מבוא לשינוי פני השטח של תוספת פולימרים

תוספות פולימרים, כולל פוליתלין, פוליפרופילן, פוליסטיילרין, פוליוויניאל כלוריד, הם בין החומרים הסינתטיים הנפוצים ביותר בייצור מודרני. התכונות שלהם רב-החלקיות שלהם; כוח מכני, יציבות תרמית, ועלויות נמוכות ועלויות נמוכות; להפוך אותם אטרקטיביים עבור אינספור יישומים.

האתגר הבסיסי עם תוספת פולימרים לא מתווות הוא האינטונציה הכימית והאנרגיה הנמוכה של פני השטח.מאפיינים אלה מובילים לגמישות ירודה, לדבקות חלשה לחומרים אחרים, והתאמה מוגבלת עם מערכות ביולוגיות.על ידי יישום טכניקות שינוי ממוקדות, חוקרים ומהנדסים יכולים להציג קבוצות פונקציונליות, לשנות טופוגרפיה, או להפקיד סרטים דקים שמשנים כיצד פני השטח הפולימרים אינטראקציה עם הסביבה שלה.

השדה התקדם באופן משמעותי בשני העשורים האחרונים, מונע על ידי חידושים במדעי פלזמה, פוטוכימיה והנדסת חומרים.היום, שינוי פני השטח אינו רק לאחראי עיבוד פולימרים אלא גם צעד עיצוב מכוון הקובע את הביצועים והארוכות של מוצרים בעלי ערך גבוה.ממצבים קרדיווסקולריים המתנגדים לדלקת ריאות עמידת-resist-resist-resistalcont, היכולת מהנדסי של תכונות פני השטח הפך הכרחי.

עקרונות הנדסה של Polymer Surface Engineering

שינוי פני השטח פועל על העיקרון כי חלקיקים בודדים בודדים ביותר למיקרומטר של פולימר לקבוע את התנהגותו הבין-גזעית, בעוד החומר הגדול מספק יושרה מכנית ותמיכה מבנית, פני השטח שולטים כיצד החומר אינטראקציה עם גירויים חיצוניים כגון לחות, כימיקלים, מיקרואורגניזמים, תאים חיים.שינוי רק פני השטח משמרות את העלות, תהליךיות, וביצועים מכניים של הבסיס פולימרי בעוד שהם מציגים פונקציונליות חדשות בדיוק היכן הם נדרשים פונקציונליות חדשות.

כמה פרמטרים מרכזיים להנחות את הבחירה של אסטרטגיה לשינוי פני השטח הרצויה, אנרגיה על פני השטח, פונקציונליות כימית, גסות ויציבות בתנאים תפעוליים כולם להשפיע על הבחירה של טכניקה.בנוסף, שיקולים כגון קנה מידה, עלות, וקבלות רגולטוריות לשחק תפקידים חשובים, במיוחד עבור יישומים ביו-רפואיים שבו בטיחות והתחדשות הם רב-חשיבות.

שיטות של Surface Modification

ערכת כלים מגוונת של שיטות פותחה כדי לשנות פני כדוריות פולימרים נוספות.טכניקות אלה נופלות באופן רחב לקטגוריות פיזיות וכימיקליות, אם כי גישות מודרניות רבות משלבות אלמנטים של שניהם כדי להשיג שליטה מדויקת על פני השטח.

שיטות פיזיות

טכניקות שינוי פיזי לשנות את פני השטח פולימרים באמצעות אינטראקציות אנרגטיות שאינן כרוכות בקשר כימי של מולקולות חדשות.שיטות אלה הן לעתים קרובות ללא פתרון וניתן ליישם אותן על ג'ממטות מורכבות, מה שהופך אותם אטרקטיביים לעיבוד בקנה מידה תעשייתי.

(FLT:0)Plasma TreatmentFLT:1 הוא בין השיטות הפיזיות המאומץ ביותר. על ידי חשיפת פני פולימר לפלסמה בלחץ נמוך או אטמוספירי המכיל מינים תגובתיים כגון ions, אלקטרונים, רדיקלים, פני השטח מופעל עם קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן המכילות חמצן כולל הידרוקסל, פחמן, ו- carboxyl moieties זה משפר באופן דרמטי את הטיפול הפולית שלהם הוא בעל השפעה פולית חומרתית, במיוחד עבור טיפול תרופתי או פולית חומר גלם יעיל.

