راینهولد شوالم ، در پوشش‌های UV ، 2007

10.2.4 چسب ها

چسب ها را می توان بر اساس معیارهای زیادی، بر اساس عملکرد (ساختاری، غیر ساختاری)، ترکیب شیمیایی (ترموپلاستیک، ترموست، الاستومری)، بر اساس نحوه کاربرد یا واکنش (سخت شدن با خشک شدن، سرد شدن از مذاب، یا واکنش شیمیایی) طبقه بندی کرد. مانند رطوبت، تابش یا گرما) یا به صورت فیزیکی (مایع، خمیر، پودر، فیلم).

نیروهای شیمیایی (پیوندهای کووالانسی)، فیزیکی (پیوند هیدروژنی، دوقطبی، نیروهای واندروالس) و مکانیکی (جمع، شکاف سطحی) در چسبندگی نقش دارند. شکست چسب می تواند توسط حالت های مختلف، بسته به نوع نیروی برهمکنش کننده یا شکست چسبنده لایه چسب، ایجاد شود.

در چسب ها، به طور کلی، چسبندگی، استحکام لایه برداری و چسبندگی را نمی توان به طور مستقل تغییر داد. با افزایش وزن مولکولی، استحکام چسبندگی لایه چسب افزایش می یابد و چسبندگی کاهش می یابد، به دلیل افزایش دمای انتقال شیشه ای . با این حال، قدرت لایه برداری از حداکثر عبور می کند. در وزن‌های مولکولی پایین، چسبندگی به اندازه‌ای بالاست که چسبندگی خوبی به لایه‌ها داشته باشد، اما استحکام چسبندگی پایین است زیرا حلقه‌های زنجیر می‌توانند به راحتی از یکدیگر بلغزند و جدا شدن آسان زیرلایه‌ها را تسهیل می‌کنند. در وزن‌های مولکولی بالا، استحکام چسبندگی بالاست. با این حال، شکنندگی زیاد یا حتی ترد بودن ، چسبندگی به بستر را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. T گرم شکل 10.28). بنابراین، وزن مولکولی چسب های خاص نقش تعیین کننده ای ایفا می کند، اگر چسبی را دوست داشته باشید که به طور دائم بچسبد یا چسبی که بتواند دوباره به راحتی جدا شود.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل. 10.28 . اصل واکنش اتصال عرضی از AcResin ® چسب و اثر بر روی نیروهای چسب و منسجم است.

بنابراین، برای هر کاربرد، وزن مولکولی باید به دقت کنترل شود. بنابراین چسب ها از پلیمرهای با زنجیره بلند تشکیل شده اند که اغلب حاوی گروه های عاملی برای تعامل با سطح هستند. برای به دست آوردن سیستم های با وزن مولکولی بالا می توان از پلیمرهای پیش ساخته مانند ترموپلاستیک ها استفاده کرد. با این حال، این سیستم ها برای کاهش ویسکوزیته کاربرد به حلال نیاز دارند یا از پلیمرهای ترموست استفاده می شود که از ترکیبات با وزن مولکولی پایین تر و ویسکوزیته کمتر شروع می شوند و پس از اعمال واکنش نشان می دهند. به دلیل نگرانی های زیست محیطی، جایگزین های دیگری در حال ظهور هستند و سیستم های قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش بر روی آنها متمرکز شده اند.

چسب های پرتودهی یا UV-curing برای استفاده از امکانات کاربردی آسان، ویسکوزیته کم، سرعت پخت بالا و در عین حال حذف همزمان اختلاط، پخت حرارتی و همچنین حلال ها ایجاد شده اند. 46استفاده از چسب های قابل پخت با اشعه ماوراء بنفش محدود به کاربردهایی است که فقط سطح یک بستر باید با چسب پوشانده شود یا زمانی که چسب باید بین لایه ها عمل کند، از مواد شفاف استفاده می شود.

نمونه هایی از کاربردهایی که فقط یک طرف آن روکش شده است برچسب ها هستند47. در اینجا اغلب از چسب های حساس به فشار (PSA) استفاده می شود که با فشار بسیار کمی می توان بسترها را به هم وصل کرد. PSA را می توان از محلول های حلال، پراکندگی یا مذاب داغ استفاده کرد. آنها انعطاف پذیری خوب، چسبندگی دائمی و قدرت لایه برداری را نشان می دهند. درمان با اشعه ماوراء بنفش ده سال است که در این کاربردها استفاده می شود.

