Forberedelse og høy temperatur anti-vedheft virkemåten til en glatt overflate på rustfritt stål
Summary
Glatte gir en ny måte å løse problemet vedheft. Denne protokollen beskriver hvordan å dikte glatte overflater ved høye temperaturer. Resultatene viser at glatte overflater viste anti-wetting for væsker og en bemerkelsesverdig anti-vedheft effekt på myke vev ved høye temperaturer.
Abstract
Anti-vedheft overflater med høy temperatur motstand har et bredt program i elektrokirurgisk instrumenter, motorer og rørledninger. En typisk anti-wetting superhydrophobic overflate mislykkes lett når de utsettes for en høy temperatur væske. Nylig Nepenthes-inspirert glatte overflater viste en ny måte å løse problemet vedheft. Et smøremiddel laget på glatte overflaten kan fungere som en barriere mellom frastøtt materialer og overflatestruktur. Glatte flater i tidligere studier viste imidlertid sjelden høy temperatur motstand. Her beskriver vi en protokoll for utarbeidelse av glatte overflater med høy temperatur motstand. Klima og jordsmonn-assistert metode ble brukt til å fabrikkere pilar strukturer på rustfritt stål. Av functionalizing overflaten med saltvann, er en glatt overflate utarbeidet av tilføyer silikonolje. Forberedt glatte overflaten vedlikeholdt egenskapen anti-wetting for vann, selv når overflaten var oppvarmet til 300 grader C. Også utstilt den glatte overflaten store anti-vedheft effekter på myke vev ved høye temperaturer. Denne typen glatt overflate på rustfritt stål har programmer i medisinsk utstyr, mekanisk utstyr, etc.
Introduction
Anti-vedheft overflater på høy temperatur for væsker og bløtvev har fått betydelig interesse på grunn av deres omfattende programmet i elektrokirurgisk instrumenter, søkemotorer, rørledninger osv. 1 , 2 , 3 , 4. Bioinspired overflater, spesielt superhydrophobic overflater, anses det ideelle valget på grunn av sine gode anti-wetting evner og selvrensende egenskaper5. I superhydrophobic overflater, bør anti-wetting muligheten tilskrives låst luften i overflatestruktur. Men er superhydrophobic staten ustabilt fordi det er i Cassie-Baxter staten6,7. Også ved høye temperaturer, kan anti-fukting for væskedråper mislykkes på grunn av wetting overgangen fra Cassie-Baxter til Wenzel staten8. Denne wetting overgangen er indusert av små flytende slippverktøy wetting i strukturer, som resulterer i å låse luften i stedet.
Nylig, inspirert av glatte egenskapene for peritome av pitcher anlegget, Nepenthes, Wong et al. rapportert et konsept å konstruere glatte overflater av infusjonen smøremiddel i overflaten strukturer9,10 ,11. På grunn av kapillær kraft rommer fast strukturer smøremiddel på plass, akkurat som den låst luftlomme på superhydrophobic overflater. Dermed kan smøremiddel og overflate strukturer danne en stabile heltrukket og væske overflate. Når smøremiddel har en fortrinnsrett affinitet for overflatestruktur, flytende slippverktøyet på sammensatte overflaten kan skyve enkelt, med bare en svært lav kontakt vinkel hysteresis (f.eks ~ 2 °)12. Dette smøremiddel laget kan også overflaten har bemerkelsesverdig anti-wetting evner13, viser stort potensial for medisinsk utstyr14,15. Men tidligere studier på glatte hovedsakelig fokusert på forberedelse til programmet i romtemperatur eller lave temperaturer. Det er svært få studier om utarbeidelse av glatte overflater med høy temperatur motstand. For eksempel viste Zhang et al. at rask fordampning av smøremiddel raskt fører til svikt i egenskapen glatt på selv høye temperaturer16.
Glatte overflater med høy temperatur motstand kan utvide programmet potensielle; for eksempel kan de brukes som flytende barrierer for å redusere bløtvev vedheft til elektrokirurgisk instrument tips. Kirurgisk operasjon oppstår alvorlig bløtvev vedheft på grunn av den høye temperaturen på elektrokirurgisk instrument tips. Bløtvev kan være forkullet, forårsaker det å følge instrument spissen, som deretter tårer vevet rundt tips17,18,19. Adhered bløtvev på elektrokirurgisk instrument spissen påvirker negativt operasjonen og også kan forårsake feil på hemostasen19,20. Disse effektene betydelig skade folks helse og økonomisk interesse. Derfor er løse problemet med bløtvev vedheft til elektrokirurgisk instrumenter veldig haster. Faktisk, tilbyr glatte en mulighet til å løse dette problemet.
Her presenterer vi en protokoll for å dikte glatte overflater tilgjengelig ved høye temperaturer. Rustfritt stål ble valgt som overflate på grunn av dens høy temperatur motstand. Rustfritt stål ble sklifri av klima og jordsmonn-assistert kjemisk etsing. Deretter ble overflaten functionalized med en biokompatible materiale, saltvann octadecyltrichlorosilane (OTS)21,22,23,24. En glatt overflate er utarbeidet av tilføyer silikonolje. Disse materialene aktivert glatte overflaten for å oppnå høy temperatur motstand. Egenskapen anti-wetting ved høye temperaturer og anti-vedheft virkningene på bløtvev ble undersøkt. Resultatene viser potensialet i ved hjelp av glatte løse anti-vedheft problemet ved høye temperaturer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dette manuskriptet detaljer protokoller for fabrikere en glatt overflate med høy temperatur motstand. Våre forberedt overflaten glatt eiendom ble demonstrert ved å observere lett-glidende virkemåten til en vann-dråpe. Deretter ble anti-fukting av forberedt glatte overflaten på ulike høye temperaturer undersøkt ved å sette inn en dråpe vann på varme overflaten. Resultatene viser at forberedt glatte overflaten opprettholdt sin glatt eiendom selv når den ble oppvarmet til over 300 ° C. Vi har også bestemt anti…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (Grant nr. 51290292) og ble også støttet av faglig dyktighet Foundation av BUAA for studenter.
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).