(FLT:0)UV irradiationFLT:1 מספק מסלול אחר צדדי לשינוי פני השטח. אור אולטרה סגול עם אורך גל מתאים אינטנסיביות יכול לשבור שרשראות פולימרים על פני השטח, יצירת אתרים רדיקליים אשר מגיבים לאחר מכן עם חמצן או מולקולות אחרות בסביבה הסובבת.

(FLT:0)Laser ablationFLT:1 מציע את היכולת לשנות פני פולימרים עם פתרון מרחבי גבוה. Pulsed לייזרים יכול להסיר חומר מן פני השטח, יצירת מיקרו-נומטרי מבוקרים וננומטריים המשפיעים על דבקות תאים, התנהגות רטובה, תכונות אופטיות. לייזר מבוסס שיטות הם בעלי ערך במיוחד עבור יישומים הדורשים משטחים דפוסים, כגון מכשירים מיקרו-השפעהיים וביונזירים.

שיטות פיזיות אחרות כוללות טיפול בפריטת כלואה, אשר משמש נרחב בתעשיית האריזה כדי לשפר את הדבקות דיו על סרטים פוליאולפינים, ו ion beam Irradiation, אשר יכול להציג שינויים טופוגרפיים וכימיקליים על פני השטח פולימרי.

שיטות כימיות

טכניקות שינוי כימי כרוכות בהחזקה קוהנדסית של קבוצות פונקציונליות חדשות או רשתות פולימרים אל פני השטח.שיטות אלה בדרך כלל מספקות שליטה רבה יותר על הזהות הכימית והדחיסות של מינים שהוצגו בהשוואה לגישות פיזיות.

(FLT:0)העברת קבוצות פונקציונליות FLT:1ir הוא אבן הפינה של שינויים פני השטח הכימיים. בגישה זו, מינים תגובתיים נוצרים על פני השטח פולימרים באמצעות טכניקות כגון אוזונוליסזה, חומצה וידוי או פלזמה prerapment. אלה אתרי reactive לשמש עוגן עבור קוהור של מונומרנים, פולימרים, או מולקולות קטנות יכול להתבצע באמצעות "מפס" (Riced) אשר משמש בדרך כלל מגישות לפני השטח.

(FLT:0) ציפוי פני השטח עם שכבות ביו-איותFIRLT:1 מייצג אסטרטגיה ישירה לשינוי פולימרים נוספים המיועדים לשימוש ביו-רפואי.ד.ק.ד.ק.ד.ד.ד.ד. . . . . . ⁇ סרטים של חומרים כגון polyethylene glycol, heparin, phosphorylcholine, או אלבומם ניתן להפקיד את הציפוי של תכונות בנייה מרובות-אופטימיות, מעכבי, ו-אופטימיות, שיפור של חומרים.

(FLT:0) לכידת פולימיזציה פלזמה 1FLT:1 ; § תופסת עמדה ביניים בין שיטות פיזיות וכימיקליות. Wet Chemical etching באמצעות חומצות חזקות או חמצון יכול לחוספס פני פולימרים ולהציג קבוצות המכילות חמצן, שיפור הדבקות והרטטנטיות.פלאסמה פולימיזציה, בניגוד, משתמשת פלזמה למונופולים ומולקוליים רזים לתוך מולקולות דקים המאפשרים לסקאלה מבוקרת על מנת לשלוט על מנת לשלוט על הסקאלה.

דמויות של משטחים משתנים

(הבנה של שינוי פני השטח דורשת טכניקות אנליטיות מתוחכמות המסוגלות לחדור את השכבות החיצוניות ביותר של פולימרן (FLT:0) ספקטרום תמונה רנטגן של ספקטרום 1 (FLT:1) הוא תקן הזהב לקביעת הרכב האלמנטרי והמדינה הכימית של פני השטח, המספק מידע כמותי על קבוצות אינפרא אדום מתקדמות.

יישומים ביו-רפואיים של Polymers Surface-Modified Polymers

השדה הביו-רפואי היה נהג עיקרי של חדשנות בשינוי פני כדור הארץ.הגוף האנושי מציג סביבה תובענית במיוחד עבור חומרים סינתטיים, הדורש תאימות עם דם, רקמות ותאים חיסוניים תוך התנגדות לזיהום ולהידרדרות.

