навіны

Поліэтыленімін(скарочана ПЭІ), CAS-нумар якога 9002-98-6, — гэта водарастваральны катыённы палімер. Яго асноўная асаблівасць заключаецца ў тым, што малекулярны ланцуг багаты вялікай колькасцю амінагруп (першасныя аміны, другасныя аміны і трацічныя аміны). Гэтая структура вызначае яго моцную шчолачнасць, высокую рэакцыйную здольнасць і ўнікальныя фізіка-хімічныя ўласцівасці. Поліэтыленімін мае незаменную прымяняльную каштоўнасць у розных галінах.

I. Асноўная інфармацыя: структура і класіфікацыя

1. Хімічная структура

Паўтаральнай адзінкай PEI з'яўляецца -CH₂CH₂NH-, а амінагрупы ў яго малекулярным ланцугу надаюць яму моцныя катыённыя ўласцівасці (pKa≈10) — нават у нейтральных або слабакіслых умовах амінагрупы могуць быць пратанаваны (-NH₂→-NH₃⁺), што з'яўляецца асноўнай крыніцай яго растваральнасці ў вадзе, здольнасці да ўтварэння комплексаў і павярхоўнай адсорбцыі.

У залежнасці ад структуры, яны ў асноўным падзяляюцца на дзве катэгорыі:

Лінейны поліэтыленамін (L-PEI): малекулярны ланцуг лінейны, з другаснымі амінамі ў якасці асноўнай амінагрупы (каля 90%), а доля першасных і трацічных амінаў нізкая. Адноснае малекулярнае размеркаванне вузкае, а чысціня вышэйшая.

Разгалінаваны поліэтыленамін (B-PEI): малекулярны ланцуг утрымлівае вялікую колькасць бакавых ланцугоў са збалансаванай прапорцыяй першасных амінаў (≈25%), другасных амінаў (≈50%) і трацічных амінаў (≈25%), а таксама мае больш высокую рэакцыйную здольнасць. Гэта найбольш распаўсюджаны тып у прамысловасці.

2. Асноўныя фізічныя ўласцівасці

II. Асноўныя характарыстыкі: Чаму PEI шырока выкарыстоўваецца?

Моцныя катыённыя ўласцівасці і здольнасць да комплексаўтварэння: амінагрупа пасля пратанавання нясе станоўчы зарад і можа ўтвараць стабільныя комплексы з адмоўна зараджанымі рэчывамі (такімі як ДНК, РНК, аніённыя фарбавальнікі, гліны і іёны металаў), што з'яўляецца асноўным механізмам яе дзеяння ў дастаўцы генаў, ачыстцы вады і адсорбцыі металаў.

Высокая рэакцыйная здольнасць: амінагрупы (асабліва першасныя аміны) могуць удзельнічаць у розных рэакцыях (такіх як рэакцыя далучэння па Міхаэлю, раскрыццё эпаксіднага кольца, ацыляванне, рэакцыі зшывання) і могуць выкарыстоўвацца ў якасці зшываючых агентаў і мадыфікатараў для функцыяналізацыі паверхні матэрыялу.

Растваральнасць у вадзе і плёнкаўтваральныя ўласцівасці: добрая растваральнасць у вадзе палягчае апрацоўку. Пасля высыхання можа ўтвараць шчыльную плёнку, якая валодае пэўнымі адгезійнымі і бар'ернымі ўласцівасцямі.

Моцная шчолачнасць: вялікая колькасць амінагруп у малекуле робіць яе водны раствор моцна шчолачным (pH ≈10–12), і ён можа ўступаць у рэакцыі нейтралізацыі з кіслымі рэчывамі.

III.Для чаго выкарыстоўваецца поліэтыленімін(Класіфікацыя па сцэнарах попыту

1. Біямедыцынская галіна (асноўная: вектары дастаўкі генаў)

PEI з'яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных невірусных генных вектараў у цяперашні час:

Прынцып Катыённы PEI і аніённая ДНК/РНК утвараюць «комплекс PEI-нуклеінавая кіслата» праз электрастатычнае ўзаемадзеянне, якое не толькі абараняе нуклеінавыя кіслоты ад дэградацыі нуклеазамі, але і дазваляе ім пранікаць у клеткі праз эндацытоз. Больш за тое, «эфект пратоннай губкі» PEI (паглынанне пратонаў унутры клеткі пасля пратанавання) можа спрыяць вызваленню нуклеінавых кіслот у цытаплазму;

Ужыванне: генная тэрапія (напрыклад, дастаўка генаў для лячэння пухлін і генетычных захворванняў), дастаўка вакцын на аснове нуклеінавых кіслот, эксперыменты па трансфекцыі клетак (часта выкарыстоўваецца рэагент для трансфекцыі PEI ў лабараторыях);

Заўвага: Высокамалекулярны PEI мае адносна высокую цытатаксічнасць. У цяперашні час распрацаваны нізкатаксічны мадыфікаваны PEI (напрыклад, мадыфікаваны peG PEI і зшытыя наначасціцы PEI).

