シラン化

シラン化とは、ある化学種に有機シリル基を付加することです。ほとんどの場合、シラン化はシラノール末端表面をアルキルシロキシ末端表面に変換することです。この変換により、以前は親水性だった表面に疎水性が付与されます。 ^{[1] [2]} このプロセスは、水酸基を豊富に含むガラス、シリコン、アルミナ、石英、金属酸化物基板の表面特性を変更するためによく使用されます。シラン化は、通常、分子基板に有機シリコン基を付加することを指す シリル化とは異なります。

シラン化のメカニズムは、基質とシラン化試薬によって異なります。通常、表面の MOH 基は、求核剤としてシラン塩化物またはシランアルコキシドと反応します。これらの反応の化学量論は次のとおりです。

M−OH + R ₃ SiCl → M−OSiR ₃ + HCl

M−OH + R ₃ SiOCH ₃ → M−OSiR ₃ + CH ₃ OH

M は通常 Si ですが、他の多くの元素である可能性もあります。

このプロセスは、アルコールなどの分子基質のシリル化に適用される経路に従うと想定されている。^[1]

_シラン化試薬は、多くの場合、化学式(RO) _3-n (CH3 ₎ nSiR _'または R'SiCl3で表され、Rはメチルまたはエチル、R'は長いアルキル鎖または官能化アルキル基である。^[1]

シラン化剤の有機基の性質は表面の特性に大きく影響します。単純なアルキル含有シラン化基は疎水性を付与します。

シラン化合物の側鎖がアミンまたはチオールである場合、表面はそれらの官能基の特性を引き継ぎます。^[5]これらの表面は、付加された官能基に特徴的なさらなる反応の影響を受けやすく、例えばグラフト化を行うことができます。^[6]

一般的な固定相は、オクタデシル炭素鎖（C18）結合シリカ（USP分類L1）です。^[7] このような材料は、シリカゲルとトリメトキシオクタデシルシランとの反応によって生成されます。個々の結合には、メトキシ基を置換するシラノール基が含まれ、Si-O-Si結合を形成します。この反応により、親水性のシラノール基が疎水性コーティングに変わります。他のシラン化基により、C8結合シリカ（L7）、純粋シリカ（L3）、シアノ結合シリカ（L10）、フェニル結合シリカ（L11）が形成されます。C18、C8、フェニルは専用の逆相樹脂ですが、シアノカラムは分析物と移動相の条件に応じて逆相モードで使用できることに注意してください。

ガラス製品のシラン処理（またはシリコン処理）は、ガラス容器の疎水性を高める一般的な方法です。このように処理されたガラス製品は平らなメニスカスを形成し、水溶液をより完全に移動させることができます。^{[2] [8]}

ガラス器具のシラン処理は、細胞培養においてフラスコ壁への細胞の付着を最小限に抑えるために使用されます。^[9]さらに、シラン処理プロセスは、DNAを基質に固定するなど、さまざまな目的で生物医学分野でも使用されています。^[10]

ガラス製品のシラン化は、5～10％ジメチルジエトキシシラン溶液に浸し、加熱することで実現できます。^[2]

シラン処理はDNAチップにも使用されます。核酸は未処理のガラス表面には結合しません。シラン処理はチップ上の核酸の結合部位を改善します。^[11]この用途でガラス表面を処理するために使用される一般的なシランは、（3-メルカプトプロピル）トリメトキシシランであり、表面の反応性チオール基の数を増加させます^[11]核酸は、シラン処理が行われると、ガラスDNAチップの表面にあるこれらの利用可能なチオール基に結合することができます。^[11]

シラン処理は、歯科修復および補修に使用されるセラミックスの処理によく使用されます。セラミックス材料をグリットブラストした後にシランカップリング剤を塗布すると、耐久性のある樹脂結合が得られることが示されています。^{[12]さらに}、ワイヤーやクラウンのチタンおよびその他の金属インプラント機能の場合、シランカップリング剤を塗布した後に樹脂複合セメントを塗布すると、臨床応用において耐久性のある結合が得られます。[12] シランカップリング剤は歯科診療で広く使用されていますが、口腔内の環境により結合が劣化し、接続に使用される表面間の接着が弱くなります。^{[12] [13]}

• Zelzer, M. (2015)、「ペプチドベースのスイッチ可能で応答性のある表面」、バイオメディカルアプリケーションのためのスイッチ可能で応答性のある表面と材料、Elsevier、pp. 65–92、doi :10.1016/b978-0-85709-713-2.00003-1、ISBN 978-0-85709-713-2、2023-04-30取得
• Schwartz, Jeffrey; Avaltroni, Michael J; Danahy, Michael P; Silverman, Brett M; Hanson, Eric L; Schwarzbauer, Jean E; Midwood, Kim S; Gawalt, Ellen S (2003). 「金属インプラント材料上への細胞付着および拡散」。材料科学および工学: C . 23 (3): 395–400. doi : 10.1016/S0928-4931(02)00310-7 .