأقمشة PET و PA مع و بدون كاتاساز مثبت.

الكتاليز هو إنزيم يحتوي على الحديد ، لذلك يمكن تحليل حمولة البروتين كميا بواسطة مطيافية الامتصاص الذري (AAS). تم تلخيص النتائج في الجدول 1. تتوافق البيانات بشكل جيد مع القياسات النوعية. 6،2 ملغ كاتلاز لكل غرام يتم عزل السلطة الفلسطينية 6.6 باستخدام وكيل عبر ربط. الحمل أكثر من ثلاثة أضعاف باستخدام DAP أو CHMV. يتم تثبيت فقط 1.3 ملغ كاتلاز في 1 غرام PET. باستخدام عامل الربط المباشر DAP تم الوصول إلى أفضل حمل (32.2 مجم / جم PET). يتعلق ذلك بـ 64٪ من مدخلات البروتين.

يحفز إنزيم الكاتلاز تحلل بيروكسيد الهيدروجين في الأكسجين والماء. ويصاحب التساهل التساهمي للأنزيمات دائمًا انخفاض النشاط بسبب فقدان القدرة على الحركة. وعلاوة على ذلك ، فإن الروابط التساهمية تعوق قدرة الإنزيم على تكوين مركب الإنزيم - الركيزة (النشاط النسبي = نشاط / نشاط الكاتلاز الحر). يجب أن يتضمن الإنزيم الناجح الحد الأدنى من فقدان النشاط وأقصى قدر ممكن من إعادة الاستخدام. من خلال قياس التحلل الإنزيمي لبروكسيد الهيدروجين كدالة للوقت ، من الممكن حساب النشاط النسبي للإنزيم الثابت بالمقارنة مع الكاتلاز الحرة. إن منتجات الشلل التي يتم الحصول عليها مع إظهار الكاتلاز حتى بعد 20 يعيد استخدام نشاط مهم باستخدام وصلة الوصلة المتبادلة DAP أو CHMV (انظر الجدول 1). يفقد الكاتلاز 80 - 90٪ من نشاطه. ومع ذلك ، فإن النشاط المتكامل بعد إعادة استخدام العشرين هو أعلى بكثير من نشاط الكاتلاز الحر ، والذي لا يمكن استخدامه إلا مرة واحدة في العمليات التقنية. أعطت عملية تعطيل حركة الكاتلاز في السداسي PA 6.6 باستخدام DAP كعامل ربط متصالب أفضل النتائج. يزيد النشاط المتكامل إلى 366٪ بعد عشرين إعادة استخدام.

لأقمشة النسيجية منخفضة التكلفة المصنوعة من البوليستر أو البولي أميد هي مواد حاملة بديلة لتثبيط الإنزيمات. مع الأقمشة ذات النفقات التحفيزية المنخفضة مع حمل بروتين عالي ويمكن أن ينتج نشاط متميز عن طريق إشعاع المواد باستخدام مصابيح excimer-UV في وجود عامل ربط متقاطع. يتيح البناء الخاص للأقمشة قدرة نقل قابلة للتعديل وطبقة سفلية عالية.

علاوة على ذلك ، يتم تقديم معظم منتجات الشلل التقليدية كحبيبات أو كريات ، والتي يجب ترشيحها بعد التفاعلات الأنزيمية. يمكن إزالة الأقمشة بسرعة كبيرة من المفاعل دون أي خطوة ترشيح وأي مخلفات بروتين بعد التفاعل الأنزيمي.

يمكن استخدام Catalase على سبيل المثال. في صناعة النسيج بعد التبييض لتحلل بيروكسيد الهيدروجين المتبقي ، مما يفسد عملية الصباغة التالية. يقلل علاج الكاتلاز من كمية مياه الغسيل المطلوبة بقوة.

لسوء الحظ ، يمكن استخدام الإنزيم المجاني مرة واحدة فقط ، لأنه يجب رفض الخمور المعالجة قبل بدء عملية التصنيع التالية. يمكن إزالة الكاتلاز الثابت من الخمور المعالجة وبالتالي يمكن إعادة استخدامه في الدفعة التالية. في الحالة التي تم فحصها ، يمكن تثبيت 32،2 مجم كاتالاز على 1.0 جم من المواد الحاملة الاصطناعية وحتى في المحاليل ذات تركيزات الركيزة العالية للغاية ، حيث يتم إعادة استخدام الأقمشة المعالجة الكيميائية الضوئية على الأقل عشرين مرة مع الاحتفاظ بنشاط مرتفع.

وقد بدأت للتو التحقيقات في هذا المجال من الانزيم الكيميائي الكيميائي على البوليمرات الاصطناعية ولا تقتصر على بناء المنسوجات. علاوة على ذلك يبدو أن الإجراء قابل للتحويل إلى العديد من الإنزيمات أو غيرها من البروتينات ذات الأهمية الكيميائية الحيوية. تأكيدًا على هذا الافتراض ، فإن تقنية الشلل الضوئي الكيميائي الجديدة قادرة على التنافس مع إجراءات الشلل التقليدية وستفتح التطبيقات على نطاق واسع في التحفيز الحيوي في المستقبل.