Исследование модифицированных пористых мембран методом атомно-силовой микроскопии

О.А. Коновалова¹, А.Р. Хайдарова¹, Р.Г. Ибрагимов¹, М.Х. Салахов^2,3

¹Казанский национальный исследовательский технологический университет, г. Казань, 420015, Россия

²Академия наук Республики Татарстан, г. Казань, 420111, Россия

³Казанский Приволжский федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

В работе исследованы полимерные мембраны, использующиеся в медицине и биотехнологиях, например в гемодиализе и газоразделении, и их модификация. Объектом исследования служили полисульфоновые пористые мембраны, характеризующиеся воспроизводимыми свойствами и контролируемым размером пор. Модификация мембран проводилась в высокочастотном емкостном разряде низкого давления (18.4 Па) при частоте 13.56 МГц в среде Ar и CF₄ и мощности разряда 1500 Вт. Методом атомно-силовой микроскопии исследована морфология поверхности пористых полисульфоновых мембран до и после их обработки низкотемпературной плазмой. Применяли атомно-силовой микроскоп Solver P47H (NT-MDT) с кантелеверами типа NSG20 в контактном и полуконтактном режимах. Выявлены различия в структуре, измерены и проанализированы феноменологические параметры поверхности (зависимости среднеквадратичной шероховатости поверхности, размаха высот, средней арифметической шероховатости от масштаба сканирования) полисульфоновых мембран до и после плазменной модификации. Установлено, что воздействие высокочастотной плазмой пониженного давления на полисульфоновые мембраны приводит к сглаживанию рельефа их поверхности, что свидетельствует об уменьшении поверхностной пористости этих мембран, и объясняет снижение водопроницаемости и возрастание ее задерживающей способности. Показано, что плазменная обработка улучшает гидрофильные поверхностные свойства внутренних поверхностей полисульфоновых мембран из полых волокон. Установлены значительные изменения в адгезионных характеристиках для контрольных и модифицированных поверхностей полисульфоновых мембран.

Ключевые слова: полисульфоновые мембраны, атомно-силовая микроскопия, пористые мембраны, полые волокна, высокочастотная плазма пониженного давления

Литература

1. Zhao C., Xue J., Ran F., Sun S. Modification of polyethersulfone membranes – A review of methods // Prog. Mater. Sci. – 2013. – V. 58, No 1. – P. 76–150. – doi: 10.1016/j.pmatsci.2012.07.002.

2. Borisov I., Ovcharova A., Bakhtin D., Bazhenov S., Volkov A., Ibragimov R., Gallyamov R., Bondarenko G., Mozhchil R., Bildyukevich A., Volkov V. Development of polysulfone hollow fiber porous supports for high flux composite membranes: Air plasma and piranha etching // Fibers. – 2017. – V. 5, No 1. – P. 2–19. – doi: 10.3390/fib5010006.

3. Bryjak M., Gancarz I., Pozniak G., Tylus W. Modification of polysulfone membranes 4. Ammonia plasma treatment // Eur. Polym. J. – 2002. – V. 38, No 4. – P. 717–726. – doi: 10.1016/S0014-3057(01)00236-1.

4. Gancarz I., Pozniak G., Bryjak M. Modification of polysulfone membranes 1. CO plasma treatment // Eur. Polym. J. – 1995. – V. 35, No 8. – P. 1419–1428. – doi: 10.1016/S0014-3057(98)00240-7.

5. Kim K.S., Lee K.H., Cho K., Park C.E. Surface modification of polysulfone ultrafiltration membrane by oxygen plasma treatment // J. Membr. Sci. – 2002. – V. 199, No 1–2. – P. 135–145. – doi: 10.1016/S0376-7388(01)00686-X.

6. Zhang X., Zhang Sh., Wang Yu., Zheng Yi, Han Yu., Lu Yin. Polysulfone membrane treated with NH-O plasma and its property // High Perform. Polym. – 2017. – P. 1–6. – doi: 10.1177/0954008317737358.

7. Mohammad A.W., Hilal N., Pei L.Y., Amin I.N.H.M., Raslan R. Atomic force microscopy as a tool for asymmetric polymeric membrane characterization // Sains Malays. – 2011. – V. 40, No 3. – P. 237–244.

8. Konovalova O.A., Nalimov D.S., Zamaleev A.Z. Salakhov M.Kh. Biocompatibility investigation of polypropylene endoprosthesis using atomic force microscopy // World Appl. Sci. J. – 2013. – V. 21, No 7. – P. 1089–1095. – doi: 10.5829/idosi.wasj.2013.21.7.2875.

9. Kasper K., Herrmann K.-H., Dietz P., Hansma P.K., Inacker O., Lehmann H.-D., Rintelen Th. Investigation of dialysis membranes with atomic force microscopy // Ultramicroscopy. – 1992. – V. 42–44, Pt. 2. – P. 1181–1188. – doi: 10.1016/0304-3991(92)90421-F.

10. Barzin J., Feng C., Khulbe K.C., Matsuura T., Madaeni S.S., Mirzadeh H.  Characterization of polyethersulfone hemodialysis membrane by ultrafiltration and atomic force microscopy // J. Membr. Sci. – 2002. – V. 237, No 1–2. – P. 77–85. – doi: 10.1016/j.memsci.2004.02.029.

11. Volkov V.V., Ibragimov R.G., Abdullin I.Sh., Gallyamov R.T., Ovcharova A.A., Bildyukevich A.V. Modification of polysulfone porous hollow fiber membranes by air plasma treatment // J. Phys.: Conf. Ser. – 2016. – V. 751, No 1. – Art. 012028, P. 1–5. – doi: 10.1088/1742-6596/751/1/012028.

Поступила в редакцию

01.12.17

Коновалова Ольга Анатольевна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Технологическое оборудование медицинской и легкой промышленности

Казанский национальный исследовательский технологический университет

ул. К. Маркса, д. 68 , г. Казань, 420015, Россия

E-mail:  olga.konovalova@bk.ru

Хайдарова Альбина Ринатовна, студент кафедры «Технологическое оборудование медицинской и легкой промышленности»

Казанский национальный исследовательский технологический университет

ул. К. Маркса, д. 68 , г. Казань, 420015, Россия

E-mail:  xajdarova.alya@bk.ru

Ибрагимов Рустэм Гарифович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологическое оборудование медицинской и легкой промышленности»

Казанский национальный исследовательский технологический университет

ул. К. Маркса, д. 68 , г. Казань, 420015, Россия

E-mail:  modif@inbox.ru

Салахов Мякзюм Халимулович, доктор физико-математических наук, профессор, Президент АН РТ; заведующий кафедрой оптики и нанофотоники

Академия наук Республики Татарстан

ул. Баумана, д. 20, г. Казань, 420111, Россия

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail:  president@kpfu.ru

Для цитирования: Коновалова О.А., Хайдарова А.Р., Ибрагимов Р.Г., Салахов М.Х. Исследование модифицированных пористых мембран методом атомносиловой микроскопии // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 1. – С. 81–88.

For citation: Konovalova O.A., Khajdarova A.R., Ibragimov R.G., Salakhov M.Kh. Studying modified porous medical membranes by atomic force microscopy. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2018, vol. 160, no. 1, pp. 81–88. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.