ステンレス鋼の滑りやすい表面の作製と高温の反付着挙動
Summary
滑りやすい路面では、接着の問題を解決する新しい方法を提供します。このプロトコルでは、高温で滑りやすいサーフェスを作成する方法について説明します。結果は、滑りやすい路面が反湿潤液体や高温で柔らかいティッシュの驚くべき癒着防止効果を示したことを示します。
Abstract
高温抵抗耐表面電気外科的器具、エンジン、およびパイプラインの潜在的な用途があります。典型的な反濡れ超撥水表面は、高温の液体にさらされると簡単に失敗します。最近、ウツボカズラ-インスピレーションの滑りやすい路面接着の問題を解決する新しい方法を示した。滑りやすい表面に潤滑層反発材料と表面構造間の障壁として使用できます。しかし、以前の研究で滑りやすい路面はほとんど高温抵抗を示した。ここでは、高温耐滑りの準備のためのプロトコルについて述べる。フォトリソグラフィによる方法は、ステンレス鋼の柱構造を作製する使用されました。生理食塩水で表面による、滑りやすい表面はシリコン オイルを追加することによって準備されました。準備された滑りやすい表面、水の反ぬれ性を維持は、表面で 300 ° C に加熱したときにもまた、滑りやすい表面は偉大な癒着防止に及ぼす高温で軟部組織を展示しました。このタイプのステンレス鋼の滑り面には、医療機器、機械設備などのアプリケーションがあります。
Introduction
高温液体や軟部組織で使用するため抗接着面は電気外科的器具で潜在的な広範な応用のためかなりの関心を受けているエンジン、パイプライン等1,2,3,4. 材料表面、特に超撥水表面は優れた反湿潤能力およびセルフ クリーニング特性5のための理想的な選択肢と見なされます。超撥水表面で反ぬれ性は、表面の構造でロックされた空気に帰されるべき。しかし、キャシー バクスター状態6,7だから、超撥水状態は安定しました。また、高温反液滴のぬれはヴェンツェル状態8キャシー バクスターから濡れ状態転移のために失敗します。この濡れ転移は、その場所の空気をロックに失敗した結果、構造体に小さな液滴濡れによって誘導されます。
最近では、食虫植物では、ウツボカズラの peritome の滑りやすい性質に触発さウォンら報告表面構造の9,10 に潤滑剤を注入することによって滑りを構築する概念 ,11。毛管力による構造は、超撥水表面上のロックされた空気のポケットと同様の場所で潤滑剤をしっかりと保持できます。したがって、潤滑剤及び表面構造は、安定した固体/液体表面を形成できます。複合表面上の液滴が非常に低い接触角ヒステリシスだけで簡単に、スライドできる潤滑剤に表面構造に対する優遇親和性がある場合 (例えば、 ~ 2 °)12。この潤滑層に顕著な反濡れ機能13、医療14,15の大きな可能性を示す表面ができます。ただし、滑りに関する先行研究では、主に常温または低温でのアプリケーションのための準備に焦点を当てた。高温耐滑りの準備に非常にほとんどの研究がありません。たとえば、張らは、潤滑剤の急速な蒸発が急速にでも少し高温16で滑りやすい特性の障害を引き起こすことを示した。
高耐熱性で滑りやすい路面はアプリケーションのポテンシャルを広げることができます。たとえば、液体障壁として電気楽器のヒントに軟部組織の付着を減少に使用できます。外科手術中に重度軟部組織癒着は電気楽器のヒントの高温のため発生します。ヒント17,18,19周辺の軟部組織を涙の機器の先端に付着する原因と、軟部組織を炭化できます。電気計測器の先端に付着の軟部組織操作に悪影響を及ぼす作用も止血19,20の失敗を引き起こす可能性があります.これらの効果は、人々 の健康と経済的利益を著しく損います。したがって、電気外科的器具に軟部組織の付着の問題の解決は、非常に緊急です。実際には、滑りやすい路面は、この問題を解決する機会を提供しています。
ここでは、高温で利用できる滑りやすい表面を作製するためのプロトコルを提案する.ステンレス鋼の高温抵抗表面材として抜擢。ステンレス鋼は、フォトリソグラフィ シスト化学エッチングによって荒くだった。その後、表面修飾と生体適合性材料、生理食塩水オクタデシルトリクロロシラン (OTS)21,22,23,24だった。滑りやすい路面は、シリコーン オイルを追加することによって準備されました。これらの材料は、高耐熱性を達成するために滑りやすい表面を有効にします。高温と軟部組織の癒着防止効果でアンチのぬれ性を調べた。結果は、高温で癒着防止問題を解決するために滑りやすい路面を使用しての可能性を示します。
Protocol
Representative Results
Discussion
本稿では細部の高温耐滑りやすい表面を製造するためのプロトコル。私たちの準備された表面の滑りやすいプロパティは、水滴の簡単な滑り挙動を観察することによって示されました。その後、高温の表面に水滴を付着することによって異なる高温で準備された滑りやすい表面の反湿潤を調べた。それで 300 ° C 以上に加熱したときにも準備された滑りやすい表面は、滑りやすいプロパティを…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この仕事は、中国の国家自然科学基金 (許可番号 51290292) によって支えられた、また博士課程の学生のための学術の卓越性基盤の機械製造及びオートメによって支えられました。
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 |
References
- Liu, Y., Chen, X., Xin, J. H. Can superhydrophobic surfaces repel hot water?. J Mater Chem. 19 (31), 5602-5611 (2009).
