UNIVERSITATEA

"ALEXANDRU IOAN CUZA" DIN IAŞI

ROMANIA

SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC

MONTPELLIER, FRANCE

- TEZĂ ÎN COTUTELĂ -

REZUMAT

Obţinerea de structuri polimere în plasmă pentru aplicaţii medicale

Drd. Bogdan-George RUSU

Coordonatori Ştiinţifici:

Prof. Dr. Nicoleta DUMITRAŞCU (Romania)

Dir. Rech. Dr. Mihai BARBOIU (Franţa)

Septembrie 2013

În atenţia

............................................................................................................................

UNIVERSITATEA "ALEXANDRU IOAN CUZA" din IAŞI

Vă facem cunoscut că în ziua de 24 septembrie 2013, orele 9:00, în sala de conferinţe Ferdinand, domnul Bogdan-George RUSU va susţine, în şedinţă publică, teza de doctorat Obtention des structures polymériques dans le plasma pour applications médicales în vederea obţinerii titlului ştiinţific de doctor în domeniul Fizică.

Comisia de doctorat are următoarea componenţă:

Prof. Dr. Diana Mardare (Romania) Preşedinte, Director al Şcolii Doctorale de la Facultatea de Fizică, Universitatea "Al. I. Cuza", Iaşi

Prof. Dr. Nicoleta DUMITRAŞCU (Romania) Conducător ştiinţific, Facultatea de Fizică, Universitatea "Al. I. Cuza", Iaşi

Dir. Rech. Dr. Mihai BARBOIU (France) Conducător ştiinţific, Institut Européen des Membranes, Université de Montpellier II, Montpellier

Prof. Dr. Gheorghe POPA (Romania) Referent Facultatea de Fizică Universitatea "Al. I. Cuza", Iaşi

Acad. Dr. Bogdan Simionescu (Romania) Referent, Institutul de Chimie Macromoleculară "Petru Poni", Iaşi

C.P.I. Dr. Frèdèrique Cunin (France) Referent, Institut Charles Gerhardt Université de Montpellier II, Montpellier

Vă invităm pe această cale să participaţi la şedinţa publică de susţinere a tezei.

Cuprins

Capitolul 1: Materiale cu aplicaţii biomedicale 1

1.1. Clasificarea materialelor utilizate în medicină 1

1.2. Materiale ceramice şi compozite 5

1.3. Materiale polimere 6

I.4. Metode de funcţionalizare a suprafeţelor 8

Capitolul 2: Reacţii de polimerizare în plasmă la presiunea

atmosferică

14

2.1. Reactorul cu plasmă. Metode de diagnoză a plasmei 15

2.1.1 Diagnoza electrică a plasmei 16

2.1.2 Diagnoza optică a plasmei 19

2.1.3 Fotografierea ultra-rapidă 24

2.2. Metode de caracterizare a polimerilor 29

2.2.1 Spectroscopia în IR (FTIR) 29

2.2.2 Spectroscopia de fotoelectroni cu raze X (XPS) 32

2.2.3 Spectrometria de masă (HPLC) 34

2.2.4 Microscopia de forţă atomică (AFM) 36

2.3. Copolimerizarea în plasmă 38

Capitolul 3: Adsorbţia de proteine pe suprafeţe polimerice obţinute în

plasmă

44

3.1. Spectroscopia de fortă atomică 44

3.2. Funcţionalizarea vârfurilor AFM în plasmă 47

3.3. Studiul adsorbţiei de proteine cu ajutorul spectroscopiei de

forţă atomică

52

3.4. Microbalanţa cu cuarţ (QCM) 55

3.5. Studiul adsorbţiei de proteine cu ajutorul microbalanţei cu

cuarţ

58

Capitolul 4: Structuri mezoporoase pentru controlul difuziei unor

constituenţi biologici

65

4.1. Materiale mezoporoase (MCM-41) 66

4.2. Funcţionalizarea cu plasmă 69

4.3. Difuzia ionilor de Na+ şi K+ prin structuri mezoporoase

(MCM-41)

71

4.4. Difuzia de aminoacizi prin structuri mezoporoase (MCM-41) 73

Capitolul 5: Absorbţia de macromolecule (3AcG) pe structuri poroase 81

5.1. Moduri de auto-asamblare a structurilor supramoleculare

(3AcG)

81

5.2. Obţinerea şi caracterizarea de structuri poroase pe bază de

siliciu

84

5.3. Studiul absorbţiei de molecule pe structuri poroase 90

Concluzii 97

Listă de publicaţii 101

Listă de tabele 106

Listă de figuri 106

Bibliografie 127

Obiectivul acestei lucrări este de a analiza fenomene de absorbţie şi auto-asamblare de molecule biologice pe suprafeţe obţinute în plasmă la presiune atmosferică, pentru a stabili mecanisme la interfaţă şi, de asemenea, legătura dintre conformaţia proteinelor adsorbite şi proprietăţile de biocompatibilitate. Teza este structurată pe 5 capitole urmate de concluzii generale, listă de publicaţii, listă de tabele, listă de figuri şi bibliografie. În capitolul 1 sunt prezentate anumite caracteristici generale ale materialelor folosite în medicină, o clasificare a acestora şi metodele fizice şi chimice de funcţionalizare ale biomaterialelor. În capitolul 2 este descris dispozitivul experimentat utilizat în obţinerea de filme polimerice de polietilen glicol şi copolimeri pe bază de polietilen glicol şi stiren, prin reacţiile de polimerizare în plasmă la presiunea atmosferică. Caracterizarea de straturi subtiri polimerice a fost făcută folosind tehnici de microscopie de forţă atomică, microscopie electronică de baleiaj, măsurători de unghi de contact, spectroscopie în infraroşu cu transformată Fourier, spectroscopie UV-VIS şi spectroscopie de fotoelectroni cu raze X. În capitolul 3 sunt prezentate studii de adsorbţie de proteine pe suprafeţele obţinute în urma reacţiei de polimerizare în plasmă la presiunea atmosferică, cu ajutorul tehnicii de spectroscopie de forţă atomică şi a microbalanţei cu cuarţ. În capitolul 4 sunt prezentate studii asupra difuziei ionilor şi a unor aminoacizi prin membrane mezoporoase funcţionalizate. S-a demonstrat caracterul selectiv al membranei, pentru o anumită clasă de aminoacizi şi anume, pentru acei aminoacizi care prezintă caracter hidrofil. În capitolul 5 sunt prezentate modul de auto-asamblare şi stabilizarea moleculelor de tip "G" în interiorul porilor de siliciu obţinuţi cu ajutorul gravurii electrochimice în soluţie de acid fluorhidric (HF). Prin analiza unor proprietăţi optice ale acestor tipuri de suprafeţe, s-au stabilit comportament diferenţiat în ceea ce priveşte stabilitatea acestor molecule în funcţie de tăria ionică. Teza se încheie cu principalele concluzii ale acestor studii şi cu referinţele bibliografice utilizate.

