Comportamento de antipreparação adesão e alta temperatura de uma superfície escorregadia em aço inoxidável
Summary
Superfícies escorregadias fornecem uma nova forma de resolver o problema de aderência. Este protocolo descreve como fabricar superfícies escorregadias em altas temperaturas. Os resultados demonstram que as superfícies escorregadias mostraram antiumectantes para líquidos e um notável efeito antiaderência sobre os tecidos moles em altas temperaturas.
Abstract
Antiaderência, com resistência de alta temperatura tem uma ampla aplicação potencial em gasodutos, motores e instrumentos eletrocirúrgicos. Uma superfície de superhydrophobic antiumectante típica facilmente falha quando expostos a um líquido de alta temperatura. Recentemente, a Nepenthes-inspiradas superfícies escorregadias demonstraram uma nova maneira de resolver o problema de aderência. Uma camada de lubrificante na superfície escorregadia pode atuar como uma barreira entre os materiais repelidos e a estrutura de superfície. No entanto, as superfícies escorregadias em estudos anteriores raramente mostraram resistência de alta temperatura. Aqui, descrevemos um protocolo para a preparação de superfícies escorregadias com resistência de alta temperatura. Um método assistido por fotolitografia foi usado para fabricar estruturas pilar em aço inoxidável. Por funcionalização da superfície com soro fisiológico, uma superfície escorregadia foi preparada pela adição de óleo de silicone. A superfície escorregadia preparada mantida a propriedade antiumectante para água, mesmo quando a superfície foi aquecida a 300 ° C. Além disso, a superfície escorregadia exibiu grandes efeitos de antiaderência sobre os tecidos moles em altas temperaturas. Este tipo de superfície escorregadia em aço inoxidável tem aplicações em dispositivos médicos, equipamentos mecânicos, etc.
Introduction
Antiaderência a altas temperaturas para uso com líquidos e tecidos moles receberam um interesse considerável por causa de sua extensa aplicação potencial em instrumentos eletrocirúrgicos, motores, tubulações, etc. 1 , 2 , 3 , 4. Bioinspirada superfícies, superfícies particularmente superhydrophobic, são considerados a escolha ideal por causa de suas excelentes capacidades de antiumectantes e auto-limpeza propriedades5. Em superfícies superhydrophobic, a capacidade de antiumectante deve ser atribuída ao ar bloqueado na estrutura de superfície. No entanto, o estado superhydrophobic é instável, porque é no estado Cassie-Baxter6,7. Além disso, em altas temperaturas, o antiumectante para gotículas pode falhar devido à transição de estado de umectação de Cassie-Baxter ao estado Wenzel8. Esta transição umectante é induzida pela umectação de pequenas gotículas de líquido em estruturas, que resulta em falha para bloquear o ar no lugar.
Recentemente, inspirado pelas propriedades escorregadias do peritome de planta, Nepenthes, Wong et al relataram um conceito para construir superfícies escorregadias, infundindo um lubrificante para as estruturas de superfície9,10 ,11. Devido a força capilar, as estruturas podem Segure firmemente o lubrificante no lugar, assim como a bolsa de ar bloqueada em superfícies superhydrophobic. Assim, o lubrificante e estruturas superficiais podem formar uma superfície estável de sólido/líquido. Quando o lubrificante tem uma afinidade preferencial para a estrutura de superfície, a gota de líquido na superfície do composto pode deslizar facilmente, com apenas uma histerese do ângulo de contacto muito baixo (por exemplo, ~ 2 °)12. Esta camada de lubrificante também permite que a superfície ter notáveis capacidades antiumectante13, demonstrando o grande potencial para dispositivos médicos14,15. No entanto, estudos anteriores em superfícies escorregadias principalmente focado na preparação para aplicação em temperatura ambiente ou em temperaturas baixas. Existem poucos estudos sobre a preparação de superfícies escorregadias com resistência de alta temperatura. Por exemplo, Zhang et al mostrou que a evaporação rápida de lubrificante rapidamente faz com que o fracasso da propriedade escorregadio no mesmo ligeiramente altas temperaturas16.
Superfícies escorregadias com resistência de alta temperatura podem alargar a aplicação potencial; por exemplo, eles podem servir como barreiras líquidas para diminuir a aderência de tecidos moles para dicas de instrumento eletrocirúrgico. Durante a operação cirúrgica, adesão de tecidos moles graves ocorre devido a alta temperatura das pontas do instrumento eletrocirúrgico. O tecido mole pode ser carbonizado, fazendo-a aderir à ponta do instrumento, que em seguida rasga o tecido mole ao redor da ponta17,18,19. O tecido mole aderido na ponta do instrumento electrocirúrgico influencia negativamente a operação e também pode induzir o fracasso da hemostasia19,20. Estes efeitos significativamente prejudicam a saúde das pessoas e o interesse económico. Portanto, resolvendo a questão da adesão de tecidos moles para instrumentos electrocirúrgicos é muito urgente. Na verdade, superfícies escorregadias oferecem uma oportunidade para resolver este problema.
Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar superfícies escorregadias disponíveis em altas temperaturas. Aço inoxidável foi selecionado como o material de superfície por causa de sua resistência de alta temperatura. O aço inoxidável foi áspera por decapagem química assistida por fotolitografia. Em seguida, a superfície foi acrescida com um material biocompatível, octadecyltrichlorosilane salina (OTS)21,22,23,24. Uma superfície escorregadia foi preparada pela adição de óleo de silicone. Estes materiais habilitado a superfície escorregadia para atingir a resistência de alta temperatura. A propriedade antiumectante em altas temperaturas e os efeitos de antiaderência em tecidos moles foram investigados. Os resultados mostram o potencial do uso de superfícies escorregadias para resolver o problema de antiaderência em altas temperaturas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este manuscrito detalha os protocolos para a fabricação de uma superfície escorregadia com resistência de alta temperatura. A propriedade escorregadia de nossa superfície preparada foi demonstrada por observar o comportamento fácil de deslizamento de uma gota de água. Em seguida, o antimolhamento da superfície escorregadia preparada diferentes temperaturas elevadas foram investigado por depositar uma gota de água sobre a superfície quente. Os resultados mostram que a superfície escorregadia preparada mantida s…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (Grant no. 51290292) e era também apoiado pela Fundação excelência acadêmica de BUAA para alunos de doutoramento.
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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