交叉链接
交叉链接（英语：cross-link）为连接一个聚合体与其它聚合物的键。它们可以是共价键或是离子键。 “聚合物链”可以指合成聚合物或天然聚合物（如蛋白质）。当“交叉链接”用于合成聚合物的科学领域时，它通常指的是使用交叉链接，以促进聚合物物理性质的差别。当“交叉链接”使用于生物领域，它指的是使用一个探针与蛋白质连接在一起，检查蛋白质交互作用，以及其它的交叉链接方法。
交叉链接通常被使用于合成聚合物化学和生物科学。虽然该名语常被使用来指这两个科学的“聚合物链的连接基”，但交叉链接的范围和交叉链接的特异性还是有所不同。当然，在所有的科学也会有一定程度的重叠，以下的划定为开始，以了解的它们细微的差异。
当交叉链接被添加到长橡胶分子时，它的伸缩性会降低，硬度会增加并且熔点也会增加。
交叉链接合成聚合物化学[编辑]
当聚合物链借由交叉链接连接在一起，他们失去一些他们作为单独聚合物链移动的能力。例如，液态聚合物（液态聚合物链可自由地流动）可透过交叉链接而形成一个“固体”或“凝胶”。
在聚合物化学中，当一个合成的聚合物被叙述为是“交叉链接”，它通常是指整个聚合物的体积被显露在交叉链接的方法中。所得到的物理性的性质改变取决于交叉链接的密度。低密度的交叉链接会降低聚合物熔体的黏度。中间密度的交叉链接会转变胶状聚合物形成具有弹性体和潜在高强度的聚合物。非常高密度的交叉链接会造成物质变得非常坚硬或玻璃状的，如酚醛树脂。[1]
交叉链接的形成[编辑]
交叉链接可以透过热，压力，改变pH值，或辐射等化学反应而形成。例如，混合未聚合或部分聚合的树脂与被称为 交叉链接试剂 的特别化学药剂，反应形成交叉链接的化学反应。交叉链接也可用来诱发一般的热塑性塑料，透过曝露在辐射来源，例如曝露在电子束，γ-辐射，或UV光。例如，电子束处理便用于交叉链接C类型的聚乙烯。其它类型的交叉链接聚乙烯借由加入过氧化物的过程中，挤压（A型）或通过加入交叉链接试剂（如乙烯基矽烷）和催化剂的挤压，然后进行挤压后固化过程中加工。
硫化的化学过程是一种交叉链接，它改变橡胶的特性，使橡胶变得更坚硬，耐用的材料，而此橡胶相关于汽车和自行车轮胎。这个过程通常被称为硫化的加工，硫化一词来源于火神，罗马的火神。然而这是一个缓慢的过程。一种典型的汽车轮胎，在150℃下固化15分钟。然而时间可透过加入催速剂如2 -苯并噻唑硫或二硫化四甲基秋兰姆来减少。这两种含有硫原子的分子引发起的硫链与橡胶的反应。催速剂透过催化橡胶分子硫链的加成来提高固化速率。
交叉链接是热固性聚合物的特性属性。在大多数情况下，交叉链接是不可逆的，而且所得到的热固性材料在加热的情况之下将会降解或燃烧，而不会融化。特别是在商业上所使用塑料，一旦有一个物质是交叉链接的，此产品是非常困难或不可能回收的。在某些情况下，虽然，如果交叉链接的键是足够有差异的，在化学性质上，从形成所述聚合物的键，该过程可以颠倒。烫发的解决方案，例如，打破和重新自然形成的蛋白质链在头发之间发生交叉链接（二硫键）。
交叉链接的物理特性[编辑]
化学共价交叉链接键有稳定的机械性和热性，所以一旦形成是不容易折断。因此，像汽车轮胎这种的交叉链接产物不容易回收。一类被称为热塑性弹性体的聚合物依赖于在他们的微观结构的物理性交叉链接，以达到稳定，并且广泛地应用于非轮胎的应用，如雪地车的轨道和医疗用途的导管。他们提供了一个比传统的交叉链接弹性体更广泛的范围的特性，因为作为交叉链接的构域是可逆的，因此可以透过热进行改造。稳定的构域可能非结晶（如苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物）或结晶的热塑性共聚酯。
交叉链接的氧化特性[编辑]
许多聚合物发生氧化的交叉链接，通常在暴露于大气中的氧。在某些情况下这是不希望的，因此聚合反应会使用抗氧化剂来延缓氧化的交叉链接的形成。在其他情况下，当透过氧化来形成交叉链接是想要的，一种氧化剂如过氧化氢可被用来加速该过程。
上述的情况可应用在对头发烫发，此状况为氧化交叉链接的一个例子。在此过程中的二硫键被还原，通常使用硫醇，如巯基乙酸铵。在此之后，头发变得卷曲，然后'中和'。中和剂通常为过氧化氢，这是将造成新的二硫键形成的氧化条件，然后将头发永久地固定到它的新结构。
生物科学中的交叉链接[编辑]
天然存在于人体的蛋白质可以包含透过酵素催化的或自发反应产生交叉链接。这样的交叉链接对于产生物理性的稳定结构是很重要的，例如毛发，皮肤和软骨。二硫键的形成是最常见的交叉链接，但异肽键的形成也很常见。蛋白质也可以是人工的交叉链接所使用的小分子的交叉链接剂。在角膜受损的胶原蛋白，也被称为圆锥角膜，可以使用临床的交叉链接处理。[2]
交叉链接剂应用于蛋白质研究[编辑]
