Návod pro Laboratoř oboru Výroba léčiv Studium biomateriálů laserovou rastrovací mikroskopií (SBLRM) Vedoucí práce: doc. Ing. Jakub Siegel, Ph.D. 09/2014 Úkoly:
1. Prostudujte základní informace o přístrojích použitých v úloze SBLRM (str. 4-14). 2. Připravte vorky polymerů dle pokynů uvedených v návodu. 3. Analyzujte povrch polymerních fólií laserovou rastrovací mikroskopií (LRM) dle pokynů na str. 4-12. 4. Proveďte modifikaci polymerních fólií Ar + výbojem na přístroji SCD 050 (str. 14) a sledujte změny povrchové morfologie LRM. 5. Vystavte vzorky působení zvýšené teploty v termostatu BINDER (str. 15 - instrukce viz návod) a opět analyzujte povrch využitím LRM. 6. Pozorované změny v povrchové morfologii se pokuste interpretovat na základě informací získaných v průběhu studia (struktura polymerů, vlastnosti chemické i fyzikální). 7. Zpracujte stručnou a přehlednou zprávu o výsledcích laboratoře oboru (diskutujte povrchovou morfologii polymerních fólií z hlediska jejich výroby, popište změny pozorované po modifikaci v plazmatu, diskutujte vliv zvýšené teploty na změny morfologie polymerů, co hraje zásadní roli při expozici polymerů zvýšenou teplotou?). Obsah: Základní bezpečnostní pokyny při práci s LRM... 4-5 2
Přehled systému LRM... 6-7 Konfigurace systému LRM... 8 Názvy hlavních funkčních součástí LRM... 9 Názvy přidělené hlavním provozním částem a způsob obsluhy LRM... 10-11 Shrnutí postupu pozorování LRM... 12 Zásady práce se stolní diodovou naprašovačkou SCD 050... 13 Pokyny pro obsluhu termostatu BINDER... 14 Pokyny pro vypracování úlohy... 15 Příloha... 16 3
4
5
6
7
8
3 9
10
11
12
Stolní naprašovačka Sputter Coater SCD 050 3.přepínač pracovních režimů přístroje 10.Horní elektroda se stínítkem 1.Nastavení doby chodu přístroje v sekundách 2..Proudový regulátor 4.Přepínač zobrazení proudu a napětí na displeji kontrolního panelu 11.Spodní elektroda pro umístění vzorků 6.Regulátor průtoku argonu v pracovní komoře 5.Vakuová měrka 9.Aktuální proud/napětí 12.Těsnicí kroužek pozor musí vždy dobře usednout do horní části (10.) jinak hrozí ztráta vzorků 7.Indikátor teploty elektrod 8.Časovač chodu přístroje 16. Vypne a zapne přístroj. Vypnutí způsobí ZAVZDUŠNĚNÍ komory 14. Zapínač vysokého napětí 13. Tlačítko pro proplach pracovní komory argonem. Nutno provést 3x před začátkem modifikace 15. Vypínač vysokého napětí. Přístroj NEZAČNE zavzdušňovat pracovní komoru. 13
Termostat BINDER 2.Přepínač zobrazovaných dat na displeji přístroje 1.Displej zobrazující aktuální teplotu, příp. teplotu nastavenou 3.Tlačítka Tlačítko vypnuto/zapnuto. pro nastavení požadované Dlouhým stiskem teploty tlačítka v intervalu se přístroj 0-300 zapne C 4.Tlačítko vypnuto/zapnuto. Dlouhým stiskem tlačítka se přístroj zapne 5. Otvírací páka, tahem dolů otevřít 14
Pokyny pro vypracování úlohy Z obdržené polymerní fólie PLLA připravte vzorky ve tvaru čtverce o straně délky cca 15 mm. Z archu polymeru odstřihněte 3 vzorky. Jeden vzorek analyzujte na CLRM v režimu TV pozorování a pořiďte 2D snímky jejich povrchu (TV mód + objektiv 5x, 20x). Poté přepněte režim pozorování do konfokálního módu a prořiďte 3D snímky povrchu polymeru (CN mód + objektiv 5x, 20x, 50x, 50x6x). Po změření původního polymeru proveďte jeho modifikaci Ar plazmatem na přístroji SCD 050. Modifikujte maximálně po jednom vzorku polymeru (z důvodů zachování reprodukovatelnosti experimentu), a to za těchto podmínek: t = 240 s, I = 15 ma, p = 10 Pa. Napětí si odečtěte na displeji přístroje a spočtěte si výkon plazmatu na centimetr čtvereční elektrody. Po umístění vzorku na spodní elektrodu postupujte tak, že zapnete tlačítko 16 a současně lehce přitlačíte rukou díl 10 a 12 (viz str. 13). Nechte pracovní komoru vyčerpat na tlak 2 Pa (ca 10 min) a poté komoru propláchněte stiskem tlačítka 13. Opakujte stisk tlačítka 13 3x s 1min intervalem. Poté, až dosáhne tlak v komoře opět hodnoty 2 Pa, zahajte stiskem tlačítka 14 modifikaci. POZOR! Musíte se nejprve ujistit, zda-li je nastaven čas modifikace (tlačítka 1) a tlačítko 3 je v poloze etching. Po zahájení modifikace začne tlak v pracovní komoře klesat. Použitím ventilu 6 nastavte tlak v průběhu modifikace na hodnotu cca 10 