Диссертация (1144279), страница 14
Текст из файла (страница 14)
ПТМП помещалась на предметный столик микроскопа. Затем на поверхность ПТМП добавлялось микропипеткой 2 мл деионизированной воды. На поверхности трёхмерной плёнки формировалсяводный мениск. Оптическое волокно погружалось в водную каплю и устанавливалось на высоте 100 мкм от поверхности полимерной плёнки, подуглом 600 градусов.
Лазерное ИК облучение ПТМП производилось в 6 зонах с последовательным увеличением выходной лазерной мощности с 60мВт до 290 мВт, что соответствует оптической плотности мощности 1,3-6,6кВт/см2 .медицинскаяиглаоптическоеволокночастицызолотаводарелизполиэлектролитная плёнкапокровное стеклоРисунок 5.6 — Схематическое изображение эксперимента лазерного ИКвскрытия полимерной трёхмерной плёнки, через мультимодовоеоптическое волокно, в водной среде.94Характерные фототермические паттерны повреждения полиэлектролитной плёнки представлены на рисунке 5.7.Рисунок 5.7 — Паттерны фототермического повреждения ПТМП лазернымИК излучением через многомодовое оптическое волокно вдеионизированной воде (а) и соответствующие им СЭМ изображения (б).СЭМ снимки зон лазерного воздействия (Рисунок 5.7б)) показывают,что помимо процессов плавления полимерной плёнки также присутствуютобширные термические деформации вызывающие расслоения и набуханиеполиэлектролитных слоёв трёхмерной плёнки.
Это объясняется тем, что на-95грев полимерных плёнок, собранных ионным наслоением, вызывает термический фазовый переход в пластическое состояние, вызванное разрушениемионных пар с последующей релаксацией полиэлектролитных цепей. С другой стороны лазерное термическое воздействие вызывает дегидратацию полимерных плёнок и как следствие разрыв вода-полимер связей приводит кистончению и разрывам полиэлектролитной ПТМП PSS/PDADMAC. СЭМизображения показали, что в деионизированной воде лазерное воздействиевплоть до 6,6 кВт/см2 не вызывает сквозного повреждения ПТМП.
Целостность микроконтейнеров полимерной трёхмерной плёнки, после лазерногоИК облучения 0,56 кВт/см2 в демонизированной воде не обнаружено.пластиковаястенкамедицинскаяиглачастицызолота1% агарозныйоптическое гельволокнорелизполиэлектролитная плёнкапокровное стеклоРисунок 5.8 — Схематическое изображение эксперимента лазерного ИКвскрытия полимерной трёхмерной плёнки, через мультимодовоеоптическое волокно, в 1% агарозном геле.Третий эксперимент лазерного ИК вскрытия микроконтейнеровПТМП производился с использованием фантома на основе агарозного геля (Рисунок 5.8). Покровное стекло с ПТМП помещалось на предметныйстолик микроскопа. Вокруг ПТМП, на покровное стекло помещалось пластиковое кольцо, высотой 10 мм, которое заполнялось 1% агарозным гелем,окрашенным флуоресцентным красителем FITC. Многомодовое оптическоеволокно вклеивалось в медицинскую иглу и, посредствам инъекции, вводилось в 1% агарозный гель таким образом, чтобы расстояние от конца оптического волокна до поверхности микроконтейнеров ПТМП PSS/PDADMAСсоставляло 100 мкм.После ИК лазерного воздействия, на поверхности ПТМПPSS/PDADMA, формировалась элиптическая зона повреждения 6,8х10−3мм2 (Рисунок 5.9).
На рисунке 5.9в,г представлены флуоресцентные изоб-96ражения инкапсулированного родамина Б в микроконтейнеры полимернойтрёхмерной плёнки до и после лазерного ИК воздействия. Конфокальныеизображения различных каналов флуоресценции, представленные на рис.5.9д-з, где изображение (д) представляет собой флуоресценцию родаминаБ.
Изображение (е) представляет собой флуоресценцию красителя FITC,растворенного в 1% агарозном геле. Показано, что вне области лазерноговоздействия, флуоресценция инкапсулированного родамина локализованав пределах микроконтейнеров, в то время как флуоресценция красителяFITC в пределах микроконтейнеров не наблюдается, что свидетельствует отом, что водорастворимый родамин Б упакован герметично в полимерныемикроконтейнеры ПТМП. В зоне лазерного воздействия наблюдаетсяотсутствие флуоресцентного сигнала от инкапсулированного родаминаБ, что свидетельствует об успешном локальном релизе преципитата изповреждённых микроконтейнеров ПТМП. Изображение 5.9з является наложением двух каналов флуоресценции (красный и зелёный) и представляетраспределение таких флуоресцентных красителей, как родамин Б и FITC.Высвобожденный родамин В полностью без остатка растворился в геле.Коэффициент диффузии в гидрогеле близок к водной среде, что усложняетзадачу визуализации динамики релиза флуоресцентного красителя изповреждённых микроконтейнеров.
Однако при лазерном воздействии 5,6кВт/см2 , был зарегистрирован флуоресцентный сигнал красителя родамина,вне границ облучённых микроконтейнеров.97Рисунок 5.9 — Светлопольные изображения полимерной трёхмернойплёнки до(а) и после (б) лазерного ИК воздействия, посредствамоптического многомодового волокна.