- Urata, C., Masheder, B., Cheng, D. F., Hozumi, A. A thermally stable, durable and temperature-dependent oleophobic surface of a polymethylsilsesquioxane film. Chem Commun. 49, 3318-3320 (2013).
- Daniel, D., Mankin, M. N., Belisle, R. A., Wong, T. -. S., Aizenberg, J. Lubricant-infused micro/nano-structured surfaces with tunable dynamic omniphobicity at high temperatures. Appl Phys. Lett. 102 (23), 231603 (2013).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Zhang, D. Anti-adhesion effects of liquid-infused textured surfaces on high-temperature stainless steel for soft tissue. Appl Surf Sci. 385, 249-256 (2016).
- Barthlott, W., Neinhuis, C. Purity of the sacred lotus,or escape from contamination in biological surfaces. Planata. 202 (1), 1-8 (1997).
- Feng, L., et al. Super-hydrophobic surfaces: from natural to artificial. Adv Mater. 14 (24), 1857-1860 (2002).
- Li, X. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chem Soc Rev. 36 (8), 1350-1368 (2007).
- Roach, P., Shirtcliffe, N. J., Newton, M. I. Progess in superhydrophobic surface development. Soft Matter. 4, 224-240 (2008).
- Park, K. C., et al. Condensation on slippery asymmetric bumps. Nature. 531 (7592), 78-82 (2016).
- Wong, T. S., et al. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature. 477 (7365), 443-447 (2011).
- Chen, H., et al. Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata. Nature. 532 (7597), 85-89 (2016).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Ran, T., Zhang, D. Transparent self-cleaning lubricant-infused surfaces made with large-area breath figure patterns. Appl Surf Sci. 355, 1083-1090 (2015).
- Lafuma, A., Quéré, D. Slippery pre-suffused surfaces. EPL. 96, 56001 (2011).
- Epstein, A. K., et al. Liquid-infused structured surfaces with exceptional anti-biofouling performance. P Natl Acad Sci USA. 109 (33), 13182-13187 (2012).
- MacCallum, N., et al. Liquid-infused silicone as a biofouling-free medical material. ACS Biomater Sci Eng. 1, 43-51 (2015).
- Zhang, J., Wu, L., Li, B., Li, L., Seeger, S., Wang, A. Evaporation-induced transition from Nepenthes pitcher-inspired slippery surfaces to lotus leaf-inspired superoleophobic surfaces. Langmuir. 30 (47), 14292-14299 (2014).
- Sutton, P. A., Awad, S., Perkins, A. C., Lobo, D. N. Comparison of lateral thermal spread using monopolar and bipolar diathermy the Harmonic Scalpel™ and the Ligasure™. Brit J Surg. 97 (3), 428-433 (2010).
- Koch, C., Friedrich, T., Metternich, F., Tannapfel, A., Reimann, H. P., Eichfeld, U. Determination of temperature elevation in tissue during the application of the harmonic scalpel. Ultrasound Med Biol. 29 (2), 301-309 (2003).
- Sinha, U. K., Gallagher, L. A. Effects of steel scalpel, ultrasonic scalpel, CO2 laser, and monopolar and bipolar electrosurgery on wound healing in guinea pig oral mucosa. Laryngoscope. 113 (2), 228-236 (2003).
- Lee, J. H., Go, A. K., Oh, S. H., Lee, K. E., Yuk, S. H. Tissue anti-adhesion potential of ibuprofen-loaded PLLA-PEG diblock copolymer films. Biomaterials. 26 (6), 671-678 (2005).
- Ding, J. N., Wong, P. L., Yang, J. C. Friction and fracture properties of polysilicon coated with self-assembled monolayers. Wear. 260 (1-2), 209-214 (2006).
- Kulkarni, S. A., Mirji, S. A., Mandale, A. B., Vijayamohanan, K. P. In vitro stability study of organosilane self-assemble monolayers and multilayers. Thin Solid Films. 496, 420-425 (2006).
- Meth, S., Savchenko, N., Viva, F. A., Starosvetsky, D., Groysman, A., Sukenik, C. N. Siloxane-based thin films for corrosion protection of stainless steel in chloride media. J Appl Electrochem. 41 (8), 885-890 (2011).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Zhang, Y., Zhang, D., Jiang, L. Stable slippery liquid-infused anti-wetting surface at high temperatures. J Mater Chem A. 4 (31), 12212-12220 (2016).
- Smith, J. D., et al. Droplet mobility on lubricant-impregnated surfaces. Soft Matter. 9 (6), 1772-1780 (2013).
- Tran, T., Staat, H. J. J., Prosperetti, A., Sun, C., Lohse, D. Drop impact on superheated surfaces. Phys Rev Lett. 108 (3), 036101 (2012).
- Donzelli, J., Leonetti, J. P., Wurster, R. D., Lee, J. M., Young, M. R. I. Neuroprotection due to irrigation during bipolar cautery. Arch Otolaryngol. 126 (2), 149-153 (2000).
