Techniki ex situ

Techniki próżniowe (ex situ)
Oddziaływanie promieniowania X z materią
rearrangement
X-ray
photon
X-ray
emission
b) rearrangement
photoelectron
Auger
electron
a) photoemission
c) Auger/X-ray emission
a)
b)
c)
Absorbcja energii promieniowania X prowadzi do emisji elektronu z powłoki wewnętrznej zwanego
fotoelektronem. Energia wyemitowanego fotoelektronu jest proporcjonalna do energii
promieniowania X.
Następuje przejście elektronu z wyższych powłok do powłoki wewnętrznej.
Wydziela się nadmiar energii, który zostaje zużyty na emisję elektronu z wyższego poziomu, zwanego
elektronem Auger’a, lub energia ta jest wyemitowana jako fotony X, zwane fluorescencją
rentgenowską. Energia elektronu Auger‟a jest niezależna od promieniowania X.
Informacje zawarte w energii fotoelektronu
Elektron walencyjnyniska energia wiązania,
mała gęstość elektronowa
Elektron wewnętrzny- wysoka
energia wiązania, duża gęstość
elektronowa
Energia fotoelektronu jest zależna od zajmowanej powłoki, oraz od chemicznego
sąsiedztwa
Energia wyemitowanego fotoelektronu zawiera informacje wynikające z sąsiedztwa,
czyli informacje o stopniu utlenienia, a więc i rodzaju wiązań chemicznych
XPS
Zależność en. od powłoki
Widma pierwiastków i Au
Przesunięcia chemiczne
I = EM - EM+
X-ray: h
Teoremat Koopmansa i obliczenia metodą Hartree-Fock’a
:
EB
+ I
I = EB,K
W rzeczywistości obserwuje się przesunięcia energii wiązań
I = EB,K  - K
Źródła rozbieżności:
1. Orbitale w M+ nie są takie same jak w M; reorganizują się, r.
2. Elektron porusza się w zależności od innych elektronów,
jest korelacja ruchu, c.
3. Energie orbitali podlegają efektowi relatywistycznemu, rel.
EB,K = -K - r - c - rel
Dzięki dyskutowanym różnicom jest możliwe zastosowanie techniki XPS
do badania różnic energii wiązań wynikających
z różnego sąsiedztwa atomowego
Ważność przesunięć chemicznych
dla związków organicznych (biologia, chemia, biofizyka)
Związki nieorganiczne: metale i niemetale
Bardzo duża różnorodność atomów, a więc i duże różnice energii
związane z różnymi pierwiastkami.
Związki organiczne: głównie węgiel i wodór i co nieco tlenu, azotu i siarki
Niewielka różnorodność atomów, rozróżnienie np. węgla w danym otoczeniu
od węgla w innym otoczeniu możliwe tylko na podstawie badania przesunięć
chemicznych czyli małych różnic energii.
Zastosowanie przesunięć chemicznych
8
4
0
-4
0
4
8
Zmiana energii wiązania e- orbitalu 2p
siarki w organicznych i nieorganicznych
związkach siarki
Energia wiązania 2p /eV
Przesunięcie chemiczne /eV
Zmiana energii wiązania e- orbitalu 1s
siarki w zależności od stopnia utlenienia
170
166
162
158
-1
-4
Stopień utlenienia
0
1
Ładunek
Dane z pracy: Siegbahn, et al., Nova Acta R. Soc.Sci.Upsaliensis, Ser. IV, 20 (1967) 5
2
Przesunięcia chemiczne
organika-nieorganika
Sąsiedztwo: różne środowisko atomowe
Wzrost energii wiązania ze wzrostem
elektroujemności otoczenia
Ładunek: różny stopień utlenienia tego samego atomu
Widma związków O-C
Analiza powierzchni polimeru: Poly(ethylene tetraphthalate) - PET
Rozróżnienie sąsiedztwa chemicznego
2
3
1
C1
C 1s region
2
2
-C-O-CH2-CH2-)n
O1
O2
O1
O 1s region
O(1) 530.8eV 49 at%
O(2) 532.1eV 53 at%
C(1) 285.0eV 61 at%
C(2) 286.5eV 21 at%
C(3) 289.2eV 18 at%
C2
C3
2
=
=
-(-O-C1O
3
