Μικρο/νανοσχηματοποίηση πολυμερών με εγχάραξη πλάσματος για βιοαναλυτικές εφαρμογές
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Κοντζιάμπασης, Δημήτριος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολείται με τη νανοκατασκευαστική τεχνολογία μέσω
διεργασιών πλάσματος και συγκεκριμένα με οργάνωση η οποία υποβοηθείται από ηλεκτρικές
εκκενώσεις πλάσματος. Συγκεκριμένα μελετώνται η δημιουργία οργανωμένων νανοδομών σε
υμένια πολυμερών (κυρίως νανο-λόφων) κατά την κατεργασία τους σε ηλεκτρικές εκκενώσεις
πλάσματος, η νανομετρολογία αυτών και η μεταφορά τους σε υπόστρωμα πυριτίου κατά την οποία
δημιουργούνται νανοκίονες πυριτίου. Εξετάζονται οι παράμετροι του πλάσματος και των υλικών
και η επίδραση τους στην ανάπτυξη, στη μορφολογία, στις διαστάσεις και στη διάταξη των
νανοδομών. Τέλος, μελετώνται εφαρμογές των νανοδομημένων επιφανειών των πολυμερών. Η
πρώτη εφαρμογή αφορά τη δημιουργία βιομιμητικών αντιανακλαστικών πολυμερικών επιφανειών.
Η δεύτερη εφαρμογή αφορά την προσκόλληση διαφόρων ειδών κυττάρων επάνω στις
νανοδομημένες επιφάνειες σε μια προσπάθεια ελέγχου ή διαχωρισμού τους διαμέσω του ελέγχου
της νανοδόμησης και του χρόνου καλλιέργειας.
Αναλυτικότερα η διατριβή οργανώνεται ως ακολούθως:
Στο πρώτο κεφάλαιο με τίτλο «Εισαγωγή στην Νανοκατασκευαστική Τεχνολογία» παρουσιάζονται
συνοπτικά οι διάφορες μέθοδοι νανοκατασκευαστικής τεχνολογίας οι οποίες κάνουν χρήση
λιθογραφικών τεχνικών ή τεχνικών αυτοοργάνωσης ακολουθούμενες από τεχνικές μεταφοράς
σχήματος σε κάποιο υπόστρωμα. Εισάγεται το πεδίο της νανοΰφανσης με πλάσμα και δίδεται ο
σκοπός της διατριβής.
Στο δεύτερο κεφάλαιο με τίτλο «Πειραματικός εξοπλισμός και μεθοδολογία ανάλυσης
νανομορφολογίας» παρουσιάζονται οι πειραματικές τεχνικές και οι μαθηματικές μέθοδοι που
χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό και για τη μετρολογία των επιφανειών στην παρούσα
διατριβή.
Στο κεφάλαιο 3 με τίτλο «Οργάνωση στη νανοκλίμακα υποβοηθούμενη από το πλάσμα:
Παρουσίαση του φαινομένου, της γενικότητας του, των μηχανισμών που οδηγούν σε αυτό και της
επαναληψιμότητάς του» εισάγεται το φαινόμενο της υποβοηθούμενης από το πλάσμα οργάνωσης.
Αποδεικνύεται η γενικότητα και η επαναληψιμότητα του φαινομένου , γίνεται στατιστική ανάλυση
για ένα μεγάλο πλήθος μετρήσεων και προτείνεται ο μηχανισμός που είναι υπεύθυνος για την
εμφάνισή του. Στο κεφάλαιο 4 με τίτλο «Οργάνωση στη νανοκλίμακα υποβοηθούμενη από το πλάσμα: Επίδραση
των παραμέτρων του πλάσματος στα μορφολογικά χαρακτηριστικά των παραγομένων νανοδομών»
μελετώνται οι συνθήκες του πλάσματος και η επίδραση τους στη νανομορφολογία και
συγκεκριμένα η πίεση, η ροή αερίου, το δυναμικό αυτοπόλωσης, η θερμοκρασία του δείγματος, ο
χρόνος εγχάραξης, και η ισχύς της πηγής του πλάσματος. Διαπιστώνεται ότι οι παράμετροι που
επιδρούν σημαντικά είναι η θερμοκρασία, ο χρόνος εγχάραξης, το δυναμικό αυτοπόλωσης και η
ροή του αερίου.
