1gydF4y2Ba印度理工学院材料科学中心，Kharagpur, WB-721302，印度gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba印度理工学院医学科学与技术学院，印度卡拉格布尔，WB-721302gydF4y2Ba
收到日期:gydF4y2Ba21/03/2015;gydF4y2Ba接受日期:gydF4y2Ba12/07/2015;gydF4y2Ba发表日期:gydF4y2Ba17/07/2015gydF4y2Ba
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在目前的调查表面gydF4y2Ba低密度聚乙烯gydF4y2Ba采用溶液接枝技术对LDPE薄膜进行了功能化。采用ATR-FTIR分光光度法、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角测量法分别研究了改性LDPE薄膜的表面化学性质、结构、粗糙度和润湿性。雷竞技网页版随后，电影放映了他们的污秽行为gydF4y2Ba细胞粘附gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba扩散gydF4y2Ba不同嫁接时间的HaCaT细胞。用红外光谱中1672-1633/719-721 cm-1的羰基指数(CI)评价AAm的接枝程度。从接枝膜的水接触角(45°±2°)来看，接枝膜具有亲水性。雷竞技网页版纳米压痕研究表明，AAm接枝后薄膜的表面力学性能略有改变。经Alamar蓝实验证实，该移植膜与HaCaT细胞无毒且生物相容性良好。因此，可以理解为AAm接枝LDPE膜是生物医学应用的潜在候选者，也适用于其他极性聚合物表面涂层。gydF4y2Ba
LDPE，溶液接枝，表面功能化，生物相容性，细胞粘附gydF4y2Ba
表面功能化gydF4y2Ba是将亲水基团附着在疏水性质的聚烯烃上，表面能低的成功技术之一。对于生物医学应用，有必要设计gydF4y2Ba聚合物gydF4y2Ba设备必须与细胞材料具有生物相容性[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba］．表面功能和形貌对提高聚合物材料的细胞活力指数和生物功能起着重要作用。研究人员观察到，细胞在高分子材料上的粘附和增殖取决于表面特性，如gydF4y2Ba亲水性gydF4y2Ba或疏水性、润湿性、表面电荷、粗糙度等。gydF4y2Ba
低密度聚乙烯(LDPE)具有优良的耐化学性、高冲击强度、重量轻、高质量等优点，是一种很有前途的生物医学应用聚合物gydF4y2Ba灵活性gydF4y2Ba．许多医疗装置，例如网眼、导管和人工关节已以纯LDPE形式开发[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］．另一方面，由于低表面能和非极性性质，它有一些局限性。因此，对LDPE进行表面改性是通过引入极性实体和改变表面形貌来提高表面润湿性、附着力和生物相容性的策略之一[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．应用了多种技术，如等离子体处理[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]、化学及物理蚀刻[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba-gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]、电晕放电和表面接枝增强LDPE的表面特性[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba］．在这些技术中，极性乙烯基单体表面接枝是一种比较突出的方法。不同的gydF4y2Ba乙烯基单体gydF4y2Ba如丙烯酸(AA) [gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]， 2-羟甲基丙烯酸甲酯[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]、醋酸乙烯酯(VA)、丙烯酰胺(AAm)及1-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP) [gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]、甲基丙烯酸[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]、乙烯基三乙氧基硅烷及环糊精[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]已被报道用于LDPE表面接枝。