Związki heteroorganiczne
Rozróżnienie polimeru PEDOT od PSS Spektrum
S 2p
PSS
PEDOT
Typical binding energies for C 1s photoemission peaks from organic materials
functional group
•
•
•
•
•
•
•
hydrocarbon
amine
alcohol, ether
fluorocarbon
carbonyl
2F bound to a carbon
3F bound to a carbon
binding energy (eV)
C-H, C-C
C-N
C-O-H, C-O-C
C-F
C=O
-CH2CF2-CF3
285.0
286.0
286.5
287.8
288.0
290.6
293-294
Typical chemical shifts for O 1s photoemission peaks from organic materials
functional group
•
•
•
carbonyl
alcohol, ether
ester
binding energy (eV)
-C=O, O-C=O
-O-H, O-C-O
C-O-C=O
532.2
532.8
533.7
Schemat spektrometru XPS
Budowa nowoczesnego spektrometru XPS
•
I1 soczewka dająca powiększony obraz
fotoelektronów
•
Spherical mirror analyser (SMA)
•
4
Outer hemisphere
of HSA
•
Hemispherical analyser (HSA)
I2
Delayline detector
5
Selected area aperture
I1
Objective lens
X-Ray
X-ray
1
Co-axial charge neutraliser
Charge neutraliser
Sample
3
Magnetic lens
2
AXIS Ultra DLD (Kratos patents: Magnetic lens EP 0 243 060 B1, co-axial charge neutraliser EP 0 458 498 B1)
•
I2 soczewka dopasowująca obraz
fotoelektronów zależnie od energii
przejścia E0
Zmienne wzmocnienie detektora
od<5x do >100x
Field of View na próbce od >2mm
do <100mm
Rozdzielczość boczna<1mm
1. Źródło promieniowania X
Promień monochromatora powinien
być jak największy 250 - 500 mm
Zabezpieczenie procesu
monochromatyzacji przez chłodzone
kryształy SiO2, stosuje się do 14 kryształów
Lampa X-ray: 400 -750 W.
Stosowane są też źródła synchrotronowe
Możliwość regulacji mocy promieniowania
X do badań próbek „delikatnych”
2.
Soczewka magnetyczna – ogniskowanie wiązki fotoelektronów
na wejściu: większa czułość, mniejsze szumy
photoelectrons
aperture
Ni Oxide Powder
Soczewka magnetyczna
włączona
Magnetic flux lines
iris
sample
coil
pole
piece
Magnetic Lens
Kratos Patent: EP 0 243 060 B1
Soczewka magnetyczna
wyłączona
3.
Przestrzenna neutralizacja ładunku
Sposób optymalny
- Kratos
Sposób standardowy
X-ray
X-ray
Powierzchnia
nie rozładowana
Działo
elektronowe
Powierzchnia próbki
Źródło
elektronów
Powierzchnia próbki
1) Electrons are thermionically emitted from the
charge neutraliser filament.
2) Negative potential of the charge balance plate
forces the charge neutralisation electrons
towards the sample. There is no direct line of
sight of the filament with the sample.
3) The low energy electrons are confined by the
magnetic field of the magnetic immersion lens,
following an oscillating path between sample
and charge balance plate.
4) As sample develops a positive charge, charge
neutralisation electrons are attracted to the
surface.
Kratos Patent EP 0 458 498 B1
3. Neutralizacja ładunku
Próbki nieprzewodzące-organiczne
Włókna drewna w pulpie papierniczej.
Substancja wyjątkowo trudna do neutralizacji
ładunku ( wysoka oporność i struktura gąbki)
Zastosowanie nowoczesnej przestrzennej
techniki neutralizacji ładunku umożliwia
otrzymanie widma XPS o bardzo dobrej
rozdzielczości.
800 microns
200 microns
Za zgodą Kratos Co
C 1s spectrum from wood fibres
4. Dwa analizatory lub analizator podwójny:
obrazowanie i spektroskopia
Podwójny analizator
•
•
•
•
•
Zmienne pole obserwacji jest rejestrowane przez
2- dwuwymiarowy detektor po rozdziale w
sferycznym analizatorze.
