Comportamento di anti-adesione preparazione e ad alta temperatura di una superficie scivolosa su acciaio inossidabile
Summary
Superfici scivolose forniscono un nuovo modo per risolvere il problema di adesione. Questo protocollo descrive come fabbricare superfici scivolose alle alte temperature. I risultati dimostrano che le superfici scivolose ha mostrato anti-bagnante per liquidi e un notevole effetto di anti-adesione sui tessuti molli ad alte temperature.
Abstract
Superfici di anti-adesione con resistenza a temperatura elevata hanno un’ampia applicazione potenziale in pipeline, motori e strumenti elettrochirurgici. Una tipica superficie superidrofobiche anti-bagnante non riesce facilmente quando esposti ad un liquido ad alta temperatura. Recentemente, Nepenthes-superfici scivolose ispirate ha dimostrato un nuovo modo per risolvere il problema di adesione. Uno strato di lubrificante sulla superficie scivolosa può agire come una barriera tra i materiali respinti e la struttura della superficie. Tuttavia, le superfici scivolose in studi precedenti hanno mostrato raramente resistenza a temperatura elevata. Qui, descriviamo un protocollo per la preparazione di superfici scivolose con resistenza a temperatura elevata. Un metodo di fotolitografia-assistita è stato utilizzato per fabbricare strutture pilastro su acciaio inox. Di funzionalizzazione della superficie con soluzione fisiologica, una superficie scivolosa è stata preparata con l’aggiunta di olio di silicone. La superficie scivolosa preparata mantenuto la proprietà anti-bagnante per acqua, anche quando la superficie è stata riscaldata a 300 ° C. Inoltre, la superficie scivolosa esposte grandi effetti di anti-adesione sui tessuti molli ad alte temperature. Questo tipo di superficie scivolosa su acciaio inossidabile ha applicazioni in dispositivi medici, attrezzature meccaniche, ecc.
Introduction
Anti-adesione superfici ad alte temperature per l’uso con liquidi e tessuti molli hanno ricevuto un notevole interesse a causa della loro vasta applicazione potenziale in strumenti elettrochirurgici, motori, tubazioni ecc. 1 , 2 , 3 , 4. superfici biomimetiche, superfici particolarmente superidrofobi, sono considerati la scelta ideale per la loro eccellente anti-bagnabilità abilità e autopulente proprietà5. In superfici superidrofobiche, la capacità anti-bagnante dovrebbe essere attribuita all’aria bloccata nella struttura superficiale. Tuttavia, lo stato superidrofobiche è instabile, perché è in stato Cassie-Baxter6,7. Inoltre, alle alte temperature, la anti-bagnatura per le goccioline di liquide può fallire a causa della transizione di stato di bagnatura da Cassie-Baxter per il Wenzel statale8. Questa transizione di bagnatura è indotta da bagnante piccola goccia di liquido nelle strutture, che provoca il fallimento per bloccare l’aria in luogo.
Recentemente, ispirato dalle proprietà scivolosa della Periotomo della pianta pitcher, Nepenthes, Wong et al ha segnalato un concetto per la costruzione di superfici scivolose infondendo un lubrificante in strutture superficiali9,10 ,11. A causa della forza capillare, le strutture possono tenere saldamente il lubrificante in luogo, proprio come la tasca di aria bloccata su superfici superidrofobiche. Così, il lubrificante e strutture superficiali possono formare una superficie stabile solido/liquido. Quando il lubrificante ha un’affinità preferenziale per la struttura della superficie, la goccia di liquido sulla superficie del composito può scorrere facilmente, con solo un’isteresi di angolo di contatto molto bassa (ad es., ~ 2 °)12. Questo strato lubrificante consente inoltre la superficie di avere notevoli capacità anti-bagnante13, dimostrando grande potenziale per dispositivi medici14,15. Tuttavia, gli studi precedenti su superfici scivolose focalizzata principalmente sulla preparazione per l’applicazione a temperatura ambiente o basse temperature. Ci sono molto pochi studi sulla preparazione di superfici scivolose con resistenza a temperatura elevata. Ad esempio, Zhang et al hanno mostrato che la rapida evaporazione del lubrificante rapidamente provoca il fallimento della proprietà scivoloso anche leggermente alte temperature16.