这些单体采用不同的辐射技术，如β和γ照射、紫外照射、光和等离子体诱导进行接枝。例如，Ishihara等报道了2-甲基丙烯酰氧乙基在聚乙烯膜上的光诱导接枝聚合，并证明了血细胞在改性膜表面的粘附[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．Loh等研究了紫外光诱导表面接枝AAm, AA和N, N-二甲氨基乙酯甲基丙烯酸酯在聚乙烯、聚(对苯二甲酸乙烯)和聚苯乙烯上的结构性能[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．Wirsen等人利用电子束预辐照探讨了AAm在线性低密度聚乙烯薄膜上的接枝聚合[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba］．Kubota等使用n -异丙基丙烯酰胺(NIPAM)光辐射接枝到LDPE薄膜上[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba］．Chun等人报道了AA和AAm混合物在LDPE薄膜表面的接枝共聚[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］．Gupta等人描述了AAm辐射接枝聚乙烯薄膜，并研究了接枝薄膜的热性能[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］．Fayek等人报道了AAm移植gydF4y2Ba共聚gydF4y2Ba在LDPE表面使用γ辐照技术[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba］．Dessouki等人演示了VA在LDPE薄膜上的辐射后接枝[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba］．Queiroz等报道了辐射诱导AA接枝到LDPE [gydF4y2Ba29gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba
这些gydF4y2Ba辐射gydF4y2Ba基接枝可能改变聚合物材料的物理性能，也需要很高的仪器成本，而且这些都不方便使用。因此，本研究的目的是在不影响聚合物体性能的情况下，通过将亲水聚合物溶液接枝到LDPE薄膜表面，制备生物相容性的LDPE。通过溶液接枝法将AAm接枝到LDPE表面，首先进行表面氧化gydF4y2Ba嫁接gydF4y2Ba聚丙烯酰胺。采用ATR-FTIR光谱和接触角测量对接枝LDPE的表面进行了表征。雷竞技网页版采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对其表面形貌进行分析。采用通用试验机(UTM)测试了接枝对机械强度的影响。然后将人角质形成细胞(HaCaT细胞)培养在聚丙烯酰胺接枝的LDPE膜上，观察聚丙烯酰胺接枝对细胞粘附和增殖的影响。gydF4y2Ba
材料gydF4y2Ba
商业低密度聚乙烯(LDPE)珠状，(一般等级I005FY20，熔体流动指数(MFI) 0.5 g/10min，密度0.92 g/cm3)购自印度信实工业有限公司。合成级的AAm购自Spectro chem Pvt. Ltd.。印度和被使用作为接收。过硫酸铵(APS)、硫酸亚铁铵和硝酸(70%)购自默克公司。印度。引发剂硝酸铈铵(CAN)由印度Qualigens Fine Chemicals公司提供。所有实验均使用milliq水。1级(最大杂质10ppm)氮气用于净化。获得Dulbecco 's Modified Eagle 's Medium (DMEM)、胎牛血清(FBS)、NCCS Pune的HaCaT细胞和Life Technologies USA的Alamar blue。多孔组织培养板购自丹麦Nunc。gydF4y2Ba
AAm接枝LDPE膜(AAm-g-LDPE)的制备及表征gydF4y2Ba
在APS和CAN存在下，采用溶液接枝技术将AAm接枝到LDPE薄膜上。在反应过程中，用去离子水作为溶剂。首先用丙酮剧烈搅拌，然后用蒸馏水清洗LDPE珠，在50°C的烘箱中干燥2 h，将清洗后的LDPE珠压模制得100 μm厚的LDPE薄膜。在130ºC下，在1mpa压力下，在不使用任何脱模剂的情况下，将珠子压在特氟龙薄片之间15分钟。gydF4y2Ba