Capitolul 1: Materiale cu aplicaţii biomedicale

În funcţie de compoziţia chimică, materialele utilizate în aplicaţiile biomedicale se clasifică în: materiale ceramice şi compozite, materiale polimerice, metale şi aliaje. Având în vedere proprietăţile fizice şi chimice remarcabile ale materialelor polimere, precizăm că peste 95% din materialele utilizate la interacţie cu mediile biologice sunt polimeri [1]. Prin urmare, succesul unui act medical depinde în mare parte şi de materialele utilizate în aplicaţia respectivă. Există o întreagă industrie de polimeri sintetici utilizaţi în medicină. De exemplu, s-au obţinut polimeri hidrofobi (polipropilena PP, polietilen tereftalat PET, polietilena PE), care induc reacţii minime la interfaţa cu sângele si lichide interstiţiale, sau polimeri hidrofili utilizaţi ca suport de imobilizare de medicamente şi eliberarea controlată a acestora. Materialele ceramice sunt compuşi anorganici cu diverse combinaţii de legături ionice şi covalente. Aceste tipuri de materiale au o structură puternic legată şi împachetată astfel încât fiecare celulă unitară a reţelei este neutră din punct de vedere electric. Oxidul de aluminiu sau alumina (Al2O3) reprezintă un exemplu de material ceramic, ce prezintă astfel de proprietăţi, utilizat în aplicaţiile biomedicale pentru obţinerea de implanturi ortopedice [2]. Înainte de introducerea în aplicațiile medicale, materialele trebuie să fie functionalizate. Funcţionalizarea suprafeţelor reprezintă metoda de formare sau atasare de grupări funcţionale la suprafaţa materialelor cu scopul de a obţine un răspuns favorabil al materialului la interacţia cu mediul biologic. De exemplu, prin alegerea adecvată de metode se pot modifica rugozitatea, caracterul hidrofil sau hidrofob al materialului, energia de suprafaţă, biocompatibilitatea, încărcarea din punct de vedere electric a suprafeţei etc. Funcţionalizarea se poate realiza atât prin metode fizice cât şi prin metode chimice şi, de asemenea, prin combinaţii adecvate care să conducă la obţinerea de proprietăţi cerute de aplicaţia medicală respectivă. Această teză s-a axat pe obţinerea şi testarea din punct de vedere a biofuncţionalităţii de noi materiale obţinute atât prin tehnci cu plasmă (polimerizarea în plasmă la presiunea atmosferică, gravura cu plasmă) cât şi prin metode chimice (gravura electrochimică, ataşarea de grupări funcţionale prin metode chimice). Funcţiile testate au fost adsorbţia de biomolecule la suprafaţa materialelor, difuzia de ioni şi aminoacizi prin interiorul membranelor funcţionalizate şi modul de auto-asamblare a moleculelor în spaţiu confinat.

Capitolul 2: Reacţii de polimerizare în plasmă la

presiunea atmosferică

Reactorul cu plasmă. Metode de diagnoză a plasmei Polietilen glicolul (PEG) este un polimer biodegradabil având grupările repetitive de tip –CH2CH2O- , iar prin adiţie capetele terminale ale acestui polimer pot fi grupările de tip hidroxil. Acest polimer este solubil în apă, metanol, diclorometan, dietil eter şi nefiind toxic prezintă o gamă variată de aplicaţii în medicină, ca de exemplu la fabricarea produselor cosmetice şi în eliberarea controlată de medicamente. În medicină, datorită capacităţii lui foarte scăzute de a forma straturi de biomolecule la suprafaţă este utilizat în implanturi cardiovasculare, biosenzori sau teste "in vitro". Rolul acestor straturi este de a limita cuplările nespecifice dintre implant şi moleculele biologice aflate în imediata vecinătate a acestuia. Aceste tipuri de suprafeţe au fost sintetizate în instalaţii de producere a plasmelor la presiune joase, demonstrându-se importanţa chimiei suprafeţei unor implanturi şi eficienţa filmelor de PEG în respingerea moleculelor biologice[3]. Polimerizarea cu plasmă la presiune atmosferică reprezintă o soluție de acoperire a diferitelor substraturi cu filme polimerice. Polimerizarea în plasmă prezintă avantaje practice ce includ (i) depunerea de straturi foarte dense, (ii) o aderență bună a acestora la substrat și (iii) formarea de suprafețe stabile din punct de vedere chimic și fizic [4,5]. Caracterizarea straturilor polimerice obţinute în plasmă la presiunea atmosferică a fost realizată folosind tehnici de microscopie de forţa atomică (AFM), microscopie electronică de baleiaj (SEM), măsurători de unghi de contact, spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR ), spectroscopie UV-VIS și spectroscopie de fotoelectroni X (XPS). Schema instalaţiei experimentale pentru obţinerea filmelor polimerice în plasmă este prezentată în Figura 2.1.a. Ea este alcatuită din doi electrozi circulari din cupru, obţinuţi în urma depunerii prin pulverizare magnetron pe una din feţele celor două plăcuţe de sticlă cu o grosime de 1,2 mm, folosite ca material dielectric. Cei doi electrozi sunt dispuşi paralel, distanţa dintre aceştia fiind variabilă. Aceştia se află într-o incintă închisă prevăzută cu ferestre pentru realizarea diagnozei optice a descărcării. Cu ajutorul unui tub circular ce înconjoara cei doi electrozi este introdus gazul de lucru împreună cu monomerul ce urmează a fi polimerizat, în acest caz etilen glicol (EG). Incinta este prevăzută cu un orificiu pentru eliminarea gazului rezidual, acesta aflându-se la presiune atmosferică. Descărcarea cu barieră dielectrică (DBD) utilizată în obţinerea de suprafeţe polimerice prin polimerizarea în plasmă la presiunea atmosferică, este caracterizată prin pulsuri de curent bine definite, având o durată de ordinul microsecundelor, spre deosebire de regimul filamentar, caracterizat prin prezenţa

unor picuri de curent ce corespund microdescărcărilor sau strimerilor, cu durată de viaţă de ordinul nanosecundelor. Semnalele tipice ale curentului de descărcare (Figura 2.1.b) evidenţiază modul omogen (difuz) de funcţionare a descărcării.

(a)

(b)

Figura 2.1. (a) Schiţa descărcării de tip barieră dielectrică cu electrozi plan paraleli (b) Caracteristica curent tensiune a descărcării DBD la presiunea atmosferică

