Voorbereiding en hoge-temperatuur-Anti-adhesie gedrag van een glad oppervlak op roestvast staal
Summary
Gladde oppervlakken bieden een nieuwe manier op te lossen het probleem van de hechting. Dit protocol wordt beschreven hoe het fabriceren van gladde oppervlakken bij hoge temperaturen. De resultaten tonen aan dat de gladde oppervlakken anti-bedplassen voor vloeistoffen en een opmerkelijk effect van het Anti-adhesie op weke bij hoge temperaturen toonde.
Abstract
Anti-adhesie oppervlakken met hoge-temperatuur weerstand hebben een brede toepassing potentieel in elektrochirurgische instrumenten, motoren en pijpleidingen. Een typische superhydrophobic oppervlak van de anti-bedplassen niet gemakkelijk bij blootstelling aan een hoge-temperatuur-vloeistof. Onlangs, Nepenthes-geïnspireerd gladde oppervlakken aangetoond een nieuwe manier op te lossen het probleem van de hechting. Een smeermiddel laag op het gladde oppervlak kan fungeren als een beveiligingsbarrière tussen de afgeslagen materialen en de oppervlakte structuur. De gladde oppervlakken in eerdere studies toonde echter zelden weerstand tegen hoge temperaturen. Hier beschrijven we een protocol voor de bereiding van gladde oppervlakken met hoge-temperatuur-weerstand. Een fotolithografie-bijgewoonde methode werd gebruikt om het fabriceren van pijler structuren op roestvast staal. Door functionalizing van het oppervlak met zoutoplossing, een glad oppervlak opgesteld door siliconenolie toe te voegen. Grootte van de eigenschap van de anti-bedplassen voor water, in het bereid glad oppervlak wordt gehandhaafd, zelfs wanneer het oppervlak werd verwarmd tot 300 ° C. Het gladde oppervlak tentoongesteld ook grote anti-adhesie effecten op weke bij hoge temperaturen. Dit soort gladde oppervlak op roestvast staal heeft toepassingen in medische meetapparatuur, mechanische apparatuur, etc.
Introduction
Anti-adhesie oppervlakken bij hoge temperaturen voor gebruik met vloeistoffen en zachte weefsels hebben belangstelling ontvangen vanwege hun uitgebreide toepassing potentieel in elektrochirurgische instrumenten, motoren, pijpleidingen e.d. 1 , 2 , 3 , 4. Bioinspired oppervlakken, met name superhydrophobic oppervlakken, zijn de ideale keuze beschouwd omwille van hun uitstekende anti-bevochtiging capaciteiten en zelfreinigend eigenschappen5. In superhydrophobic oppervlakken, moet de anti-bevochtiging capaciteit worden toegeschreven aan de vergrendelde lucht in de oppervlakte structuur. De superhydrophobic staat is echter instabiel omdat het in de Cassie-Baxter staat6,7. Ook bij hoge temperaturen, kan de anti-bedplassen voor vloeibare druppeltjes mislukken als gevolg van de overgang van de bevochtiging-staat van de Cassie-Baxter naar de Wenzel staat8. Deze overgang bevochtiging wordt veroorzaakt door kleine vloeibare druppel bedplassen in de structuren, wat resulteert in het falen om te vergrendelen van de lucht in de plaats.
Onlangs, geïnspireerd door de gladde eigenschappen van de peritome van de werper plant, Nepenthes, Wong et al. rapporteerde een concept voor de bouw van gladde oppervlakken door infusie van een smeermiddel in de oppervlakte structuren9,10 ,11. Als gevolg van de capillaire werking, kunnen de structuren het smeermiddel stevig op zijn plaats, net als in de vergrendelde air zak op superhydrophobic oppervlakken houden. Dus, het smeermiddel en oppervlakte structuren kunnen vormen een stabiel oppervlak van solid/vloeistof. Wanneer het smeermiddel een preferentiële affiniteit voor de oppervlaktestructuur heeft, de vloeibare druppel op het samengestelde oppervlak gemakkelijk, met slechts een zeer laag contacthoek hysteresis kan schuiven (bijvoorbeeld ~ 2 °)12. Dit glijmiddel laag maakt het ook mogelijk het oppervlak dat opmerkelijk anti-bevochtiging mogelijkheden13, waaruit blijkt groot potentieel voor medische hulpmiddelen14,15. Echter de vorige studies op gladde oppervlakken voornamelijk gericht op de voorbereiding voor toepassing op kamertemperatuur of lage temperaturen. Er zijn weinig studies over de voorbereiding van gladde oppervlakken met hoge-temperatuur-weerstand. Zhang et al. blijkt bijvoorbeeld dat de snelle verdamping van smeermiddel snel het mislukken van de gladde eigenschap op zelfs iets hoge temperaturen16 veroorzaakt.
Gladde oppervlakken met hoge-temperatuur weerstand kunnen verbreden de toepassing potentiële; bijvoorbeeld, ze bruikbaar als vloeibare belemmeringen te verminderen van weke delen hechting op elektrochirurgische instrument tips. Tijdens de operatie, ernstige weke hechting treedt op vanwege de hoge temperatuur van de elektrochirurgische instrument tips. Het zachte weefsel kan worden verkoold, waardoor het zich houden aan het uiteinde van de instrument, die vervolgens de tranen van het zachte weefsel rond de tip17,18,19. Het zelfklevend zachte weefsel op het uiteinde van de elektrochirurgische instrument negatief beïnvloedt de werking en ook het falen van hemostase19,20veroorzaken. Deze effecten worden aanzienlijk Volksgeschiedenis gezondheid en economisch belang schaden. Oplossen van het probleem van de weke delen wrijvingscoëfficiënt elektrochirurgische instrumenten is daarom zeer urgent. In feite, bieden gladde oppervlakken een kans om dit probleem op te lossen.
Hier presenteren we een protocol om gladde oppervlakken beschikbaar bij hoge temperaturen. Roestvast staal werd gekozen als materiaal van het oppervlak vanwege haar hoge-temperatuur-weerstand. Roestvast staal werd door chemische etsen fotolithografie-bijgewoonde geruwd. Vervolgens was het oppervlak met een biocompatibel materiaal, zoute octadecyltrichlorosilane (OTS)21,22,23,24matiemaatschappij. Een glad oppervlak opgesteld door siliconenolie toe te voegen. Deze materialen ingeschakeld het gladde oppervlak om weerstand tegen hoge temperaturen. De eigenschap van de anti-bedplassen bij hoge temperaturen en de effecten van de Anti-adhesie op weke delen werden onderzocht. De resultaten tonen de mogelijkheden voor het gebruik van gladde oppervlakken op te lossen het probleem van de Anti-adhesie bij hoge temperaturen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit manuscript details protocollen voor het fabriceren van een glad oppervlak met de hoge-temperatuur-weerstand. De gladde eigenschap van onze voorbehandelde ondergrond werd aangetoond door het observeren van het gedrag van gemakkelijk-glijden van een druppel water. Daarna werd de anti-bevochtiging van de voorbehandelde gladde ondergrond bij verschillende hoge temperaturen onderzocht door nederlegging van een druppel water op de heet oppervlak. Uit de resultaten blijkt dat het bereid glad oppervlak zijn glad eigenschap g…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de National Natural Science Foundation of China (Grant nr. 51290292) en werd ook ondersteund door de academische uitmuntendheid Stichting van BUAA voor promovendi.
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 |
Referências
- 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).
