크로스 링크

Cross-link
몇 개의 용어가 여기로 리디렉션된다. DNA의 크로스링크, London Crosslink 또는 Water 관리 인프라를 찾고 있을 수 있다. 레티컬(동음이의)도 참조하십시오.
불카니화는 교차 링크의 한 예다. 천연고무를 황(n = 0, 1, 2, 3 …)으로 경화시킨 후 교차 연결된 두 "폴리머 체인"(파란색과 녹색)의 개략적인 프레젠테이션.
IUPAC 정의

최소 4개의 체인이 있는 미생물 분자 내의 작은 지역
기존 사이트 또는 그룹을 포함하는 반응에 의해 생성되고
고분자 또는 기존 고분자 간의 상호 작용에 의해.

메모들

1. 작은 영역은 원자일 수도 있고, 원자의 그룹일 수도 있고, 또는 여러 개의 영역일 수도 있다.
결합, 원자 그룹 또는 과두 사슬에 의해 연결된 분기점

2. 대부분의 경우, 교차연계는 공동의 구조지만 용어다.
또한 화학적 상호작용이 약한 부위의 설명에도 사용된다.
결정체, 그리고 심지어 물리적 상호작용과 얽힘.[1]

화학 및 생물학에서 교차 연결은 하나의 폴리머 체인과 다른 폴리머 체인을 연결하는 결합 또는 짧은 결합의 연속이다. 이러한 연결은 공밸런트 결합 또는 이온 결합의 형태를 취할 수 있으며, 폴리머는 합성 폴리머 또는 천연 폴리머(단백질 등)가 될 수 있다.

폴리머 화학에서 "크로스링크링"은 보통 폴리머의 물리적 성질의 변화를 촉진하기 위해 크로스링크를 사용하는 것을 말한다.

생물학 분야에서 "크로스링크링"을 사용할 때, 단백질-단백질 상호작용을 확인하기 위해 단백질을 함께 연결하기 위한 탐침을 사용하는 것뿐만 아니라 다른 창의적인 크로스링크 방법론을 말한다.[not verified in body]

이 용어는 두 과학 모두에 대해 "폴리머 체인의 링크"를 지칭하기 위해 사용되지만, 교차 링크의 범위와 교차 링크 작용제의 특수성은 크게 다르다. 모든 과학과 마찬가지로 중복이 있으며, 다음과 같은 서술은 미묘한 점을 이해하는 출발점이다.

고분자화학

크로스링크는 두 개의 폴리머 체인을 함께 결합하기 위해 공밸런스 결합 또는 비교적 짧은 화학적 결합의 순서를 형성하는 과정을 일컫는 총칭이다. 양생이라는 용어는 불포화 폴리에스테르와 에폭시 수지 등 보온수지의 교차연결을 말하며, 경화라는 용어는 고무에 특성적으로 사용된다.[2] 폴리머 체인이 교차 연결되면 소재가 더욱 단단해진다.

중합체 화학에서 합성 중합체가 "크로스 링크"되어 있다고 할 때, 그것은 보통 중합체의 전체 덩어리가 크로스 링크 방법에 노출되었다는 것을 의미한다. 기계적 성질의 결과적으로 수정은 교차 링크 밀도에 크게 의존한다. 낮은 교차 링크 밀도는 폴리머 용융의 점성을 증가시킨다. 중간 교차 링크 밀도는 거미 중합체를 탄성 성질과 잠재적으로 높은 강도를 가진 재료로 변형시킨다. 매우 높은 교차 링크 밀도는 페놀-포름알데히드 물질과 같이 재료가 매우 단단해지거나 유리하게 될 수 있다.[3]

비스페놀 A 디글리시딜에테르에서 유래한 대표적인 비닐에스테르 수지. 자유방사성 중합체는 고도로 교차되는 중합체를 제공한다.[4]

포메이션

교차 링크는 열, 압력, pH의 변화 또는 조사에 의해 시작되는 화학 반응에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리머화되지 않았거나 부분적으로 중합된 수지를 크로스링크 시약이라고 불리는 특정 화학물질과 혼합하면 교차링크를 형성하는 화학반응이 일어난다. 또한 전자 빔 피폭,[5] 감마선 또는 UV 빛과 같은 방사선 선원에 대한 노출을 통해 일반적으로 열가소성 수지를 가진 물질에서도 교차 연동을 유도할 수 있다. 예를 들어 전자빔 가공은 교차연계 폴리에틸렌의 C형 교차연결을 위해 사용된다. 다른 종류의 교차연계 폴리에틸렌은 압출시 과산화물(타입 A)을 첨가하거나 압출시 교차연계제(예: 비닐실레인)와 촉매를 첨가한 후 압출후 경화를 수행하여 만든다.