Metode de caracterizare a filmelor polimere Structura chimică a filmeor a fost investigată cu ajutorul tehnicii de spectroscopie în IR cu transformată Fourier (FTIR), iar spectrele au fost înregistrate cu ajutorul unui spectrometru Bomem MB-104 în intervalul 4000-400 cm-1 (rezoluţie de 4 cm-1). Spectrele FTIR ale filmelor de pPEG (plasma polimer polietilen glicol) arată prezenţa grupărilor de tip eter -C-O-C- la 1068 cm-1, vibraţia de întindere a legăturilor -C-C- la 1203 cm-1 şi 1404 cm-1 şi a legăturilor de tip C=O la 1722 cm-1 şi C-H la 2961 cm-1. Banda largă cuprinsă între 3200 şi 3600 cm-1 este corespunzătoare diferitelor moduri de vibraţie ale legăturilor de tip OH din volumul filmelor de polimer obţinute. Filmele de pPEG o bandă de absorbţie în UV cuprinsă între 50 şi 100 nm, iar mai multe informaţii despre puritatea polimerului s-au obţinut cu ajutorul tehnicii de spectroscopie de fotoelectroni X (XPS). Spectrele XPS au fost realizate cu ajutorul unui spectrometru de tip 5000 (Physical Electronics), echipat cu o sursă monocromatică de radiaţie X Al-Kα (hν= 1486,7 eV). În timpul măsurătorilor, presiunea din incinta de analiză a fost menţinută la o valoare de 5.9x10-8 Pa. Spectrele XPS indică prezenţa a două maxime, corespunzătoare C1s la 284 eV şi O1s la 534 eV. Deconvoluţia maximelor, indică prezenţa legăturilor de tip C-C la 284 eV, a grupărilor de tip C-O la 286 eV şi C-O-C la 288 eV. (Figura 2.3). Toate structurile identificate cu ajutorul tehnicii XPS şi FTIR sunt în bună concordanţă cu formula chimică a polimerului obţinut prin metode chimice

convenţionale: HO-CH2-(CH2-O-CH2)n-CH2-OH, ceea ce arată că polimerul obţinut prin plasma de tip DBD păstrează compoziţia chimică a monomerului.

(a) (b)

Figura 2.3. Deconvolutia maximelor corespunzătoare C 1s (a) şi O 1s (b) corespunzătoare filmului de pPEG

Informaţii despre topografie au fost obţinute cu ajutorul tehnicii de microscopie de forţă atomică (AFM), utilizându-se un microscop de tip MDT Solver Pro-M în modul tapping de funcţionare cu o rezoluţie de 0,1 nm pe direcţia Z, cu un vârf standard din nitrură de siliciu (NSC21) având raza de curbură de aproximativ 10 nm. Studiul rugozităţii medii pătratice (Rrms) şi topografiei filmelor polimerice de pPEG au fost realizate imediat după polimerizare şi după o săptămână de la obţinere. S-a observat că morfologia filmelor se modifică după o săptămână de la obţinere, datorită adsorbţiei de apă din atmosferă. Mai mult, Rrms creşte de la o valoare de 8 nm, la o valoare de 16,2 nm pentru o suprafaţă scanată de 10 μm x 10 μm şi de la 6,9 la 15,5 nm pentru o suprafaţă scanată de 3 μm x 3 μm. Acest fenomen de adsobţie a moleculelor de apă a fost demonstrată şi cu ajutorul tehnicii de spectroscopie de fotoelectroni X, unde s-a observat o creştere a concentraţiei grupărilor de tip C-O de la o valoare de 34,71 % la 42,87 %. Caracterului hidrofil al polimerului, a fost demonstrat cu ajutorul tehnicii unghiului de contact, media acestuia fiind de aproximativ de 6 grade în comparaţie cu media unghiul de contact al substratului de 55 grade (sticla). Utilizând o metodă bazată pe polimerizarea în plasmă la presiunea atmosferică în amestec de heliu şi vapori de etilen glicol, s-au stabilit parametrii optimi pentru controlul reacţiilor de polimerizare. Analiza chimică cu ajutorul tehnicii de spectroscopie de fotoelectroni X a straturilor obţinute demonstrează că polimerul format este PEG datorită legăturilor de tip C-C la 284 eV, C-O la 286 eV şi C-O-C la 288 eV. Din analiza morfologică a straturilor obţinute, s-a observat apariţia de structuri granulare având diametrul de ordinul micrometrilor, imediat după obţinere, acestea schimbându-şi morfologia în timp.

Copolimerizarea în plasmă Pentru obţinerea de filme copolimerice de pST-EG în plasmă, s-a utilizat un amestec de etilen glicol (Merck-chimique, puritate> 99,5%) şi stiren (Sigma Aldrich, 99,9% puritate) într-un raport volumic de 3/1. Spectrele IR ale filmelor obţinute conţin benzi de adsorbţie specifice grupărilor chimice ale ambilor tipuri de monomeri utilizaţi. (Figura 2.7.) Prezenţa grupării metil -C-H reprezintă un indicator procesului de polimerizare în plasmă constând în formarea catenei polimerului. Toate benzile sunt specifice polistirenului obţinut în condiţii de plasmă pST, ceea ce indică faptul că pentru filmele de pST-EG, matricea polimerului nou format este cea a stirenului. Grupările hidroxil OH, care prezintă o bandă largă cuprinsă între 3600 şi 3200cm-1 sunt specifice filmelor de pPEG.

 

Figura 2.7. Spectrul FTIR al filmelor de pST-EG, pST şi pEG obţinute prin polimerizare în plasmă la presiunea atmosferică

Folosind o metodă bazată pe reacția de polimerizare plasmă la presiune atmosferică în heliu, folosind stiren, etilen glicol și amestecul acestora (25% stiren și 75% etilenglicol ) ca monomer, se obține un strat de polimer stabil. Grupărille chimice ale noului polimer obținut din amestec de etilen glicol și stiren conține semnătura polistirenului, dar încorporează în matricea polimerică structurii de tip hidroxil corespunzătoare etilenglicolului.

Capitolul 3: Adsorbţia de proteine pe suprafeţe

polimerice obţinute în plasmă Studiul adsorbţiei de proteine cu ajutorul spectroscopiei de forţă atomică O altă aplicaţie a polimerizării în plasmă la presiunea atmosferică o reprezintă funcţionalizare vârfurilor AFM cu scopul de a măsura forţa de adeziunie dintre albumina bovină serică, imobilizată pe vârf şi o suprafaţă de polietilen tereftalat (PET) utilizând tehnica de spectroscopie de forţă atomică al AFM-lui. Identificare albuminei bovine serice (BSA) imobilizată pe vârfurile de AFM s-a realizat cu ajutorul tehnicilor de spectroscopie de fotoelectroni X (XPS), microscopiei electronice cu baleaj (SEM) şi microscopiei de fluorescenţă. Spectrele XPS prezintă semnale corespunzătoare siliciului, carbonului şi oxigenului. După polimerizarea în plasmă, vârful a fost acoperit cu un strat de polistiren, iar structurile observabile au fost cele corespunzătoare carbonului si oxigenului, rezultând o acoperire totala a acestuia. Imobilizarea albuminei a fost demonstrată prin prezenţa grupărilor aminice corespunzătoare la 399 eV. Curbele de deflexie în funcţie de distanţă, după fumcţionalizarea vârfurilor AFM prezintă evenimente de rupere ale moleculelor de BSA. Forţa de adeziune dintre moleculă şi suprafaţa de PET a fost calculată cu ajutorul ecuaţiei lui Hooke.

xkFad

unde k reprezintă constanta elastică a lamelei, iar ∆x deplasarea tubului piezoceramic în nm. Valorile forţelor de adeziune astfel calculate sunt de ordinul sutelor de pico-newtoni. Astfel s-a putut concluziona că valoarea forţei de adeziune pentru o singură molecula este cuprinsă în jurul valorii de 760 pN [8].

