ziņas

Polietilēnimīns(saīsināti PEI), ar CAS numuru 9002-98-6, ir ūdenī šķīstošs katjonisks polimērs. Tā galvenā iezīme ir tā molekulārā ķēde, kas bagāta ar lielu skaitu aminogrupu (primārie amīni, sekundārie amīni un terciārie amīni). Šī struktūra nosaka tā spēcīgo sārmainību, augsto reaktivitāti un unikālās fizikāli ķīmiskās īpašības. Polietilēnimīnam ir neaizstājama pielietojuma vērtība daudzās jomās.

I. Pamatinformācija: struktūra un klasifikācija

1. Ķīmiskā struktūra

PEI atkārtotā vienība ir -CH₂CH₂NH-, un aminogrupas tā molekulārajā ķēdē piešķir tam spēcīgas katjonu īpašības (pKa≈10) – pat neitrālos vai vāji skābos apstākļos aminogrupas var protonēt (-NH₂→-NH₃⁺), kas ir tā ūdensšķīdības, kompleksu veidošanas spējas un virsmas adsorbcijas galvenais avots.

Atkarībā no dažādām struktūrām, tās galvenokārt iedala divās kategorijās:

Lineārs polietilēnimīns (L-PEI): Molekulas ķēde ir lineāra, ar sekundārajiem amīniem kā galveno aminogrupu (apmēram 90%), un primāro un terciāro amīnu īpatsvars ir zems. Relatīvais molekulmasas sadalījums ir šaurs, un tīrība ir augstāka.

Sazarots polietilēnimīns (B-PEI): molekulārā ķēde satur lielu skaitu sānu ķēžu ar sabalansētu primāro amīnu (≈25%), sekundāro amīnu (≈50%) un terciāro amīnu (≈25%) proporciju, un tai ir augstāka reaģētspēja. Tas ir visbiežāk izmantotais veids rūpniecībā.

2. Galvenās fizikālās īpašības

II. Galvenās iezīmes: Kāpēc PEI tiek plaši izmantots?

Spēcīga katjonu īpašība un kompleksu veidošanās spēja: aminogrupa pēc protonēšanas nes pozitīvu lādiņu un var veidot stabilus kompleksus ar negatīvi lādētām vielām (piemēram, DNS, RNS, anjonu krāsvielām, māliem un metāla joniem), kas ir tās darbības galvenais mehānisms gēnu piegādē, ūdens attīrīšanā un metālu adsorbcijā.

Augsta reaģētspēja: aminogrupas (īpaši primārie amīni) var piedalīties dažādās reakcijās (piemēram, Maikla pievienošanā, epoksīda gredzena atvēršanā, acilēšanā, šķērssaistīšanas reakcijās) un tās var izmantot kā šķērssaistīšanas līdzekļus un modifikatorus materiāla virsmas funkcionalizēšanai.

Šķīdība ūdenī un plēves veidošanās īpašība: laba šķīdība ūdenī atvieglo apstrādi. Pēc žāvēšanas var veidot blīvu plēvi, kurai piemīt noteiktas adhēzijas un barjeras īpašības.

Spēcīga sārmainība: Lielais aminogrupu skaits molekulā padara tās ūdens šķīdumu ļoti sārmainu (pH no 10 līdz 12), un tā var neitralizēties ar skābām vielām.

III.Kam lieto polietilēnimīnu?(Klasificēts pēc pieprasījuma scenārijiem)

1. Biomedicīnas joma (pamats: gēnu piegādes vektori)

PEI ir viens no pašlaik visbiežāk izmantotajiem nevirālajiem gēnu vektoriem:

Princips Katjoniskais PEI un anjoniskā DNS/RNS elektrostatiskās mijiedarbības rezultātā veido “PEI-nukleīnskābju kompleksu”, kas ne tikai aizsargā nukleīnskābes no degradācijas ar nukleāzēm, bet arī ļauj tām iekļūt šūnās, izmantojot endocitozi. Turklāt PEI “protonu sūkļa efekts” (protonu absorbēšana šūnā pēc protonēšanas), izraisot pūslīšu plīsumu, var veicināt nukleīnskābju izdalīšanos citoplazmā;

Pielietojums: Gēnu terapija (piemēram, gēnu piegāde audzējiem un ģenētiskām slimībām), nukleīnskābju vakcīnu piegāde, šūnu transfekcijas eksperimenti (laboratorijās parasti tiek izmantots PEI transfekcijas reaģents);

Piezīme: Augstas molekulmasas PEI citotoksicitāte ir relatīvi augsta. Pašlaik ir izstrādāti modificēti PEI ar zemu toksicitāti (piemēram, ar peG modificēts PEI un šķērssaistītas PEI nanodaļiņas).

