Śledzenie modyfikacji chemicznych szczotek polimerowych szczepionych na powierzchni przy użyciu zaawansowanych metod spektroskopowych i mikroskopowych

Właściwości fizykochemiczne podłoży można zmieniać poprzez szczepienie szczotek polimerowych, co prowadzi do zastosowań w różnych dziedzinach, od powierzchni reagujących na bodźce, powłok przeciwporostowych i antybakteryjnych, po systemy dostarczania leków itp. Niniejszy projekt badawczy bada chemiczne modyfikacje szczotek polimerowych szczepionych na powierzchni poprzez śledzenie zmienności właściwości szczotek z wykorzystaniem technik analitycznych, głównie mikroskopii sił atomowych, skaningowej mikroskopii optycznej bliskiego pola z rozpraszaniem, elipsometrii oraz spektroskopii FTIR z kątem grazingu.W pierwszej części pracy omówiono przegląd literatury, w którym omówiono syntezę, zastosowania szczotek polimerowych oraz techniki charakteryzacji powierzchni. Druga część to część eksperymentalna, która obejmuje syntezę i modyfikacje szczotek z kwasu polimetakrylowego (PMAA), a także przygotowanie szczotek z kopolimerów blokowych. Mechanizm sprzęgania EDC/NHS jest dostosowany do aktywacji kwasów karboksylowych w PMAA. Zrozumienie aktywacji szczotek PMAA przez EDC/NHS jest istotne dla rozwiązania mechanistycznej niepewności mechanizmów reakcji sprzęgania karbodiimidu w procesie tworzenia wiązania amidowego. Warunki reakcji, takie jak stężenie odczynników i czas reakcji, zostały zoptymalizowane w celu uzyskania wysokiej wydajności aktywacji. Po aktywacji, do sprzęgania ze szczotkami PMAA użyto związków zawierających aminy, takich jak aminoferrocen i anilina. Zmiany w składzie chemicznym, morfologii powierzchni i grubości szczotek przed i po modyfikacji szczotek polimerowych oceniono za pomocą wspomnianych wcześniej technik pomiaru czułości powierzchniowej. Zsyntetyzowano również wzorzyste szczotki polimerowe w celu oceny kontroli przestrzennej poprzez pomiar grubości szczotek zarówno w obszarach zamaskowanych, jak i niezamaskowanych za pomocą AFM.

The physicochemical properties of substrates can be changed by grafting the polymer brushes leading to applications in various fields ranging from stimuli-responsive surfaces, antifouling and antibacterial coating, drug delivery systems etc. This research project investigates the chemical modifications of surface grafted polymer brushes by tracking the variation in the properties of brushes using analytical techniques mainly, atomic force microscopy, scattering-type scanning near field optical microscopy, ellipsometry, and grazing angle-FTIR spectroscopy.A literature review highlighting the synthesis, applications of polymer brushes, and surface characterization techniques are discussed in the first part of the thesis. The second part is the experimental section which includes the synthesis and modifications of polymethacrylic acid (PMAA) brushes as well as the preparation of block copolymer brushes. The EDC/NHS coupling mechanism is adapted to activate the carboxylic acids in PMAA. It is important to understand the EDC/NHS activation of PMAA brushes to resolve the mechanistic uncertainty of carbodiimide coupling reaction mechanisms for amide bond formation. The reaction conditions such as concentration of the reagents and reaction time were optimized to achieve high activation efficiency. After activation, amine containing compounds such as aminoferrocene and aniline were used for coupling to PMAA brushes. The changes in chemical composition, surface morphology, and brush thickness of pre- and post-modification of polymer brushes were evaluated using the surface sensitive techniques mentioned previously. Patterned polymer brushes were also synthesized to evaluate the spatial control by measuring the brush thickness on both masked and unmasked regions via AFM.