Στο κεφάλαιο 5 με τίτλο «Οργάνωση στη νανοκλίμακα υποβοηθούμενη από το πλάσμα: Επίδραση
του υλικού (πολυμερούς ή αερίου) στα μορφολογικά χαρακτηριστικά των παραγομένων νανοδομών»
μελετάται η επίδραση των υλικών και της χημείας πλάσματος στην νανομορφολογία και
συγκεκριμένα το είδος του πολυμερούς το οποίο εγχαράσσεται, το υλικό του υποστρώματος, ο
διαλύτης που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του υμενίου του πολυμερούς, το μοριακό βάρος
του πολυμερούς, το πάχος του υμενίου και το αέριο πλάσματος. Διαπιστώνεται ότι οι παράμετροι
που επιδρούν σημαντικά είναι το υλικό του υμενίου και του υποστρώματος και το αέριο
πλάσματος.
Στο κεφάλαιο 6 με τίτλο «Βιομιμητικές αντιανακλαστικές επιφάνειες πολυμερών κατασκευασμένες
με νανο-oργάνωση και νανο-ύφανση με το πλάσμα» μελετάται η εφαρμογή νανοϋφασμένων
επιφανειών στη βελτίωση της ανακλαστικότητας και της διαπερατότητας πολυμερικών υμενίων
και πλακιδίων. Αποδεκνύεται ότι η θερμοκρασία εγχάραξης παίζει σημαντικό ρόλο και ότι η
μορφολογία των δομών επηρεάζει σημαντικά τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Διαπιστώνεται ότι η
τεχνολογία πλάσματος οδηγεί σε αντιανακλαστικές και διαπερατές, νανοδομημένες πολυμερικές
επιφάνειες.
Στο κεφάλαιο 7 με τίτλο «Μελέτη της προσκόλλησης κυττάρων σε νανο-οργανωμένες ή νανο-
υφασμένες με το πλάσμα πολυμερικές επιφάνειες» μελετάται η εφαρμογή νανοδομημένων με
πλάσμα πολυμερικών υμενίων σε προσκόλληση κυττάρων. Διαπιστώνεται ότι υπάρχει διαφορετική
συμπεριφορά στους δύο τύπους υγιών κυττάρων (3Τ3, ανθρώπινοι ινοβλάστες) καθώς αλλάζει η
νανοδόμηση και ο χρόνος καλλιέργειάς τους. Συγκεκριμένα στη μία ημέρα καλλιέργειας τα 3Τ3
ευνοούνται από την αύξηση της νανοδόμησης, ενώ οι ανθρώπινοι φυσιολογικοί ινοβλάστες
φέρονται να επηρεάζονται θετικά από την αύξηση του ύψους της μορφολογίας. Στις τρεις ημέρες
καλλιέργειας η αύξηση του ύψους της νανοτοπογραφίας οδηγεί σε μειωμένη προσκόλληση για
τους δυο προαναφερθέντες τύπους κυττάρων. Από την παραπάνω μελέτη συμπεραίνεται ότι είναι
εφικτός ο έλεγχος της προσκόλλησής τους ελέγχοντας τη νανοδόμηση της πολυμερικής επιφάνειας
πάνω στην οποία καλλιεργούνται. Επίσης διαπιστώνεται ότι η τοπογραφία δεν έχει επίδραση στην
προσκόλληση της καρκινικής σειράς U87MG, αποτελώντας μια ένδειξη ότι τα καρκινικά κύτταρα
δεν επηρεάζονται από τη νανοδόμηση της επιφάνειας πάνω στην οποία καλλιεργούνται. Η ένδειξη
αυτή συνδυαζόμενη με τα αποτελέσματα των υγιών κυττάρων, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι είναι εφικτός ο διαχωρισμός τους, ελέγχοντας τη νανοδόμηση της επιφάνειας πάνω στην οποία
καλλιεργούνται και τον χρόνο καλλιέργειάς τους.