Pa. Nezapomeňte si v průběhu modifikace zaznamenat údaj o napětí, který získáte podržením tlačítka 4 a odečtením na displeji 9. Po skončení modifikace vypněte přístroj tlačítkem 16, komora se vzorkem se začne zavzdušňovat. Po ukončení procesu modifikace si vzorek modifikované fólie PLLA uschovejte (budete jej následně opět analyzovat na CLSM) a druhý nemodifikovaný čtvereček umístěte do zařízení Sputter Coater a deponujte Au vrstvu za následujících podmínek: t = 150 s, I = 40 ma, p = 5 Pa. Po umístění vzorku na spodní elektrodu a založení targetu příslušného kovu do horní elektrody postupujte tak, že zapnete tlačítko 16 a současně lehce přitlačíte rukou díl 10 a 12 (viz str. 13). Nechte pracovní komoru vyčerpat na tlak 2 Pa (ca 10 min) a poté komoru propláchněte stiskem tlačítka 13. Opakujte stisk tlačítka 13 3x s 1min intervalem. Poté, až dosáhne tlak v komoře opět hodnoty 2 Pa, zahajte stiskem tlačítka 14 depozici. POZOR! Musíte se nejprve ujistit, zda-li je nastaven čas depozice kovu (tlačítka 1) a tlačítko 3 je v poloze sputtering. Po zahájení depozice začne tlak v pracovní komoře klesat. Použitím ventilu 6 nastavte tlak v průběhu modifikace na hodnotu cca 5 Pa. Nezapomeňte si v průběhu modifikace zaznamenat údaj o napětí, který získáte podržením tlačítka 4 a odečtením na displeji 9. Po skončení modifikace vypněte přístroj tlačítkem 16, komora se vzorkem se začne zavzdušňovat. Po ukončení depozice Au vzorek vyjměte a společně se vzorkem modifikovaným v plazmatu jej analyzujte na CLSM a diskutujte změny v povrchové morfologii vzorků před a po modifikaci plazmatem a depozici kovu. Jakým dějům můžeme přisoudit změny v morfologii polymeru po expozici plazmatem? Popište změny, které pozorujete v rámci studovaného polymeru. Po studiu morfologie polymeru s Au vrstvou bude následovat studium vlivu zvýšené teploty na povrchovou morfologii kompozitu kov/polymer a stabilitu PLLA. Vezměte si proto vzorek s deponovanou Au vrstvou a také původní polymer a postupně je umístěte do termostatu. Termostat zapněte dlouhým stiskem tlačítka 4. Požadovanou teplotu nastavte následujícím způsobem: opakujte stisk tlačítka 2 tolikrát, až se na displeji ovládacího panelu objeví nápis SP, pak nastavte teplotu pomocí tlačítek 3. Volte teplotu T 1 = 60 C a T 2 = 100 C. Před vložením vzorků ponechte termostat temperovat a pokračujte až po dosažení přednastavené teploty (ca 10min. podle hodnoty nastavené teploty)!! Pro modifikace kompozitu Au/PLLA volte teplotu 60 C po dobu 30min. Po uplynutí požadované doby 15
vzorek vyjměte z termostatu a opět analyzujte na CLSM. Teplotu termostatu přenastavte na 100 C a umístěte původní polymer. Tento ponechejte v termostatu po dobu 1 h. Po vyjmutí vzorku opakujte měření na CLSM a zaznamenejte si pozorované změny. Co je určujícím faktorem vyvolávajícím u polymeru zásadní změny v povrchové morfologii po expozici zvýšenou teplotou? Jaký je rozdíl v povrchové morfologii kompozitu Au/PLLA před a po působení zvýšené teploty? Co způsobuje pozorované změny. K vysvětlení pozorovaných změn využijte tabulku Fyzikální parametry běžných polymerů na str. 17., případně si dohledejte další potřebná data v literatuře a zakomponujte je do protokolu. Další práce bude zadána vedoucím v závislosti na časovém harmonogramu a možnostech pracoviště. Vzor protokolu Autoři: Datum: Název práce 1. Úvod (stručný popis principu zobrazování pomocí CLSM + pár vět o tom, co jste dělali) 2. Experimentální část (použité materiály, přístroje, podmínky modifikace + výpočet výkonu zařízení při modifikaci plazmatem a depozici kovu vztaženo na cm 2 pracovní elektrody) 3. Výsledky práce (diskutujte změny morfologie polymerní fólie v závislosti na typu modifikace, zohledněte zejména data v tab. na str. 17., případně si relevantní údaje ke konkrétnímu polymeru nalezněte v literatuře) 4. Závěr (shrňte poznatky práce) Pozn. odevzdává se pouze jeden kus protokolu, zasílejte jej na mail jakub.siegel@vscht.cz. Řádně sepsaný protokol se všemi náležitostmi je nezbytný pro klasifikaci a uzavření celé práce. Hodně zajímavých výsledků a dobrou náladu při řešení úlohy Vám přeje vedoucí práce Jakub Siegel. 16
Příloha: Fyzikální parametry běžných polymerů 17