下一步，接枝反应在氮气气氛下进行，接枝反应在250 mL三颈圆底烧瓶(RBF)中，含有100 mL去离子水，并配有回流冷凝器、温度计、搅拌器和气体进出口系统。在该反应装置中放置4g尺寸为5cm × 1cm的LDPE样品。用新制备的10 mL 0.025 M APS溶液作为LDPE的羟基化剂[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba］．氮气净化10分钟以去除水中的溶解氧，系统在60ºC下放置10小时。10 h后，加入新配制的5 mL 0.36 mg CAN溶液，0.1 N硝酸，搅拌30 min，静置2 h。前30 min观察到浊度。假设CAN存在时，羟基分解生成烷氧基，开始在LDPE表面接枝[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．保持氮气在反应混合物中的连续流动，然后逐滴向反应混合物中加入不同量的AAm。在反应室中加入硫酸亚铁铵(摩尔盐)作为抑制剂，避免了反应的发生gydF4y2Ba均聚gydF4y2Ba从而提高了接枝率[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］．接枝反应在70ºC搅拌(500 RPM)下进行不同时间间隔。接枝的不同步骤示于gydF4y2Ba方案一a-1cgydF4y2Ba．在起始步骤中(gydF4y2Ba方案1gydF4y2Ba) APS均溶分解形成gydF4y2Ba羟基自由基gydF4y2Ba．由此产生的自由基(˙OH)被认为与LDPE相互作用，通过氢的提取产生烷基自由基gydF4y2Ba方案1 bgydF4y2Ba．然后这些烷基自由基与羟基自由基相互作用形成羟基化LDPE (R-OH)。在分离出羟基化的LDPE (R-OH)后，在CAN存在下，表面的羟基分解产生烷氧基(R-O˙)，从而开始接枝gydF4y2Ba方案1 cgydF4y2Ba．gydF4y2Ba
方案1:gydF4y2Ba(a)过硫酸铵分解生成羟自由基。(b) LDPE膜的羟基化反应。(c)羟基化LDPE膜的羟基分解，在CAN存在下生成烷氧基，引发AAm接枝。gydF4y2Ba
接枝反应结束时，先用水/甲醇(1:1)溶剂混合物洗涤膜，提取膜表面的残留单体和均聚物。接枝薄膜在真空烘箱中60ºC干燥，直到获得恒定的重量并储存以进一步表征。gydF4y2Ba
表面化学分析gydF4y2Ba
使用ATR-FTIR光谱仪(Thermo Nicolet, NEXUS 870 IR)在4000至500厘米范围内分析LDPE表面上引入的功能实体gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
接枝率(%)分析gydF4y2Ba
为了确定接枝收率，使用微量天平(Model- CPA26P, sar多利斯，德国)测量了接枝到LDPE薄膜上的AAm的质量。AAm接枝到LDPE薄膜上的量计算如下:gydF4y2Ba
(1）gydF4y2Ba
其中MgydF4y2BaggydF4y2Ba和MgydF4y2Ba我gydF4y2Ba分别为嫁接到LDPE和最初使用的AAm的质量。gydF4y2Ba
表面形貌研究gydF4y2Ba
表面gydF4y2Ba形态gydF4y2Ba采用二次电子束扫描电子显微镜(SEM, JEOL JSM-5800，日本)进行定性研究。利用扫描电镜观察了AAm溶液接枝技术在LDPE表面引起的物理变化。gydF4y2Ba
采用Nanonics Multiview 1000 TM(以色列)SPM系统测定gydF4y2Ba表面形貌gydF4y2Ba以及AAm接枝LDPE样品的粗糙度。在原子力显微镜(AFM)分析中，使用直径为20 nm的悬臂尖端和力常数为40 N/m的弹簧。均方根粗糙度(RgydF4y2BarmsgydF4y2Ba)和测量地形剖面的最大高度。gydF4y2Ba
表面亲水性测定gydF4y2Ba
雷竞技网页版接触角仪(S. E. O. Co. Ltd, Model-300，韩国)用于测量原始LDPE和丙烯酰胺接枝LDPE薄膜的接触角(采用固滴法)，其中以蒸馏水作为探测液。为了保持一致性，将液滴(1-2 μL)放置雷竞技网页版在衬底表面20秒后记录接触角读数。记录5个不同的读数，并为每个样本取接触角的平均值。雷竞技网页版gydF4y2Ba
力学性能分析gydF4y2Ba
根据ASTM D-638(在室温下，横头速度为5 mm/min, 500 N)，测定了AAm接枝LDPE薄膜的抗拉强度。所有样品均使用通用试验机(HOUNSFIELD H10KS UTM)进行测试，测试仪器仪表长度为20 mm。对每个样本进行五次测量，并记录平均数据。gydF4y2Ba
纳米力学性能分析gydF4y2Ba
通过纳米力学性能的研究，分析了AAm接枝对薄膜顶层的影响。在室温下，使用nano - triboindter (TI 950 triboindter, Hysitron Inc.， USA)对原始LDPE和接枝LDPE进行了纳米力学性能测量。试验在准静态模式下进行，每次试验以10 μN/s的速率施加最大负载400 μN(10个不同的点)。负载保持20秒(蠕变时间)以避免“鼻子问题”，然后以相同的速率卸载到最大负载的90%。在加载和卸载过程中，压头位移以力位移曲线的形式得到，并记录下来进行数据分析。Berkovich(一个三面金字塔几何形状)钻石尖被用于所有的测量。gydF4y2Ba