Promień analizatora do spektroskopii: 165 mm
Informacja z 64000 pixeli jest rejestrowana
równocześnie. w 128 kanałach
Zbieranie sygnału w czasie 100 – 1000 msec.
Rozdzielczość 1 um
CO,CN
CF2
CC,CH
CF3 CO,CN
CC,CH
Detektor
5. Detektor typu DLD
Detektor DLD to po prostu płytka z dziurkami i umieszczony pod nią drucik w którym zbierane są elektrony przechodzące
przez dziurki. Jakość detektora zależy od dokładności wykonania tych dwóch elementów oraz konwerterów elektronicznych
koniecznych do przetwarzania pulsów ładunku w czasie TDC. Szybkość przepływu elektronów to 3*108m/s.
Current pulse
Incident photoelectron
arriving
Amplifier
and CFD
Amplifier
and CFD
Signal
3*108m/s
MCP
Reference
Electron signal
increased by MCP
„x‟ delay line
3*108m/s
S
Charge pulse
incident
on delay-line
wire
Start pulse
Time
x
First stop pulse
Second stop pulse
Start pulse
Stop 1
Start pulse for TDC
arrives before either stop
TDC
Time difference between
stops = 2 * S / c
Sygnał wyjściowy z TDCs jest przetwarzany w 128 dyskretnych kanałach.
CFD = constant fraction discriminator ,TDC = time to digital converter
Stop 2
1. Analiza małych powierzchni
Powszechne rozwiązanie
Rozwiązanie nowe
Można stosować X-Ray
o dużej intensywności
Soczewki
„szerokokątne”
Soczewki „tele”
i specjalny
analizator
Badane fotoelektrony
Zogniskowane
X-ray
Badane fotoelektrony
Badany rejon
Badany rejon
Ogniskowanie fotonów jest znacznie trudniejsze niż cząstek naładowanych
Zogniskowane
X-ray
Prawdobpodobnie
analizowana jest
zniszczona
powierzchnia
Pomiary z różnych miejsc: Co z powtarzalnością
jeśli miejsca są różne chemicznie?
Próba poprawy, ale ogniskowanie traci sens ponieważ
analizowana powierzchnia zaczyna znowu być bardzo duża.
Profilowanie głębokościowe
Trawienie jonowe
Ar+
Zakres: nm do µm
Sample
Native oxide on Si wafer
50
45
O 1s
35
C 1s
30
Si Oxide
Stężenie
Atomic Concentration (%)
40
Si Metal
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
Głębokość
Angle (degree)
70
80
Analysis of polymers
CC,CH
C-O/C-N
C=O/CF
CF3
CC,CH
CF2
C-O/C-N
C=O/CF
CF3
bulk polymer end
CF2
representative C 1s spectra as a function of position from the end of the tube
C 1s CF/C=O
CF3
C 1s CF3
20
10
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
distance / um
Analysis
position
Atomic
Concn
%
Fluorine
Oxygen
Nitrogen
Carbon
Silicon
Point 1
45.87
4.66
1.74
45.34
2.39
Point 2
27.33
9.87
6.11
50.07
6.72
CC,CH
C-O/C-N
C 1s CF2
30
C=O/CF
C 1s C-O/CN
CF2
C 1s CC,CH
40
plasma treated end
C=O/CF
50
CF3
relative concentration (%)
60
CC,CH
CF2
70
C-O/C-N
Carbon chemical state line scan
Profilowanie głębokościowe: XPS zmiennokątowe
(Angle Resolved XPS- ARXPS)
Możliwy zakres od angstremów
Nano technologia
ARXPS – Model obliczania intensywności wiązki
fotoelektronów wychodzących z próbki
ij
inelastic mean free path (IMFP) or attenuation length
Definition: głębokościowa funkcja dystrybucji fotoelektronów, (z, θ, n) reprezentuje średnie
prawdopodobieństwo, wyjścia z próbki fotoelektronu wytworzonego na głębokości
w kierunku analizatora znajdującego się pod kątem θ bez straty energii
Główne modele rekonstrukcji profili głębokościowych
1. Model zespolony (Compound model-Maximum Entropy Method)
Uwzględnia różnicę IMFP* pomiędzy składnikami, szacuje
IMFP w każdej warstwie poprzez wagę jej wartości, gęstości
atomowe są obliczane na podstawie wartości dla czystych
Substancji.
