Effect of Silanization Parameters on the Composition of the Biofunctional Mixed Silane Thin Film Synthesized on Electrochemically Passivated Austenitic Steel
Työssä tutkitaan sähkökemiallisesti passivoidun ruostumattoman AISI 316L -teräksen pinnalle rakentuvan seossilaaniohutkalvon kemiallista koostumusta. Silaanikalvon avulla voidaan parantaa teräksen bioyhteensopivuutta ja luoda pinnalle esimerkiksi biomolekyylien tarttumista edistäviä funktionaalisuuksia. Tällaisia teräksestä ja orgaanisista pinnoitteista koostuvia hybridimateriaaleja voidaan käyttää muun muassa lääketieteellisinä implantteina tai kudosteknologiassa.
Työn tavoitteena oli kehittää silaaniohutkalvojen tuottamiseen vaadittavia laitteistoja, jotta näytteiden valmistus olisi nykyistä nopeampaa ja toistettavampaa. Kehitettyjä laitteistoja käyttäen tutkittiin silanointiprosessiin liittyvien parametrien, kuten silaaniliuoksen koostumuksen, liuoksen hydrolyysiajan ja silanointiajan vaikutusta pinnalle muodostuvan itsejärjestyvän ohutkalvon rakenteeseen. Tutkittavina silaanityyppeinä käytettiin aminopäätteistä (3-aminopropyyli)trimetoksisilaania (APS) sekä tiolipäätteistä (3-merkaptopropyyli)trimetoksisilaania (MPS).
Näytteiden silanointi suoritettiin liuosaltistuksena ilmakehän paineessa, jolloin valmistusmenetelmä on helposti siirrettävissä kaupallisiin sovelluksiin. Toisaalta mittaukset tehtiin ultratyhjiöolosuhteissa käyttäen sekä synkrotronisäteilyherätteistä että perinteistä röntgenviritteistä fotoelektronispektroskopiaa (XPS). Menetelmillä saatujen spektrien avulla voitiin tehdä päätelmiä esimerkiksi silaanikalvon kemiallisesta sitoutumisesta, paksuudesta sekä funktionaalisten ryhmien jakaumasta ja suuntautumisesta pinnalla.
Tulosten perusteella työssä käytetty silanointimenetelmä mahdollistaa lähellä monokerroksen paksuutta olevien kalvojen toistettavan tuottamisen. Lisäksi kalvossa olevien funktionaalisten ryhmien määrään voidaan vaikuttaa sekä hydrolyysiliuoksen silaanikonsentraatiota että silanointiaikaa muuttamalla. Sen sijaan hydrolyysiajan muuttaminen ei vaikuta funktionaalisten ryhmien määrään vaan ainoastaan silaanien ja teräspinnan väliseen kemialliseen sitoutumiseen. Pintaherkkyyden muuttamiseen perustuvissa mittauksissa pystyttiin todentamaan, että pääosa pinnalla olevista molekyyleistä on sitoutunut funktionaalinen ryhmä ulospäin. Tämä on tärkeä tulos pinnalle tuotavien biomolekyylien sitoutumisen kannalta.
Tutkimuksen perusteella eri silaanityyppien hydrolysoituminen vaihtelee merkittävästi, vaikka molekyylien perusrakenne on hyvin samankaltainen. Jatkossa hydrolyysikäyttäytymistä tulisikin tutkia entistä tarkemmin jo liuosfaasissa. Samalla hydrolyysireaktioiden ymmärtäminen edistäisi näytteenvalmistuksen toistettavuutta