سیستم‌های قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش را می‌توان در ویسکوزیته‌های کم بدون حلال اعمال کرد، با این حال سیستم‌های UV معمولی بسیار سریع به شبکه‌های شبکه‌ای با وزن مولکولی بسیار بالا واکنش نشان می‌دهند و کنترل وزن مولکولی دشوار است.

با این حال، عاملدار مولکول پلیمرهای با وزن مولکولی نسبتا کم با نوع انتزاع هیدروژن نوری، مانند بنزوفنون، بقایای ویسکوزیته در سطح نسبتا پایین و وزن مولکولی ساخت تا به راحتی می توان توسط UV کنترل چگالی انرژی ( شکل 10.29 ).

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل. 10.29 . شیمی از واکنش اتصال عرضی از AcResin ® چسب.

هنگامی که این acResins تجاری در دسترس ® (BASF) به مقدار زیادی از نور UV قرار، تعداد زیادی از گروه های عکس واکنش فعال می شود و تعداد زیادی از اوراق قرضه اتصال عرضی بین پلیمرهای ایجاد شده است. این باعث می شود چسب در داخل چسبندگی بیشتری داشته باشد و در نتیجه چسبندگی کمتری به سطوح دیگر داشته باشد، به این معنی که برچسبی که به این روش کار می شود راحت تر پاک می شود بدون اینکه هیچ گونه باقیمانده ای باقی بماند.

در مقابل، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش کمتر منجر به پیوند کمتر بین پلیمرها می شود. اگر اکنون برچسب برداشته شود، زنجیره های پلیمری تمایل دارند راحت تر از پیوندهای بین برچسب و سطحی که به آن چسبیده است جدا شوند. برچسب محکم می ماند تا زمانی که پاره شود. بقایای چسب یا حتی مناطق بزرگی از برچسب پشت آن باقی می‌ماند و به عنوان مثال، خرده‌فروشان را قادر می‌سازد تا تشخیص دهند که چه زمانی برچسب دستکاری شده است.

کاربرد چنین آکریلات های UV برای نوارهای چسب با تجهیزات تولید مناسب به منظور دستیابی به سرعت خط پوشش حداقل 350 متر در دقیقه روی PET با ضخامت پوشش بین 20 تا 80 میکرومتر تطبیق داده شده است . 48

اخیراً پلی اورتان PSA قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش در آب بر اساس مفهومی مشابه حاوی بنزوفنون در ستون فقرات نیز توصیف شده است.49

چسب های ساختاریبسیاری از کاربردهای اتصال که قبلاً تحت تسلط تکنیک‌های اتصال فلز بودند را به خود اختصاص داده‌اند، زیرا آنها بارها را در سطوح وسیع‌تری توزیع می‌کنند و مجموعه‌های ساخته شده از مواد غیر مشابه مانند پلاستیک، آلومینیوم یا فولاد را به هم می‌پیوندند. شیمی مورد استفاده برای این چسب ها بر اساس اپوکسی ها، سیلیکون ها ، سیانواکریلات ها و اکریلیک ها است. سیلیکون ها کمترین استحکام پیوند را دارند، اما در محدوده دمایی وسیع ثابت می ماند. رایج ترین اکریلیک های ساختاری یورتان های آکریله و همچنین الاستومرهای آکریله شده هستند.. آنها را می توان با فعال کننده های حرارتی یا با نور UV درمان کرد. مزایای این سیستم ها در فیکسچر آنی، ویژگی های باند بر حسب تقاضا، ناشی از درمان UV نهفته است. آنها استحکام لایه برداری بالا، چقرمگی بالا و در مقایسه با سیانو آکریلات ها مقاومت بهتری در برابر رطوبت و حرارت دارند . علاوه بر این آنها زمان باز طولانی را می دهند و از مشکلات مدیریت سیانواکریلات های قابل درمان با رطوبت رنج نمی برند. قطعات مونتاژ شده را می توان به محض خاموش شدن چراغ جابجا کرد.50