Model najbardziej rozbudowany
Teoretycznie, wymagana znajomość
wielu stałych i użycie wielu standardów.
Trudny do powszechnego zastosowania
w laboratoriach.
2. Model standardowy z poprawką współczynników emisji (Standard
model with density corrected emission factors-Maximum Entropy Method)
Zakłada eksponencjalną zmianę intensywności z głębokością
??????
i stały IMFP, zmianę IMFP ze zmianą składu jako tzw. korekcję
współczynników emisji, wprowadza względne współczynniki emisji (relative
sensitivity factors, RSF), uwzględnia heterogeniczność.
Model standardowy z poprawkami
współczynników na stężenie fotoelektronów
w zależności od zmiany stężenia atomowego.
Łatwy w użyciu.
Maximum Entropy Method (MEM)
3. Model standardowy (Standard model)
Zakłada eksponencjalną zmianę intensywności z głębokością
i stały IMFP, używa wartości IMPF dla głównego związku,
czyli homogeniczność.
*IMFP- Inelastic Mean Free Path
Model standardowy.
Obecnie najczęściej stosowany.
Mathematical and statistical methods
used by
7.
Maximum Entropy Method (MEM)
1.
The necessary condition for the consistency of experimentally
measured data with the MEM model (successful fit) is that the
Laplace transform of the compositional depth profile
(LTCDP) calculated from the experimentally measured
normalised intensity is a monotonically decreasing function
for all measured elements. Algorithm has to allow for
calculation for non monotonic dependencies.
2. Algorithm fits the measured data using the Bayesian statistics.
3. The overall probability of the reconstructed depth profile
is evaluated from the following contributions:- Gaussian
likelihood of the normally distributed experimental data
for the proposed reconstruction profile n.
4. Entropic prior model probability which includes the
parameter called “regularisation constant" by analogy
with the statistical regularisation theory.
5. Algorithm implementation by calculation of Laplace
transform of compositional depth profile is integrated
into the MEM solver program allowing immediate
check on the consistency of the data. The MEM solver
performs the depth profile reconstruction according
to the procedure described in papers by Livesey and
Smith.
6. The exponential attenuation of the photoelectron signal
(Beer-Lambert law)
7. The semi- like regularization theory, with the strategiy
proposed for selecting the optimum value. This are based
on number of degrees of freedom of the noise (NDF of noise)
or of the parameters (NDF of parameters) fitted in the
ARXPS depth profile: N = Nangles × Nelements =
NDF of noise + NDF of parameters.
8. Shirley background is be determined by Monte Carlo
simulation of peak area fit.
Testowanie algorytmu: Model standardowy z poprawką współczynników
Sample 1 (S1)
Skład próbek testowych
Test sample
Sample 1
(S1)
Sample 2
(S2)
Layer
composition
C
SiO2
Thickness
[nm]
0.3
6.2
Si
C
SiO1.9 /N0.1
SiO1.7 /N0.3
substrate
0.4
0.6
0.6
SiO1.5 /N0.5
0.6
SiO1.3 /N0.7
0.6
SiO1.1 /N0.9
Si
0.6
substrate
Model
zespolony
Model standardowy
z poprawkami,
heterogeniczny
Model standardowy,
homogeniczny
Rozkład
rzeczywisty
Porównanie zależności składów atomowych obliczonych
z trzech modeli na podstawie tych samych wyników
doświadczalnych. Linia kropkowana: skład rzeczywisty
Sample 2 (S2)
Porównanie zależności składów atomowych
obliczonych z trzech modeli na podstawie
tych samych wyników doświadczalnych.
Linia kropkowana: skład rzeczywisty
Porównanie zależności stężeń obliczonych
z trzech modeli na podstawie tych samych
wyników doświadczalnych.