מכשירים ליצירת קשר דם

כאשר פולימרים ליצור קשר דם, המודעות המיידיות של חלבונים פלזמה מעוררות קערה של אירועים כולל אדפטן צלחת, הפעלה של caagulation cascade, ו היווצרות thrombus. Unmodified תוספת פולימרים כגון פוליאתילן ופוליפרופילן הם מעכבים דלקתיים מאוד, להגביל את השימוש שלהם במכשירים כגון vascular lantlans, לב, שסתום, ו-coreic יותר עם חומצה פוליפרגן פעיל.

תרופות-אליטנטים וכלי השתלות

מצבי קורומבורי השתנו על ידי טכנולוגיית שינוי פני השטח.נטות מתכת נתקלו בשיעורים גבוהים של מנוחה עקב התפשטות תאי שריר חלק לאחר השתלה.הפיתוח של נטיות פולימריות המופעלות על ידי פולימר-סמים מטופלות על בעיה זו על ידי מתן מאגר לשחרור מבוקר של תרופות נוגדות חיים כגון Sirolimus או paclitaxel. הציפוי, בדרך כלל על בסיס תוספות ביו-צפויות או טיפול תרופתי, יש צורך בציפוי, יש צורך בציפוי, אשר מופעל על ידי ירידה כרונית, או ירידה של תרופות נוגדות, או ירידה בציפוי, יש צורך בציפוי, יש צורך בציפוי, כי יש צורך בציפוי, או ירידה של תרופות נוגדות דלקת חריפה, יש צורך בציפוי, בתנאי צריכת פולימרורטיבית, או ירידה בציפוי, או ירידה בציפוי, בתנאי צריכת תרופות נוגדות דלקת חריפה, בתנאי צריכת אלכוהול, בתנאי לחץ דם, בתנאי צריכת תרופות נוגדות, או ירידה בציפוי, בתנאי צריכת תרופות נוגדות, בתנאי צריכת תרופות נוגדות, בתנאי לחץ דם, או ירידה בציפוי, בתנאי שעדיין מופעלת, בתנאי צריכת פולימרורטיבית, בתנאי לחץ דם קבוע, בתנאי ירידה מוגבלת, או ירידה מוגבלת,

שמלה מדהימה עם נכסים אנטימיקרוביאליים

פצעים כרוניים מייצגים נטל בריאות גדול, ולבושות המבוססות על פולימר משחקים תפקיד מפתח בניהול הפצע המודרני.שינוי פני השטח של התלבושות האלה יכול להקנות תוצאות אנטימיקרוביאליות, סופגות exudate, ולשמור על סביבת ריפוי לחות. חלקיקים Silver משולבים לתוך משטחים פולימרים לספק פעילות אנטימיקרוביאלית רחבה באמצעות שחרור מתמשך של פולימרים סינתטיים טבעיים, כגון המכילה תכונות דלקתיות מתקדמות כדי להרוג חיידקים.

הפקה: Engineering Scaffolds

בהנדסת רקמות, פני השטח פולימרים חייב להנחות קבצים מצורפים, התפשטות, ובדל כדי לשחזר רקמות פונקציונליות. Addition פולימרים כגון פוליפטרולקטון ופולי (חומצה פוליקלית-קו-גליקולית) לספק שיעורי השפלה נוחים ונכסים מכניים שונים, אבל פני השטח שלהם חסרים את הרמזים הביולוגיים הדרושים לזיהוי תאים עם חלבונים מטבוליים נוספים, כגון קולגן ו- pepticenicialin (או תאים) עם תאים אלה עם תאים מתכתיים ישירות עם תאים מתכתיים).

יישומים תעשייתיים של Polymers Surface-Modified Polymers

מעבר לזירה הביו-רפואית, פולימרים נוספים בעלי פני השטח מצאו שימוש נרחב בהגדרות תעשייתיות שבו שיפור עמידות, מתח, מתחודד ותכונות מחסום נדרשים.

קידודים מוגנים למכונות ולתשתית

רכיבי מכונות ותשתיות תעשייתיות נחשפים לעתים קרובות לכימיקלים קורוזיים, חלקיקים פנימיים וטמפרטורות קיצוניות.הוספת פולימרים קטסטרופליים כגון פוליפרופילן ופוליאתילן בעלות גבוהה מציעים עמידות כימית מצוינת כחומרים גדולים, אבל האנרגיה שלהם על פני השטח הנמוכה מקשת ליישם ציפויים מגנטיים של גזים או פריקה שטחית לפני יישום שיפור דרמטי, הרחבת החיים של צינורות מתכתיים כגון רכיבים מגנטיים או חומצה פולימרומית.