Figura 3.3. Curbe de deflexie în funcţie de distanţă în lichid pentru un vârf polimerizat în plasmă 5 min

şi imersat in BSA

Studiul adsorbţiei de proteine cu ajutorul microbalanţei cu cuarţ Pentru măsurarea cantităţii de BSA şi Concanavalina A (Con A) adsorbite pe subrafeţele filmelor obţinute în condiţii de plasmă la presiunea atmosferică s-a utlizat o mocrobalanţă cu cuarţ (QCM). În acest scop, electrozii standard din aur au fost curăţaţi cu soluţe pirania şi etanol, apoi uscaţi în flux de azot, urmând a fi funcţionalizaţi prin acoperirea acestora cu straturi polimerice de pEG, pST şi pST-EG. Pentru măsurătorile de QCM debitul soluţiei tampon a fost menţinut constant la 25 μl/min, iar timpul de injecţie al soluţiilor de proteine a fost de 60s. După saturarea semnalului de adsorbţie ∆F, suprafaţa electrozilor a fost curăţită cu o soluţie de dodecil sulfat (SDS) 3 % şi cu o soluţie de PBS la un pH de 7,4. Astfel, s-a putut observa că după spălarea suprafeţei cu SDS, semnalul de bază ∆F revine la aceeaşi valoare la care a fost înainte de injectarea soluţiei de proteine, ceea ce ne confirmă că suprafaţa polimerilor utilizaţi este stabilă, iar natura interacţiunilor dintre proteine şi suprafaţa este una fizică (legături de H, legături de tip Van der Walls). Comparând modificările în fracvenţă la aceeaşi concentraţie de proteine (10 μM) pentru toate tipurile de suprafeţe obţinute, s-a putut observa că suprafeţele de polistiren obţinut în plasmă adsorb cantitatea cea mai mare de biomolecule, în comparaşie cu suprafeţele de polistiren comerciale obţinute în mod convenţional. Diminuare adsorbţiei de proteine pe suprafeţele de polistiren obţinut în condiţii de plasmă s-a realizat prin introducerea simultană în descărcare a unui procent de 75% etilen glicol în raport cu monomerul utilizat (stiren). În cazul suprafeţelor de polietilen glicol obţinut în condiţii de plasmă, după cum se poate observa şi din Figura 3.4, cantitatea de proteine adsorbite este minimă în comparaţie cu celelalte tipuri de suprafeţe, demonstrând astfel faptul că aceste filme îşi păstrează caracterul de respingere a moleculelor biologice.

 Figura 3.4. Adsorbţia de Con A (a) şi BSA (b) la o concentraţie de 10 μM pe diferite suprafeţe

Tabelul 1. Constantele de afinitate Ka calculate pentru suprafeţele obţinute în plasmă la presiunea atmosferică

Ka (Con A) Ka (BSA)

pST 1,4x108 M-1 1,1x108 M-1

ST 4x107 M-1 2,7x107 M-1 pST-EG 1,1x107 M-1 7,4x106 M-1 pPEG 6,7x106 M-1 3,7x106 M-1

Calculând constanta de afinitate (Ka), din Tabelul 1, se observă ca valoarea minimă a acesteia pentru toate tipurile de proteine utilizate se găseţe pentru etilen glicol (pPEG), iar valoarea maximă pentru polistiren (pST), ambele suprafeţe fiind obţinute în condiţii de plasmă la presiunea atmosferică. Cantitatea de proteine adsorbite poate fi controlată prin introducerea simultană în descărcare a unei canităţi de etilen glicol.

Capitolul 4: Structuri mezoporoase pentru controlul difuziei unor constituenţi biologici

Materiale mezoporoase (MCM-41) Materialele mezoporoaase sunt caracterizate prin suprafete active foarte mari, care pot fi modificate uşor atât prin procese chimice cât şi prin procese fizice, materialele poroase şi-au găsit în ultimii ani o gamă largă de aplicaţii în diferite domenii. Acestea sunt folosite cu precădere în absorbţia şi eliberarea controlată de medicamente, cromatografie, separare de molecule biologice, fotonică şi dispozitive electronice [9]. Sinteza acestor materiale poroase este uneori mult mai dificilă decât a materialelor dense deoarece primele prezintă o structură repetitivă atât din punct de vedere topografic cât şi din punct devedere chimic [10]. Astfel, s-au dezvoltat noi metode de obţinere şi modificare a acesor materiale, dintre care cele mai răspândite fiind cele mezoporoase din familia M41S, care se regăsesc acum cu acronimul MCM (Mobil’s Composition of Matter). Primele cercetări în domeniul materialelor mezoporoase au fost raportate de catre Kresage şi colaboratorii săi în 1992, [11] iar de atunci până acum, aceste metode au fost dezvoltate şi îmbunatăţite [9-12]. Aceste materiale sunt preparate folosind surfactanţi cationici, obţinându-se astfel pori având structura lamelară (MCM-50), hexagonală (MCM-41), sau cubică (MCM-48), cu dimensiuni ale acestora de ordinul nanometrilor. MCM-41, este pe departe cel mai utilizat

material mezoporos datorită distribuţiei ordonate a porilor, acestea având diametrul cuprins între 2 şi 10 nm. Sinteza de materiale mezoporoase hexagonale de tip MCM 41 se poate realiza prin diferite metode. Una dintre acestea reprezintă folosirea de tetraetoxisilan (TEOS) de puritate 98 % drept precursor, iar ca surfactant fiind folosită bromura de alchiltrimetilamoniu (CnH2n +1 (CH3) 3N+, Br– unde n = 12). Metoda a fost raportată de către M. Koltz şi colaboratorii săi în 2001 [13]. Compoziţia chimică utilizată a fost: TEOS, apa acidă (pH=2), etanol şi bromură de hexadeciltrimethilamoniu (n=16) la următoarele rapoarte molare: 1:8,2:3,5:0,14. Sinteza s-a realizat în două etape. În prima etapă s-a realizat un amestec de alcoxid, etanol si jumatate din cantitatea totala de apă, urmând ca în etapa a doua, după ce soluţia s-a pastrat timp de o oră sub agitare la temperatura camerei, s-a adăugat surfactantul şi cealaltă cantitate de apă. După două ore de agitare, soluţia a fost depusă pe un substrat de siliciu în vederea analizării atât din punct de vedere chimic cât şi fizic. Suprafeţele astfel obţinute au fost uscate timp de 12 ore la o temperatură de 20° C iar apoi menţinute câte două ore la 100, 150, şi 175° C. Pentru eliberarea surfactantului, probele au fost tratate termic timp de o oră la o temperatură de 450°C în atmosferă de azot. Bistraturile artificiale sau sistemele de membrane nanotubulare au fost dezvoltate în ultimii ani pentru a simula membranele ionice naturale în vederea separării chimice, dezvoltării de biosenzori sau stocarea şi eliberarea controlată de medicamente. Astfel, auto-asamblarea de molecule reprezintă o metodă eficientă de construire a acestor tipuri de canale ionice. Realizarea acestor tipuri de membrane se bazează pe auto-asamblarea moleculelor în vederea formării de canale ionice în interiorul membranei. În acest scop s-a folosit o matrice de siliciu mezoporoasă de tip MCM 41, ai cărei pori au fost funcţionalizaţi cu octadeciltriclorosilane. Ca suport a matricei s-a folosit o membrană comercială de alumină anodisc (Anodisc, Whatman International Ltd) (AAO) având o dimensiune a porilor de 200 nm. Pentru un control cât mai precis al grosimii stratului de MCM 41, porii membranei de alumină au fost umpluţi cu o soluţie de polivinil alcool (PVA), iar cu ajutorul unei descărcări la presiune joasă de radiofrecvenţă (RF) utilizând ca şi gaz de lucru aerul din atmosferă s-a realizat gravarea PVA-lui, obţinîndu-se un spaţiu liber de aproximativ 600 nm în interiorul porilor membranei de alumină. Acest spaţiu a fost umplut cu o matrice de siliciu mezoporoasă de tip MCM 41, iar surplusul a fost eliminat de pe suprafaţa membranei cu ajutorul tehnicii de "spin-coating" la o viteză de 4000 rot/min pe o durată de 30 s. Restul de PVA din interiorul porilor a fost eliminat prin menţinerea membranei pe o durată de 24 ore într-o baie de apă distilată sub agitare, la temperatura camerei. Astfel, membrana obţinută a fost funţionalizată cu octadeciltriclorosilane (ODS) timp de 12 ore la o temperatură de 60° C. O schemă a protocolului de funcţionalizare este reprezentată în Figura 4.1.