دیسک های نوری و صفحه نمایش . دیسک همه کاره دیجیتال یا دیسک ویدیوی دیجیتال(DVD) از زمان معرفی آن در سال 1997 به عنوان یک رسانه ذخیره سازی داده بسیار محبوب شناخته شده است. دی وی دی ها از 1 یا 2دیسک پلی کربنات ساندویچ شدهبا قطر 8 یا 12 سانتی متر مانند یک سی دی ساخته می شوند. ظرفیت های ذخیره سازی بسته به نوع دیسک از 4.7 گیگابایت (DVD-5) تا 17 گیگابایت (DVD-18) متغیر است. DVD-9 فرمت موفق فعلی برای ضبط و پخش مجدد فیلم و سایر سرگرمی های ویدیویی است. پس از متالیزاسیون ، بسترها با سطوح متالایزه شده در داخل ساندویچ به هم متصل می شوند، معمولاً با استفاده از یک لاک خشک شده با اشعه ماوراء بنفش. باندهای چسبندهلایه باید از نظر نوری شفاف، یکنواخت و با ضخامت مناسب و بدون حباب یا نقص دیگر باشد. عمل آوری UV هیچ مشکلی برای اتصال DVD-5 و DVD-9 ایجاد نمی کند، زیرا تا DVD-9 یک دیسک فلزی نشده است و عمل آوری از طریق این دیسک انجام می شود. پلی کربنات از 180 تا 300 نانومتر به شدت جذب می شود، اما با انتقال تا 60 درصد در بالای 300 نانومتر شفاف می شود. این برای پخت معمولی UV کافی است. با این حال، DVD-10 و DVD-18 حاوی دو دیسک متالایز (آلومینیوم یا سیلیکون) با ضخامت در محدوده 50 نانومتر هستند.شکل 10.3051). تنها حدود 0.1 درصد از اشعه ماوراء بنفش از لایه فلزی عبور می کند، بنابراین برای خشک شدن چسب باید از چگالی انرژی بالا استفاده کرد. با این حال، استفاده از سیستم های پر انرژی ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی در گرمایش و تخریب دیسک شود. گزارش شده است که لامپ های ویژه ای که فقط با نور منعکس شده و فیلتر شده کار می کنند به طور بهینه با طیف جذب آغازگرهای نوری در ناحیه شفاف پلیمر مطابقت دارند و حداقل گرمایش را ایجاد می کنند.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل. 10.30 . طرح دیسک های DVD با ظرفیت های مختلف ذخیره سازی بر اساس لایه های داده Al یا Si.

در DVD-R (قابل ضبط) لایه ضبط حاوی رنگ است. با توجه به الزامات قوی برای کاهش هزینه، نقره خالص به عنوان لایه نیمه شفاف معرفی شده استبه جای آلیاژهای نقره و طلا بنابراین چسب باید با رنگهای ضبط کننده مختلف سازگار باشد، مقاومت در برابر حرارت و خوردگی عالی نقره خالص و رفتار غیر زردی از خود نشان دهد. خوردگی نقره توسط مواد شیمیایی اکسید کننده و همچنین آب ایجاد می شود. بنابراین، چسب های بهبود یافته UV، اغلب آکریلات های یورتان ، باعث کاهش نفوذپذیری مواد شیمیایی و آب می شوند. چسب قابل درمان با اشعه ماوراء بنفش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد برای پاسخگویی به این نیازها در دسترس است (به عنوان مثال، DataShield 6-005، Borden Chemicals).

در حالی که DVD (±R) از لیزر قرمز برای خواندن و نوشتن داده ها استفاده می کند، فرمت جدید به جای آن از لیزر آبی-بنفش استفاده می کند که دیسک Blu-ray نام دارد. 52 شکل 10.31).مزیت استفاده از لیزر آبی-بنفش (405 نانومتر) این است که طول موج کوتاه‌تری نسبت به لیزر قرمز (650 نانومتر) دارد که باعث می‌شود نقطه لیزر را با دقت بیشتری فوکوس کنید و در نتیجه ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها در حدود 25 باشد. گیگابایت/50 گیگابایت برای همان فضای دیسک. بر خلاف یک بستر 1.2 میلی متری ضخامت برای CD یا دو زیرلایه 0.6 میلی متری ضخامت (به هم چسبیده) برای DVD، دیسک پرتو آبی به عنوان یک بستر 1.1 میلی متری قالب گیری می شود. سپس این بستر با یک لایه محافظ به ضخامت 0.1 میلی متر پوشانده می شود که باید تمیز و از نظر نوری خالص باشد. این لایه محافظ به احتمال زیاد به عنوان یک لاک مقاوم در برابر خش مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش در فرآیند پوشش دهی چرخشی استفاده می شود ، اما همچنین می تواند به عنوان یک فیلم پلاستیکی که روی زیرلایه Blue-Ray لمینت می شود، اعمال شود .

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل. 10.31 . طرح دیسک پرتو آبی با پوشش محافظ UV.

