Диссертация (1097910), страница 11
Текст из файла (страница 11)
2.2.2.9. Зависимость величины набухания от температуры. Толщинапокрытия 1490 nm. На вставленном графике зависимость температурыперехода (Tc) от толщины покрытия. (Рисунок приведен из нашейстатьи (Nash et al., 2012))912.2.3. Покрытия, полученные методом высушивания из растворовМетод высушивания из раствора – простейший и наиболеедоступный способ формирования термочувствительных покрытий.
Неслучайно, первые работы по использованию N-изопропилакриламида дляработы с клеточными культурами основывались на данном методе(Takezawa et al, 1990; Rollason et al., 1993). Методраствора не требует специального оборудованиялаборатории, где ведутся работывысушивания изи доступен в любойс клеточными культурами. Вместе стем, данный метод имеет свои недостатки и ограничения. Ключевымэтапом формирования покрытий методом высушивания из раствораявляется удаление растворителя.
Для получения гомогенных покрытий, несодержащих остаточных количеств растворителя, зачастую требуетсязначительное время.В свою очередь, режим работы с клеточнымикультурами технологически достаточно строго определен временнымирамками. Так, например, время получения покрытий из фибронектина,коллагена, ламинина иполи-L-лизинаможет варьировать, но непревышать 16 часов (обычно покрытия готовят, оставляя образцы «наночь»).Метод высушивания из раствора не позволяет получатьсверхтонкие пленки толщиной менее 100 нм и толщина покрытий,формируемых этим методом, составляет, как правило, несколько микрон.Профиль покрытий данного типа пленок не отличается «идеальной»гладкостью за счет краевых и капиллярных эффектов, но локально этипокрытияобладаютнизкимзначениемRMS,чтопозволяетихиспользовать для работы с клеточными культурами.Элементный анализ поверхности 5-микронного покрытия на основеполи-N-ИПААм, выполненный методом фотоэлектронной спектроскопиии позволяющий оценивать композицию поверхности толщиной 10 нм,показал, что соотношение элементов С, N и O составляло 77.4%, 11.8% и9210.7% соответственно, что соответствовало соотношению элементов в NИПААм: 75.0% - C, 12.5% - N и 12.5% - O.Методом наноиндентирования была проведена оценка механическиххарактеристик покрытий.
В первой группе экспериментов погружениенаноиндентора осуществлялось на глубину до 1 мкм. Во второй группеэкспериментов глубина погружения составляла 300-400 нм, что позволялооценить механические свойства поверхностных слоев покрытия.В первой группе экспериментов измерения проводили при силепогружения 3мН и глубине погружения 900 нм. Типичная криваянагрузка/деформация приведена на рис.
2.2.3.1. При нагружении образцовглубина погружения не превышала 10% от толщины образца. МодульЮнга оценивали по разрузочной кривой последнего цикла. Значениямодуля Юнга для гомополимеров поли-N-трет-БААм и поли-N-ИПААм исополимеровполи-(N-ИПААм-со-N-трет-БААм)соотношениями мономеров совпадали исразличнымисоответствовали значениямтипичным для полимеров, находящихся ниже температуры стеклования Tg(рис.2.2.3.2).субстратовПластики именно этой группы используются в качестведлякультивированияклеток,например,полистирол.Например, значения модуля Юнга полистирола находятся в диапазоне 2-5ГПа.Во второй группе экспериментов, проведенных на инденторесверхвысокой чувствительности, мы попытались оценить механическиесвойстваверхних слоев покрытия. (Эти работы были проведены всотрудничестве с компанией производителем твердомеров и инденторовCSM Instruments, Peseux, Switerland.
Измерения проводил сотрудниккомпании Saioa Arostegui.) Измерения проводили при силе погружения500 мкН и глубине погружения до 400 нм (рис.2.2.3.3).933.53Fn (mN)2.521.51Во второй группе экспериментов, проведенной совместно с0.5002004006008001000pd (nm)Рис. 2.2.3.1. Типичная диаграмма погружение/нагрузка для покрытия наоснове поли-N-ИПААм. Толщина покрытия 10 мкм. Максимальнаянагрузка составляла 3 мН.Эксперименты проводились на покрытиях на основе поли-NИПААм. Были измерены значение модуля Юнга двух образцов.
