Исследование силиконовой пленки, осажденной на поверхность кварцевого стекла под действием лазерного излучения

Предмет исследования. Исследованы структура, оптические и эксплуатационные свойства силиконовой пленки, нанесенной на поверхность кварцевого стекла в результате действия лазерного излучения на летучие компоненты, которые выделяются из образца силиконовой резины в замкнутом объеме. Метод. Исследование выполнено в рамках лазерного многопараметрического метода с помощью оригинальной установки, в состав которой входит твердотельный неодимовый лазер с длиной волны 1064 нм и параметрами лазерного импульса: энергией — 105 мДж, длительностью 11–14 нс и частотой следования 10 Гц. В эксперименте на выходе лазерного излучателя расположена герметичная тест-кювета, внутри которой размещен образец силиконовой резины. При прохождении лазерного излучения через внутренний объем тест-кюветы происходит взаимодействие летучих компонентов, выделенных из образца, с лазерным излучением. В результате процесса лазерно-индуцированного осаждения на оптических элементах тест-кюветы образуются зоны осаждения. Топология зон осаждения определена с помощью профилометра. Сравнение структурного состава исходного образца с продуктами осаждения выполнено с использованием сканирующего электронного микроскопа. Основные результаты. Получены зависимости коэффициентов площади зоны осаждения и ослабления от температуры и количества лазерных импульсов. Исследованы элементный состав, цвет, устойчивость к действию растворителя и толщина зон осаждения. Установлено, что с ростом температуры и количества лазерных импульсов коэффициенты площади и ослабления зон осаждения увеличиваются, цвет не изменяется, а устойчивость к действию растворителя возрастает. С ростом температуры зона осаждения, первоначально состоящая из микрофрагментов, становится сплошной, а с ростом количества лазерных импульсов ее толщина увеличивается. Толщина зоны осаждения неравномерно распределена относительно центра. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при разработке содержащих силикон биочипов для диагностики и терапии состояния здоровья человека.

1. Kamaly N., Yameen B., Wu J., Farokhzad O.C. Degradable controlled-release polymers and polymeric nanoparticles: mechanisms of controlling drug release // Chemical Reviews. 2016. V. 116. N 4. P. 2602–2663. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00346

2. Barkalina N., Charalambous C., Jones C., Coward K. Nanotechnology in reproductive medicine: emerging applications of nanomaterials // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2014. V. 10. N 5. P. e921–e938. https://doi.org/10.1016/j.nano.2014.01.001

3. Furth M.E., Atala A., Van Dyke M.E. Smart biomaterials design for tissue engineering and regenerative medicine // Biomaterials. 2007. V. 28. N 34. P. 5068–5073. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.07.042

4. Gandhi A., Paul A., Sen S.O., Kumar K.S. Studies on thermoresponsive polymers: Phase behaviour, drug delivery and biomedical applications // Asian Journal of Pharmaceutical Sciences. 2015. V. 10. N 2. P. 99–107. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2014.08.010

5. Suhardi V.J., Bichara D.A., Kwok S.J.J., Freiberg A.A., Rubash H., Malchau H., Yun S.H., Muratoglu O.K., Oral E. A fully functional drug-eluting joint implant // Nature Biomedical Engineering. 2017. V. 1. N. 6. P. 0080. https://doi.org/10.1038/s41551-017-0080

6. Masood F. Polymeric nanoparticles for targeted drug delivery system for cancer therapy // Materials Science and Engineering: C. 2016. V. 60. P. 569–578. https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.11.067

7. Ulbrich K., Holá K., Šubr V., Bakandritsos A., Tuček J., Zbořil R. Targeted drug delivery with polymers and magnetic nanoparticles: covalent and noncovalent approaches, release control, and clinical studies // Chemical Reviews. 2016. V. 116. N 9. P. 5338–5431. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00589

8. Soppimath K.S., Aminabhavi T.M., Kulkarni A.R., Rudzinski W.E. Biodegradable polymeric nanoparticles as drug delivery devices // Journal of Controlled Release. 2001. V. 70. N 1-2. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/S0168-3659(00)00339-4

