Wpływ promieniowania laserowego na cienkie błony kolagenowe. Cz. I. Mechanizm tworzenia struktury "mikropianki" i ablacja powierzchni kolagenu

• Autorzy: Wiśniewski M. , Sionkowska A. , Kaczmarek H. , Lazare S. , Tokarev V.

Warianty tytułu

EN

Influence of laser irradiation on the thin collagen films. Part I. Mechanism of "micro-foam" structure formation and collagen surface ablation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cienkie błony kolagenowe poddawano działaniu lasera ekscymerowego KrF (γ=248nm). Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz mikroskopii sił atomowych (AFM) oceniono wpływ napromieniania na powierzchnię błony. Ubytki masy materiału w wyniku procesu ablacyjnego wyznaczono wykorzystując mikrowagę kwarcową (metodą QCM). Napromienianie laserowe suszonych błon kolagenowych (15% pozostałości wody) wywołuje "spienienie" powierzchni już po zastosowaniu tylko jednego impulsu. Omówiono mechanizm tworzenia struktury "mikropianki" polegający na nukleacji pęcherzyków oraz ich wzroście, co jest możliwe w następstwie spadku ciśnienia aż do powstania naprężenia rozciągającego przekraczającego wytrzymałość błony kolagenowej. Zjawisko to jest powodowane przez dwubiegunową falę ciśnieniową tworzącą się w powierzchniowej sekwencji "przyspieszanie-opóźnianie" w kierunku działania wiązki promieniowania laserowego.

EN

Thin collagen films were subjected to KrF excimer laser irradiation (γ= 248nm). The effect of irradiation on the film surface was evaluated using scanning electron microscopy (SEM) (Fig. 1-6) and atomic force microscopy (AFM) (Fig. 8, 9). Material weight loss, as a result of ablative process, was determined using quartz crystal microbalance (QCM method) (Table 1). Laser irradiation of dried collagen films (15% of residual water) caused "foaming" of the surface just after use of one pulse. The mechanism of "micro-foam" formation based on the nucleation and growth of the bubbles, possible as aresult of pressure drop causing tensile stress exceeding the strength of collagen film (Fig. 7), was discussed. This phenomenon is caused by bipolar pressure wave formed due to the surface "acceleration-deceleration" sequence towards the laser beam direction.

Słowa kluczowe

PL

błony kolagenowe; promieniowanie laserowe; ablacja fotomechaniczna; struktura mikropianki

EN

collagen films; laser irradiation; photomechanical ablation; structure of "micro-foam"

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 52, nr 4
• Strony: 259--267
• Opis fizyczny: Bibliogr. 54 poz.

Twórcy

autor

Wiśniewski M.

autor

Sionkowska A.

autor

Kaczmarek H.

autor

Lazare S.

autor

Tokarev V.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, Gagarina 7, 87-100 Toruń,