 Figura 4.1: Protocolul experimental de funcţionalizare şi obţinere a membranelor de alumină anodisc

în vederea studierii fenomenului de difuziei de ioni (Na+ şi K+) şi aminoacizi (serotonină, triptofan, tirozină şi fenil alanină)

Difuzia ionilor de Na+ şi K+ prin structuri mezoporoase (MCM-41) Pentru a determina difuzia ionilor de Na+ şi K+ prin membranele mezoporoase de tip MCM 41, după funcţionalizarea acestora cu octadeciltriclorosilane (ODS) pe o durată de 12 h la o temperatură de 60° C, ele au fost menţinute timp de 48 ore intr-o soluţie de eter coroană 15C5 dizolvată în toluen la o concentraţie de 1mg/ml. A. Cazacu şi colaboratorii săi au raportat în literatură modul de aranjare şi structurare a eterului coroană 15C5 în interiorul porilor de MCM 41, realizând primele măsurători de difuzie prin întreaga membrană de alumină [14]. Pentru măsurătorile de difuzie s-a folosit o celulă din teflon, prevazută cu două camere separate de o membrană funcţionalizată. Una din camere (camera "sursă") a fost umplută cu 50 ml de soluţie de NaCl sau KCl la o concentraţie de 0,1 M, iar cealaltă cameră (camera "acceptor") a fost umplută cu aceeaşi cantitate de apă mili-Q. În prima parte a experimentului, s-au analizat probe din oră în oră iar în partea a doua a experimentului, probele au fost analizate câte 3 la un interval de trei ore, urmand ca în parte a treia a experimentului analizele să fie făcute câte una la 24 de ore. Pentru a evita gradientul de presiune, la fiecare prelevare din camera "acceptor", s-a extras aceeaşi cantitate de soluţie din camera "sursă". Cantitatea de soluţie extrasă a fost de 1 ml, aceasta fiind diluată cu 3 ml de apa mili-Q şi analizată cu spectrometrul de absorbţie atomică cu flacără. Din analiza datelor de difuzie măsurate cu ajutorul spectrometrului de absorbţie atomică cu flacără (Figura 4.2) se poate observa o difuzie lentă a ambelor tipuri de ioni pentru primele 100 de ore, acest lucru fiind cauzat de rearanjarea moleculelor în interiorul porilor, facilitând trecerea acestora prin interiorul "coroanei" de eter. După această durată de timp, difuzia ionilor este facilitată, aceasta realizându-se mult mai repede şi ajungând la o saturaţie a semnalului de absorbţie corespunzător jumătăţii semnalului de absorbţie a probei martor, aflată la o concentraţie de 0,1 M. Astfel, putem concluziona că difuzia are loc până în momentul în care se ajunge la un echilibru al gradientului de concentraţie, adică până când concentraţia din camera "sursă" devine egală cu concentraţia din camera "acceptor".

 Figura 4.2: Difuzia ionilor de (Na+ şi K+) masurată cu ajutorul spectrometrului de absorbţie atomică

cu flacără prin porii de MCM 41 funcţionalizaţi cu eter coroană 15C5

Difuzia de aminoacizi prin structuri mezoporoase (MCM-41) În cazul determinării difuziei de aminoacizi, după funcţionalizarea membranelor cu octadeciltriclorosilane (ODS) timp de 12 h la o temperatură de 60 °C, acestea au fost menţinute timp de 24 ore într-o soluţie de miristoil dizolvată în etanol absolut la o concentraţie de 1mg/ml. Ca şi în cazul difuziei de ioni, după funcţionalizare, membrana a fost plasată între camerele a două celule de teflon, din care una dintre acestea (camera "sursă") a fost umplută cu 50 ml de soluţie de aminoacizi la o concentrţie de 0,01 M iar cealaltă camera (camera "acceptor") a fost umplută cu aceeaşi cantitate de apă mili-Q. În prima parte a experimentului, s-au prelevat probe din oră în oră iar în partea a doua a experimentului, probele au fost prelevate câte 3 la un interval de trei ore, urmand ca în parte a treia a experimentului prelevările să fie făcute câte una la 24 de ore.

 Figura 4.3: Comparaţie a difuziei de aminoacizi (fenil alanină, serotonină, tirozină şi triptofan)

masurată cu ajutorul spectrometrului de masă cuplat cu cromatografia lichidă prin porii de MCM 41 nefuncţionalizaţi (a) şi funcţionalizaţi cu miristoil (b)

 Figura 4.4: Comparaţie a difuziei de aminoacizi în amestec (fenil alanină, serotonină, triptofan şi

tirozina) masurată cu ajutorul spectrometrului de masă cuplat cu cromatografia lichidă prin porii de MCM 41 nefuncţionalizaţi (a) şi funcţionalizaţi cu miristoil (b)

Analiza cantităţii de molecule difuzată s-a realizat cu ajutorul tehnicii de

cromatografie în lichid cuplată cu spectrometria de masă (HPLC-MS). Iar pentru a cunoaşte cantitea de molecule ce difuzează în timp prin membrană, s-a trasat o curbă de etalonare a tuturor aminoacizilor folosiţi la diferite concentraţii. Analizând integrala mximului corespunzător masei fiecarui aminoacid şi reprezentând-o grafic în funcţie de duratele de timp la care s-au prelevat probele, se poate oserva că pentru toate moleculele, valoarea semnalului este mare în cazul memranelor nefuncţionalizate. Acest lucru este datorat faptului că spaţiul din interiorul porilor prin care difuzează aminoacizii se micşorează în momentul funţionalizării. Comparând cantitatea de aminoacid care difuzează prin fiecare membrană, se observă ca cele funcţionalizate devin selective, cantitatea de serotonină care difuzează fiind mult mai mare în comparaţie cu difuzia de triptofan pentru acelaşi tip de membrană. (Figura 4.3.) Acest lucru poate fi datorat caracterului mult mai hidrofil al serotoninei faţă de cel al triptofanului, selectivitatea manifestîndu-se pe numărul de grupări polare prezente în moleculă. Caracterul selectiv al membranei funcţionalizate cu miristoil a fost demonstrat prin analiza difuziei de aminoacizi în cazul în care în camera acceptor s-a aflat un amestec de serotonină, triptofan şi fenil alanină aflate la aceeasi concentraţie de 0,005 M. Astfel din Figura 4.4 b. se poate observa că singura moleculă transportată din camera sursă în camera acceptor este serotonina, în comparaţie cu membrana nefuncţionalizată unde s-a observat şi un transport de fenil alanină şi triptofan, dar în cantităţi mai mici (Figura 4.4 a).

