[发明专利]胶体材料的分子等离子体沉积

说明书

相关申请

本申请要求于2006年2月27日提交的美国临时申请序列号 60/777,104的优先权，将其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于将电晕放电用来将胶体悬浮分子沉积到 基底(基材，substrate)上的装置和方法。该方法可应用于将有机 和无机化合物，尤其是蛋白质和感兴趣的相关生物学化合物沉积到 所选基底上同时很小或没有丧失(损失，loss)天然结构或活性。

背景技术

对于将生物学活性物质固定到各种基底上同时不会显著改变 功能或期望活性的兴趣日益增加。例如，涂覆抗生素的表面通常通 过浸渍或涂漆工艺制备，这经常导致附着性较差、表面润湿不完全 或粘附较差。

现在已经广泛开发了离子等离子体沉积(IPD)法并将其用于 涂覆工艺，主要目的是产生高粘附性涂层和指定的表面特性。最近 人们已将注意力集中于制备生物相容性的涂覆表面，如那些适于医 用植入物的涂覆表面，其中涂层可增强细胞粘附性，抗微生物涂层 则在避免手术后可能的败血症方面非常重要。

电晕放电是一种为人熟知的现象，在自然界中已长期观察到该 现象，并将其常规用于多种商业和工业过程中，目前其用于臭氧生 成，控制表面产生的电荷和影印中。电晕放电也已用来改良表面， 特别是用于塑料制品以改善表面特性，如在美国专利No.3,274,089 中所描述的。包含液体或粉末状材料的电晕放电的静电涂覆工艺在 美国专利4,520,754中描述为一种涂覆方法。

当流体中一个点处的电势梯度大到足以引起该流体离子化而 使其变得可以导电时，即产生电晕。如果带电体具有尖点，则该点 周围的空气将处于比其他点高得多的梯度。电极附近的空气可被离 子化(部分导电)，而较远区域则不会被离子化。当该点附近的空 气变得可以导电时，则具有增大该导体表观尺寸的效应。由于新的 传导区域不那么尖锐，所以离子化可能不会越过局部区域。在离子 化和导电区域的外部，带电粒子缓慢找到相反带电荷体并被中和。

电晕放电通常涉及两个不对称电极；一个高度弯曲，例如针尖 或小直径金属丝，另一个则曲率较低，例如平板电极或接地电极。 高曲率确保该电极周围的高电势，为产生等离子体作准备。如果几 何形状和梯度使得离子化区域连续形成而非在某一半径处停止，则 可形成完全的传导通路，产生瞬间闪光或连续弧光。

电晕可以为正或负，由高弯曲电极上的电压极性决定。如果弯 曲电极相对于平电极是正的，则存在正电晕；否则电晕是负的。正 负电晕的物理性质显著不同。这种不对称是电子与正电荷离子之间 质量差异较大的结果，其中仅电子具有在常温常压下发生显著程度 离子化非弹性碰撞的能力。

电晕放电系统已用来激活化学化合物，通常用来将电晕放电内 形成的聚合物和可聚合单体沉积到表面上作为保护涂层；如美国专 利No.3,415,683中所描述的。美国专利No.5,733,360中描述了一种 用于化学活化气流(流入硫和氮氧化物以及汞蒸气)的组分的电晕 放电反应器。该反应器设计成通过对多个电晕放电电极施加高电压 脉冲长达100纳秒而脉冲产生电晕。

WO 2006/046003描述了多种涉及利用等离子体的用于涂覆基 底的方法，包括使用低压脉冲的等离子体以引入单体或结合自由基 引发剂的单体从而在合适基底上引发聚合反应。使用大气压分散介 电阻挡层放电组件，在其中引入含有所述单体的雾化液体使得涂层 材料由10至100μm的雾化液滴形成。在WO 03/084682中描述了 使用射频激励电极的大气压辉光放电等离子体发生装置。

WO 02/28548中描述了一种等离子体涂覆装置和方法。在大气 压下，将液体或固体雾化涂层形成材料引入等离子体放电中，且除 含硅单体外，对于有机涂层如聚丙烯酸或全氟化合物非常有用。

电晕效应不总是被认为是有益的，并且事实上可能引起电弧放 电(arcing)或电晕击穿。除了这种击穿，电晕效应可能太强而不 能成功地仅单独地是复杂分子带电。当分子在较高水平离子化时， 它们可能裂解并丧失结合和功能性质。

沉积液体溶液的等离子体中所产生材料的一个缺点是，所存在 的任何溶剂通常均与预期材料一起沉积，形成不需要的结构。对于 大多数在等离子体生成过程中可发生电晕放电的工艺来说，通常是 努力降低电晕效应而非将该效应用作一种沉积技术。

现有技术的缺陷