Bibliografia

• [1] Ziętek B.: "Optoelektronika", Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2004.
• [2] Kawamura Y., Toyoda K., Namba S.: Appl. Phys. Lett. 1982, 40, 374.
• [3] Srinivasan R., Mayne-Banton S.: Appl. Phys. Lett. 1982, 41, 576.
• [4] Andrew J. E., Dyer P. E., Forster D., Key P. H.: Appl. Phys. Lett. 1983, 43, 717.
• [5] Deutsch T. F., Geis M. W.: J. Appl. Phys. 1983, 54, 7201.
• [6] Jellinek H. H. G., Srinivasan R.: J. Phys. Chem. 1984, 88, 3048.
• [7] Srinivasan R., Braren D.: Chem. Rev. 1989, 89, 1303.
• [8] Bäuerle D.: "Laser Processing and Chemistry", wyd. 3., Springer-Verlag, Berlin 2000.
• [9] Vogel A., Venugopalan V.: Chem. Rev. 2003, 103, 577.
• [10] Bityurin N., Luk'yanchuk B. S., Hong M. H., Chong T. C.: Chem. Rev. 2003, 103, 519.
• [11] Paltauf G., Dyer P. E.: Chem. Rev. 2003, 103, 487.
• [12] Lippert T., Dickinson J. T.: Chem. Rev. 2003, 103, 453.
• [13] Georgiou S., Koubenakis A.: Chem. Rev. 2003, 103, 349.
• [14] Trokel S. L., Srinivasan S., Braren B.: Amer. J. Ophthalmol. 1983, 96, 710.
• [15] Puliafito C. A., Steinert R. F., Deutsch T. F., Hillenkamp F., Dehm E. J., Adler C. M.: Ophthalmol. 1985, 92, 741.
• [16] Puliafito C. A., Wong K., Steinert R. F.: Lasers Surg. Med. 1985, 7, 155.
• [17] Krueger R. R., Sliney D. H., Trokel S. L.: J. Refractive Corneal Surg. 1992, 8, 274.
• [18] Hopp B., Bor Z., Homolya Z., Mihalik E.: Appl. Surf. Sci. 1997, 109/110, 232.
• [19] Hopp B., Bor Z., Homolya Z., Mihalik E.: Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1998, 3423, 389.
• [20] Heitz J., Arenholz E., Bäuerle D., Schilcher K.: Appl. Surf. Sci. 1994, 81, 108.
• [21] Heitz J., Arenholz E., Bäuerle D., Hibst H., Hagemeyer A., Cox G.: Appl. Phys. A 1993, 56, 329.
• [22] Bolle M., Lazare S., Le Blanc M., Wilmes A.: Appl. Phys. Lett. 1992, 60, 674.
• [23] Bolle M., Lazare S.: J. Appl. Phys. 1993, 73, 3516.
• [24] Żenkiewicz M.: Polimery 2005, 50, 4.
• [25] Chrisey D. B., Pique A., McGill R. A., Horwitz J. S., Ringeisen B. R.: Chem. Rev. 2003, 103, 553.
• [26] Slomkowski S.: Polimery 2006, 51, 87.
• [27] Praca zbiorowa: "Proceedings of the Fifth International Conference on Laser Ablation -- COLA '99, Appl. Phys. A69 Suppl." (red. Horwitz J. S., Krebs H. U., Murakami K., Stuke M.), Springer, Berlin 1999.
• [28] Lee Ch. H., Singla A., Lee Y.: Int. J. Pharma 2001, 221, 1.
• [29] Lasek W.: "Kolagen - chemia i wykorzystanie", WNT, Warszawa 1978.
• [30] Sionkowska A., Kamińska A., Miles Ch. A., Bailey A. J.: Polimery 2001, 6, 379.
• [31] Bailey A. J., Paul R. G.: J. Soc. Leather Technol. Chem. 1998, 82, 104.
• [32] Bella J., Berman H. M.: J. Mol. Biol. 1996, 264, 734.
• [33] Bella J., Brodsky B., Berman H. M.: Structure 1995, 3, 893.
• [34] Kramer R. Z., Berman H. M.: J. Biomol. Struct. Dynam. 1998, 16, 367.
• [35] Chen G., Ushida T., Tateishi T.: Mat. Sci. Eng. 2001, C17, 63.
• [36] Lazare S., Tokarev V., Sionkowska A., Wisniewski M.: Appl. Phys. A 2005, 81, 465.
• [37] Lazare S., Tokarev V., Sionkowska A., Wisniewski M.: J. Phys.: Conference Series 2006, w druku.
• [38] Lazare S., Soulignac J. C., Fragnaud P.: Appl. Phys. Lett. 1987, 50, 642.
• [39] Lazare S., Granier V.: Am. Chem. Soc. Ser. "Polymers in Microlithography -- Materials and Processes" 1989, 412, 411.
• [40] Błędzki A. K., Faruk O., Kirschling H., Kühn J., Jaszkiewicz A.: Polimery 2006, 51, 697.
• [41] Cain S. R., Burns F. C., Otis C. E., Braren B.: J. Appl. Phys. 1992, 72, 5172.
• [42] Oraevsky A. A., Jacques S. L., Tittel F.: J. Appl. Phys. 1995, 78, 1281.
• [43] Tseretely G. I., Belopolskaya T. V., Mel'nik T. N.: Biophys. 1997, 42, 584.
• [44] Dyer P. E., Srinivasan R.: Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 445.
• [45] Kudyashov S. I., Allen S. D.: J. Appl. Phys. 2004, 95, 5820.
• [46] Paltauf G., Schmidt-Kloiber H.: Appl. Phys. A 1996, 62, 303.
• [47] Sun J. M., Gerstman B. S.: Phys. Rev. E 1999, 59, 5772.
• [48] Dingus R. S., Scammon R. J.: SPIE Proc. 1991, 1427, 45.
• [49] Abraham F.: "Homogeneous nucleation", Academic, New York 1974.
• [50] Skripov V. P.: "Metastable liquid", Wiley, New York 1974.
• [51] Dale C. F., Hruby J., Marsik F.: "The classical theory of homogeneous bubble nucleation revisited", 5th International Symposium on Cavitation, Osaka, Japan, November 1--4, 2003.
• [52] Kennedy C. J., Vest M., Cooper M., Wess T. J.: Appl. Surf. Sci. 2004, 227, 151.
• [53] Albagli D., Dark M., Perelman L. T., Vonrosenberg L. T., Itzkan I., Feld M. S.: Opt. Lett. 1994, 19, 1684.
• [54] Dyer P. E.: Appl. Phys. A 2003, 77, 167.