Capitolul 5: Absorbţia de macromolecule (3AcG) pe structuri poroase

Obţinerea şi caracterizarea de structuri poroase pe bază de siliciu Siliciul poros a fost obţinut prin gravura electrochimică a unui substrat de siliciumonocristalin, utilizat ca anod într-o celulă de electroliză ce a conţinut o soluţie de acid fluorhidric (HF). Această tehnică poate fi denumită şi anodizare[15, 16]. Substratul de siliciu a fost dispus în partea inferioară celulei de electroliză astfel încât soluţia de acid fluorhidric să îl acopere în totalitate (Figure 5.1.). Aici substratul joacă rol de anod, iar catodul a fost confecţionat dintr-un fir de platină aflat în baia de acid. Aplicând un curent electric între cei doi electrozi la suprafaţa substratului de siliciu se va forma siliciu poros. De fapt, trecerea curentului electric provoacă o dizolvare neomogenă şi localizată în numeroase zone de mici dimensiuni a siliciului. Siliciu poros reprezintă de fapt un strat compus din reţele de canale, iar morfologia şi grosimea depind de natura substratului (tipul de dopaj, orientarea cristalină) şi de condiţiile de lucru (intensitatea curentului şi durata de anodizare).

Figura 5.1. Dispozitiv experimental pentru obţinerea porilor de siliciu (a) şi de cuantificare a cantităţii

de molecule care intra în interiorul siliciului poros (PSi) (b)

Porozitatea unui film poros de siliciu este proporţională cu valoarea densităţii de curent care a fost aplicat, şi este în mod normal cuprinsă între 40 şi 80 procente din film. Porii se formează doar la interfaţa Si poros-Si, iar odată format, morfologia acestora nu se schimbă în urma procesului de gravură. Porozitatea unui strat, care se află în curs de formare, poate fi alterată prin modificarea valorii curentului aplicat. Astfel, grosimea filmului va creşte cu noua porozitate, aceasta fiind dată de noua valoare a curentului de gravură. Acest lucru permite realizarea de nanostructuri stratificate prin modularea curentului aplicat în timpul procesului de gravură.

Abilitatea de reglare a dimensiunilor şi volumul porilor în timpul gravurii reprezintă o proprietate unică a siliciului poros, şi este foarte utilă în unele aplicaţii, cum ar fi administrarea controlată de medicamente. Alte tipuri de materiale poroase necesită în general un protocol mult mai elaborat în vederea controlului dimensiunilor porilor, şi chiar şi aşa aceste dimensiuni sunt limitate la intervale mici. Proprietăţile de fotoluminescenţă şi fotoreflectanţă a siliconului poros PSi, face din acesta un material foarte dorit în diferite aplicaţii, cum ar fi senzorii de absorbţie moleculară, sau eliberarea controlată de medicamente. Studiul absorbţiei de molecule pe structuri poroase Modurile de aranjare a diferitelor tipuri de molecule, oferă o abordare evolutivă la generarea de noi structuri macromoleculare cu aplicaţii diverse. Aceste moduri de auto-asamblare a diferitelor tipuri de molecule sunt datorate legăturilor de H care se realizează între acestea. Un exemplu reprezentativ este modul de împachetare al moleculelor de 3 acetilguanozină, care în prezenţa ionilor se autoasamblează în reţele constituţionale tubulare, în care ionul este înconjurat de moleculele de tip "G", formând astfel canale ionice. Deoarece suprafaţa porilor de siliciu obţinuţi prin gravură electrochimică prezintă proprietăţi optice deosebite, iar cantitatea de molecule "trapată" în interiorul acestora poate fi cuantificată, pentru stabilizarea structurilor de tip G-cuadruplex, ele au fost introduse în interiorul acestora.

 Figura 5.2. Modificarea în timp real a indicelui de refracţie efectiv (2nL) a porilor de siliciu la diferiţi

curenţi de gravură în momentul introducerii de 3AcG (a) 3AcG+Na + (b), 3AcG+K+ (c) şi 3AcG+Ba2+ (d)

Pentru măsurătorile de cinetică a absorbţiei de molecule în interiorul porilor s-a folosit o celulă de lichid reprezentată în Figura 5.1 (b). După amplasarea eşantionului de siliciu poros înăuntru celulei de lichid, s-a introdus acetonitril cu un debit constant de 10 ml/min pentru a achiziţiona linia de bază a semnalului 2nl măsurat. După stabilizarea acesteia, s-a introdus cu acelaşi debit soluţia de 3AcG sau 3AcG+ioni. Astfel, s-a observat o creştere a semnalului 2nL măsurat, creştere ce depinde de cantitatea de molecule absorbite în interiorul siliconului poros PSi şi care este proporţională cu dimensiunea porilor şi cu diametrul moleculelor. Valoarea cea mai mare a absorbţiei a fost găsită în cazul eşantioanelor obţinute la o densitate de curent de 30 mA/cm2, unde diametrul porilor este aproximativ 26 nm, iar valoarea cea mai scazută a absorbtiei se gaseşte pentru eşantioanele obţinute la o densitate de curent de 2 mA/cm2 caz în care diametrul porilor are o valoare medie de 5 nm. (Figura 5.2 (a)(b)(c)(d)). Pentru a avea o mai bună imagine a valorii cantităţii de molecule care sunt trapate în interiorul porilor de PSi, s-au realizat esantioane colorate, formate din straturi succesive de pori având diametrul diferit. Imediat după funcţionalizare, cum se poate observa din Figura 5.3, eşantioanele de PSi prezintă o culoare verde. Când în interiorul porilor sunt introduse molecule de tip "G" se poate observa o schimbare de culoare a filmului de PSi de la verde la roșu. Aceasta schimbare de culoare este de asemenea stabilă după menţinerea eşantioanelor timp de 12 ore la presiune joasă.

