آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان

آمینو‌پروپیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان با نام رایج 3‑Aminopropyltriethoxysilane یا APTES، یک ترکیب آلی-سیلان دارای گروه عاملی آمین است که در اصلاح سطحی، اتصال‌دهنده بین مواد آلی و غیرآلی و پوشش‌های هوشمند کاربرد دارد. به دلیل وجود همزمان گروه آمینی و سه گروه اتوکسی، این ترکیب می‌تواند پیوندهای قوی با سطوح معدنی مانند شیشه، سیلیکا، یا فلزات اکسیدی برقرار کند.

مشخصات شیمیایی و فیزیکی

• فرمول مولکولی: H₂N–(CH₂)₃–Si(OC₂H₅)₃

• وزن مولکولی: ۲۲۱.۳۷ گرم بر مول

• CAS Number: ۹۱۹‑۳۰‑۲

• شکل فیزیکی: مایع بی‌رنگ تا زرد کم‌رنگ

• چگالی: حدود ۰.۹۴–۰.۹۵ گرم بر میلی‌لیتر

• نقطه جوش: حدود ۲۱۷ درجه سانتی‌گراد

• قابلیت انحلال: محلول در حلال‌های آلی مانند اتانول، استون، کلروفرم، و تتراهیدروفوران

مکانیسم عملکرد

APTES یک عامل سیلان‌دار است که در حضور رطوبت یا آب، گروه‌های اتوکسی آن هیدرولیز شده و به گروه‌های Si–OH تبدیل می‌شوند. این گروه‌ها با سطح سیلیکا یا شیشه واکنش داده و پیوندهای کووالانسی Si–O–Si تشکیل می‌دهند. در سمت دیگر، گروه آمین آزاد باقی می‌ماند و می‌تواند با ترکیبات آلی مانند پروتئین‌ها، پلیمرها یا نانوذرات پیوند برقرار کند. این ویژگی باعث شده که APTES نقش مهمی در پل‌زنی بین فازهای آلی و معدنی ایفا کند.

کاربردها

۱. اصلاح سطح شیشه، سیلیکا و نانوذرات

از APTES برای آمین‌دار کردن سطح شیشه یا ذرات سیلیکا استفاده می‌شود تا جذب پروتئین‌ها، DNA یا سایر مولکول‌های زیستی به‌صورت پایدارتر و هدفمند انجام شود.

۲. تشکیل لایه‌های خودآرا (Self-Assembled Monolayer - SAM)

APTES قابلیت ایجاد لایه‌های نازک یکنواخت روی سطح اکسید سیلیسیم یا شیشه را دارد. این لایه‌ها در ساخت حسگرهای زیستی، تراشه‌های میکروفلوئیدیک و دستگاه‌های نانوالکترونیکی به کار می‌روند.

۳. پوشش‌دهی ضدخوردگی

در پوشش‌های سیل‌ژلی یا هیبریدی، APTES به‌عنوان یک کوپلینگ‌عامل عمل کرده و سبب افزایش چسبندگی پوشش به سطح فلز می‌شود. همچنین می‌تواند مقاومت سطح را در برابر رطوبت، مواد خورنده و تنش‌های مکانیکی افزایش دهد.

۴. سنتز نانوذرات متخلخل

در ساخت نانوذرات متخلخل سیلیکا مانند MCM‑41 یا SBA‑15، از APTES برای ایجاد گروه‌های عملکردی بر سطح استفاده می‌شود تا امکان اتصال دارو یا گروه‌های هدف‌دار فراهم شود.

۵. زیست‌پزشکی و ایمموبیلیزاسیون

سطوح آمین‌دار شده با APTES در تثبیت آنزیم‌ها، آنتی‌بادی‌ها، پپتیدها یا DNA روی سطح کاربرد دارند. این فرآیند در ساخت کیت‌های تشخیص بیماری، بیوسنسورها و حتی مهندسی بافت کاربرد فراوانی دارد.

مزایا

• چسبندگی عالی به سطوح معدنی مانند شیشه و سیلیکا

• دارای گروه آمین فعال برای واکنش با مواد زیستی یا آلی

• قابل تنظیم در ترکیب و نسبت‌ها برای دستیابی به ویژگی‌های مطلوب

• کاربرد گسترده در صنایع الکترونیک، پزشکی، داروسازی، نانو و پلیمر

• قابلیت پلیمریزاسیون یا اتصال عرضی با رزین‌ها یا سیلان‌های دیگر

نکات ایمنی

خطرات

• تحریک‌کننده پوست و چشم: تماس مستقیم می‌تواند باعث سوختگی‌های شدید و تحریک مزمن شود.

• خطرات تنفسی: بخارات آن می‌توانند باعث سرفه، تنگی نفس یا سردرد شوند.

• حساسیت‌زایی: تماس مکرر ممکن است باعث آلرژی پوستی شود.

• سمیت خوراکی (در حیوانات): دارای LD50 حدود ۱۷۸۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم در موش‌های صحرایی است.

توصیه‌های ایمنی

• استفاده از دستکش مقاوم به مواد شیمیایی، عینک ایمنی و لباس محافظ الزامی است.

• کار با APTES باید در محیط با تهویه مناسب یا هود شیمیایی انجام شود.

• نگهداری در ظروف مهر و موم شده، دور از رطوبت، نور و گرما انجام شود.

• از تماس با مواد اکسیدکننده قوی یا اسیدها اجتناب شود.

دستورالعمل عمومی استفاده (پروتکل رایج)

آماده‌سازی سطح شیشه یا سیلیکا با APTES

۱. شستشوی سطح با محلول‌های اسیدی یا پلاسمای اکسیژن برای فعال‌سازی.
۲. خشک کردن سطح در دمای حدود ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد برای حذف رطوبت.
3. تهیه محلول APTES در حلال آلی (معمولاً اتانول یا استون) با غلظت ۱–۲ درصد.
4. غوطه‌ور کردن سطح در محلول برای ۳۰–۶۰ دقیقه.
5. خشک‌کردن و پخت نهایی در دمای ۱۱۰–۱۲۰ درجه برای ۳۰ دقیقه تا تشکیل پیوندهای کووالان.

جمع‌بندی

آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان (APTES) یک ماده کاربردی و کلیدی در شیمی سطح، نانوفناوری، زیست‌پزشکی و صنایع پوشش‌دهی است. وجود گروه‌های عاملی سیلان و آمین، این ماده را به پلی میان مواد آلی و معدنی تبدیل کرده است. با رعایت نکات ایمنی، می‌توان از مزایای گسترده‌ی آن در فرآیندهای تحقیقاتی و صنعتی بهره‌مند شد.