细胞粘附研究gydF4y2Ba
采用间接细胞计数法对样品进行细胞粘附试验。简单地说，永生的人类gydF4y2Ba角化细胞gydF4y2Ba细胞系(HaCaT细胞)在DMEM + 10% FBS完全培养基中，加湿培养箱，温度37℃，CO 5%gydF4y2Ba2gydF4y2Ba环境。0.5 × 10gydF4y2Ba5gydF4y2Ba将细胞接种在1 cm × 1 cm的聚合物基质上。同样数量的细胞也接种在切出1 cm × 1 cm的聚苯乙烯涂层组织培养板上，作为对照。将细胞播种片置于细胞无粘培养板中，然后转移到培养箱中。培养皿孵育不同的时间间隔，其中收集未粘附的细胞，并在相衬显微镜下借助Neuber血细胞计进行计数。将原始播种细胞数减去未粘附细胞数，得到粘附细胞数(式2)。gydF4y2Ba
NgydF4y2Ba坚持细胞gydF4y2Ba= NgydF4y2Ba种子细胞gydF4y2Ba- NgydF4y2Baunadhered细胞gydF4y2Ba
HaCaT细胞悬液应用于不同的聚合物底物(1 cm × 1 cm大小)，并在湿CO中孵育gydF4y2Ba2gydF4y2Ba培养箱(37°C, 5% COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)静置3小时后，再注入完整的DMEM+FBS介质。连续孵育72 h。第二天，PBS清洗含HaCaT细胞的样品，2.5%戊二醛处理固定在样品表面2 h。逐渐提高乙醇浓度，使固定细胞完全脱水。然后用六甲基二硅氮烷处理样品，并在干燥器中保存30分钟，使其完全干燥，以便扫描电镜成像。gydF4y2Ba
细胞增殖试验gydF4y2Ba
不死人角质形成细胞(HaCaT细胞)在改性聚合物底物上应用Alamar蓝法进行细胞增殖研究。简单地说，20 μL(含10gydF4y2Ba4gydF4y2Ba将Hacat细胞悬液分别应用于不同的聚合物底物和对照片(1 cm × 1 cm大小)，并在潮湿的CO中孵育gydF4y2Ba2gydF4y2Ba培养箱(37°C, 5% COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)静置3小时后，再注入完整的DMEM+FBS介质。连续孵育7天，隔日更换培养基。Alamar蓝实验是在不完全DMEM(不含FBS)中分别加入10% Alamar蓝溶液制备工作液，取代旧的培养基，在5% CO中37℃孵育后加入工作液gydF4y2Ba2gydF4y2Ba培养4小时。培养后收集上清液，在570 nm和600 nm处测量OD值。这些计算是根据制造商的说明进行的。gydF4y2Ba
表面分析gydF4y2Ba
表面功能研究gydF4y2Ba
使用ATR-FTIR光谱监测了在LDPE衬底表面的AAm接枝，如图所示gydF4y2Ba图1a及1bgydF4y2Ba．原始LDPE与AAm-g-LDPE的FTIR光谱比较(gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba)，在3434 cm处有较宽的吸收带gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，这是由于NHgydF4y2Ba2gydF4y2Baam -g- ldpe中的基团。由于C=O拉伸(amide- ii)，在1672-1633 cm-1左右分别出现了较强的条带，表明LDPE表面引入了酰胺基。这些特征峰在原始LDPE薄膜中是不存在的。从光谱上观察到，am -g- ldpe薄膜的C=O峰强度随着接枝时间和浓度的增加而逐渐增加。C=O强度的增加表明接枝LDPE上酰胺基团的增加。gydF4y2Ba
图1:gydF4y2BaATR-FTIR表征:(a)接枝3 h时不同AAm浓度下CI值的变化。插入图，不同AAm浓度下LDPE (AAm-g-LDPE)接枝3 h时原始LDPE和AAm接枝的ATR-FTIR光谱，以及(b) 0.25 w/v AAm浓度下不同接枝次数下CI值的变化。插入原始LDPE和AAm-g-LDPE在0.25 w/v AAm下不同接枝次数的ATR-FTIR光谱。原始LDPE膜厚= 100 μm。gydF4y2Ba
为了量化AAm在LDPE表面的接枝程度，通过FTIR光谱计算羰基指数(CI)值。取C=O (~1672 ~ 1633 cm)各峰积分面积之比，评价CI值gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和亚甲基单元C-H弯曲(~729-719 cmgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
