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表面等离子体接枝改性是改善高分子材料表面性质的有效方法之一,在生物医学材料等领域有重要应用。本论文采用低温等离子体技术在硅水凝胶膜材料表面分别引发亲水性单体自行合成大单体(Hydro-P),2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(MPC)接枝聚合,并详细研究了材料的亲水性等性能。
首先,采用He常压辉光放电等离子体接枝聚合的方法在硅水凝胶膜材料表面引发接枝亲水性单体Hydro-P,采用全反射红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)分析了硅水凝胶膜材料表面的结构。结果表明,亲水性单体接枝聚合到硅水凝胶膜材料表面。研究了等离子体处理时间、单体浓度、交联剂四甲基丙烯酸乙二醇酯(TEGDMA)用量对硅水凝胶材料表面亲水性的影响。结果表明,硅水凝胶膜表面水接触角随等离子体处理时间、单体浓度、交联剂的增加而减小,表面能随处理时间、单体浓度、交联剂的增加而增加。等离子体处理时间为10 min、单体浓度为10%、交联剂为0.6%时,改性硅水凝胶膜的表面亲水性最好,水接触角为57°,放置一个月后,其表面平均接触角为62°,表面能为45.71 mN/m。
其次,应用He次大气压辉光放电等离子体技术在材料表面引发接枝Hydro-P,研究了等离子体处理时间、压强等对硅水凝胶表面亲水性的影响。结果表明,等离子体处理时间从8min增加到15min,硅水凝胶膜表面接触角从58°下降至40°,表面能从50.55 mN/m增加到66.85 mN/m。等离子体工作压强从2500Pa增加到3000Pa,材料表面接触角从40°增加到至45°,表面能从66.85mN/m下降至62.6 mN/m。
进一步地,采用He常压辉光放电等离子体引发MPC在硅水凝胶材料表面接枝改性,采用ATR-FTIR、XPS分析了硅水凝胶膜材料表面的结构。结果表明,亲水性单体MPC接枝聚合到硅水凝胶膜材料表面。研究了等离子体处理时间、单体浓度、交联剂TEGDMA用量、接枝反应温度等对硅水凝胶材料表面亲水性的影响。结果表明,材料表面接触角随等离子体处理时间、单体浓度、交联剂、接枝反应温度的增加而减小,而表面能随处理时间单体浓度、交联剂、接枝反应温度的增加而增加。等离子体处理时间为10 min、单体浓度为3%、交联剂为0.6%、接枝反应温度为75℃时,改性硅水凝胶膜的表面亲水性最好,水接触角为60°。放置一个月后,其表面接触角为67°,表面能为40.89 mN/m。
另外,应用He次大气压辉光放电等离子体引发MPC在硅水凝胶材料表面的接枝改性,研究了等离子体处理功率、处理时间、工作压强等对改性后硅水凝胶材料表面亲水性的影响。结果表明,等离子体处理功率为312 W时的改性硅水凝胶膜表面亲水性较262 W时的有所提高,改性硅水凝胶膜表面接触角从54V提高至57°,表面能从53.32mN/m减少至50.55 mN/m。随着等离子体处理时间从8min增加到15min,硅水凝胶膜接触角从62°下降至54°,表面能从45.71 mN/m增加到53.32mN/m。随着等离子体工作压强从2500Pa增加到3000Pa,材料表面接触角从62°增加到至68°,表面能从45.71mN/m下降至39.99 mN/m。
本文还研究了He常压等离子体表面接枝MPC的硅水凝胶膜材料的本体以及表面性能。研究结果表明,表面接枝MPC不影响硅水凝胶的本体性能,改性硅水凝胶材料具有良好的光学透明性、力学性能、耐水解稳定性;离子渗透性随MPC接枝浓度的增加而增加;细胞毒性评级为一级,符合生物医学材料使用标准。蛋白吸附实验结果表明,蛋白吸附量随MPC接枝浓度的增大而降低,接枝浓度为5%时达到最小值为0.76 ug/cm2。