ข่าว

โพลีเอทิลีนอิมินโพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) หรือเรียกสั้นๆ ว่า PEI มีหมายเลข CAS 9002-98-6 เป็นพอลิเมอร์ประจุบวกที่ละลายน้ำได้ คุณสมบัติหลักคือสายโซ่โมเลกุลอุดมไปด้วยหมู่เอมีนจำนวนมาก (เอมีนปฐมภูมิ เอมีนทุติยภูมิ และเอมีนตติยภูมิ) โครงสร้างนี้กำหนดความเป็นด่างสูง ปฏิกิริยาสูง และคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ โพลีเอทิลีนอิมีนมีคุณค่าในการใช้งานที่หาอะไรมาทดแทนไม่ได้ในหลายสาขา

I. ข้อมูลพื้นฐาน: โครงสร้างและการจำแนกประเภท

1. โครงสร้างทางเคมี

หน่วยซ้ำของ PEI คือ -CH₂CH₂NH- และหมู่เอมีนบนสายโซ่โมเลกุลทำให้มีคุณสมบัติเป็นประจุบวกสูง (pKa≈10) แม้ในสภาวะที่เป็นกลางหรือเป็นกรดอ่อนๆ หมู่เอมีนก็สามารถถูกโปรตอนได้ (-NH₂→-NH₃⁺) ซึ่งเป็นแหล่งที่มาหลักของความสามารถในการละลายในน้ำ ความสามารถในการสร้างสารเชิงซ้อน และการดูดซับบนพื้นผิว

ตามโครงสร้างที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ ดังนี้:

โพลิเอทิลีนอิมีนเชิงเส้น (L-PEI): โครงสร้างโมเลกุลเป็นเส้นตรง โดยมีเอมีนทุติยภูมิเป็นหมู่เอมีนหลัก (ประมาณ 90%) และสัดส่วนของเอมีนปฐมภูมิและตติยภูมิมีน้อย การกระจายตัวของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์แคบ และมีความบริสุทธิ์สูง

โพลีเอทิลีนอิมีนแบบแตกแขนง (B-PEI): โครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยโซ่ข้างจำนวนมาก โดยมีสัดส่วนที่สมดุลของเอมีนปฐมภูมิ (≈25%), เอมีนทุติยภูมิ (≈50%) และเอมีนตติยภูมิ (≈25%) และมีความไวต่อปฏิกิริยาสูง เป็นชนิดที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรม

2. คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ

ii. คุณสมบัติหลัก: เหตุใด PEI จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย?

คุณสมบัติประจุบวกที่แข็งแกร่งและความสามารถในการสร้างสารเชิงซ้อน: หมู่เอมีนหลังจากได้รับโปรตอนจะมีประจุบวกและสามารถสร้างสารเชิงซ้อนที่เสถียรกับสารที่มีประจุลบ (เช่น DNA, RNA, สีย้อมประจุลบ, ดินเหนียว และไอออนโลหะ) ซึ่งเป็นกลไกหลักในการทำงานด้านการนำส่งยีน การบำบัดน้ำ และการดูดซับโลหะ

ความสามารถในการทำปฏิกิริยาสูง: หมู่เอมีน (โดยเฉพาะเอมีนปฐมภูมิ) สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาต่างๆ (เช่น ปฏิกิริยาไมเคิลแอดดิชัน การเปิดวงแหวนอีพอกซี ปฏิกิริยาอะซิเลชัน ปฏิกิริยาเชื่อมโยง) และสามารถใช้เป็นสารเชื่อมโยงและสารปรับแต่งเพื่อเพิ่มฟังก์ชันให้กับพื้นผิวของวัสดุได้

คุณสมบัติการละลายน้ำและการสร้างฟิล์ม: การละลายน้ำที่ดีทำให้แป้ง่าย เมื่อแห้งแล้วสามารถสร้างฟิล์มที่หนาแน่นได้ และฟิล์มนั้นมีคุณสมบัติในการยึดเกาะและเป็นฉนวนที่ดีในระดับหนึ่ง

ความเป็นด่างสูง: หมู่เอมีนจำนวนมากในโมเลกุลทำให้สารละลายในน้ำมีฤทธิ์เป็นด่างสูง (pH ≈ 10 ถึง 12) และสามารถเกิดปฏิกิริยาสะเทียรกับสารที่เป็นกรดได้

3.โพลีเอทิลีนิมินใช้สำหรับอะไร(จำแนกตามสถานการณ์ความต้องการ)

1. สาขาชีวการแพทย์ (แกนหลัก: เวกเตอร์นำส่งยีน)

PEI เป็นหนึ่งในตัวนำส่งยีนที่ไม่ใช่ไวรัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน:

หลักการคือ PEI ที่มีประจุบวกและ DNA/RNA ที่มีประจุลบจะรวมตัวกันเป็น “สารเชิงซ้อน PEI-กรดนิวคลีอิก” ผ่านปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยปกป้องกรดนิวคลีอิกจากการถูกย่อยสลายโดยนิวคลีเอส แต่ยังช่วยให้กรดนิวคลีอิกสามารถเข้าสู่เซลล์ผ่านกระบวนการเอนโดไซโทซิสได้อีกด้วย ยิ่งไปกว่านั้น “ผลของฟองน้ำโปรตอน” ของ PEI (การดูดซับโปรตอนภายในเซลล์หลังจากเกิดการโปรตอนไนเซชัน) ที่กระตุ้นให้ถุงเวสิเคิลแตกออก สามารถส่งเสริมการปล่อยกรดนิวคลีอิกเข้าสู่ไซโทพลาซึมได้

