Study on Hydrophilicity/Hydrophobicity of Hydrogenated Diamond-Like Carbon Thin Film

Abstract

Тонкі плівки з гідрогенізованого алмазоподібного вуглецю (HDLC) знаходять широке застосування в різноманітних сферах, включаючи біомедичні покриття з бактерицидними властивостями, а також у контексті механічної, електронної та іммобілізації біомолекул. Для покращення поверхневих властивостей тонких плівок HDLC використовуються різні методи: обробку водневою плазмою, електрохімічне гідрування, відпал та іммобілізацію біомолекул. Синтез плівок HDLC містить упереджене посилене зародження (BEN) при змінних швидкостях потоку H2 і CH4 в реактивному газоплазмовому процесі (RGPP). У цьому дослідженні ми досліджували змочуваність як первинних тонких плівок HDLC, так і модифікованих тонких плівок HDLC, використовуючи метод сидячої краплі, вимірюючи контактні кути з рідинами різної фізико-хімічної природи, такими як вода та гліцерин. Вміст sp3 і sp2 HDLC і модифікованих зразків вимірювали Раманівський спектр. Поверхнева енергія зразків продемонструвала незначне збільшення кореляції з вмістом sp3 HDLC та модифікованих зразків HDLC. Примітно, що спостерігалася сильна кореляція між гідрофільністю/гідрофобністю та щільністю співвідношення sp2/sp3 на різних поверхнях HDLC, включаючи готові HDLC, електрохімічно гідрогенізовані (ECHDLC), відпалені поверхні HDLC та білок альбумін (BSA) на гідрогенізованому алмазоподібному вуглеці.

Hydrogenated Diamond-Like Carbon (HDLC) thin films find extensive applications in diverse fields, such as industrial settings, including biomedical coatings with bactericidal properties, as well as in mechanical, electronic, and biomolecule immobilization contexts. To enhance the surface properties of HDLC thin films, various methods are employed, including hydrogen plasma treatment, electrochemical hydrogenation, annealing, and biomolecule immobilization. The synthesis of HDLC films involves biased enhanced nucleation (BEN) under varying H2 and CH4 flow rates in the reactive gas-plasma process (RGPP). In this study, we investigated the wettability of both pristine HDLC thin films and modified HDLC thin films using the sessile drop technique, measuring contact angles with liquids of distinct physicochemical natures, such as water and glycerin. sp3 and sp2 content of the HDLC and modified samples were measured by Raman spectrum. The surface energy of the samples exhibited a slight increase in correlation with the sp3 content of HDLC and modified HDLC samples. Notably, a strong correlation between hydrophilicity/hydrophobicity and the density of the sp2/sp3 ratio was observed across various HDLC surfaces, including as-prepared HDLC, electrochemically hydrogenated (ECHDLC), annealed HDLC surfaces, and surfaces modified through covalent immobilization of Bovine Serum Albumin (BSA) protein onto hydrogenated diamond-like carbon.