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抗生物垢涂层及其表面图案化的研究

发布时间:2018-07-16 18:04
【摘要】:生物垢一般是指水系统中的微生物及其代谢物与泥沙等杂质在固液界面上所形成的生物质。在生物医学、食品包装、水净化处理和海洋工业等领域,由于生物垢的产生,往往对设备或基材造成污染进而产生不良影响。抗垢材料,即能够阻碍生物垢吸附或者直接杀灭生物垢的材料,通常是通过基材表面处理的方法制备抗垢涂层。近年来,随着人们对抗垢机理的深入认识,除对抗垢涂层化学组份进行探索外,基材表面的拓扑结构研究也成为一个重要的研究领域。本文主要研究内容如下:1.借助于掩模在玻璃基材表面制备了三种具有不同抗垢机理的聚合物条纹型涂层,三种聚合物分别为聚甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(poly-M1),聚甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(poly-M2),聚丙烯酸十三氟辛酯(poly-M3)。通过调整掩模宽度,进而改变涂层条纹间距。文中通过全反射红外分析,X射线光电子能谱分析对涂层的化学组分进行了验证,并通过扫描电镜和原子力显微镜对涂层的条纹形貌进行了表征。2.通过三种生物垢吸附试验表征了涂层的抗垢效果,分别是荧光标记的牛血清蛋白吸附试验,大肠杆菌吸附试验和L929小鼠成纤细胞吸附试验,主要考察了涂层化学成份和条纹宽度对生物垢吸附的影响。3.通过数学几何建模的方式,构建了一个细胞吸附模型,并通过固体吸附相关的基础理论,得到了一个与细胞吸附量相关的数学函数。本文的主要结论如下:1.利用光聚合与掩模相结合的方法可以成功地将聚合物涂层固化在基材表面,并通过掩模图案来控制聚合物涂层的物理结构。2.三种涂层均可以提高玻璃的表面抗垢性能,若表面上有条纹,则涂层的抗垢性能同时受到条纹尺寸和生物垢尺寸共同的影响。3.将本文中建立的细胞模型所得到的函数通过Matlab软件与细胞吸附量的数据进行拟合,拟合度较高,对此类细胞在条纹表面吸附的实验具有一定的参考意义。
[Abstract]:Biofilm usually refers to biomass formed on the solid-liquid interface between microorganisms and their metabolites and sediment in water system. In the fields of biomedicine, food packaging, water purification and marine industry, the pollution of equipment or substrates is often caused by the formation of biofilm. Antifouling material, that is, the material which can hinder the adsorption of biological scale or directly kill the scale, is usually prepared by surface treatment of substrate. In recent years, with the deep understanding of anti-scaling mechanism, in addition to the exploration of the chemical components of anti-fouling coating, the study of the topological structure of the substrate surface has become an important research field. The main contents of this paper are as follows: 1. Three kinds of polymer stripe coatings with different anti-scaling mechanisms were prepared on the glass substrate by means of mask. Three kinds of polymers were poly-M1, poly-M2 and poly-M3, respectively. By adjusting the width of the mask, the stripe spacing of the coating is changed. The chemical composition of the coating was verified by total reflectance infrared analysis (TIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The stripe morphology of the coating was characterized by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). The antifouling effect of the coating was characterized by three kinds of bio-scale adsorption tests: fluorescence labeled bovine serum protein adsorption test, Escherichia coli adsorption test and L929 mouse fibroblast adsorption test. The effects of chemical composition and stripe width of the coating on the biosorption of biofilm were investigated. In this paper, a cell adsorption model is constructed by means of mathematical geometry modeling, and a mathematical function related to cell adsorption is obtained through the basic theory of solid adsorption. The main conclusions of this paper are as follows: 1: 1. The polymer coating can be successfully solidified on the substrate surface by the combination of photopolymerization and mask, and the physical structure of the polymer coating can be controlled by mask pattern. All three coatings can improve the anti-scaling performance of glass surface. If there are stripes on the surface, the anti-fouling performance of the coating is affected by both the stripe size and the bio-scale size. The function obtained from the cell model established in this paper is fitted with the data of cell adsorption quantity by Matlab software, and the fitting degree is high, which has a certain reference significance for the experiment of this kind of cells adsorbing on the fringes surface.
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB306

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本文编号:2127194

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