2. Ūdens attīrīšanas lauks (pamats: flokulanti, adsorbenti)

Flokulants: katjonu īpašībaPolietilēnimīns PEIVar neitralizēt ūdenī negatīvi lādētas suspendētas daļiņas (piemēram, smiltis, organiskās vielas un baktērijas), izraisot daļiņu agregāciju un nosēšanos. To izmanto dzeramā ūdens attīrīšanai un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai (piemēram, poligrāfijas un krāsošanas, papīra ražošanas notekūdeņu attīrīšanai), īpaši piemērots notekūdeņu attīrīšanai ar augstu duļķainību un augstu organisko vielu saturu.

Adsorbents Polietilēnimīna PEI aminogrupa var veidot koordinācijas saites ar smago metālu joniem (piemēram, Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺), un to var izmantot smago metālu atdalīšanai rūpnieciskajos notekūdeņos. To var arī pārveidot par ar polietilēnimīnu modificētiem adsorbcijas materiāliem (piemēram, PEI aktivēto ogli, PEI nanofibriem), lai uzlabotu adsorbcijas spēju.

3. Materiāla virsmas modifikācijas joma (pamats: funkcionālā modifikācija)

Papīra/šķiedras modifikācija: Papīra apstrāde ar polietilēnimīnu (PEI) var uzlabot tā mitrumizturību, ūdensizturību un drukājamību (izmantojot šķērssavienojumus ar hidroksilgrupām uz šķiedras virsmas), un to izmanto speciālā papīra (piemēram, iepakojuma papīra, filtrpapīra) ražošanā.

Metāla virsmas apstrāde: Polietilēnimīns var veidot aizsargplēvi uz metāla virsmas, uzlabojot metāla izturību pret koroziju, un var kalpot arī kā adhēzijas veicinātājs metāla pārklājumiem.

Polimēru materiālu modifikācija: PEI tiek izmantots kā šķērssaistīšanas līdzeklis vai saderības veicinātājs, lai uzlabotu polimēru saderību un adhēziju (piemēram, poliuretāna un epoksīdsveķu šķērssaistīšanas modifikācija) vai lai uzlabotu materiālu hidrofilitāti (piemēram, ar PEI modificētas poliolefīna plēves).

4. Citi rūpnieciski pielietojumi

Līmes un hermētiķi: PEI aminogrupa var iesaistīties šķērssaistīšanās reakcijās ar aldehīdiem, izocianātiem utt., un to var izmantot kā cietinātāju ūdens bāzes līmēm. Polietilēnimīnu izmanto koksnes, papīra un metāla līmēšanai, tam ir augsta saistīšanas izturība un laba ūdensizturība.

Krāsu un pigmentu rūpniecība: Polietilēnimīnu (PEI) var izmantot kā fiksatoru katjonu krāsvielām (īpaši dabisko šķiedru, piemēram, kokvilnas un zīda, krāsošanai), uzlabojot krāsvielu saķeri un mazgājamību; Polietilēnimīnu var izmantot arī kā pigmenta disperģētāju, lai novērstu pigmenta aglomerāciju.

Naftas ieguve: PEI tiek izmantots naftas atradņu ūdens attīrīšanā (piemēram, ūdens slēgšanas un profila kontroles līdzekļos) vai kā urbšanas šķidruma piedeva, lai uzlabotu urbšanas šķidrumu stabilitāti.

Pielāgojot molekulmasu (zema molekulmasa, zema toksicitāte; augsta molekulmasa, augsta aktivitāte), struktūru (lineāra vai sazarota) un modifikācijas metodes (peG-ilēšana, šķērssavienošana un savienošana)polietilēnimīns, tā pielietojumu augstas klases jomās (piemēram, mērķtiecīgā zāļu piegādē un īpašos funkcionālos materiālos) var vēl vairāk paplašināt.