Величинамодуля Юнгасоставила 3.3±0.3 ГПа.Более низкое значение модуляЮнга для верхних слоев покрытия можно объяснить сорбцией воды,которая в данном случае действует как пластификатор и приводит куменьшению модуля Юнга. Однако это утверждение нуждается вдальнейшей экспериментальной проверке.Заметим, что прецизионные измерения модуля Юнга для пленок изполи-N-ИПААм было проведено впервые. Значения модуля Юнга итвердости для данного типа пленок позволили оценить энергию94взаимодействия покрытий с металлом, что существенно при разработкеновых изделий медицинского назначения (Burke at al., 2008).Рис.
2.2.3.2. Модуль Юнга для сополимеров на основе поли-(N-ИПААм-соN-трет-БААм). 1) поли-N-трет-БААм; 2) Поли-N-ИПААм; 3) Поли-(NИПААм-со-N-трет-БААм) -85/15; 4) Поли-(N-ИПААм-со-N-трет-БААм) 65/35; 5) Поли-(N-ИПААм-со-N-трет-БААм) -50/50. (Пределыпогрешностей соответствуют стандартному отклонению, n=16.)Рис. 2.3.3. Кривые нагрузки и разгрузки, полученные на дувх образцах изполи-N-ИПААм при глубине индентирования менее 400 нм имаксимальной нагрузке 500 микроньютон. Покрытия получены методомвысушивания из раствора.95Используя технику ультрананоиндентирования, нам удалось оценитьмеханические характеристики тонких покрытий, полученных методомцентрифугирования.
На рис.2.2.3.4 приведены кривыенаноиндентирования образцов, полученных методом центрифугирования столщиной 614 нм. Значения модуля Юнга, полученные для двух образцов,составляли 5.66 ± 0.20 ГПа и 5.10 ± 0.13 ГПа, что выше значенийпокрытий полученных методом высушивания из растворов.Рис. 2.2.3.4. Кривые нагрузки и разгрузки, полученные на дувх образцах изполи-N-ИПААм при глубине индентирования менее 75 нм имаксимальной нагрузке 25 µН.
Покрытия получены методомцентрифугирования.96Покрытия, полученные методом высушивания, характеризовалисьнизким уровнем шероховатости. Типичное изображение профиляповерхности, полученное методом АСМ приведено на рис. 2.2.3.5. Нарис.2.2.3.6 представлены сравнительные данные по шероховатости дляразличных площадей сканирования.Рис. 2.2.3.5. Топография покрытия на основе поли-(N-ИПААм-со-N-третБААм) (65/35).Рис.
2.2.3.6. Шероховатость покрытий, полученных методомвысушивания. Размер сканируемых областей 10 Х 10 мкм (голубыеколонки) и 1Х1 мкм (красные колонки).97Важнейшим фактором, определяющим способность материала кклеточной адгезиии поддержанию роста клеток является свободнаяэнергия поверхности. Значения свободной энергии обычно получают наосновании результатовисследования смачиваемости поверхностей,которую в свою очередь можно оценить из значений краевых углов.Временные зависимости краевых углов натекания для сополимеровприведены на рис. 2.2.3.7.Для всех сополимеров было характерноявление “stick and slip”. Причем амплитуда краевых углов (разница междууглом отрыва и углом залипания) увеличивалась с ростом гидрофильностисубстрата.
Это объясняется тем, что модуль Юнга у более гидрофильныхпокрытий уменьшается сильнее, чем у более гидрофобных, что в своюочередь приводит к большим деформациям поверхности.выполненной в группе А.В.ГореловаВ работе,(Gilchrest et al, . 2004),былапроведена оценка свободной энергии поверхности для сополимеров поли(N-ИПААм-со-N-трет-БААм).Значенияповерхностнойэнергиисополимеров γ лежат в дипазоне 38.9 мДж/м2 и 31.0 мДж/м2 для поли-NИПААм и для поли-N-трет-БААм соответственно (Gilcreest et al, 2004).Наряду со смачиваемостью сополимеров нами было определеноравновесное содержание воды в покрытиях на основе поли-(N-ИПААмN-трет-БААм) при 37оС(рис.2.2.3.8). Как следует из графика даже в«гидрофобном» сколлапсированном состоянии поли-N-ИПААм связываетзначительное количество воды, чтоменяет свойства покрытий.
Этирезультаты косвенно подтвердились в работе Chhabra et al, 2013, гдеисследовалось связывание воды при различной влажности газовой фазы.Авторами было показано, что даже при температурах выше температурыНКТРкраевой угол пленок из поли-N-ИПААм может значительноуменьшаться (>10 град ) при высоких значениях влажности.98Рис. 2.2.3.7. Временные зависимости краевых углов натекания дляпокрытий на основе поли-(N-ИПААм-со-N-трет-БААм).99Рис. 2.2.3.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