 Figura 5.3. Schimbarea culorii filmelor de pori de siliciu si a “peack”-lui Bragg din spectrul de

reflexie (a) şi (b) în momentul introducerii acestora in soluţie de lichid si dupa evaporarea solventului la temperatura camerei iar apoi in codiţii de vid

Concluzii Aceaste studii au avut ca scop obţinerea şi testarea din punct de vedere al biofuncţionalităţii de noi materiale obţinute atât prin tehnici cu plasmă (polimerizarea în plasmă la presiunea atmosferică, gravura cu plasmă) cât şi prin metode chimice (gravura electrochimică, atasarea de grupări funcţionale prin metode chimice). Astfel, funcţiile testate au fost adsorbţia de biomolecule la suprafaţa materialelor polimere obţinute în plasmă la presiunea atmosferică, difuzia selectivă a ionilor şi aminoacizilor prin materiale poroase de tip MCM 41 şi stabilizarea sistemelor de tip G-cuadruplex în interiorul porilor de siliciu. Concluziile generale ale lucrării şi experimentelor realizate sunt descrise succint după cum urmează:

1. Descărcarea de tip DBD la presiunea atmosferică reprezintă o tehnică eficientă de obţinere a filmelor polimerice în condişii de plasmă. Astfel, s-a reuşit să se gasească parametrii optimi de obţinere a acestor filme ("PEG like films"). Odată introdus monomerul în descărcare, aceasta rămâne omogenă. Imaginile ICCD au demonstrat o întârziere a aprinderii descărcării atunci când pe lângă gazul de lucru (He) este introdus şi etilen glicol. Acestă lucru este datorat pierderi de energie a particulelor încărcate prin fragmentarea monomerului. Analiza chimică a acestor filme realizate atât prin spectroscopie de radiaţie X (XPS) cât şi prin spectroscopie în IR (ATR-FTIR) au demonstrat prezenţa legăturilor de tip C-C, C-O şi C-O-C fiind în bună corelaţie cu polimerii obţinuţi în chimia convenţională. Morfologia filmelor de pPEG obţinute prezintă structuri granulare cu diametrul mai mic de 1 μm. Aceste structuri nu mai sunt observabile după 7 zile de la obţinere, datorită absorbţiei moleculelor de apă din atmosferă.

2. Polimerizarea în amestec de etilen glicol şi stiren a dus la obţinere de noi filme polimerice care prezintă caracteristicile ambelor tipuri de monomeri. Spectrele FTIR al filmului de pST-EG arată ca matricea polimerului este polistiren, care are înglobat grupări de tip hidroxil. Studiile de umectabilitate au arătat că unghiul de contact al pST-EG este mai mic decat filmul de polistiren şi mai mare dacât filmul de polietilen glicol, ambele obţinute în plasma la presiunea atmosferică.

3. Toate cele trei tipuri de polimeri (pST, pPEG şi pST-EG) obţinuţi prin polimerizarea în plasmă la presiunea atmosferică au fost testaţi din punct de vedere al absorbţiei de proteine la suprafaţă cu ajutorul microbalanţei cu quarţ (QCM). Absorbţia maximă de proteine la suprafaţă o prezintă filmul de pST, aceasta fiind mai mare decât filmele de polistiren (PS) obţinute prin "spin coating" pentru ambele tipăuri de molecule (ConA şi BSA). Acest lucru este datorat prezenţei legăturilor de tip C-O şi C=O, legături evidenţiate prin spectroscopia de fotoelectroni X. Minimul de absorbţie îl prezintă filmele de pPEG, aceste fiilme fiind cunoscute prin proprietatea lor de a minimiza absorbţia de proteine şi celule la suprafaţă.

Astfel putem concluziona ca suprafeţele de polistiren obţinute în plasmă la presiunea atmosferică absorb la suprafaţa lor un număr mai mare de molecule decât cele obţinute prin chimia convenţională. Această cantitate de molecule adsorbită la suprafaţă putând fi micsorată prin introducerea concomitentă în descărcare a unui procent de etilen glicol.

4. Din analiza datelor de difuzie a ionilor de Na+ şi K+ prin membranele de tip MCM 41 funcţionalizate, măsurate cu ajutorul spectrometrului de absorbţie atomică cu flacără s-a observat o difuzie lentă a ambelor tipuri de ioni pentru primele 100 de ore, acest lucru fiind cauzat de rearanjarea moleculelor în interiorul porilor, facilitând trecerea acestora prin interiorul "coroanei" de eter. După această durată de timp, difuzia ionilor este facilitată, aceasta realizându-se mult mai repede ajungând la o saturaţie a semnalului de absorbţie corespunzătoare jumătăţii semnalului de absorbţie a probei martor, aflată la o concentraţie de 0,1 M. În cazul difuziei de aminoacizi, comparând difuzia pentru fiecare din membrane, se observă ca după funcţionalizare, aceasta devine selectivă, cantitatea de serotonină care difuzează fiind mult mai mare în comparaţie cu difuzia de triptofan pentru acelaşi tip de membrană. Acest lucru poate fi datorat caracterului mult mai hidrofil al serotoninei faţă de cel al triptofanului, selectivitatea manifestîndu-se în funcţie de numărul de grupări polare prezente în moleculă.

5. Confinarea spaţială a sistemelor de tip G-cuadruplex în interiorul porilor de siliciu reprezintă o nouă metodă de stabilizare şi formare a acestor tipuri de sisteme. Utilizând tehnica de reflexie optică s-a putut determina şi cuantifica cantitatea de molecule absorbită în interiorul porilor, cât şi trecerea de la sisteme liniare la sisteme cilindrice (canale ionice) în momentul introducerii diferitelor tipuri de ioni. Prin obţinerea filmelor de pori de siliciu colorate s-a putut corela efectul de schimbare a culorii filmelor odată cu stabilizarea moleculelor, demonstrând că aceaste tipuri de materiale pot fi foarte uşor folosite ca biosenzori.

Listă de publicaţii Articole publicate ISI 1. G. B. Rusu, M. Asandulesa, I. Topala, V. Pohoata, N. Dumitrascu, M. Barboiu,

" Atmospheric pressure plasma polymers for tuned QCM detection of protein adhesion" Biosensors and Bioelectronics (trimis spre publicare) [f.i. = 5.437, s.i.a. = 1.252]

2. Bogdan-George Rusu, Frederique Cunin, Mihail Barboiu, " The color of self-assembly-Real-time optical detection of stabilized artificial G-quadruplexes under confined conditions" Angewandte Chemie (acceptat) [f.i. = 13.56, s.i.a. = 3.497]

3. Alina Silvia Chiper, Rusu Bogdan George, Gheorghe Popa, "Influence of the dielectric Surface nonhomogeneites on the dynamic of the pulsed DBD plasma" IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 39, No. 11, Novembre 2011 [f.i. = 1.174, s.i.a. = 0.423]

4. Chiper Alina Silvia, Rusu Bogdan George, Nastuta Andrei Vasile, Popa Gheorghe, On the discharge parameters of a glow-mode DBD at medium and atmospheric pressure. IEEE Transactions on Plasma Science, 37(10):2098-2102; OCT 2009 [f.i. = 1.076, s.i.a. = 0.429]

5. A. S. Chiper, G. B. Rusu, C. Vitelaru, I. Mihaila, G. Popa, A comparative study of helium and argon DBD plasmas suitable for thermosensitive materials processing, ROMANIAN JOURNAL OF PHYSICS Volume: 56 Supplement: S Pages: 126-131 [f.i. = 0.414]