Makio Uwaha ، در کتاب رشد بلور (ویرایش دوم) ، 2015

8.4.1 رشد چسب در صورت های خشن

برای رشد چسب ، سطح باید ناهموار باشد، یعنی دما باید بالاتر از دمای زبری صورت باشد. همانطور که در معادله (8.3) دیدیم ، سرعت رشد نرمال V μ نزدیک است.سطح متناسب با فوق اشباع Δ استسایت های پیچ خوردگی از آنجایی که پیچ خوردگی ها در همه جا وجود دارد، Δ μ عملاً در سراسر سطح یکسان است. چنین رابطه خطی بین سرعت رشد و فوق اشباع، V  =  K دلتا میکرون ، مشخصه برای سطوح ناهموار است. بنابراین، ضریب جنبشی K یک کمیت کاملاً مشخص برای سطوح ناهموار است.

خطی بودن برای یک وجه صدق نمی کند زیرا فوق اشباع در سطح یکنواخت نیست و فوق اشباع موضعی در محل رشد بسته به پیکربندی پیچ خوردگی ها (یا مراحل) متفاوت است. برای درک رشد یک سطح وجهی، باید مکانیسم تولید پله ها و حرکت پله ها را در نظر بگیریم که پیچ خوردگی در لبه آن وجود دارد.

Jacob N. Israelachvili ، در نیروهای بین مولکولی و سطحی (ویرایش سوم) ، 2011

21.9 چسبندگی بیوممبران، چسبندگی زیستی

هنگامی که یک قطره مایع روی یک سطح می نشیند، یا زمانی که دو حباب صابون به آن می چسبند، به کره های کوتاه تبدیل می شوند. برای یک قطره روی سطح ( شکل 17.6 )، زاویه تماس θ با معادله یانگ دوپر، معادله داده شده است. (17.23) γ W γ . اثرات مشابه زمانی رخ می دهد که دو کره الاستیک به هم بچسبند، همانطور که توسط نظریه JKR توضیح داده شده است (بخش 17.7از نظر کشش سطحی مایع ، و انرژی چسبندگی (کار چسبندگی) در واحد سطح رابط جامد-مایع ، . در چنین مواردی، مسطح شدن یا پخش شدن مایع بر روی سطح جامد ناشی از چسبندگی، با افزایش سطح مایع، همانطور که توسط کشش سطحی کمیت می‌یابد ، از نظر انرژی مقاومت می‌کند. مساحت افزایش یافته، اما از انرژی الاستیک اجسام در حال تغییر شکل، همانطور که توسط مدول الاستیک آنها تعیین می شود K .

چسب مسطح مرتبط با وزیکول پیوستن ( ارقام 21.13 و 21.16 ) یکی دیگر از ویژگی چسبندگی بین ذره ای، این زمان از ورق های الاستیک، که در آن مخالفت با تراز وسط می آید از ناحیه الاستیک و مدول خم است، ک و K ب . بنابراین، در حالی که برای یک سطح مایع، یک تغییر در سطح آن توسط Δ است که توسط یک سطح آزاد تغییر انرژی همراه گاما Δ ، برای گسترش فضایی کوچک از یک غشای الاستیک این می شود توسط جایگزین12kaΔ A 2 / A o =12ka( A – A o ) 2 / A 0 که در آن A o ناحیه بدون تنش است. در اولین تماس دو وزیکول پیوستن از شعاع اولیه R O ، حجمVo=43πRo3 و منطقه بدون تنش Ao=4πRo2، در حجم آب ثابت V o به سرعت و به طور الاستیک تغییر شکل می دهد تا زمانی که چسبندگی و تنش های الاستیک به تعادل برسد. شرایط تعادل با معادله یانگ دوپر، W = 2 τ (1 – cos θ )، 8 ، که در آن W انرژی چسبندگی (یا کار چسبندگی) در واحد سطح دو سطح غشاء است، به دست می‌آید.τ≈kaΔA/Ao=ka(A−Ao)/Aoکشش غشا است و θ زاویه تماس اندازه‌گیری شده در خارج از وزیکول‌ها همانطور که در شکل‌های 21.13 و 21.16 تعریف شده است . (همچنین به شکل صفحه xxvii مراجعه کنید). دو معادله بالامی توان آن را ترکیب کرد تا زاویه تماس θ بر حسب W و مدول الاستیک ناحیه k a برای تغییر شکل ها در حجم وزیکول ثابت بدست آید:

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 21.16 . تغییر شکل مرتبط با چسبندگی دو وزیکول لسیتین در ابتدا کروی که توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (cryo-TEM) تصویربرداری شده‌اند. با اندازه‌گیری تغییر شکل‌ها، مانند زوایای تماس θ وزیکول‌های چسبنده، می‌توان مدول‌های الاستیک و تنش‌های روی لایه‌ها یا غشاها ( شکل 21.13 را ببینید )، و نیرو و انرژی چسبندگی را با استفاده از معادله‌ها تخمین زد . 21.16-21.18 (بیلی، 1990؛ چیروولو، 1995؛ راماچاندران و همکاران، 2010).