Флуоресцентные изображенияинкапсулированного родамина б, в микроконтейнерах ПТМП до (в) ипосле (г) лазерного воздействия. Конфокальные изображенияповреждённой зоны в зелёном (FITC) (д) и красном (Родамин В) (Е)канале.Наложение изображения в светлом поле и красного конфокальногоканала визуализации (Ж). Наложение красного и зелёного конфокальногоканала визуализации (з). Расстояние между концом оптического волокна иповерхностью ПТМП составляло 100 мкм. Плотность мощности лазерногоИК (830 нм) излучения составляла 4,5 кВт/см2 .98Рисунок 5.10 — Конфокальные изображения PSS/PDADMAC ПТМП в 1%агарозном геле после лазерного ИК воздействия через многомодовоеоптическое волокно. Плотностью мощности лазерного воздействиясоставляла 5,6 кВт/см2 .
Красный канал флуоресценции (а) соответствуетсвечению инкапсулированного родамина В. Зелёный канал флуоресценции(б) соответствует свечению FITC растворённого в 1% агарозном геле.Совмещение светлопольного изображения и красного каналафлуоресценции (в).Совмещение красного и зелёного каналафлуоресценции (г) демонстрирует локализацию и релиз карго преципитатав зоне лазерного воздействия. Изображения (д) и (е) соответствуют 3Dреконструкции положения флуоресцентного сигнала родамина В и FITC взоне лазерного воздействия. Рисунок (е), в пространстве предметов,является перевёрнутым относительно оси У таким образом, чтоцентральная выпуклая область (д) флуоресцентного сигнала FITCпомещается в вогнутую область расплавленной полимерной плёнки.99На рисунке 5.10 представлены конфокальные изображения и 3D реконструкции PSS/PDADMAC ПТМП в 1% агарозном геле после лазерногоИК воздействия через многомодовое оптическое волокно.
В зоне лазерного воздействия наблюдается круговая область флуоресценции, вышедшегоиз полимерных ячеек родамина В, интенсивность которой значительно падает ближе к её центральной части (рисунок 5.10а,в).Напротив, флуоресцентный сигнал от красителя FITC, растворённого в агарозном геле, имеетмаксимальное значение интенсивности в центральной части зоны лазерноговоздействия, находясь внутри кольца флуоресценции вышедшего из ячеекродамина В (рисунок 5.10б,г).Пространственная 3D реконструкция флуоресцентного сигнала родамина В и FITC показала, что аналогичное распределение сигнала флуоресценции связано с изменением геометрии поверхности облучённого образца.
В центральной части зоны лазерного ИК воздействия образовалась впадина, окружённая выпуклым кольцом, сформированным смесью расплавленного полимера и флуоресцентного преципитатародамина В (рисунок 5.10д). Сформированная впадина была заполнена гидрогелем с красителем FITC (рисунок 5.10е).Рисунок 5.11 — Зависимость между количеством поврежденныхмикроконтейнеров PSS/PDADMAC ПТМП и плотностью мощности ИКлазера (расстояние 100 мкм). Черные столбики - количество повреждённыхсухих микроконтейнеров, красные столбики - количество повреждённыхмикроконтейнеров в деионизированной воде, синие столбики - количествоповреждённых микроконтейнеров в 1% агарозном геле.100На рисунке 5.11 представлены зависимости числа поврежденных полимерных микроконтейнеров ПТМП от выходной мощности лазерного ИКпучка на выходе из оптического волокна в воздухе, деионизированной воде и 1% агарозном геле.
В воздушной среде лазерный пучок с минимальной пороговой энергией 0,56 кВт/см2 является достаточным, чтобы повредить массив фоточувствительных микроконтейнеров в количестве 13 штук.С увеличением плотности мощности лазерного пучка до 3,4 кВт/см2 , количество поврежденных микроконтейнеров было увеличено до 46 единиц.При возможной упаковке карго груза в количестве порядка 10 пг на единичный микроконтейнер, это означает возможность контролируемого высвобождения 250-450 пг активного вещества. Дальнейшее увеличение лазерной оптической мощности не приводит к значительному увеличениюзоны фототермического поражения, что обусловливается физическими размерами лазерного пучка.
В водной среде минимальная лазерная пороговаяэнергия, необходимая для активации микроконтейнеров, увеличилась до 1,3кВт/см2 из-за более высокой теплопроводности воды и позволяла вскрывать10 микроконтейнеров, что соответствует порядка 100 пг инкапсулированного вещества. Поэтапное увеличение оптической мощности до 6,6 кВт/см2обеспечивало постепенное увеличение числа поврежденных камер вплотьдо 43 единиц. Минимальная энергия, при которой мы наблюдали повреждение МК в гидрогеле, составляла 3,4 кВт/см2 и позволило активировать4 микроконтейнера. Для оптической мощности 5,6 кВт/см2 было получено30 поврежденных МК.
Дальнейшее увеличение оптической мощности вызывало непредсказуемые изотермические повреждения полимерной плёнки (расслоение, сжатие, разрыв и т.д.), что не позволяет достоверно оценить количество активированных МК.Таким образом, в гидрогеле, подобнаяPSS/PDADMA ПТМПас плёнка позволяет контролированно высвобождать40-300 пг активного вещества.1015.4ВыводыВ данной работе было продемонстрированно применение фоточувствительных ПА-самоорганизованных полимерных трёхмерныхмикроструктурированных плёнок для лазерного индуцированногопространственно-временного высвобождения химических соединенийчерез многомодовое оптическое волокно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