如图所示，当AAm浓度达到0.25 w/v时，CI值逐渐增加gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba和CI数据显示在gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba．在0.25 ~ 0.50 w/v AAm浓度范围内，CI值的上升趋势不显著。由此可见，AAm在接枝LDPE表面的饱和程度。随着接枝次数的增加，CI值逐渐增加。在0.25 w/v AAm in的固定浓度下，绘制了不同接枝时间下的实验CI值gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba．由此可见，随着接枝时间的延长，在LDPE表面发生了更多的AAm接枝。接枝率(%)的取值以gydF4y2Ba表1和表2gydF4y2Ba．在这两种情况下，AAm的接枝率(%)与CI值的增加趋势相似。gydF4y2Ba
表1:gydF4y2Ba在厚度为100 μm的原始LDPE膜上接枝3 h后，接枝收率(%)、羰基指数(CI)和接枝AAm量。gydF4y2Ba
表2:gydF4y2Ba在厚度为100 μm的原始LDPE薄膜上，用0.25 AAm (w/v)浓度进行不同接枝次数的接枝收率和羰基指数(CI)。gydF4y2Ba
表面粗糙度分析gydF4y2Ba
一般来说，化学接枝可以改变聚合物表面的形貌，产生表面粗糙度。利用扫描电镜观察接枝表面形貌。为了揭示化学接枝对LDPE表面粗糙度的影响，将接枝样品与原始LDPE的扫描电镜图进行了比较gydF4y2Ba图2a和2bgydF4y2Ba．观察到，原始LDPE薄膜表面光滑，没有任何不规则和粗糙，而AAm接枝薄膜由于在LDPE骨架上插入AAm而变得粗糙。为了进一步的形貌研究，采用AFM对接枝膜表面(微观结构的形成)进行了研究。一般来说，扫描电镜给出了表面的一般结构信息(形貌);AFM阐明了详细的微观结构(地形)。gydF4y2Ba
图2:gydF4y2Ba(I)不同接枝时间(II) 3 h， (III) 5 h， (IV) 9 h， (V) 13 h， (VI) 19 h的原始LDPE和AAm-g-LDPE薄膜的SEM显微图。gydF4y2Ba
图2 b:gydF4y2Ba(I)不同接枝时间(II) 3 h， (III) 5 h， (IV) 9 h， (V) 13 h， (VI) 19 h的原始LDPE和AAm-g-LDPE膜的3D-AFM图像。gydF4y2Ba
AFM是获取三维表面形貌的合适工具[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34gydF4y2Ba］．在地形分析中，表面纹理是用粗糙度的程度来衡量的。粗糙度是通过一个实际表面的垂直偏差(岛状结构的形成)来量化的。如果偏差较大，则代表表面的AAm基团;相比之下，无偏差表明表面光滑。在gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba(I)原始LDPE的三维表现为表面和R均无偏差gydF4y2BarmsgydF4y2Ba数值为19.7。3D-AFM图像gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba(II-VI)随着接枝时间的不同，AAm-g-LDPE发生了明显的变化，形成了岛状结构。RgydF4y2BarmsgydF4y2Ba接枝3、5、9、13和19 h的LDPE值分别为27.3、37.8、42.2、57.1和63.1。假设岛状结构的增加增加了接枝(AAm)链附着在聚合物主链上的数量。结果表明，接枝后表面形貌发生了显著变化。在聚烯烃表面接枝亲水AAm基团可能有助于细胞粘附和增殖的生物相互作用，以及活性生物分子(酶、抗血栓剂、药物等)的固定化[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba
表面润湿性分析gydF4y2Ba
在前一节中，FTIR分析揭示了AAm在衬底表面的接枝。SEM和AFM分析表明，AAm接枝在表面形成了粗糙度。此外，通过水接触角的测量来评估功能化表雷竞技网页版面的润湿性(亲水性)。gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba表示原始LDPE和AAm-g-LDPE表面水滴接触角的雷竞技网页版比较。原始LD雷竞技网页版PE(光滑表面)的接触角为97°±3°，而接枝表面(粗糙表面)的接触角急剧下降到45°±2°。这些结果表明，由于在表面上引入AAm部分，接枝膜表面的粗糙度有积极的影响。从gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba可见，将AAm接枝到LDPE薄膜表面后，其润湿性大大提高。接枝前，原始LDPE膜的水接触角为97°±2°雷竞技网页版[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba］．在0.25 w/雷竞技网页版v AAm浓度下，接枝时间为3、5、9、13和19 h时，表面接触角值从90°±3°线性下降到45°±2°。AAm接枝13 h后，接枝试样接触角无明显变化。雷竞技网页版假设接触角达到平衡，最后接触角不再随时间变化。雷竞技网页版gydF4y2Ba