(d) Stężenia rzeczywiste
Fe containing SAM Film – MEMs Depth Profile Reconstruction
MEMsDepth
DepthProfile
ProfileReconstruction
Reconstruction
MEMs
100.0
Powierzchnia
Wzrost głębokości
30.0
90.0
Atomic
(%)
Concentration(%)
AtomicConcentration
80.0
25.0
70.0
Fe 2p
Fe 2pN 1s
N 1s O 1s
C 1s
20.0
60.0
50.0
15.0
Si 2p
40.0
10.0
30.0
20.0
5.0
Si Oxide
Si Metal
10.0
0.00.0
0.00.0
0.50.5
1.01.0
1.51.5
2.02.0
2.5
2.5
3.0
3.0
Depth
(nm)
Depth
(nm)
32
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
4.5
5.0
5.0
Banana molecules containg film – MEMs Depth Profile Reconstruction
Określenie położenia cząsteczki
MEMs Depth Profile Reconstruction
Sample A *5
Sample B *5
16
Atomic Concentration (%)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Depth (nm)
Substrate
Sample A
Substrate
Sample B
HfO2 Sample ARXPS: MEMs Depth Profile Reconstruction
The depth profile reconstruction was clearly able to separate the depth distribution of Hafnium and Oxygen on Si substrate. According to the MEMs
reconstructed depth profile data shown below, the adventitious carbon layer is localised in the top 1 nm of the sample surface followed by hafnium
MEMs Depth Profile Reconstruction
layer (~1.5 nm thick).
Relative Atomic Concentration (%)
100
90
80
70
Hf 4f
Si2pOx
Si2pEl
O 1s
C 1s
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
Depth (nm)
8
10
Kątowe badania głębokościowe SiO2/Si
Si
0 deg.
45 deg.
Si
Bulk
sensitive
SiO2
SiO2
60 deg.
SiO2
Si
75 deg.
Surface sensitive
SiO2
Si
Badanie składu w zależności od konstrukcji
<10 nm
Cienki film
Badania kątowe
Filmy wielowarstwowe
Badania z trawieniem jonowym
Angle resolved XPS
Powierzchnia niejednorodana
Pomiary równoczesne
Depth profile
Parallel imaging
5o
Si2p
Ga 2p
11o
17o
23o
34o
Selected area spectroscopy
Analiza głębokościowa
Film TiN/SiO2 na Si
Profile głębokościowe umożliwiają
uzyskanie pełnej informacji chemicznej
oraz tej dotyczącej grubości warstw
Si
SiO2
Si
SiO2
TiN
Przykład analizy
Pt
Zależność od głębokości
Surface Treatment of Cell Tissue Scaffolds as Analysed by the Axis UltraDLD
Simon Hutton, Kratos Analytical, The following example has been kindly provided by Prof. Morgan
Alexander, University of Nottingham, UK.
Cells form tight spheres
do not spread across the
surface of the polymer
Cells displayed in grey
•
•
Cell scaffolds have been devised as a means to promote
tissue growth in 3 dimensions. Expanded poly(lactic
acid) (PLD) has been investigated as a possible material
for cell scaffolds. The polymer has the advantage of been
biodegradable which would allow successfully developed
tissues to ingest the scaffold after formation.
The following presentation describes the surface
modification of the PLA scaffolds to make them more
suitable as cell supports and how these surface changes
can be monitored using the Axis UltraDLD.
Optical microscope view of cells on polymer surface
•
•
•
Problem, cells do not readily adhere to the
polymer or grow inside the porous 3D structure.
Cells form tightly packed spheres on the outer
surface of the scaffolds indicating a low affinity
for the PLA polymer surface. This makes the
Cells
displayed
in grey
scaffolds
unsuitable
for tissue
growth applications.
The surface chemistry of these materials must be
altered to promote cell adhesion and growth.
Barry et al., Advanced Functional Materials 15 (7) pp 1134-1140.
School of Pharmacy
XPS of Surface
Deposits
•
•
•
XPS analysis was performed on the outer surface of the untreated PLD scaffold and the plasma treated scaffold.
The C 1s narrow region scans recorded at high resolution are shown below. It is evident from the C 1s envelopes
that the treatment caused a significant change in the surface chemistry. New peaks arising from C-N functionalities
were incorporated and the proportion of acid groups (-C(=O)-O) and ether groups (-O-C(CH3)-) were reduced.