The topic of this thesis is plasma nanotechnology, and more specifically plasma directed organization. The thesis examines the formation of organized nanostructures on polymeric films (mainly nano-mounts) during plasma etching, their nanometrology, and their pattern transfer to a subsequent silicon substrate allowing fabrication of nanopillars on silicon. Plasma and material parameters and their effect on growth, morphology, dimensions and order of the nanostructures are examined. Finally, applications of nanostructured polymer surfaces are studied. The first application is the fabrication of biomimetic antireflective polymer surfaces. The second application is a study of the attachment of various cell types on nanostructured polymeric surfaces, in an attempt to control cell adhesion or separate cells through the control of nanostructuring and culture time. In detail, the thesis is organized as follows: The first chapter entitled “Introduction to nanomanufacturing technology” summarizes the various methods of nanomanufacturing which make use of lithographic or self-assembly techniques, followed by patter transfer to a substrate. Plasma nanotexturing is introduced as a field, and finally the scope of the thesis is described. The second chapter entitled “Equipment and nano-morphology analysis methodology” presents the experimental techniques and mathematical methods used for the characterization and metrology of surfaces in this thesis. In Chapter 3, entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: presentation of the phenomenon, its generality, mechanisms, and repeatability”, introduces the phenomenon of plasma directed organization. The generality and reproducibility of the phenomenon is presented, along with statistical analysis for a large number of measurements, while the mechanisms responsible for its appearance are proposed. In Chapter 4, entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: plasma parameter effects on nanostructure morphology”, studies the effect of plasma conditions, namely pressure, gas flow, DC Bias, sample temperature, etching time, and plasma source power on nanomorphology. It appears that the parameters that have the most significant effect are temperature, etching time, DC Bias and gas flow. In Chapter 5 entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: material effects (polymer or gas type) on nanostructure morphology”, studies the effect of materials and plasma chemistry, namely the type of polymer etched, substrate material, solvent used for making the polymer film, molecular weight of the polymer, film thickness and plasma gas. The study indicated that the parameters that have the most significant affect are the material of the etched film,the substrate, and the plasma gas. In chapter 6 entitled “Biomimetic, anti-reflective polymer surfaces fabricated with plasma directed nano-organization and nano-texturing” stydies the application of nanotextured surfaces to improvement of reflectivity and transparency of polymer films and plates. It is proven that etching temperature plays an important role and that the morphology of the structures significantly affects the particular application. It is also found that plasma technology leads to anti-reflective and transparent, nanostructured polymeric surfaces within a less than 2 min plasma treatment. Chapter 7 entitled “Study of cell adhesion on plasma nano organized or nano-textured polymeric surfaces”, studies the application of plasma nanostructured polymeric films to cell adhesion. A different behavior in the two types of healthy cells (3T3, and human fibroblasts) is observed, as nanostructuring and culture time changes. More specifically for one day of culture of 3T3 cells, attachment was favored when nanostructure height increased, while for normal human fibroblasts the opposite was true. After three days of culture, the increase of nanostructuring of the surface lead to reduced adhesion for both types of cells. Thus, it is concluded that control of cell attachment is possible, through control of nanostructuring of the polymer surface on which they are cultured. It was also noted that topography was found to have no effect on adhesion of cancer U87MG cells, indicating that the cancer cells are not influenced by nanostructuring of the surface. This indication, combined with the results for healthy cells, leads to the conclusion that it is possible to separate them, only by controlling nanostructuring on the surface on which they are cultured.