图3:gydF4y2Ba在光滑(原始LDPE)和粗糙(AAm-g-LDPE)表面上进行接触角测量时拍摄的水滴光学照片。雷竞技网页版gydF4y2Ba
图3 b:gydF4y2Ba原始LDPE表面接触角雷竞技网页版随AAm接枝时间的变化。误差柱表示为平均值±标准差(±SD, n=5，其中n表示每个样品接触角的测量次数)。雷竞技网页版gydF4y2Ba
很明显，在LDPE表面引入胺基极性官能体(AAm)后，其有由疏水表面向亲水表面转变的趋势。接枝链可能附着在LDPE表面导致亲水性的发展，同时SEM和AFM观察到接枝LDPE膜的表面形态发生了改变。如果表面粗糙，水渗透到粗糙的表面，表面形貌对水接触角也起着至关重要的作用。雷竞技网页版gydF4y2Ba
为了更好地理解水接触角与表面粗糙度之间的关系，我们研究了温泽尔模型[雷竞技网页版gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］．温泽尔方程描述了粗糙表面的润湿性和亲水性。gydF4y2Ba
Cosθ * = r CosθgydF4y2Ba
其中，θ为光滑表面的接触角，θ雷竞技网页版*为粗糙表面的接触角，r为粗糙度因子，定义为基材的实际面积与表观表面积(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
图4:gydF4y2Ba温泽尔模型的表示。gydF4y2Ba
由于r总是大于1，粗糙度可以放大亲水表面的亲水性和疏水表面的疏水性[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba］．由于3D AFM图像描绘了具有一定长度的岛状AAm接枝链，因此水滴与亲水性基团相互作用，渗透到表面发育的空腔中。当原始LDPE和接枝LDPE接触水后，功能化表面的接触角从97°减小到45°，表明接枝LDPE具有亲水性。雷竞技网页版这个结果与温泽尔方程的预测一致，因为cos 90°的值是负的。根据温泽尔模型，水滴渗入腔状结构。gydF4y2Ba
力学性能分析gydF4y2Ba
为了确定AAm接枝对表面功能化LDPE薄膜力学性能(如拉伸强度、断裂伸长率)的影响，采用UTM对样品进行拉伸测试。gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba表示接枝时间对样品拉伸性能的影响。对每个样品平均进行五次拉伸测量。直方图显示，与原始LDPE相比，表面功能化LDPE的抗拉强度和断裂伸长率(%)没有明显变化。gydF4y2Ba
图5:gydF4y2BaAAm接枝对不同接枝次数的LDPE薄膜抗拉强度和断裂伸长率的影响(数值以均数±均数的标准误差报告)。gydF4y2Ba
纳米力学性能分析gydF4y2Ba
在上述讨论中，分析了常规试验中未区分AAm接枝对试样抗拉强度、断裂伸长率等体性能的影响。进一步，对gydF4y2Ba纳米机械特性gydF4y2Ba采用奥利弗法(Oliver-Pharr)连续仪器压痕试验(准静态纳米压痕)对接枝LDPE表面的显微硬度、还原模量和刚度等进行测试[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba表示原始LDPE和AAm-g-LDPE在400 μN作用下的力-位移曲线。一般情况下，加载过程既引起压痕的弹性变形，也引起压痕的塑性变形，卸载过程则由压痕的恢复引起gydF4y2Ba弹性变形gydF4y2Ba．从gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba在AAm-g- ldpe中，加载曲线的上升幅度增大，这说明在AAm试样中产生相同深度的压痕所需要的力。众所周知，LDPE有非晶态区和结晶区，因此，由于LDPE密度低(存在自由体积)，AAm容易扩散到非晶态区，因此AAm-g-LDPE薄膜的载荷曲线上升。所得到的力学参数和相应的接触深度总结在雷竞技网页版gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba．10次测量的平均值和标准偏差(SD)用于硬度、简化模量和刚度。可以看出，am -g- ldpe薄膜的力学参数略有变化。这表明，接枝表面对接枝表面的渗透有一定的抵抗力，因此，与原始LDPE表面相比，显示出更小的位移(更大的恢复)。与原始LDPE相比，AAm-g-LDPE在400 μN负载下获得的最大接触深度为502 nm，表明AAm雷竞技网页版接枝对纳米力学参数的影响很小。gydF4y2Ba