경화작용의 화학적 과정은 자동차와 자전거 타이어와 관련된 단단하고 내구성 있는 재료로 고무를 바꾸는 일종의 교차 링크다. 이 과정은 종종 황 양생이라고 불린다. 불카누스화라는 용어는 로마의 불의 신 벌컨에서 유래되었다. 그러나 이것은 더 느린 과정이다. 일반적인 자동차 타이어는 150 °C에서 15분간 경화된다. 단, 2-벤조티아졸레티올 또는 테트라메틸티우람 이황화물 등의 가속기를 추가하면 시간을 줄일 수 있다. 이 두 가지 모두 분자에 유황 원자가 들어 있어 고무로 유황 사슬의 반응을 일으킨다. 가속기는 고무 분자에 유황 체인을 첨가함으로써 치료 속도를 높인다.

크로스 링크는 보온성 플라스틱 재료의 특성이다. 대부분의 경우 교차 연계는 되돌릴 수 없으며, 그 결과로 발생하는 보온 물질은 용해되지 않고 가열하면 성능이 저하되거나 연소된다. 특히 상업적으로 사용되는 플라스틱의 경우 일단 물질이 교차 연결되면 그 제품은 재활용이 매우 어렵거나 불가능하다. 그러나 어떤 경우에는 교차 링크 결합이 중합체를 형성하는 결합과 화학적으로 충분히 다르다면 그 과정을 되돌릴 수 있다. 예를 들어 영구파 솔루션은 모발에 있는 단백질 체인 사이에 자연적으로 발생하는 교차 링크(이황화 결합)를 끊고 다시 형성한다.

물리적 교차 링크

화학적 교차 링크가 공밸런스 결합인 경우, 물리적 교차 링크는 약한 상호작용에 의해 형성된다. 예를 들어, 칼슘 이온에 노출되었을 때 알긴산나트륨 젤은 알긴산나트륨 사슬 사이에 가교하는 이온 결합을 형성할 수 있다.[6] 폴리비닐 알코올은 붕산과 폴리머의 알코올 그룹 사이의 수소 결합을 통해 붕소를 첨가하면 겔화된다.[7][8] 물리적으로 교차연계 겔을 형성하는 다른 재료의 예로는 젤라틴, 콜라겐, 아가로스, 아가르아르가 있다.

화학적 공밸런스 크로스링크는 기계적으로나 열적으로 안정적이기 때문에 일단 형성되면 끊기 어렵다. 따라서 자동차 타이어와 같은 교차연계 제품은 쉽게 재활용할 수 없다. 열가소성 탄소 엘라스토머로 알려진 중합체의 종류는 안정성을 얻기 위해 마이크로 구조의 물리적 크로스 링크에 의존하며, 의료용 도뇨관과 같은 비타이어 용도에 널리 사용된다. 교차 링크 역할을 하는 도메인은 되돌릴 수 있기 때문에 열에 의해 개혁될 수 있기 때문에 기존의 교차 연계 엘라스토머보다 훨씬 넓은 범위의 속성을 제공한다. 안정화 영역은 비결정질(스티렌 부타디엔 블록 겸용합체) 또는 열가소성 복합체에서와 같은 결정체일 수 있다.

복합 bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide는 교차연동제로서 규소에 연결된 규소 그룹과 폴리오레핀으로 불경화되는 폴리설황화 그룹이다.

참고: 열처리나 화학적 처리로 개질할 수 없는 고무를 열성 탄성체라고 한다. 반면에 열가소성 탄성체는 열로 성형하여 재활용할 수 있다.

산화 크로스 링크

많은 중합체는 일반적으로 대기 산소에 노출되었을 때 산화성 교차 연동을 겪는다. 어떤 경우에 이것은 바람직하지 않으며 따라서 중합 반응은 산화 교차 링크의 형성을 늦추기 위해 항산화제의 사용을 포함할 수 있다. 다른 경우에는 산화 작용에 의한 교차 연계의 형성이 바람직할 때 과산화수소 등의 산화제를 사용하여 공정 속도를 높일 수 있다.