[میکروگرافی با حسن نیت از J. Zasadzinski.]

(21.16a)W=2ka(1−cosθ){(3−cosθ)[2(1+cosθ)1/2(2−cosθ)]2/3−1},

که برای زوایای کوچک θ به خوبی با تقریب

(21.16b)θ≈(16|W|/ka)1/6.

این ممکن است بیشتر نشان داد که دو وزیکول یکسان از اولیه شعاع R O : (1) چسبندگی یا کشش کردن نیروی است F آگهی =πRoW,مستقل از مدول الاستیک، فقط به عنوان برای سفت و سخت حوزه های (undeformable)، و متناسب با است که R O ؛ و (2) کل انرژی چسبندگی در تعادل تماس است

(21.17)Wad≈−W4/3πR2ka-1/3,

(21.18a)or for two vesicles:Wad≈−14W×flattened contact area,and

 

(21.18b)for a vesicle on a flat surface:Wad≈−34W×flattened contact area,

که با کاهش k a افزایش می یابد (منفی تر می شود) . انرژی چسبندگی وزیکول دگردیس بنابراین دیده می شود به خیلی بالاتر از برای سفت و سخت حوزه های (undeformable) که برای آن ک = ∞. برای مقادیر معمولی k a ≈ 100 mJ m- 2 ، زاویه تماس θ از 45 درجه تجاوز می کند زمانی که کار چسبندگی W از 1 mJ m- 2 تجاوز کند.. هنگامی که این اتفاق می افتد، سطح کل هر وزیکول بیش از 2٪ از مقدار اولیه (فرض شده بدون تنش) کشیده می شود. از آنجایی که اکثر دولایه های لیپیدی و غشاهای بیولوژیکی نمی توانند بیش از 2-4٪ بدون پارگی کشیده شوند، این می تواند منجر به پارگی و به دنبال آن ارتباط مجدد وزیکول های ترکیده شود، که یکی از تعدادی مسیرهای مختلف است که وزیکول ها می توانند توسط آن جوش بخورند (به بخش 21.10 مراجعه کنید ). .

وقتی غشاهای چسبنده نفوذپذیر به آب باشند، وضعیت پیچیده تر است. به دنبال مسطح شدن سریع اولیه، آب شروع به نفوذ به بیرون از وزیکول ها می کند که توسط فشار P = 2 τ / R ، به بیرون رانده می ρ o باشد Δρ kT =توسط لایه های دوگانه تحت فشار بر روی آن اعمال می شود. اگر در داخل و خارج وزیکول ها فقط آب خالص وجود داشته باشد، دفع آب به طور نامحدود ادامه می یابد تا زمانی که دولایه ها فرو بریزند و به شکل لاملاهای محکم بسته شده یا به اصطلاح استوانه های حلزونی جمع شوند. اما اگر محلول داخلی حاوی یون های الکترولیت غیرقابل نفوذ یا سایر املاح غیر تراوا با غلظت اولیه باشد ، آب پس از رسیدن فشار اسمزی Δ، انتشار به بیرون را متوقف می کند.ρokT(Vo−V)/Vبرابر است با P = 2 τ / R. بنابراین، یک تعادل جدید برقرار می شود که در آن حجم وزیکول V اکنون کمتر از حجم اولیه V o است و در آن انرژی چسبندگی حتی بالاتر از معادله داده شده است. (21.17) ، که در حال حاضر به طور قابل توجهی بزرگتر از کره های صلب (تغییر ناپذیر) است. جالب توجه است، در غلظت های فیزیولوژیکی الکترولیت ρ o تنها یک کاهش کوچک در حجم آب منجر به تغییر زیادی در فشار اسمزی می شود، به طوری که تغییر شکل و انرژی چسبندگی به طور موثر در حجم داخلی ثابت است.