XPS of the N 1s region revealed the presence of nitrogen in two chemical states, amine and protonated amine
groups.
Untreated PLD
Scaffold
Plasma treated PLD
Scaffold (ppAAm)
School of Pharmacy
SEM of murine 3T3 fibroblasts cultured for 24 hours on treated and untreated scaffold
•
•
•
The next task was to investigate cell growth on the scaffold surface.
Murine 3T3 fibroblasts were cultured for 24 hours on treated and
untreated scaffolds.
Cell growth on the exterior and centre of sectioned scaffolds was
then observed using a SEM.
On the exterior of the untreated PLA scaffold cells formed tight
spheres and did not spread across the surface (A). No cells were
detected in the centre of untreated scaffolds (E).
Cells on the exterior of the ppAAm treated scaffolds formed large
lamella structures spreading across the scaffold surface (D). These
types of structure were also observed in the centre of ppAAm
15.0
treated scaffolds (F).
The Allylamine plasma
treatment incorporated
nitrogen into the surface
region of the scaffold
material. As this element
was absent from the pure
untreated PLA scaffold it
was used as a marker
element to track the
penetration of the treatment
into the scaffold interior.
% Nitrogen Composition
•
•
PLA
PLA ppAAm
Exterior
Centre
12.5
10.0
ppAAm
7.5
5.0
Cells have assumed
characteristic fibroblast
morphology on ppAAm
surfaces
2.5
grafted
0.0
1
Edge
2
3
4
5
6
7
8
9
Edge
1mm
School of Pharmacy
Kratos application note: XPS of medical textiles
b) Poor PEG coverage
a) Good PEG coverage
C-C
C-O
C-O
C-C
C=O
O-C=O
C=O
O-C=O
XPS spectrum from PEG-coated PP
Overlay of C-C and C-OI chemical state
images from a PEG-based coating on a PP
mesh. Green regions = good coating
coverage (C-O), red regions = poor coating
coverage (C-C). Image dimensions
= 0.8 x 0.8 mm.
Polymer meshes, such as polypropylene and polyester, are used for the surgical repair of hernias and other soft tissue defects.
Although the use of mesh material has led to a widely accepted improvement in this kind of surgery, their implantation can be
associated with serious infection rates. In order to reduce the infection rates of such meshes, their surface properties have to
be improved. The application of low pressure and atmospheric pressure plasmas for the functionalisation and coating of textile
surfaces is growing in importance. The key areas of plasma process activity for new textile products include the production of
repellent surfaces to prevent/limit the adhesion of biofilms/bacteria e.g. for surgical and hygiene applications. Here we illustrate the
usefulness of XPS for investigating the integrity of a PEG (polyethylene glycol) plasma coating on a PP (polypropylene) mesh.
Nanocomposite hydroxyapatite formation on a Ti–13Nb–13Zr alloy exposed in a MEM cell culture medium and the effect
of H2O2 addition, M.A. Baker, S.L. Assis, O.Z. Higa, I. Costa, Acta Biomaterialia 5 (2009) 63–75
Peak-fitted Ti 2p region for the
as-received Ti–13Nb–13Zr alloy.
Titanium alloys are known to nucleate an apatite layer when in contact with simulated body fluid. This improves
the bioactivity of titanium implants and accelerates osseointegration. Promoting the formation of hydroxyapatite
on biocompatible metals is, therefore, a very important topic of biomaterials research. In this paper, the formation
of hydroxyapatite (HA) on the near-b Ti–13Nb–13Zr alloy by immersion in minimal essential medium (MEM),
with and without H2O2 addition, has been studied using electrochemicals methods, scanning electron microscopy
and X-ray photoelectron spectroscopy. The in vitro biocompatibility of this alloy was evaluated by cytotoxicity tests.
Nanocomposite hydroxyapatite formation on a Ti–13Nb–13Zr alloy exposed in a MEM cell culture medium and the effect
of H2O2 addition, M.A. Baker, S.L. Assis, O.Z. Higa, I. Costa, Acta Biomaterialia 5 (2009) 63–75
Peak-fitted O 1s region for the Ti–13Nb–13Zr alloy:
(a) As received;
(b) immersed in MEM solution for 72 h;
(c) immersed in MEM + H2O2 solution for 72 h.
