Кіріспе
Полимерлік тізбекті екіншісіне байланыстыратын байланыстар. Химия және биологияда көпірше – бір полимерлік тізбекті екіншісіне байланыстыратын байланыс немесе қысқа байланыстар тізбегі. Бұл байланыстар коваленттік немесе иондық байланыстар түрінде болуы мүмкін, ал полимерлер синтетикалық немесе табиғи полимерлер (мысалы, ақуыздар) болуы мүмкін. Полимер химиясында "көпіршелендіру" әдетте полимерлердің физикалық қасиеттерін өзгертуге көмектесетін көпіршелерді пайдалануды білдіреді. Ал биология саласында "көпіршелендіру" ақуыздар арасындағы өзара әрекеттесуді тексеру үшін ақуыздарды байланыстыратын зондты қолдануды, сондай-ақ басқа да жаңа көпіршелендіру әдістерін білдіреді. Бұл термин екі ғылымда да "полимерлік тізбектерді байланыстыру" мағынасында қолданылса да, көпіршелендіру деңгейі мен көпіршелендіруші агенттердің ерекшеліктері айқын түрде ерекшеленеді.
In chemistry and biology a cross link is a bond or a short sequence of bonds that links one polymer chain to another. These links may take the form of covalent bonds or ionic bonds and the polymers can be either synthetic polymers or natural polymers (such as proteins). In polymer chemistry "cross linking" usually refers to the use of cross links to promote a change in the polymers' physical properties. When "crosslinking" is used in the biological field, it refers to the use of a probe to link proteins together to check for protein–protein interactions, as well as other creative cross linking methodologies. Although the term is used to refer to the "linking of polymer chains" for both sciences, the extent of crosslinking and specificities of the crosslinking agents vary greatly.
Синтетикалық полимерлер
Крослинкинг әдетте екі полимерлік тізбекті біріктіретін ковалентті байланыстарды қамтиды. "Қатаю" термині ыстыққа төзімді шайырлардың, мысалы қанықпаған полиэстер мен эпоксидті шайырлардың кросслингіне сілтеме жасайды, ал вулканизация термині резеңкеге тән. Полимерлік тізбектер кросслингі болғанда, материалдың қатаңдығы артады. Полимердің механикалық қасиеттері кросслингі тығыздығына тікелей байланысты. Кросслингі тығыздығы төмен болса, полимерлердің балқымасының тұтқырлығы жоғарылайды. Орташа кросслингі тығыздығы резеңке тәрізді полимерлерді эластомерлік қасиеттерімен және жоғары беріктігімен материалдарға айналдырады. Кросслингі тығыздығы өте жоғары болса, материалдар өте қатаң немесе шыны тәрізді болады, мысалы фенол-формальдегидті материалдар. Бір орындалымда полимерленбеген немесе жартылай полимерленген шайыр кросслингі реагентімен өңделеді. Вулканизацияда күкірт – кросслингі агенті. Оның енгізілуі резеңкені автомобиль және велосипед шиналарында қолданылатын қаттырақ, берік материалға айналдырады. Бұл процеске көбінесе күкіртпен қатайту деп аталады. Көп жағдайда кросслингі қайтымсыз болады, нәтижесінде алынған ыстыққа төзімді материал қыздырылғанда ыдырайды немесе балқымайды. Химиялық ковалентті кросслингілер механикалық және термиялық тұрақтылыққа ие. Сондықтан автомобиль шиналары сияқты кросслингіленген өнімдерді қайта өңдеу қиын. Термопластикалық эластомерлер деп аталатын полимерлер класы тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін микроқұрылымындағы физикалық кросслингілерге сүйенеді және шина емес қолданыстарда, мысалы, қар машинасы шаналарында және медициналық катетерлерде кеңінен қолданылады. Олар дәстүрлі кросслингіленген эластомерлерге қарағанда қасиеттердің кең ауқымын ұсынады, себебі кросслингі ретінде әрекет ететін домендер қайтымды, сондықтан оларды жылу арқылы қайта құруға болады. Тұрақтандыру домендері кристалды емес (стирол-бутадиен блок-сополимерлерінде) немесе термопластикалық сополиэстерлерде кристалды болуы мүмкін. Алкідтік эмальдер, коммерциялық майлы бояулардың басым түрі, ауаға ұшырағаннан кейін тотықтыру кросслингі арқылы қатаяды.
Физикалық қиылысулар
Химиялық байланыстардан өзгеше, физикалық байланыстар нашар өзара әрекеттесулер арқылы түзіледі. Мысалы, натрий альгинаты кальций иондарының әсерінен гельге айналады, бұл альгинат тізбектері арасында иондық байланыстардың қалыптасуына себеп болады. Поливинил спирт гельдері боракс қосылғанда, бор қышқылы мен полимердің спирт топтары арасындағы сутекті байланыс арқылы түзіледі. Физикалық байланысқан гельдерді құрайтын материалдардың басқа мысалдары: желатин, коллаген, агароза және агар-агар.