מזון ארוז עם תכונות גדר משופרות

תעשיית האריזה למזון דורשת חומרים שמונעים חמצן, לחות ומיקרוביאלי בתוקפנות תוך שמירה על גמישות ושקיפות.הוספת פולימרים כגון פוליאתילן ופוליפרופילן משמשים נרחבות עבור יכולת התהליך שלהם ועלות נמוכה, אבל תכונות המכשול שלהם לעתים קרובות אינן מספיקות עבור מוצרי אריזות רגישות לחמצן, טכניקות לשינוי פני השטח יש לטפל במגבלה זו על ידי הפקדה דקת שכבות על הסרט פולימרונאות.

אלקטרוניקה ו אינסטלציה חשמלית

בתעשיית האלקטרוניקה, בנוסף פולימרים משמשים כ בידוד, encapsulation, וחומרים substrate.מגמה ל miniaturization ו דגני חשמל גבוהים יותר מקומות הגדלת דרישות על פני השטח של חומרים אלה. Surface change משפר את הדבקות של inks מוליכים מתכתיים ורקמות מתכתיות כדי להתאים את הפונקציות של פולימרים חשמליים.

הרכב והמטוסים האוויריים

ירידה במשקל היא מטרה מתמשכת בתעשיות הרכב והתעופה, המניעה את החלפת מתכות עם תרכובות פולימריות פולימריות. עם זאת, פולימרים המשמשים יישומים אלה חייבים לעמוד בדרישות תובעניות עבור מתח צבע, התנגדות UV, ועמידות עמידה.שינוי פני השטח חיוני להשגת ריכוזי משטח באיכות גבוהה על לוחות גוף פולימר ורכיבי פנים.טיפול פלזמה אטמוספרי החל לפני הסרת הצורך בשכבות לשינוי ראשוני, צמצום כמותיות של חומרים מייצבים, ולהפחית את כמות גבוהה של חומרים אורגניים, תוך כדי להפחתה של חומרים מאובטחים, כדי ייצוב לחץ דם, כדי להפחתה של חומר הגנה על פני השטח, תוך כדי שיפור יעיל ביותר של חומר ניקוי חלקי חום, תוך כדי הגבלת זמן קצר יותר, תוך כדי הגבלת זמן קצר יותר של חומרים אורגני של חומרים מאובטחים, כדי הגבלת זמן קצר יותר, לחץ דם אורגני, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל של תאים בלחץ גבוה של חומרים מאובטחים, לחץ על פני השטח, כדי הגבלת זמן קצר יותר, תוך כדי הגבלת זמן קצר יותר של סוללות אחוריים על פני השטח של סוללות אור אחוריים על פני השטח של סוללות אור אחוריים, תוך כדי שיפור יעיל ביותר של סוללות אחוריים על פני השטח, לחץ דם נוזלי הגנה על פני השטח, 000 לחץ דם

סליחות וגירוש

membranes פולימרניים משמשים נרחב עבור טיהור מים, הפרדה גז ודיאליזה. המאפיינים של membranes אלה לקבוע ההתנגדות המזויעה שלהם,סלקטיביות, ו פלוקס. שינוי פני השטח של תוספת membranes פולימר נחקר באופן נרחב כדרך לשיפור פני השטח של פעילות פחמן או ירידה במשקל של חומרים פולימרניים לא מתאימים על פני השטח של פוליפרגן או החלפת חומרים כימיים.

טכניקות מתקדמות וטכנולוגיות מתפתחות

תחום השינויים על פני כדור הארץ פולימר ממשיך להתפתח במהירות, עם כמה טכניקות מתפתחות המציעות שליטה חסרת תקדים על תכונות פני השטח.

(FLT:0) טכניקות פולימריזציה רדיקליות קיצוניות של פולימברליטים 1FIRLT:1, כולל העברת פולימריזציה רדיקלית ושרשרת התוספת-היתר-העברה פולימיזציה, מהפכה במצמץ של מברשת פולימרים ממשטחים. שיטות אלה מאפשרות שליטה מדויקת על גבי מברשת עובי, צפיפות וקומפוזיציה כימית, המאפשרת יצירת פני השטח עם תכונות נוקשות.