Application - Controlled Drug Delivery
Codeine
C18H21NO3
PLA
(C3H4O2)n
Codeine concentration can be determined by measuring the N concentration.
Quantification of the drug concentration in eluting stents quantified by
Coronene profiling and XPS analysis
A. Rafati, M.C. Davies, A.G. Shard, S. Hutton, G. Mishra, M.R. Alexander, J. Controlled
Release, 2009, 138, 40–44
Codeine concentration profiles in PLA
Codeine concentration as a function of depth
Wt. % Codeine concentration (%)
40
35
30
28.6 wt. % Codeine
x10
9 wt. % Codeine
25
wt. % codeine x10
20
28.6% Nominal conc
15
9% Nominal conc
10
2.4% nominal concx10
5
0
0
20
40
60
80
100
120
Depth (nm)
Surface depletion of codeine in all three samples observed.
SAM-based cell transfer to photopatterned hydrogels for microengineering vascular-like structures
Nasser Sadr, Mojun Zhu, Tatsuya Osaki, Takahiro Kakegawa, Yunzhi Yang, Matteo Moretti, Junji Fukuda,
Ali Khademhosseini, Biomaterials 32 (2011) 7479-7490
XPS w biologii
A major challenge in tissue engineering is to reproduce the native 3D microvascular architecture fundamental for in vivo functions. Current approaches still lack a
network of perfusable vessels with native 3D structural organization. Here we present a new method combining self-assembled monolayer
(SAM)-based cell transfer and gelatin methacrylate hydrogel photopatterning techniques for microengineering vascular structures. Human umbilical vein cell (HUVEC)
transfer from oligopeptide SAM coated surfaces to the hydrogel revealed two SAM desorption mechanisms: photoinduced and electrochemically triggered
Cell transfer and vascular construct generation schematic. (A) The oligopeptide
CGGGKEKEKEKGRGDSP was chemically adsorbed onto a gold surface and
seeded with HUVECs. SAM desorption from the surface resulted in cell detachment.
XPS analysis revealed a change in the surface chemistry of SAM modified gold
substrates exposed to PI&UV. Spectrum peaks of peptide constituents such as
carbon, oxygen, and nitrogen decreased compared to the controls rinsed in PBS
(Fig. 2B), with a calculated loss of surface mass concentration of 22.7% (carbon),
13.8% (oxygen), and 3.2% (nitrogen). These observations suggest that UV
irradiation in the presence of PI can affect oligopeptide SAM coating on gold
substrates, resulting in a partial desorption of the adsorber peptides
XPS surface analyses show decreased oxygen,
nitrogen and carbon peaks after PI&UV exposure.
The used spectrometer for X-ray photoelectron spectra
recording was a Kratos AXIS Ultra spectrometer with
charge neutralizer. Oxygen (O1s), carbon (C1s), nitrogen
(N1s), and gold (Au4f) spectra were obtained with a
monochromatic Al Ka X-ray source (1486.6 eV).
Spektroskopia XPS wysokiej rozdzielczości
elektronów walencyjnych
Trudność: na orbitach walencyjnych gęstość
elektronowa jest bardzo mała- mniejsze
prawdopodobieństwo oddziaływań, czyli
wielokrotnie mniejsza intensywność sygnału.
Rozwiązanie: stosowanie soczewek
magnetycznych, monochromatycznego źródła
promieniowania X, oraz wysokoczułych
detektorów.
Przykład: 3 stereo izomery PBMA
(polybutylmethacrylate) mają te same wzory
strukturalne, ale różnią się chemicznie ze
względu na konformację związaną z rotacją
wokół wiązania pojedynczego.
Wynik analizy XPS: Spektra elektronów
wewnętrznych C 1s nie wykazują żadnej
różnicy pomiędzy izomerami.
Spektra elektronów walencyjnych pokazują
wyraźne różnice pomiędzy izomerami.
Technika XPS elektronów walencyjnych może
więc służyć jako unikalna metoda do
identyfikacji związków chemicznych, a jej
wyniki mogą być przyjęte jako „odciski
palców” danych związków.
C 1s region