Қиылысудың өлшеуіш дәрежесі
Кросслинктеу көбінесе ісіну сынақтары арқылы өлшенді. Кросслинктелген үлгі белгілі бір температурада жақсы еріткішке салынады, содан кейін массаның немесе көлемнің өзгеруі өлшенеді. Кросслинктеу деңгейі жоғары болған сайын, ісіну мүмкіндігі төмендейді. Ісіну дәрежесіне, Флоридің өзара әрекеттесу параметріне (еріткіштің үлгімен өзара әрекеттесуін көрсетеді) және еріткіштің тығыздығына сүйене отырып, Флоридің желілік теориясы бойынша кросслинктеудің теориялық деңгейін есептеуге болады. Термопластиктердегі кросслинктеу деңгейін сипаттау үшін екі ASTM стандарты жиі қолданылады. ASTM D2765 стандартында үлгі салмақталды, содан кейін 24 сағатқа еріткішке салынып, ісінген күйінде қайта салмақталды, содан кейін кептіріліп, соңғы рет салмақталды. Ісіну дәрежесі мен ерігіш бөлігін есептеуге болады. Басқа ASTM стандарты, F2214, үлгіні үлгінің биіктігінің өзгеруін өлшейтін құралға орналастырады, бұл пайдаланушыға көлемнің өзгеруін өлшеуге мүмкіндік береді. Содан кейін кросслинктеу тығыздығын есептеуге болады.
Лигнин
Лигнин – жоғары сатыдағы өсімдіктердің негізгі құрылымдық материалы болып табылатын, күшті байланысқан полимер. Су өткізбейтін материал, ол монолигнолдардан түзіледі. Оның әртүрлілігі мен байланыс дәрежесі осы монолигнолдардың арасындағы байланыстың түрлілігінен туындайды.
ДНК-да
Интрастрандтық ДНҚ тікелей байланыстары организмдерге күшті әсер етеді, себебі бұл зақымданулар транскрипция және репликация процесіне кедергі келтіреді. Бұл әсерлерді тиімді пайдалануға болады (мысалы, қатерлі ісіктерді емдеу үшін) немесе олар тұңғыш организм үшін өлімге әкелуі мүмкін. Цисплатин препараты ДНҚ-дағы интрастрандтық тікелей байланыстарды құру арқылы әрекет етеді. Басқа байланыс тудыратын заттарға горчичный газ, митомицин және псорален жатады.
Белсенділер
Белоктардағы қиылысқан байланыстар шаш пен жүн, тері және шеміршек сияқты механикалық тұрақты құрылымдардың қалыптасуында маңызды рөл атқарады. Дисульфидтік байланыстар – ең көп кездесетін қиылысқан байланыстардың бірі. Изопептидтік байланыстардың қалыптасуы – белоктердегі тағы бір қиылысқан байланыс түрі. Шашқа тұрақты толқын жасау процесі дисульфидтік байланыстарды үзу және қайта құруды қамтиды. Әдетте, бұл үшін аммиак тиогликолат сияқты меркаптан қолданылады. Одан кейін шаш бұралып, содан соң "бейтараптандырылады". Бейтараптандырғыш әдетте сутек пероксидінің қышқыл ерітіндісі болып табылады, ол жаңа дисульфидтік байланыстардың пайда болуына себеп болады, осылайша шашты жаңа пішінінде тұрақты бекітеді. Көрнеудің (қабықтың) коллагенінің нашарлауы, кератоконус деп аталатын жағдай, клиникалық қиылысқан байланыс арқылы емделуі мүмкін. Биологиялық контексте қиылысқан байланыс атеросклероз дамуындағы рөл атқара алады, оның себебі – коллагеннің қиылысқан байланысын тудыратын және қан тамырларын қатаңдататын жоғары гликозданудың соңғы өнімдері (AGE).
Зерттеу
Белдіктерді кіші молекулалық тік байланыстырғыштар арқылы жасанды түрде байланыстыруға болады. Бұл тәсіл белок-белок өзара әрекеттесуін анықтау үшін қолданылған. Тік байланыстырғыштар белоктың табиғи күйінде салыстырмалы түрде жақын жерде орналасқан беткі қалдықтарға ғана байланысады. Көп қолданылатын тік байланыстырғыштарға имидоэстер тік байланыстырғышы диметил суберимидаты, N-гидроксисукцинимид эфир тік байланыстырғышы BS3 және формальдегид жатады. Бұл тік байланыстырғыштардың әрқайсысы лизиннің амино тобына нуклеофильдік шабуыл жасап, тік байланыстырғыш арқылы коваленттік байланыс тудырады. Нөлдік ұзындығы карбодимидті EDC тік байланыстырғышы карбоксилдерді лизин қалдықтарына немесе басқа қолжетімді біріншілік аминдерге байланысатын аминге реактивті изоуреа аралықтарына айналдырады. SMCC немесе оның суда еритін аналогы Sulfo SMCC антиденелерді дамыту үшін антидене-гаптен конъюгаттарын дайындау үшін жиі қолданылады. In vitro тік байланыстыру әдісі – PICUP (өзгертілмеген белоктардың фотоиндукциялық тік байланыстыруы). Типтік реагенттер – аммоний персульфаты (АПС), электронды қабылдаушы, фотосезіктендіргіш трис-бипиридилрутений(II) катионы ([Ru(bpy)3]2+).