(FLT:0Click ChemistryofFLT:1, במיוחד נחושת-קטאליסזד-אלקיון cycloaddition, סיפק שיטה אמינה וגבוהה לצרף מולקולות פונקציונליות על פני כדור הארץ פולימרים.המכשירים הסלקטיביות והתגובה המתונות של כימיה הקליק הפכו אותה אידיאלית להצגת ביו-מולקולות רגישות כגון נוגדנים ואנטיפולימרים ללא הפרעות פעילות גופנית זו, לציפויים.

(FLT:0) לחץ אטמוספירי עיבוד פלזמה (FLT) 1) התפתח כחלופה מעשית במערכות פלזמה בלחץ נמוך, חיסול הצורך בציוד ואקום ומאפשר טיפול רציף בקונטיל של סרטים, סיבים, ושלושה אובייקטים תלת-ממדיים.הפיתוח של פריקה פוליאלקטרית ומקורות סילון פלזמה איפשר טיפול גיאוגרפי מורכב וחומרים רגישים חום ללא נזק.

(FLT:0)Nanostructured משטחים של פני השטח של LT:1 שנוצרה באמצעות תחריט מבוקר, מחיקה, או הערכה עצמית פתח גבולות חדשים פונקציונליות פני השטח.משטחים עם דיוק nanoscale העליוןography יכול להציג התנהגות סופר-hydrophobic (אפקט הלוטוס), פעילות אנטימיקרוביאלית באמצעות קרע מכני של תאים חיידקיים, או שיפור דבקות תאים עבור שילוב כימי ומבנה רחב יותר, במיוחד, הוא פיתח את ההיררכיה של תפקודים טבעיים, כמו גם תכונות כימיות, במיוחד.

(FLT:0)Biomimetic ו bioinspired גישות ibph1 הם יותר ויותר להנחות את העיצוב של אסטרטגיות שינוי פני השטח.חוקרים פיתחו משטחים פולימרים המחקים את פני השטח החלקלק של צמח ה-Npenthes, יצירת ציפויים omniphobic כי דוחים הן מים והן שמן. Mussel-inspired dopamine כימיה סיפק פלטפורמה רב-תכליתית עבור הפקדהת המולקולות מורכבות כמעט כל , אשר מאפשרות עיבוד מגנטי של חומרים כימיים מורכבים של חומרים כימיים מורכבים באופן קבוע, כמעט, כמעט, כמעט, כמעט, כמעט כל אמצעי עיבוד מגנטיים פשוטים, אשר מאפשר, כמעט, כמעט, כמעט, כמעט, עם שיטות עיבוד מגנטיים, באופן קבוע, עם יעילות, עם יעילות, כמעט, עם יעילות, כמעט, עם יעילות, כמעט, כמעט, כמעט, עם יעילות של חומרים כימיים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההתקדמות המרשימה בשינוי פני השטח פולימרים, כמה אתגרים נשארים.היציבות של משטחים שונים לאורך תקופות ארוכות, במיוחד תחת לחץ מכני או בסביבות ביולוגיות, דורש חקירה נוספת.טכניקות שינוי פני השטח רבות עדיין מוגבלות לגודל המעבדה, והקמת תהליכי ייצור חזקים ויעילים לייצור תעשייתי נשאר מכשול משמעותי. עבור יישומים ביו-רפואיים, המסלול הרגולטורי עבור מכשירים מאומתים יכול להיות מורכב, כמו שינויים על פני השטח עשוי לדרוש מסד נתונים חדש ואפילו מבוסס.

כיוונים עתידיים מחקר כוללים את הפיתוח של משטחים של עצמים כי יכול לתקן נזק אוטונומי, פני השטח עם תכונות דינמיות להסתגל לשינוי תנאי סביבתיים, משטחים רב פונקציונליים המשלבים יכולות מרובות כגון פעילות מיקרוביאלית, שחרור סמים, וחישה.שילוב של מכונות למידה ושיטות סינון גבוהות באמצעות בדיקות מבטיח להאיץ את הגילוי של פרמטרים אופטימליים לשינוי פני השטח עבור יישומים ספציפיים.