앞서 언급한 영구파를 모발에 적용하는 과정은 산화성 크로스링크의 한 예다. 이 과정에서 이황화 결합은 감소되며, 일반적으로 티오글리콜레이트 암모늄과 같은 메르캡탄을 사용한다. 그 뒤를 이어 머리카락이 곱슬곱슬해졌다가 '중립화'된다. 중화제는 일반적으로 과산화수소의 산성 용액으로 산화 조건에서 새로운 이황화 결합을 형성하여 모발을 영구적으로 새로운 구성으로 고정시킨다. 음식의 구조를 바꾸는 글루텐에게도 발생한다.

생물학에서

체내에 자연적으로 존재하는 단백질은 효소 분석 또는 자발적 반응에 의해 생성되는 교차연결을 포함할 수 있다. 이러한 교차연계는 머리카락, 피부, 연골과 같은 기계적으로 안정된 구조를 생성하는데 중요하다. 이황화 본드 형성은 가장 흔한 교차 링크 중 하나이지만 이소펩티드 본드 형성도 흔하다. 단백질은 또한 작은 분자 교차연결을 이용하여 인공적으로 교차연결을 할 수 있다. 각막의 손상된 콜라겐, 케라토콘으로 알려진 질환은 임상적인 교차연결을 통해 치료할 수 있다.[9]

생물학적 맥락에서 교차 연계는 고급 글리제 최종 산물(AGE)을 통해 아테롬성 동맥경화증의 역할을 할 수 있으며, 이는 콜라겐의 교차 연동을 유도하여 혈관이 경직될 수 있다.[10]

단백질 연구에 사용

단백질의 상호 작용 또는 단지 근접성은 교차 링크제의 교묘한 사용에 의해 연구될 수 있다. 예를 들어, 단백질 A와 단백질 B는 세포 내에서 서로 매우 가까이 있을 수 있으며, 화학적 교차링커를[11] 사용하여 이 두 단백질을 서로 연결하고, 세포를 교란하며, 교차 연결된 단백질을 찾아내어 단백질-단백질 상호작용을 조사할 수 있다.[12]

다양한 교차링커를 사용하여 종종 다양한 스페이서 암 길이를 가진 서로 다른 교차링커를 사용하여 단백질, 단백질 상호작용 및 단백질 기능의 하위 단위 구조를 분석한다.[13] 교차 링커는 고유 상태에서 표면 잔여물만을 비교적 근접하게 결합하기 때문에 하위 단위 구조는 추론된다. 단백질 상호작용은 너무 약하거나 과도하여 쉽게 검출할 수 없는 경우가 많지만, 교차연결을 통해 상호작용을 안정화, 포착, 분석할 수 있다.

일부 일반적인 크로스링커의 예로는 이미도스터 크로스링커 디메틸 수베리미드레이트, N-Hydroxysuccinimide-ester 크로스링커 BS3 및 포름알데히드가 있다. 이러한 각각의 크로스링커는 리신의 아미노 그룹과 크로스링커를 통한 후속 공밸런트 본딩의 핵포함 공격을 유도한다. 제로 길이 카르보디미드 크로스링커 EDC는 카복실체를 라이신 잔여물이나 기타 이용 가능한 1차 아민에 결합하는 아민-반응성 이수레아 매개체로 변환하여 기능한다. SMCC 또는 그 수용성 아날로그인 Sulfo-SMCC는 항체 개발을 위한 항체 햅텐 결합제를 준비하기 위해 흔히 사용된다.

인비트로 교차연계법(In-vitro cross-linking)은 1999년에 개발되었다.[14] 그들은 전자 수용체 역할을 하는 페르설프산 암모늄(APS)과 [트리스(비피리딘)루테늄(Ruthenium)]의 과정을 고안했다.II) 염화트리스-비피리딜루테늄(II) 양이온([Ru(bpy)])
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을 관심 단백질에 첨가하고 UV 빛으로 조사한다.[14] PICUP는 이전의 화학적 교차 링크 방법에 비해 더 빠르고 높은 수율이다.[14]

광반응 아미노산 아날로그를 이용한 단백질 복합체의 인비보 교차연계는 2005년 막스플랑크 분자세포생물유전학연구소 연구진에 의해 도입됐다.[15] 이 방법에서 세포는 단백질에 통합된 루신, 메티오닌에 대한 광활성 디아지린 아날로그로 성장한다. 자외선에 노출되면 디아지린이 활성화되어 광반응 아미노산 아날로그(UV크로스링크)의 몇 å스트룀 내에 있는 상호작용 단백질과 결합한다.