Superfici scivolose con resistenza a temperatura elevata possono ampliare l’applicazione potenziale; ad esempio, essi utilizzabile come barriere di liquide per diminuire l’adesione dei tessuti molli a consigli strumento elettrochirurgico. Durante l’intervento chirurgico, adesione di tessuto morbido severo si verifica a causa della temperatura elevata delle punte strumento elettrochirurgico. I tessuti molli possono essere carbonizzati, facendolo aderire all’estremità dello strumento, che poi strappa i tessuti molli intorno il suggerimento17,18,19. Il tessuto molle aderito sulla punta dello strumento elettrochirurgico influenza negativamente il funzionamento ed inoltre può indurre il fallimento di emostasi19,20. Questi effetti danneggiano significativamente la salute delle persone e l’interesse economico. Di conseguenza, risolvendo il problema dell’adesione dei tessuti molli a strumenti elettrochirurgici è molto urgente. Infatti, superfici scivolose offrono l’opportunità di risolvere questo problema.
Qui, presentiamo un protocollo per realizzare superfici scivolose disponibile ad alte temperature. In acciaio inox è stato selezionato come il materiale di superficie a causa della sua resistenza a temperatura elevata. L’acciaio inossidabile è stato irruvidito da incisione chimica fotolitografia-assistita. Quindi, la superficie era funzionalizzata con un materiale biocompatibile, Salina octadecyltrichlorosilane (OTS)21,22,23,24. Una superficie scivolosa è stata preparata con l’aggiunta di olio di silicone. Questi materiali abilitato la superficie scivolosa per ottenere resistenza a temperatura elevata. La proprietà di anti-bagnante ad alte temperature e gli effetti di anti-adesione sui tessuti molli sono stati studiati. I risultati mostrano il potenziale uso di superfici scivolose per risolvere il problema di anti-adesione ad alte temperature.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo manoscritto i dettagli di protocolli per la realizzazione di una superficie scivolosa con resistenza a temperatura elevata. La proprietà scivolosa della nostra superficie preparata è stata dimostrata osservando il comportamento di facile scorrimento di una goccia d’acqua. Quindi, l’anti-bagnatura della superficie scivolosa preparata alle diverse temperature elevate è stata studiata mediante il deposito di una goccia d’acqua sulla superficie calda. I risultati mostrano che la superficie scivolosa preparata mante…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51290292) ed è stato anche sostenuto dalla Fondazione eccellenza accademica di BUAA per studenti di dottorato.
Materials
| Stainless steel | Hongtu Corporation | 316 | Use as received |
| Octadecyltrichlorosilane | Huaxia Reagent | 112-04-9 | Use as received |
| Photoresist | Kempur Microelectronic Corporation | 317S | Use as received |
| Silicone oil | Beijing Chemical Works | 350 cst | Use as received |
| Anhydrous toluene | Beijing Chemical Works | 108-88-3 | Use as received |
| Phosphoric acid (H3PO4) | Tianjin Chemical Corporation | 7664-38-2 | Use as received |
| Hydrochloric acid (HCl) | Tianjin Chemical Corporation | 7647-01-0 | Use as received |
| Ferric chloride (FeCl3) | Tianjin Chemical Corporation | 7705-08-0 | Use as received |
| Optical upright microscope | Olympus | BX51 | |
| Optical stereo microscope | Olympus | SZX16 | |
| High speed camera | Olympus | i-SPEED LT | |
| Ultrasonic cleaner | KUNSHAN ULTRASONIC INSTRUMENTS CO. LTD | KQ-500E | |
| Dynamometer | Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd | HP-5 | |
| Manipulator | Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd | HLD | |
| Hot plate | Shenzhen Jingyihuang Corporation | DRB-1 |
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