Диссертация (1097910), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В ходе реакциипроисходит уменьшение интенсивности пика поглощения на длине волны305 нм, характерного для мономера ААБФ и связанного с уменьшениемколичества карбонильных групп (Jiang et al., 2005).В тоже время,наблюдается рост интенсивности пика на длине волны 260 нм,характерной для образования С-Н связи. Реакция достигала насыщенияприблизительно через 660 сек. Скорость фотореакции слабо зависела оттолщины покрытия. На рис.2.2.2.3 приведены сравнительные данные .80НКТР поли-(N-ИПААм -со-ААБФ) определяли по точке перегибакривой оптического пропускания (рис. 2.2.2.4). Поскольку содержаниеААБФ составляло 1% (мольный), то НКТР данного сополимеранезначительно отличалась от НКТР гомополимера поли-N-ИПААм.Нами были детально исследованы покрытия из поли-(N-ИПААмсо-ААБФ) толщиной 13 нм.
Выбор указанной толщины покрытия связан сдвумяобстоятельствами.Предварительныеэкспериментыпокультированию клеток на гидрогелях толщиной 100 нм- 5 мкм показалинизкуюцитосовместимостьданныхпокрытий.Этотфактможнообъяснить их относительно высокой гидрофобностью (заметим, что ААБФболее гидрофобен, чем N-ИПААм). Вместе с тем, в целом ряде работ потермочувствительнымиспользованиемпокрытиям,электронногополученныхлуча,полимеризациейбыласпродемонстрированазависимость роста клеток от толщины покрытия (Akiyama et al, 2004;Fukumori et al., 2010).
Причем, эта зависимость носила пороговыйхарактер, и хотя характерная толщина зависела от плотности пришитыхграфт-полимеров, порядок этой величины был определен и составлял 10нм. Авторы работ предположили, что на таких толщинах существеннуюроль играет подлежащий субстрат. Механизм этого явления остаетсяневыясненным, хотя некоторые физические и математические модели,описывающие данный эффект, предложены в работах Halperin, 2012. Вэтих работах эффект толщины покрытия связывается с механизмомсорбции адгезионных белков, необходимых для прикрепления клеток.Мы предположили, что и в нашем случае,уменьшение толщиныпокрытия до 10 -15 нм может улучшить цитосовместимость материала.Шероховатостьпокрытий,полученныхприразличныхконцентрациях растворов определяли при помощи АСМ (рис.
2.2.2.5).(RMS) покрытий на основе поли-(N-ИПААм-со-ААБФ)нм,ноприэтомзависелаот81толщиныне превышала 10покрытия.Увеличениешероховатости покрытий при уменьшении концентрации раствора(атакже толщин, см. рис. 2.2.2.6 (а) ) связано с влиянием подлежащегосубстрата Thermanox ®, который обладает высокой шероховатостью (рис.2.2.2.6 (б)).82C H2C HC HnCC H2oCOON HN HC HHC H3 CC H3C H2C HnCCO2C HoCOON HN HC HH3C HC3COHC HC HpC HC H2C HnCC H2oCOON HN HC HH3C HCC H3CCHO HpC H2C HC H2C HnCoCOON HN HC HH3CC H3H OCC HC HpРис.2.2.2. 1.
Схема образования фотосшивки между ААБФ иполистиролом.830.090s30s60s120s180s300s420s540s660s780s900s1020s0.080.07Absorbance(a.u.)0.060.050.040.030.020.010.00-0.01200300400500600700Wavelegth(nm)Рис.2.2.2.2. Изменение спектра поглощения гидрогеля на основе поли-(NИПААм-ААБФ) в зависимости от времени экспозиции (приведены награфике в таблице). Наблюдается уменьшение пика на длине волны 305нм (уменьшение содержания карбонильной группы) и возрастание пика надлине волны 260 нм (образование С-Н связей). По оси ординатинтенсивность поглощения в условных елиницах (а.u.).840.0280.400.026а)0.022Absorbance a.u.0.30Absorbance/a.u.б)0.0240.350.250.200.150.0200.0180.0160.0140.0120.100.0100.050.00-1000.008001002003004005006007002004006008001000UV Exposure time/sUV Exposure time/sРис.2.2.2.3. Зависимость интенсивности поглощения на длине волны305nm в зависимости от времени экспозиции УФ- облучением.а)Покрытие получено методом высушивания из раствора.
Толщинапокрытия 5мкм. б) Покрытие получено методом центрифугирования.Толщина 13 нм.Рис. 2.2.2.4. Температурная зависимость оптического пропускания(λ=500 нм) раствора поли-(N-ИПААм-ААБФ) в воде. Концентрацияполимера – 0.3 мг/мл. Скорость сканирования – 0.1°С. НКТР определяласькак точка перегиба кривой оптического пропускания, для приведеннойкривой НКТР - 28.9°С.85Рис. 2.2.2.5. Изображение поверхности покрытия на основе поли-(NИПААм-со-ААБФ), полученного методом центрифугирования. Методатомно-силовой микроскопии.
Толщина покрытия - 13 нм. Покрытиенанесено на материал Thermanox®.Рис. 2.2.2.6. Зависимости толщины покрытий (а) и шероховатости (б)от концентрации поли-(N-ИПААм-со-ААБФ) в растворе безводногоэтанола. Покрытия нанесены центрифугированием. Горизонтальнаялиния на (б) соответствует RMS Thermanox ®, материала на которыйнаносили сополимер. RMS Thermanox - 18.6±2.6 нм.Краевые углы натекания определяли для ультратонких покрытий (13 нм) идля покрытий толщиной 188нм.