교차 연결된 폴리머에 사용

합성적으로 교차 연결된 폴리머는 젤 전기영상을 위한 폴리아크릴라미드 겔을 형성하는 응용과 같이 생물학에서 사용되는 것을 포함하여 많은 용도를 가지고 있다. 타이어에 사용되는 합성고무는 경화 과정을 통해 고무를 교차시켜 만든다. 이 크로스링크는 그들을 더욱 탄력 있게 한다. 딱딱한 껍질이 있는 카약도 크로스 링크된 폴리머로 제조되는 경우가 많다.

교차연결이 가능한 폴리머의 다른 예로는 태양열 패널[16] 제조에 사용되는 에틸렌-비닐 아세테이트와 폴리에틸렌이 있다.[17][18][19]

상업용 오일 기반 페인트의 지배적인 유형인 알키드 에나멜은 공기에 노출된 후 산화성 교차 연동을 통해 치료한다.[citation needed]

많은 유압파쇄 치료에서는 지연된 젤 크로스 링커 액을 사용하여 암석의 파단 치료를 수행한다.[citation needed]

강도와 질량을 높이기 위해 폴리머의 긴 사슬을 서로 연결하는 크로스링크의 초기 예는 타이어와 관련이 있었다. 고무는 열에 의해 황으로 경화되었고, 이것은 라텍스 모델들 사이의 연결고리를 만들었다.[20]

크로스링크를 위한 새로운 용도는 재생 의학에서 찾을 수 있는데, 여기서 바이오 스카폴드는 기계적인 성질을 향상시키기 위해 교차 연결된다.[21] 구체적으로는 수성 용액에서 해산에 대한 저항력을 높인다.