6. Schrittwieser R., Ionita C., Murawski A., Maszl C., Asandulesa M., Nastuta A., Rusu G., Douat C., Olenici S. B., Vojvodic I., Dobromir M., Luca D., Jaksch S., Scheier P., Cavity-hollow cathode-sputtering source for titanium films. Journal of Plasma Physics, 76(3-4):655--664; IAN 2010, [f.i. = 1.078, s.i.a. = 0.31]

Prezentări orale 1. I. Topala, G. Rusu, M. Asandulesa, M. Totolin, V. Pohoata, N. Dumitrascu,

Functionalization of AFM tips by atmospheric pressure plasma polymerization, 20th International Symposium on Plasma Chemistry – Philadelphia, USA. July 24 - 29, 2011

2. M. Asandulesa, G. Rusu, I. Topala, V. Pohoata, M. Dobromir, and N. Dumitrascu, Synthesis of functional polystyrene-type films in atmospheric pressure dielectric barrier discharge, 4th International Workshop and Summer School on Plasma Physics (IWSSPP), Kiten, Bulgaria, 2010

_________________________________

f.i.=factor de impact s.i.a.=scor de influenţă absolut

Prezentări tip poster 1. G.B. Rusu, C. Luca, E. Falos, R. Schrittwieser, Polystirene-TiO2 thin films

produced in a hollow cathode, 39th European Physical Society Conference on Plasma Physics, Stockholm, Sweden, 2-6 July 2012

2. Roxana Jijie, Rusu Bogdan George, Ionut Topala, Valentin Pohoata, Nicoleta Dumitrascu, Study of protein aggregation and enzymatic activity after exposure to dielectric barrier plasma jet in helium, 4th International Conference on Plasma Medicine, Orléans, France, June 17 to June 21, 2012

3. Roxana Jijie, Ionut Topala, Bogdan George Rusu, Marius Dobromir, Valentin Pohoata, Nicoleta Dumitrascu, Atmospheric pressure plasma treatments of protein films and powders, 10th International Conference on Global Research and Education (interAcademia), Sucevita, Romania, 2011

4. A.S. Chiper, C. Vitelaru, I. Mihaila, G.B. Rusu, G. Popa, A comparative study of a He and an Ar DBD plasmas suitable for use in thermosensitive materials processing, XVth International Conference on Plasma Physics and Applications (CPPA), Iasi, Romania, 2010

5. G.B. Rusu, I. Topala, M. Dobromir, V. Pohoata, N. Dumitrascu, Synthesis of PEG in plasma at atmospheric pressure, XVth International Conference on Plasma Physics and Applications (CPPA), Iasi, Romania, 2010

6. I. Topala, R. Jijie, G.B. Rusu, V. Pohoata, N. Dumitrascu, Structure-function relationships in the case of plasma modified proteins, 21th Europhysics Conference on Atomic and Molecular Physics of Ionized Gases (ESCAMPIG 21), P2.3.7, (2012)

7. G.B. Rusu, D. Spridon. I. Topala, N. Dumitrascu, Characterization of PEG-like films obtained in plasma condition, 23rd European Conference on Biomaterials (ESB 23), Tampere, Finland, Conference CD, 3894 (2010)

8. D. Spridon, G.B. Rusu, I. Topala, Adsorbtion studies of L-asparaginase on polymer surfaces, PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics (FARPhyis), Facultatea de Fizica, Iasi 2009

9. J. Kluson, E. Falos, C. Luca, G.B. Rusu, R. Niedrist, C. Ionita, N. Y. Sato, R. Perekrestov, P. Kudrna and M. Tichy, Diagnostic study of the discharge in the low pressure plasma jet sputtering systems, 26th Symposium on Plasma Physics and Technology, Prague, Czech Republic, 18 June, 2012 to 21 June, 2012

10. R. Schrittwieser, C. Ionita, A. Murawski, C. Maszl, M. Asandulesa, A. Nastuta, G.B. Rusu, C. Luca, E. Falos, R. Niedrist, C. Douat, S.B. Olenici-Craciunescu, I. Vojvodic, M. Dobromir, D. Luca, S. Jaksch, P. Scheier, "Hollow cathode sputtering experiments for titanium thin films and related phenomena", Technical Meeting on "Plasma Science and Technology " IEE Japan PST-13-001~009 (Hitachi, Ibaraki, Japan, 15-16 March 2013; 15 March 2013)

Bibliografie selectivă

[1] Chu, P.K. & Liu, X. (1998). Biomaterials Fabrication and Processing HANDBOOK. CRC Press.

[2] Kingery, W.D., Bowen, H. & Uhlmann, D. (1976). Introduction to ceramics, Jhon Willey & Sons, New York.

[3] Kingshott P, Wei J, Bagge-Ravn D, Gadegaard N, Gram L. Covalent attachement of poly (ethylene glycol) to surfaces, critical for reducing bacterial adhesion. Langmuir 2003; 19: 6912-21.

[4] Miguel Manso Silvan, A. Valsesia, D. Gilliland, G. Ceccone, F. Rossi, An evaluation of poly(ethylene-glycol) films stabilized by plasma and ion beam methods, Applied Surface Science 235 (2004) 119–125

[5] N. Inagaki, Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization, Technomic, Lancaster, (1996).

[6] A. S. Chiper, G. B. Rusu, A. V. Nastuta, G. Popa, 'On the Discharge Parameters of a Glow-Mode DBD at Medium and Atmospheric Pressure', IEEE Transaction on Plasma Science, Vol. 37, Is. 10,Part 2, p. 2098-2102, (2009);

[7] Butt, H.J., Cappella, B. & Kappl, M. (2005). Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications. Surface science reports, 59, 1–152.

[8] Lilia A. Chtcheglova, George T. Shubeitaand al. “Force spectroscopy with a small dithering of AFM tip: a methode of direct and continuous measurements of the spring constant of single molecules and molecular complex” Biophysical Journal 86 (2004) 1177 – 1184.

[9] Vadia, N. & Rajput, S. (2011). Mesoporous material, mcm-41: A new drug carrier. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research, 4, 44–53.

[10] Al-Othman, Z.A. (2012). A review: Fundamental aspects of silicate mesoporous materials. Materials, 5, 2874–2902.

[11] Kresge, C., Leonowicz, M., Roth, W., Vartuli, J. & Beck, J. (1992). Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. nature, 359, 710–712.

[12] Goethals, F., Levrau, E., De Canck, E., Baklanov, M.R., Detavernier, C., Van Driessche, I. & Van Der Voort, P. (2013). Pore narrowing of mesoporous silica materials. Materials, 6, 570–579.

[13] Klotz, M., Ayral, A., Guizard, C. & Cot, L. (2001). Synthesis and characterization of silica membranes exhibiting an ordered mesoporosity. control of the porous texture and effect on the membrane permeability. Separation and purification technology, 25, 71–78.

[14] Cazacu, A., Legrand, Y.M., Pasc, A., Nasr, G., Van der Lee, A., Mahon, E. & Barboiu, M. (2009). Dynamic hybrid materials for constitutional self-instructed membranes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106, 8117–8122.

[15] Y.-Q. Chen et al. / J. Chromatogr. B 875 (2008) 502–508 [16] A.F. Beloto et al. / Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 206 (2003) 677–681