در حالی که معادلات بالا ممکن است به طور رسمی صحیح باشند، وضعیت در عمل بسیار پیچیده تر است. اول، یک درمان کامل باید شامل تغییرات انرژی خمشی در طول تغییر شکل وزیکول نیز باشد. و - همانطور که قبلاً دیدیم - هر دو رژیم خمش نرم و سخت وجود دارد. دوم، ما همچنین دیده‌ایم که با کشش دولایه‌ها، انرژی چسبندگی آنها، W ، به دلیل افزایش جاذبه آبگریز افزایش می‌یابد. بنابراین، به طور کلی، ما نمی توانیم فرض کنیم که W مستقل از τ استاوستوالد در حال رسیدنوا 0 ، که به مراتب بیش از (متوسط) انرژی به ازای هر مولکول زمانی که دو وزیکول به سادگی پایبند، - W آگهی 0 / 8π R 2 ، که در آن W آگهی توسط معادله داده شده است. (21.17) .

اصطلاح bioadhesion را پوشش می دهد بسیار بیشتر از چسبندگی غشاهای زیستی؛ همچنین چسبندگی (و اغلب انسجام) بافت‌ها، غضروف به استخوان، چسب‌های جراحی، چسب‌های دندان، گکوها به دیوارها و سقف‌ها، پاهای صدف یا پلاک‌ها به سطوح سنگ و غیره را پوشش می‌دهد - زمینه‌ای که خارج از محدوده این موضوع است. کتاب. شکل 21.17برخی از بازآرایی ها را نشان می دهد که در هنگام چسبیدن سطوح یا بافت های بیولوژیکی به بسترها یا به یکدیگر رخ می دهد. نیروهای چسبندگی ایجاد شده ممکن است بسیار زیاد باشد، حتی زمانی که فقط واندروالس یا پیوندهای H غیرکووالانسی درگیر باشند. توجه به این نکته مهم است که یک نیروی چسبندگی مؤثر (کشش) بالا لزوماً به معنای سطح ترمودینامیکی یا انرژی سطحی بالا نیست : یک منطقه تماس مولکولی که بالاتر از ناحیه پیش بینی شده است، همانطور که درشکل 17.11(d) و 17.17(b) شکل 17.11 شکل 17.17 ، می تواند نیروی چسبندگی بالایی ایجاد کند، همانطور که یک بستر یا بافت سفت و سخت که لایه چسب را پشتیبانی می کند، مانند شکل 17.2 . همچنین، هنگامی که یک نیروی اصطکاک بالا در جهت کشش حل شود، می‌تواند باعث ایجاد نیروی چسبندگی/کشش بالا نیز شود، پدیده‌ای که به عنوان چسبندگی اصطکاکی شناخته می‌شود(مشکل 21.7 را ببینید).

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 21.17 .بازآرایی‌های سطحی مرتبط با چسبندگی سطوح بیولوژیکی (مثلاً پروتئین) در هوا (چپ) و آب (راست). چسبندگی برگشت پذیر قوی ژکوها به سطوح نمونه ای از موارد قبلی است. چسبندگی صدف ها به سطوح سنگ در آب دریا نمونه ای از دومی است. گروه های آمینو اسیدی که قبل از تماس پروتئین ها در معرض هوا یا آب قرار می گیرند، ● آبگریز (سمت چپ) یا آب دوست ○ (راست) خواهند بود. پس از تماس، گروه‌های مختلف سعی می‌کنند به گونه‌ای مرتب شوند که اهداکنندگان پیوند H با گیرنده‌ها، کاتیون‌ها (گروه‌های پایه) با آنیون‌ها (گروه‌های اسیدی) و گروه‌های آبگریز با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این بازآرایی ها می تواند آنی باشد یا زمان زیادی (دقیقه تا ساعت) طول بکشد که در طی آن ساختار پروتئین تغییر می کند و چسبندگی افزایش می یابد.اثرات مشابه زمانی رخ می دهد که پروتئین های منفرد به سطوح متصل یا جذب شوند.

T. Nishikawa , ... M. Shimomura , in Studies in Surface Science and Catalysis , 2001

3.2 تشخیص سطوح با الگوی ریز توسط سلولهای کبدی

روی سطوح چسبنده سلولی مانند صفحه شیشه ای، شکل سلول های کبدی به طور کامل در همه جهات کشیده شده است ( شکل 3 (الف) 1 ، شکل گرد خود را حفظ کردند و توده‌های سلولی (کره‌ها) را تشکیل دادند ( شکل 3 (ب) ). این نشان داد که لایه‌های مسطح کوپلیمر 1 چسبندگی کمتری به سلول‌های کبدی دارند. سلول های کبدی بر روی یک بستر میکروالگو که تمام سطح آن با فیلم-1 (substrate-1) پوشیده شده بود، کشت داده شدند. با استفاده از فیلم-2، ما یک سطح میکروالگوی جدید ساختیم که از مناطق کم چسب تشکیل شده بود (یک فیلم لانه زنبوری از کوپلیمر 1). سلول‌های کبدی که روی لایه‌های مسطح کوپلیمر کشت شدند ) و مناطق با چسبندگی زیاد (سطح در معرض یک صفحه شیشه ای) (substrate-2).