교차 링크의 측정 정도

교차 연결은 흔히 붓기 테스트에 의해 측정된다. 교차 연결된 시료는 특정 온도에서 양호한 용매에 넣어 질량의 변화나 부피 변화를 측정한다. 교차 연계가 많을수록 붓기가 덜해진다. 붓기의 정도, 플로리 상호작용 파라미터(시료와의 용매 상호작용과 관련), 용매의 밀도를 바탕으로 플로리의 네트워크 이론에 따라 이론적인 교차 링크 정도를 계산할 수 있다.[22] 두 개의 ASTM 표준은 일반적으로 열가소성 플라스틱의 교차 링크 정도를 설명하기 위해 사용된다. ASTM D2765에서는 샘플의 무게를 재어 24시간 동안 용매에 넣어 붓는 동안 다시 무게를 재어 말리고 최종 시간을 재어 무게를 재어준다.[23] 부기의 정도와 수용성 부분을 계산할 수 있다. 또 다른 ASTM 표준인 F2214에서는 샘플이 샘플의 높이 변화를 측정하는 기기에 배치되어 사용자가 볼륨 변화를 측정할 수 있다.[24] 그런 다음 교차 링크 밀도를 계산할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Jenkins, A. D. (1996). "Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 68 (12): 2287–2311. doi:10.1351/pac199668122287. S2CID 98774337. 1.59 Crosslink (p.2298)
  2. ^ Hans Zweifel; Ralph D. Maier; Michael Schiller (2009). Plastics additives handbook (6th ed.). Munich: Hanser. p. 746. ISBN 978-3-446-40801-2.
  3. ^ Gent, Alan N. (1 April 2018). Engineering with Rubber: How to Design Rubber Components. Hanser. ISBN 9781569902998. Retrieved 1 April 2018 – via Google Books.
  4. ^ Pham, Ha Q.; Marks, Maurice J. (2012). Epoxy Resins. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a09_547.pub2. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ "Shrink Wrap". symmetry magazine. Retrieved 28 December 2017.
  6. ^ Hecht, Hadas; Srebnik, Simcha (2016). "Structural Characterization of Sodium Alginate and Calcium Alginate". Biomacromolecules. 17 (6): 2160–2167. doi:10.1021/acs.biomac.6b00378. PMID 27177209.
  7. ^ http://www.rsc.org/learn-chemistry/content/filerepository/CMP/00/000/835/cfns%20experiment%2076%20-%20pva%20polymer%20slime.pdf
  8. ^ Casassa, E.Z; Sarquis, A.M; Van Dyke, C.H (1986). "The gelation of polyvinyl alcohol with borax: A novel class participation experiment involving the preparation and properties of a "slime"". Journal of Chemical Education. 63 (1): 57. Bibcode:1986JChEd..63...57C. doi:10.1021/ed063p57.
  9. ^ 월렌삭 G, 스포렐 E, 사일러 T. 리보플라빈/초자외선 유도 콜라겐 교차연결을 통해 케라토코누스 치료. 아메 J 안과. 2003년 5월;135(5):620-7.
  10. ^ Prasad, Anand; Bekker, Peter; Tsimikas, Sotirios (2012-08-01). "Advanced glycation end products and diabetic cardiovascular disease". Cardiology in Review. 20 (4): 177–183. doi:10.1097/CRD.0b013e318244e57c. ISSN 1538-4683. PMID 22314141. S2CID 8471652.
  11. ^ "Pierce Protein Biology - Thermo Fisher Scientific". www.piercenet.com. Retrieved 1 April 2018.
  12. ^ Kou Qin; Chunmin Dong; Guangyu Wu; Nevin A Lambert (August 2011). "Inactive-state preassembly of Gq-coupled receptors and Gq heterotrimers". Nature Chemical Biology. 7 (11): 740–747. doi:10.1038/nchembio.642. PMC 3177959. PMID 21873996.
  13. ^ Mizsei, Réka; Li, Xiaolong; Chen, Wan-Na; Szabo, Monika; Wang, Jia-huai; Wagner, Gerhard; Reinherz, Ellis L.; Mallis, Robert J. (January 2021). "A general chemical crosslinking strategy for structural analyses of weakly interacting proteins applied to preTCR-pMHC complexes". Journal of Biological Chemistry. 296: 100255. doi:10.1016/j.jbc.2021.100255. ISSN 0021-9258. PMC 7948749. PMID 33837736.
  14. ^ a b c Fancy, David A.; Kodadek, Thomas (1999-05-25). "Chemistry for the analysis of protein–protein interactions: Rapid and efficient cross-linking triggered by long wavelength light". Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (11): 6020–6024. Bibcode:1999PNAS...96.6020F. doi:10.1073/pnas.96.11.6020. ISSN 0027-8424. PMC 26828. PMID 10339534.
  15. ^ Suchanek, Monika; Anna Radzikowska; Christoph Thiele (April 2005). "Photo-leucine and photo-methionine allow identification of protein–protein interactions in living cells". Nature Methods. 2 (4): 261–268. doi:10.1038/nmeth752. PMID 15782218.
  16. ^ 태양전지 제조와 태양전지 패널 생산은 3시 25분에 "EVA의 한 층"이고, 또 다른... 이후 열과 압력으로 태양전지 자체 주위로 접합된 "에바를 교차 연결시켜 모듈을 밀봉하는 화학적 결합을 유발한다"는 내용으로 2018년 9월 4일에 접속했다.
  17. ^ Reyes-Labarta, J.A.; Marcilla, A. (2012). "Thermal Treatment and Degradation of Crosslinked Ethylene Vinyl Acetate-Polyethylene-Azodicarbonamide-ZnO Foams. Complete Kinetic Modelling and Analysis". Industrial & Engineering Chemistry Research. 51 (28): 9515–9530. doi:10.1021/ie3006935.
  18. ^ Reyes-Labarta, J.A.; Marcilla, A.; Sempere, J. (2011). "Kinetic Study of the Thermal Processing and Pyrolysis of Crosslinked Ethylene Vinyl Acetate-Polyethylene Mixtures". Industrial & Engineering Chemistry Research. 50 (13): 7964–7976. doi:10.1021/ie200276v.
  19. ^ Reyes-Labarta, J.A.; Olaya, M.M.; Marcilla, A. (2006). "DSC and TGA Study of the Transitions Involved in the Thermal Treatment of Binary Mixtures of PE and EVA Copolymer with a Crosslinking Agent". Polymer. 47 (24): 8194–8202. doi:10.1016/j.polymer.2006.09.054.
  20. ^ "Crosslinking and Tires". ebeam.com. Archived from the original on 4 February 2017. Retrieved 1 April 2018.
  21. ^ Lien, S.-M.; Li, W.-T.; Huang, T.-J. (2008). "Genipin-crosslinked gelatin scaffolds for articular cartilage tissue engineering with a novel crosslinking method". Materials Science and Engineering: C. 28 (1): 36–43. doi:10.1016/j.msec.2006.12.015.
  22. ^ 플로리, P.J. "중합체 화학의 원리"(1953)
  23. ^ "ASTM D2765 - 16 Standard Test Methods for Determination of Gel Content and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics". www.astm.org. Retrieved 1 April 2018.
  24. ^ "ASTM F2214 - 16 Standard Test Method for In Situ Determination of Network Parameters of Crosslinked Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE)". www.astm.org. Retrieved 1 April 2018.

외부 링크