图6:gydF4y2Ba纳米压痕测试中原始LDPE和AAm-g-LDPE的力与接雷竞技网页版触深度图的表示。gydF4y2Ba
表3:gydF4y2Ba利用纳米压痕评价薄膜表面的纳米力学性能。gydF4y2Ba
细胞粘附与增殖研究gydF4y2Ba
表面性质(亲水性、表面能和表面粗糙度)对细胞粘附、增殖和被粘附细胞的形态起着重要作用。对样品的细胞相容性进行了测试，以确保功能化所遵循的步骤不会产生有毒产物。gydF4y2Ba图7a和bgydF4y2Ba显示细胞培养时间不同时，在对照、原始LDPE和接枝LDPE表面的细胞粘附和增殖行为。gydF4y2Ba
图7:gydF4y2Ba(a)对照、原始LDPE和MA-g-LDPE膜表面的细胞粘附(HaCaT细胞)(细胞数量5 ×10gydF4y2Ba4gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba－2gydF4y2Ba) (b)原始LDPE和MA-g-LDPE膜表面细胞增殖随时间的变化(n=3)。结果显示为三次的平均值±标准差。(*P< 0.05与对照组比较)。gydF4y2Ba
在gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba可以看出，随着培养时间的增加，细胞在接枝表面的粘附程度比原始LDPE表面的粘附程度高。在这里，接触角和表雷竞技网页版面形貌也对细胞粘附起作用。从…中可以看出gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba接触角随接枝时间的雷竞技网页版增加而减小，表面粗糙度随接枝时间的增加而增大(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)．AAm接枝LDPE的雷竞技网页版水接触角从原始LDPE的97°降低到45°。gydF4y2Ba
因此，在接枝19 h的样品中，由于表面存在较多的酰胺基团，细胞粘附的数量较多。酰胺基团表现出较好的细胞粘附性，这可能是由于LDPE表面的酰胺基团与细胞表面极性基团之间的氢键作用[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba图7 bgydF4y2Ba分别为不同培养时间(1、3、5、7、9天)的原始LDPE和接枝LDPE表面的细胞增殖(细胞活力)。观察到表面细胞活力先升高后降低。在培养的第一天，所有改良标本的细胞增殖都较低。培养3 d后，移植物表面细胞增殖迅速，增殖时间可达5 d。这可能是由于表面存在更多的亲水基团。结果，在细胞培养5天后，对照和原始LDPE膜的细胞增殖下降，这与细胞在基质上培养的一般现象相似。而移植物19 h后(最多7天和9天)，细胞仍有较高的增殖率，说明了移植物的稳定性。移植物细胞增殖率为>75%。因此，可以合理地推断，没有有毒污染物从对照和合成样品中滤出，并且样品具有生物相容性。电镜下的细胞粘附和形态的原始和嫁接的LDPE表面显示在gydF4y2Ba图8 a-8cgydF4y2Ba．在整个培养期间，细胞保持其典型的形态和功能。这些细胞在样品上生长，形成了gydF4y2Ba单层gydF4y2Ba．9 h时细胞密度略大于原始LDPE, 19 h时细胞呈单层分布。这些结果表明了样品的生物相容性。gydF4y2Ba
图8:gydF4y2Ba细胞培养24和72小时后，HaCaT细胞粘附在(a)原始LDPE上，(b)嫁接LDPE 9小时，(c)嫁接LDPE表面19小时的SEM显微图。gydF4y2Ba
在本工作中，采用溶液接枝法对LDPE进行表面AAm接枝的化学功能化。我们已经证明，LDPE的表面改性可以以可控的方式获得，而不会显著影响薄膜的体性能。在接触角测量中发现改性样品的润湿雷竞技网页版性有所提高。由于引入极性(AAm)基团，导致接触角值减小。雷竞技网页版接枝表面具有良好的亲水性。形貌分析表明，AAm接枝反应在LDPE表面产生了表面粗糙度。接枝薄膜的纳米力学性能略有提高，但体积性能不变(通过拉伸测试测量分析)。Alamar蓝对不同时间段的移植物样品进行研究，结果表明，在不影响细胞形状和形态的情况下，移植物的细胞黏附和增殖效果更好。AAm功能化LDPE (AAm-g-LDPE)的亲水性和表面粗糙度的研究将为生物医学应用和其他亲水物质在AAm-g-LDPE表面的涂层提供广阔的应用前景。gydF4y2Ba
作者非常感谢Maulana Azad国家奖学金(UGC-CSIR)的财政支持。作者也非常感谢T. K. Maiti教授对Alamar蓝试验的帮助。gydF4y2Ba
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