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 3 . تصاویر میکروسکوپ کنتراست فاز از سلول‌های کبدی که روی بسترهای مختلف کشت داده شده‌اند، (الف) صفحات شیشه‌ای، (ب) فیلم‌های مسطح کوپلیمر 1، (ج) بستر-1. و (د) بستر-2. میله: 20  میلی متر

سلول‌های کبدی به‌طور ضعیفی به سوبسترای 1 چسبیده‌اند و شکل‌های گردی از خود نشان می‌دهند مشابه سلولهای کبدی مشاهده شده بر روی لایه های مسطح کوپلیمر I هستند ( شکل 3 (c) ). از سوی دیگر، سلول های کبدی به شدت به سوبسترا-2 چسبیده بودند و به طور گسترده پخش شدند ( شکل 3 (d) ). این نشان می دهد که سطح شیشه ای که از منافذ ریز فیلم-2 ظاهر می شود به طور قابل توجهی بر چسبندگی سلول های کبدی تأثیر می گذارد. بنابراین سلول های کبدی تفاوت در پوشش سطح این دو بستر را تشخیص می دهند.

جان ریک ، در علم و فناوری رابط ، 2018

7.1.1 الهام زیستی از صدف ها و شیمی کاتکول

طراحی چسب‌هایی که چسبندگی قوی در زیر آب ایجاد می‌کنند، یک چالش بزرگ برای صنعت است. با توجه به مکانیسم چسبندگی که صدف ها برای چسبیدن به مجموعه بزرگی از مواد (سنگ، چوب) در زیر آب و در حضور نیروهای برشی قوی استفاده می کنند، راه حل های ممکن را می توان از الهام زیستی یافت.

خالص‌سازی و تجزیه و تحلیل ترکیبات پروتئینی بایسوس Mytilus edulis ، مجموعه‌ای سلسله مراتبی از پروتئین‌ها، Mefps را نشان داد که به شدت به یکدیگر می‌چسبند.

Mefps در حد فاصل بین بایسوس و بستر جامدی که صدف به آن می‌چسبد با فراوانی دو اسید آمینه خاص مشخص می‌شود: l- lysine (با pKa نزدیک به 9 برای گروه آمینه آن، pH آب دریا نزدیک است. تا 8) و یک آمینو اسید غیرطبیعی ، 3،4-دی هیدروکسی فنیل آلانین ( l- DOPA)، که از هیدروکسیلاسیون آنزیمی کاتالیز شده L- به طور طبیعی در دسترس است-تیروزین این دانش منشأ یک حوزه تحقیقاتی گسترده است که هدف آن توسعه چسب ها و هیدروژل های جدید با خواص مکانیکی کنترل شده است .

در واقع، l- 3+ را ارائه می دهند .-DOPA عضوی از مولکول های حامل کاتکول است. کاتکول ها (مشتقات 1،2-دی هیدروکسی بنزن) مجموعه وسیعی از واکنش های پیوند متقابل با آمین ها، تیول ها و کاتیون های فلزی، اساساً با آهن را ارائه می دهند.این کاتیون‌ها می‌توانند گروه‌های کاتکول مجاور را نه تنها از طریق شیمی هماهنگی، بلکه از طریق یک مکانیسم کووالانسی به دلیل امکان توسط Fe 3+ هم پیوند دهند [4] . گروه‌های ارتو هیدروکسیل کاتکول‌ها در چسبندگی به سطح اکسید فلز بسیار کارآمدتر از همتایان متا یا پارا خود هستند [5] .برای اکسید کردن کاتکول ها به کینون ها

تطبیق پذیری شیمی قابل تحمل توسط کاتکول ها منشأ کارایی آن به عنوان یک ماده چسبنده است: بسته به محیط (pH، پتانسیل اکسیداسیون و کاهش ، حضور کاتیون های فلزی) و نوع بستر، هماهنگی یا ردوکس- شیمی کووالانسی مسیرهای شیمیایی اصلی منتهی به چسبندگی خواهد بود. پایداری کمپلکس‌های Fe(III)-کاتکول بسیار بالا است، با ثابت‌های میل ترکیبی مرتبه 10 . استوکیومتری از مجتمع های کاتکول آهن است وابسته به PH با غلبه مجتمع monodentate در pH پایین، غلبه مجتمع سه دندانهای در pH بالاتر از 7، و مجتمع های bidentate در pH متوسط 34 -10 37 [6] [7] .