The topic of this thesis is plasma nanotechnology, and more specifically plasma directed organization. The thesis examines the formation of organized nanostructures on polymeric films (mainly nano-mounts) during plasma etching, their nanometrology, and their pattern transfer to a subsequent silicon substrate allowing fabrication of nanopillars on silicon. Plasma and material parameters and their effect on growth, morphology, dimensions and order of the nanostructures are examined. Finally, applications of nanostructured polymer surfaces are studied. The first application is the fabrication of biomimetic antireflective polymer surfaces. The second application is a study of the attachment of various cell types on nanostructured polymeric surfaces, in an attempt to control cell adhesion or separate cells through the control of nanostructuring and culture time. In detail, the thesis is organized as follows: The first chapter entitled “Introduction to nanomanufacturing technology” summarizes the various methods of nanomanufacturing which make use of lithographic or self-assembly techniques, followed by patter transfer to a substrate. Plasma nanotexturing is introduced as a field, and finally the scope of the thesis is described. The second chapter entitled “Equipment and nano-morphology analysis methodology” presents the experimental techniques and mathematical methods used for the characterization and metrology of surfaces in this thesis. In Chapter 3, entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: presentation of the phenomenon, its generality, mechanisms, and repeatability”, introduces the phenomenon of plasma directed organization. The generality and reproducibility of the phenomenon is presented, along with statistical analysis for a large number of measurements, while the mechanisms responsible for its appearance are proposed. In Chapter 4, entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: plasma parameter effects on nanostructure morphology”, studies the effect of plasma conditions, namely pressure, gas flow, DC Bias, sample temperature, etching time, and plasma source power on nanomorphology. It appears that the parameters that have the most significant effect are temperature, etching time, DC Bias and gas flow. In Chapter 5 entitled “Plasma directed organization in the nanoscale: material effects (polymer or gas type) on nanostructure morphology”, studies the effect of materials and plasma chemistry, namely the type of polymer etched, substrate material, solvent used for making the polymer film, molecular weight of the polymer, film thickness and plasma gas. The study indicated that the parameters that have the most significant affect are the material of the etched film,the substrate, and the plasma gas. In chapter 6 entitled “Biomimetic, anti-reflective polymer surfaces fabricated with plasma directed nano-organization and nano-texturing” stydies the application of nanotextured surfaces to improvement of reflectivity and transparency of polymer films and plates. It is proven that etching temperature plays an important role and that the morphology of the structures significantly affects the particular application. It is also found that plasma technology leads to anti-reflective and transparent, nanostructured polymeric surfaces within a less than 2 min plasma treatment. Chapter 7 entitled “Study of cell adhesion on plasma nano organized or nano-textured polymeric surfaces”, studies the application of plasma nanostructured polymeric films to cell adhesion. A different behavior in the two types of healthy cells (3T3, and human fibroblasts) is observed, as nanostructuring and culture time changes. More specifically for one day of culture of 3T3 cells, attachment was favored when nanostructure height increased, while for normal human fibroblasts the opposite was true. After three days of culture, the increase of nanostructuring of the surface lead to reduced adhesion for both types of cells. Thus, it is concluded that control of cell attachment is possible, through control of nanostructuring of the polymer surface on which they are cultured. It was also noted that topography was found to have no effect on adhesion of cancer U87MG cells, indicating that the cancer cells are not influenced by nanostructuring of the surface. This indication, combined with the results for healthy cells, leads to the conclusion that it is possible to separate them, only by controlling nanostructuring on the surface on which they are cultured.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Νανοκατασκευαστική τεχνολογία
Θεματική κατηγορία
Νανοτεχνολογία
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος
Εξεταστική επιτροπή
Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος
Γογγολίδης, Ευάγγελος
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Τσερέπη, Αγγελική
Σκαρλάτος, Δημήτριος
Πέτρου, Παναγιώτα
Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη
Γογγολίδης, Ευάγγελος
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Τσερέπη, Αγγελική
Σκαρλάτος, Δημήτριος
Πέτρου, Παναγιώτα
Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογράφία : σ. 260-267
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
270 σ.