2. Галіна ачысткі вады (асноўныя напрамкі: флокулянты, адсарбенты)

Флокулянт: катыённая ўласцівасцьПоліэтыленімін PEIможа нейтралізаваць адмоўна зараджаныя ўзважаныя часціцы ў вадзе (напрыклад, пясок, арганічныя рэчывы і бактэрыі), што прыводзіць да іх агрэгацыі і асядання. Выкарыстоўваецца для ачысткі пітной вады і прамысловых сцёкавых вод (напрыклад, друкарскіх і фарбавальных прадпрыемстваў, вытворчасці паперы), асабліва падыходзіць для ачысткі сцёкавых вод з высокай каламутнасцю і высокім утрыманнем арганічных рэчываў.

Адсарбент Амінагрупа поліэтыленіміну PEI можа ўтвараць каардынацыйныя сувязі з іёнамі цяжкіх металаў (такіх як Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺) і можа быць выкарыстана для выдалення цяжкіх металаў з прамысловых сцёкавых вод. Яго таксама можна перапрацоўваць у мадыфікаваныя поліэтыленімінам адсарбцыйныя матэрыялы (такія як PEI-актываваны вугаль, PEI-нанавалакна) для павышэння адсарбцыйнай здольнасці.

3. Галіна мадыфікацыі паверхні матэрыялаў (аснова: функцыянальная мадыфікацыя)

Мадыфікацыя паперы/валакна: апрацоўка паперы поліэтыленімінам PEI можа палепшыць яе трываласць у вільготным стане, воданепранікальнасць і друкавальнасць (дзякуючы зшыванню з гідраксільнымі групамі на паверхні валакна) і выкарыстоўваецца ў вытворчасці спецыяльнай паперы (напрыклад, упаковачнай паперы, фільтравальнай паперы).

Апрацоўка паверхні металу: поліэтыленімін можа ўтвараць ахоўную плёнку на паверхні металу, павышаючы каразійную ўстойлівасць металу, а таксама можа служыць прамотарам адгезіі для металічных пакрыццяў.

Мадыфікацыя палімерных матэрыялаў: PEI выкарыстоўваецца ў якасці зшывальнага агента або сумяшчальнага рэчыва для паляпшэння сумяшчальнасці і адгезіі палімераў (напрыклад, мадыфікацыя зшывання поліўрэтанавых і эпаксідных смол) або для павышэння гідрафільнасці матэрыялаў (напрыклад, мадыфікаваныя PEI поліалефінавыя плёнкі).

4. Іншыя прамысловыя сферы прымянення

Клеі і герметыкі: Амінагрупа PEI можа ўступаць у рэакцыі зшывання з альдэгідамі, ізацыянатамі і г.д. і можа выкарыстоўвацца ў якасці ацвярджальніка для клеяў на воднай аснове. Поліэтыленімін выкарыстоўваецца для склейвання дрэва, паперы і металу, валодаючы высокай трываласцю счаплення і добрай воданепранікальнасцю.

Прамысловасць фарбавальнікаў і пігментаў: поліэтыленімін PEI можа выкарыстоўвацца ў якасці фіксатара для катыённых фарбавальнікаў (асабліва для фарбавання натуральных валокнаў, такіх як бавоўна і шоўк), паляпшаючы адгезію і змыўнасць фарбавальнікаў; поліэтыленімін таксама можа выкарыстоўвацца ў якасці дысперсанта пігментаў для прадухілення агламерацыі пігментаў.

Здабыча нафты: ПЭІ выкарыстоўваецца ў ачыстцы вады на нафтавых радовішчах (напрыклад, у якасці сродкаў для перакрыцця вады і кантролю профілю) або ў якасці дабаўкі да буравых раствораў для паляпшэння стабільнасці буравых раствораў.

Шляхам карэкціроўкі малекулярнай масы (нізкая малекулярная маса, нізкая таксічнасць; высокая малекулярная маса, высокая актыўнасць), структуры (лінейная супраць разгалінаванай) і метадаў мадыфікацыі (пэГ-іляванне, зшыванне і кампаундаванне)поліэтыленімін, яго прымяненне ў высокатэхналагічных галінах (такіх як мэтанакіраваная дастаўка лекаў і спецыяльныя функцыянальныя матэрыялы) можа быць далей пашырана.