هنگامی که pH محلول از PH  3 به 7.5 افزایش یابد، قدرت چسبندگی کاتکول ها به اکسیدهای فلزی به میزان قابل توجهی بیش از 95٪ کاهش می یابد . چنین کاهش شدیدی در استحکام چسبندگی به دلیل اکسید شدن بخش کاتکول در یک کینون است [8] ، که قادر به ایجاد مرزهای هماهنگی با اتم های فلز در سطح اکسید نیست.

جزئیاتی که با استفاده از آن Mefp5، موجود در رابط byssus-substrate و حاوی 30٪ l -DOPA در کسر مولی، به بسترهای جامد می‌چسبد، با جزئیات زیادی با استفاده از دستگاه نیروی سطحی (SFA) مورد بررسی قرار گرفته است (به فصل 2.7.1 مراجعه کنید). ). در یک پیکربندی نامتقارن با Mefp5 جذب در میکا، در حضور یک راه حل در pH  =  2.6 و 100  میلی متر در قدرت یونی، نیروی چسبندگی با سطح میکا بکر برای افزایش با زمان تعامل از E پیدا شد آگهی  =  -9  ژول  m- 2 بلافاصله پس از تماس با E ad  =  -13.7  mJ  m- 2 پس از 1  ساعت تماس.

در یک پیکربندی متقارن با Mefp5 جذب شده در هر دو سطح میکا، انرژی چسبندگی به مقدار ثابت -2.5  mJ  m- 2 رسید .

انرژی چسبندگی با افزایش pH برای تمام زمان‌های انتظار کاهش می‌یابد که به دلیل خوداکسیداسیون باقی‌مانده‌های L- DOPA توسط اکسیژن محلول در آب است.

این واقعیت که l- DOPA یک تقویت کننده چسبندگی کارآمد در شکل کاهش یافته آن است با آزمایش های انجام شده در pH  =  2.6 (بدون اتواکسیداسیون) بیشتر ثابت شد و با افزودن NaIO 4 : در 0.6  میلی مولار، انرژی چسبندگی به 0  میلی ژول  متر کاهش می یابد . 2 [9] .

با استفاده از SFA همچنین ثابت شد که Mefps جذب شده روی میکا امکان چسباندن دو ورقه میکا را به صورت برگشت‌پذیر و وابسته به غلظت Fe 3+ به هم می‌دهد [10] . این یافته ها دوباره نشان می دهد که مکانیسم های استفاده شده توسط Mefps برای اجازه دادن به چسبندگی قوی به پارامترهای فیزیکوشیمیایی در محیط بستگی دارد.

بی مهرگان دریایی تقریباً فقط از مواد آلی برای ساختن مواد باربر استفاده می کنند، مانند آرواره های Glycera dibranchiata (یک کرم خونی) یا منقار ماهی مرکب .

بررسی دقیق فک های گلیسرا GPa . علاوه بر این، این مقدار تقریباً مستقل از وجود آب است که تقریباً با تمام مواد آلی در تقابل است [11] [12] .نشان می دهد که حاوی نسبت بالایی (60 تا 70 درصد جرم) ملانین است . خواص مکانیکی آن که با نانو فرورفتگی کاوش شده است ، با مقادیر مدول تقریباً 5 قابل توجه است  . نکته جالب این است که ملانین ها (از کلمه یونانی به معنای ماده سیاه) نیز محصولات اکسیداسیون کاتکول ها و کاتکول آمین ها هستند.

حتی ساختارهای قابل توجه تری نیز وجود دارد، به عنوان مثال، در Aglaophenia latirostris (یک هیدرووئید)، با استفاده از ترکیبی از کیتین (10٪)، پروتئین های دیگر (17٪)، و ملانین (60٪) برای تولید مواد بسیار قوی. سانتی متر -1 ) آهن به شکل آهن (III) -l- نیز وجود دارد [13] .کمپلکس های DOPA همانطور که با استفاده از طیف سنجی رزونانس رامان نشان داده شده است (باندهای ارتعاشی مشخصه در 500-650