30772

پردازش ليزري سطوح مواد مختلف جهت كاهش چسبندگي باكتري (پلي‌كربنات و فولاد ضدزنگ)

دكتري

فيزيك

1400

1402/12/16

دكتري بيژن غفاري، دكتر هديه پازكيان

دكتر محمود ملاباشي

فيزيك

چسبندگي باكتري به سطوح مختلف و تشكيل زيست‌لايه، يك چالش اساسي در سلامت انسان‌ها ايجاد كرده است. به همين دليل، پژوهشگران به دنبال ايجاد سطحي هستند كه باكتري به آن نچسبد و خاصيت ضدباكتري داشته باشد. از بين روش‌هاي ممكن براي تغيير چسبندگي باكتري به سطح، استفاده از ليزر به دليل امكان ايجاد ساختارهاي كنترل‌پذير و هم‌چنين القاء تغييرات شيميايي روي سطح، روشي پربازده به شمار مي‌رود. در اين پژوهش سعي شده است با اصلاح سطح پليمر پلي‌كربنات با ليزر اگزايمر با طول موج 248 نانومتر، ميزان چسبندگي باكتري به آن كاهش چشمگيري داشته باشد و اين پليمر از خود خاصيت ضد باكتري نشان دهد. هم‌چنين در اين پژوهش، اصلاح سطح فولاد ضد زنگ براي كاهش چسبيدن باكتري به آن، با استفاده از ليزر نانوثانيه Nd-YAG انجام شده است. نتايج اين پژوهش نشان داد كه در محدوده شاريدگي بالاتر از آستانه كندگي (80، 90 و mJ/cm2 100) و با تعداد پالس 1000 يا 2000 و هم‌چنين در شاريدگي آستانه كندگي (mJ/cm240) و در تعداد پالس 5000، در نتيجه‌ي شكل‌گيري ساختارهاي سلسله‌مراتبي روي سطح پلي‌كربنات به دنبال پردازش ليزري با ليزر اگزايمر در طول موج 248 نانومتر، سطح تابش‌ديده از خود خاصيت فوق‌آبگريزي و ضدباكتري نشان مي‌دهد. در شاريدگي mJ/cm2 15 (پايين‌تر از شاريدگي آستانه كندگي) و تعداد پالس 15000، نانوساختارهايي روي سطح شكل خواهند گرفت كه باعث زبري در مقياس نانو خواهند شد. اين نانو-زبري‌ها سبب فوق آبدوست شدن سطح خواهند شد. علاوه بر اين، در نتيجه‌ي برهم‌كنش نانوزبري‌ها با باكتري‌ها، ديواره باكتري‌ها پاره خواهد شد و باكتري از بين خواهد رفت. در هيچ كدام از اين آزمايش‌ها، تغييرات شيميايي چشم‌گيري وجود نداشته است. تابش فولاد ضدزنگ به كمك ليزر پالسي نئودميم-يگ در طول موج 1064 نانومتر و در شاريدگي‌هاي مختلف نشان داد كه كمترين چسبندگي باكتري مربوط به نمونه تابش‌ديده در شاريدگي J/cm2 5 (كمي بالاتر از آستانه كندگي) خواهد بود.

1402/12/26

Laser processing of different materials for bacterial adhesion reduction (polycarbonate and stainless steel)

3/6/2025 12:00:00 AM

Adhesion of bacteria to different surfaces followed by bacterial infections, leads to several human-health problems and in some cases even cause death. Therefore, nowadays, researchers focus on the antibacterial surfaces fabrication. Although there are several approaches for antibacterial surfaces fabrication, laser treatment of the surfaces is considered as a high-efficient method due to the ability to different micro and nano scale structures formation and chemical changes induces on the surface. In this thesis, bacterial adhesion rate on polycarbonate surfaces reduced efficiently by a 248 nm excimer laser irradiation of the surface. On the other hand, stainless steel samples were irradiated with a nanosecond Nd-YAG laser for reducing bacterial adhesion rate on the surface. The results of this research showed that with laser treatment of the polycarbonate samples at fluence regime of above the ablation threshold ( 80, 90 and 100 mJ/cm2) with 1000 or 2000 number of laser pulses and also at the ablation threshold fluence (40 mJ/cm2) with 5000 laser pulses, the ablated samples were superhydrophobic and antibacterial due to the hierarchical structures formation on their surfaces. At laser fluence of 15 mJ/cm2 (below the ablation threshold fluence) and with 15000 number of laser pulses, nanostructures formed on the irradiated surface which caused the surface to be the nano-roughened one. This nanostructures formation on the surface leads to enhancing the surface hydrophilicity and reducing the bacterial adhesion on the surface due to the bacteria-nanostructures interaction. It is worth noting that no chemical changes occurred in the mentioned experiments. Nd-YAG laser (1064 nm) treatment of stainless steel samples at different fluences showed that the lowest bacterial adhesion on the sample corresponded to the irradiated sample at the fluence of 5 J/cm2 (above but close to the ablation threshold).

برهم‌كنش ليزر با ماده , پلي‌كربنات , سطح ضدباكتري , فولاد ضدزنگ , ليزر نانوثانيه

Antibacterial surfaces , laser-matter interaction , Nanosecond lasers , Polycarbonate , Stainless steel

sahar sohrabi

bijan ghafary, edieh pazokian