9. Mokhtarzadeh A., Alibakhshi A., Hejazi M., Omidi Y., Ezzati Nazhad Dolatabadi J. Bacterial-derived biopolymers: Advanced natural nanomaterials for drug delivery and tissue engineering // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2016. V. 82. P. 367–384. https://doi.org/10.1016/j.trac.2016.06.013

10. Luo D., Gould D.J., Sukhorukov G.B. Local and sustained activity of doxycycline delivered with layer-by-layer microcapsules // Biomacromolecules. 2016. V. 17. N 4. P. 1466–1476. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.6b00070

11. Wang C., Zhang G., Liu G., Hu J., Liu S. Photo-and thermoresponsive multicompartment hydrogels for synergistic delivery of gemcitabine and doxorubicin // Journal of Controlled Release. 2017. V. 259. P. 149–159. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.11.007

12. Sukhorukov G.B., Donath E., Lichtenfeld H., Knippel E., Knippel M., Budde A., Möhwald H. Layer-by-layer self assembly of polyelectrolytes on colloidal particles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1998. V. 137. N 1-3. P. 253–266. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(98)00213-1

13. Dhoot N.O., Wheatley M.A. Microencapsulated liposomes in controlled drug delivery: strategies to modulate drug release and eliminate the burst effect // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2003. V. 92. N 3. P. 679–689. https://doi.org/10.1002/jps.19104

14. Gai M., Frueh J., Kudryavtseva V.L., Mao R., Kiryukhin M.V., Sukhorukov G.B. Patterned microstructure fabrication: polyelectrolyte complexes vs polyelectrolyte multilayers // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 37000. https://doi.org/10.1038/srep37000

15. Gai M., Frueh J., Tao T., Petrov A.V., Shesterikov E.V., Tverdokhlebov S.I., Sukhorukov G.B. Polylactic acid nanoand microchamber arrays for encapsulation of small hydrophilic molecules featuring drug release via high intensity focused ultrasound // Nanoscale. 2017. V. 9. N 21. P. 7063–7070. https://doi.org/10.1039/C7NR01841J

16. Беликов А.В., Клочков И.С., Алексеев И.В., Капралов С.А. Лазерный многопараметрический метод входного контроля монтажных элементов, используемых в объеме герметичных неодимовых лазерных излучателей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 2. С. 154–162. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-2-154-162

17. Schneider C.W., Lippert T. Laser ablation and thin film deposition // Springer Series in Materials Science. 2010. V. 139. P. 89–112. https://doi.org/10.1007/978-3-642-13281-0_5

18. Krebs H.-U., Weisheit M., Faupel J., Süske E., Scharf T., Fuhse C., Störmer M., Sturm K., Seibt M., Kijewski H., Nelke D., Panchenko E., Buback M. Pulsed laser deposition (PLD) — a versatile thin film technique // Advances in Solid State Physics. 2003. V. 43. P. 505–518. https://doi.org/10.1007/978-3-540-44838-9_36

19. Dler A. Thin film deposition processes // International Journal of Modern Physics and Applications. 2015. V. 1. N. 4. P. 193–199.

20. Wasa K., Kitabatake M., Adechi H. Thin film materials technology: Sputtering of compound materials. Walliam Andrew Inc, 2004. P. 1.

21. Фоминский В.Ю., Романов Р.И., Неволин В.Н., Гнедовец А.Г. Особенности формирования тонкопленочных слоев металлооксида в газо-сенсорной структуре Pt/WOx/SiC методом импульсного лазерного осаждения // Перспективные материалы. 2011. № 2. С. 5–16.

22. Кулинич С.А., Yamaki T., Miyazoe H., Yamamoto H., Terashima K. Влияние температуры подложки и скорости осаждения на начальный рост тонких пленок ниобата-танталата лития, полученных методом термальной плазмы // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. № 5. С. 850–857.

23. Цаплин С.В., Болычев С.А. Исследование динамики осаждения конденсированных продуктов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. Т. 14. № 3. С. 109–121. https://doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-3(45)-109-121

24. Пупань Л.И. Изучение структуры материалов методом электронной микроскопии: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Введение в нанотехнологии» / НТУ «Харьковский политехнический институт». Харьков, 2011. 35 с.