邻近的蛋白质的相互作用可以巧妙地透过使用交叉链接剂进行研究。例如，在一个细胞里，蛋白质A和蛋白质B为相当靠近彼此，而化学交叉链接剂[3]可作为探针，蛋白质交互作用的探针，透过将它们放在一起，破坏细胞，并且寻找交叉链接的蛋白质。
不同的交叉链接剂的使用于分析蛋白质亚基，蛋白质交互作用和蛋白质功能的各种参数。而所使用的交叉链接剂，差异主要在不同的间隔臂的长度。油单位结构被推断，由于交叉链接剂只会结合在自然状态表面的残留物。蛋白质相互作用往往过于微弱或很容易地被检测到瞬间的状态，但是，透过交叉链接，此相互作用可以被稳定，捕获并且分析。
一些常用的交叉链接剂的例子为亚氨酸酯交叉链接剂二甲亚胺，N-羟基丁二酰亚胺酯交叉链接剂BS3和甲醛。通过交叉链接剂，每个交叉链接剂透过交叉链接诱导离胺酸的亲核攻击和随后的共价键合。零长度的碳二亚胺交叉链接剂EDC功能透过转换成羧基结合到赖氨酸残基或其他可用的伯胺胺反应的异脲中间体。 SMCC或它的水溶性类似物，磺基-SMCC，通常使用于制备抗体 - 半抗原结合物的抗体开发。
在体内的交叉链接使用光反应氨基酸类似物蛋白复合物是由在2005年，研究人员从分子细胞生物学和遗传学的马克斯普朗克研究所介绍。[4]在这种方法中，细胞生长与光反应diazirine类似物，亮氨酸和蛋氨酸，掺入蛋白质。当暴露于紫外光时，diazirines被激活并结合到相互作用内含光反应性氨基酸类似物的蛋白质（UV交叉链接）。
交叉链接聚合物的应用[编辑]
合成的交叉链接聚合物有许多用途，包括那些应用在生物科学，像是形成凝胶电泳时所使用的聚丙烯酰胺凝胶。轮胎使用的合成橡胶是透过硫化过程中所产生的交叉链接橡胶制成。另外大多数橡胶制品的交叉链接，使他们更有弹性。硬壳划艇也是交叉链接聚合物制造。
醇酸瓷漆是最主要的商业性油性漆，暴露在空气中之后，由氧化的交叉链接固化。
新的交叉链接使用可以用在再生医学，其中的生物支架使用交叉链接，以改善其物理特性，[5]更特别地提高了在水中的耐溶解度。
测量交叉链接的程度[编辑]
交叉链接通常是通过溶胀实验来测定。在特定的温度，交叉链接 的样品被放置在一个良好的溶剂中，并且在质量上改变或体积上改变进行测量。越多的交叉链接，越少的溶胀是可以预期的。依据溶胀的程度，弗洛里交互作用参数（有关于样品与溶剂的相互作用），溶剂的密度，交叉链接的理论程度可以依据弗洛里的网络理论来计算。[6]两个ASTM标准是常用于描述交叉链接热塑性塑料的程度。在ASTM D2765，将样品称重，然后置于溶剂24小时，当样品溶胀时再次称重，然后干燥以及在最后的时间再次称重，溶胀和可溶部分的程度是可以被计算。[7]在另一个ASTM标准，F2214，样品被放置在可以测量高度变化的仪器，允许使用者测量体积的变化。[8]交叉链接的密度可以被计算出来。
参考文献[编辑]
- ^ Influence of Crosslink Density. [2014-06-25]. （原始内容存档于2020-07-24）.
- ^ Wollensak G, Spoerl E, Seiler T. Riboflavin/ultraviolet-a-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. Am J Ophthalmol. 2003 May;135(5):620-7.
- ^ Crosslinking Reagents Technical Handbook, Pierce Biotechnology, Inc., 2006. [2014-06-25]. （原始内容存档于2013-11-12）.
- ^ Suchanek, Monika; Anna Radzikowska and Christoph Thiele. Photo-leucine and photo-methionine allow identification of protein–protein interactions in living cells. Nature Methods. April 2005, 2 (4): 261–268 [2008-07-18]. PMID 15782218. doi:10.1038/nmeth752. （原始内容存档于2015-07-16）.
- ^ [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]
- ^ Flory, P.J., "Principles of Polymer Chemistry" (1953)
- ^ 存档副本. [2014-06-25]. （原始内容存档于2020-09-27）.
- ^ 存档副本. [2014-06-25]. （原始内容存档于2020-09-27）.