การประยุกต์ใช้: การบำบัดด้วยยีน (เช่น การส่งยีนเพื่อรักษาเนื้องอกและโรคทางพันธุกรรม), การส่งวัคซีนกรดนิวคลีอิก, การทดลองการถ่ายโอนยีนเข้าสู่เซลล์ (โดยทั่วไปใช้สารถ่ายโอนยีน PEI ในห้องปฏิบัติการ)

หมายเหตุ: PEI ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมีความเป็นพิษต่อเซลล์ค่อนข้างสูง ปัจจุบันมีการพัฒนา PEI ที่ได้รับการดัดแปลงให้มีความเป็นพิษต่ำ (เช่น PEI ที่ดัดแปลงด้วย peG และอนุภาคนาโน PEI ที่เชื่อมโยงกัน) แล้ว

2. สาขาการบำบัดน้ำ (หลัก: สารตกตะกอน, สารดูดซับ)

สารตกตะกอน: คุณสมบัติประจุบวกของโพลีเอทิลีนอิมิน PEIสามารถทำให้ประจุลบของอนุภาคแขวนลอยในน้ำ (เช่น ทราย สารอินทรีย์ และแบคทีเรีย) เป็นกลางได้ ทำให้อนุภาคเหล่านั้นรวมตัวและตกตะกอน จึงใช้ในการบำบัดน้ำดื่มและน้ำเสียจากอุตสาหกรรม (เช่น น้ำเสียจากการพิมพ์และย้อมสี การผลิตกระดาษ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียที่มีความขุ่นสูงและมีปริมาณสารอินทรีย์สูง

สารดูดซับ หมู่เอมีนของโพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) สามารถสร้างพันธะโคออร์ดิเนชันกับไอออนโลหะหนัก (เช่น Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺) และสามารถใช้ในการกำจัดโลหะหนักในน้ำเสียอุตสาหกรรมได้ นอกจากนี้ยังสามารถนำมาทำเป็นวัสดุดูดซับที่ดัดแปลงด้วยโพลีเอทิลีนอิมีน (เช่น ถ่านกัมมันต์ PEI, เส้นใยนาโน PEI) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับได้อีกด้วย

3. สาขาการปรับเปลี่ยนพื้นผิววัสดุ (แกนหลัก: การปรับเปลี่ยนเชิงฟังก์ชัน)

การปรับปรุงคุณภาพกระดาษ/เส้นใย: การเคลือบกระดาษด้วยโพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) สามารถเพิ่มความแข็งแรงเมื่อเปียกน้ำ ความต้านทานต่อน้ำ และความสามารถในการพิมพ์ (โดยการเชื่อมโยงกับหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวเส้นใย) และใช้ในการผลิตกระดาษชนิดพิเศษ (เช่น กระดาษบรรจุภัณฑ์ กระดาษกรอง)

การปรับสภาพพื้นผิวโลหะ: โพลีเอทิลีนิมีนสามารถสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะ ช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ และยังสามารถใช้เป็นสารส่งเสริมการยึดเกาะสำหรับสารเคลือบโลหะได้อีกด้วย

การดัดแปลงวัสดุพอลิเมอร์: PEI ถูกใช้เป็นสารเชื่อมโยงหรือสารเพิ่มความเข้ากันได้ เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้และการยึดเกาะของพอลิเมอร์ (เช่น การดัดแปลงการเชื่อมโยงของโพลียูรีเทนและเรซินอีพ็อกซี) หรือเพื่อเพิ่มคุณสมบัติการดูดซับน้ำของวัสดุ (เช่น ฟิล์มโพลีโอเลฟินที่ดัดแปลงด้วย PEI)

4. การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ

กาวและวัสดุอุดรอยรั่ว: หมู่เอมีนของ PEI สามารถเกิดปฏิกิริยาเชื่อมโยงกับอัลดีไฮด์ ไอโซไซยาเนต ฯลฯ และสามารถใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในการบ่มกาวชนิดน้ำได้ โพลีเอทิลีนอิมีนใช้สำหรับยึดติดไม้ กระดาษ และโลหะ โดยมีแรงยึดติดสูงและทนต่อน้ำได้ดี

อุตสาหกรรมสีย้อมและเม็ดสี: โพลีเอทิลีนอิมีน (PEI) สามารถใช้เป็นสารตรึงสีสำหรับสีย้อมประจุบวก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการย้อมเส้นใยธรรมชาติ เช่น ฝ้ายและไหม) ช่วยเพิ่มการยึดเกาะและความสามารถในการซักล้างของสีย้อม นอกจากนี้ โพลีเอทิลีนอิมีนยังสามารถใช้เป็นสารกระจายเม็ดสีเพื่อป้องกันการจับตัวเป็นก้อนของเม็ดสีได้อีกด้วย

การสกัดปิโตรเลียม: PEI ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำในแหล่งน้ำมัน (เช่น สารปิดกั้นน้ำและสารควบคุมการไหลของน้ำ) หรือเป็นสารเติมแต่งในของเหลวสำหรับการเจาะเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของของเหลวในการเจาะ

โดยการปรับน้ำหนักโมเลกุล (น้ำหนักโมเลกุลต่ำ ความเป็นพิษต่ำ น้ำหนักโมเลกุลสูง ฤทธิ์สูง) โครงสร้าง (แบบเส้นตรงหรือแบบแตกแขนง) และวิธีการดัดแปลง (การเติมหมู่ PEG การเชื่อมโยงข้าม และการผสม) ของโพลีเอทิลีนอิมินและสามารถขยายการประยุกต์ใช้ในสาขาขั้นสูง (เช่น การส่งยาไปยังเป้าหมาย และวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษ) ได้มากยิ่งขึ้น