Сравнивались покрытия до и после86проведения фотореакции (рис. 2.2.2.7). Контатные углы покрытий столщинами 188 нм характеризуются поведением “Stick andslip”, т.е.натеканием и отрывом фронта воды. В работе Gilcrest et al, 2004 показано,чтопри явлении “Stick and slip” наиболее корректной оценкой угланатекания является наименьшее значение краевого угла («stick» илиналипание), после которого краевой угол резко увеличивается (на рис.2.2.2.8 выделен стрелкой).Немонотонная динамика значений краевогоугла, по-видимому, объясняется сорбцией воды сополимерами, чтоприводит к значительному уменьшению значения модуля Юнга.
Врезультате под действием вертикальной составляющей поверхностногонатяженияна поверхности покрытия формируетсямикровыступ,который изменяет динамику движения фронта капли на поверхностиполимера. Сорбция воды в «гидрофобном» сколлапсированном состоянииполи-N-ИПААма составляет по нашим данным приблизительно 12 % отсухого веса покрытия, а для сополимера с молярным соотношением 50/50– 4% (соответствующий график приведен в разделе, посвященномупокрытиям, полученным методом высушивания из раствора).Этирезультаты косвенно подтвердились в работах Ryder et al., 2007, Chhabraet al., 2013, где исследовалось связывание воды при различной влажностигазовой фазы над поверхностью покрытия из поли-N-ИПААма.Явление, получившее название “Stick and slip”, в последние годыпривлекает все большее внимание.
В том числе, при исследованиитермочувствительных полимеров (LingShu et.al., 2010). Необходимо,однако, отметить, что многие фундаментальные аспекты этого явлениябыли исследованы еще в 70-е и 80-е годы ХХ столетия в работах научныхшкол А.И. Русанова и Л.Д.Сумма (см., например, обзор (Rusanov, 2005) имонографии (Измайлова и др., 1988), (Русанов, 2006)).Так в указанноймонографии разобраны явления, связанные с деформацией гелевых(мягких) субстратов при измерении краевых углов. Проанализировано87поведение капли воды на желатиновых гелях различной концентрации.Так при концентрации желатина С < 0.7 % капля погружается в гель.
Приконцентрации желатина 1-2 % капля остается на поверхности геля , приэтом вблизи капли поверхностный слой геля заметно деформируется.На границе смачивания образуется «рант» (по терминологии авторов)высотой до 100 мкм. С увеличением концентрации желатина растет егожесткость и высота «ранта» уменьшается. При С> 3 % желатиновый гельне испытывает деформаций. Аналогичное явление наблюдается и дляказеиновых гелей. В случае тонкого термочувствительного гидрогеля наоснове поли-(N-ИПААм-со-ААБФ) мы имеем сходные механизмыобразования«ранта».Соответствующиемикрофотографиитермочувствительной поверхности приведены в нашей работе (Gilcrest etal, 2004).Краевые углыфотосшитого полимера близки к краевым угламмикронных пленок, (значения, приведенные в нашей работе Gilcrest et al,2004) - (75-80 °С), но отличаются от краевых углов покрытий из поли-(NИПААм) толщиной 100 нм, полученных методом центрифугирования (4555°С).Таким образом, незначительное количествогидрофобноймолекулы-сшивки меняет свойства покрытий.
Фотореакция практическине влияет на смачиваемость поверхностей.88Рис. 2.2.2.7. Краевые углы покрытий из поли-(N-ИПААм-со-ААБФ). А)Контроль –ПСКК; Б) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 13 нм, послеУФ-облучения ; В) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 13 нм, дооблучения;Г) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 188 нм; после УФоблучения; Д) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 188 нм, до облучения.89Рис. 2.2.2.8. Краевые углы покрытий из поли-(N-ИПААм-со-ААБФ). 1)Контроль – ПСКК; 2) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 13 нм, послеУФ-облучения ; 3) поли-(N-ИПААм-со-ААБФ), толщина 188 нм; после УФоблучения. Стрелкой обозначен угол «налипания».Исследование гидрогелей позволяет ответить на два важных вопроса,связанных с процессами клеточного открепления.- Как связана температура перехода термочувствительного покрытияс НКТР этого же полимера?- Как сильно набухает гидрогель на основе поли-(N-ИПААм-соААБФ)?Измерения степени набуханиясополимера, а также зависимоститемпературы перехода представлены на рис.
2.2.2.9. (Экспериментыпроведены в группе А.В.Горелова).(Рис. 2.2.2.9приведен из нашейстатьи Nash et al., 2012. ) Из графика следует, что максимальная степеньнабухания гидрогеля близка к 2. Температура перехода в пленке зависитот толщины покрытия. Для пленок толщиной 400 нм температура90перехода уменьшалась на 2 0С по отношению к НКТР поли-(N-ИПААм-соААБФ). При толщинах покрытия 2 мкм сдвиг температур составлял 3.5 0С.Swelling RatioTransmitance1.000.9827.51.50.961.0Tc (°C)27.00.9426.50.920.50.9026.04000.0800120016002000TransmitanceSwelling Ratio2.01.020.88Dry Film Thickness (nm)0.861520253035Temperature °CРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
