הכנה והתנהגות אנטי אדהזיה בטמפרטורות גבוהות של משטח חלקלק-נירוסטה
Summary
משטחי חלקלק מספקים דרך חדשה כדי לפתור את הבעיה אדהזיה. פרוטוקול זה מתאר כיצד להמציא משטחי חלקלק בטמפרטורות גבוהות. התוצאות מדגימים כי משטחי חלקלק הראה נגד הרטבה נוזלים, השפעה אנטי אדהזיה מדהים על הרקמות הרכות בטמפרטורות גבוהות.
Abstract
נגד הידבקות משטחים עם עמידות בטמפרטורות גבוהות יש יישום רחב פוטנציאל מכשירים electrosurgical מנועי, צינורות. משטח superhydrophobic טיפוסי נגד הרטבה נכשלת בקלות כאשר הם נחשפים נוזל בטמפרטורה גבוהה. לאחרונה, כדנית-משטחי חלקלק בהשראת הפגינו דרך חדשה כדי לפתור את הבעיה אדהזיה. שכבה סיכה על המשטח חלקלק יכול לשמש חיץ בין החומרים דוחים את מבנה המשטח. עם זאת, משטחים חלקים במחקרים קודמים הראו רק לעתים רחוקות עמידות בטמפרטורות גבוהות. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול עבור הכנת משטחים חלקים עם עמידות בטמפרטורות גבוהות. שיטה בסיוע פוטוליתוגרפיה שימשה לפברק עמוד מבנים על נירוסטה. על ידי functionalizing פני השטח עם תמיסת מלח, משטח חלקלק הוכן על-ידי הוספת שמן סיליקון. המשטח חלקלק מוכן מתוחזק המאפיין הרטבה נגד מים, גם כאשר פני השטח היה מחומם ל 300 ° C. כמו כן, המשטח חלקלק הציג נהדר אדהזיה נגד השפעות על הרקמות הרכות בטמפרטורות גבוהות. סוג זה של משטח חלקלק נירוסטה כולל יישומים במכשור רפואי, ציוד מכני, וכו ‘.
Introduction
משטחים נגד הידבקות בטמפרטורה גבוהה לשימוש עם נוזלים ורקמות רכות קיבל עניין רב בגלל היישום הנרחב שלהם פוטנציאל מכשירים electrosurgical, המנועים, צינורות וכדומה 1 , 2 , 3 , 4. משטחים Bioinspired, במיוחד superhydrophobic משטחים, נחשבים הבחירה האידיאלית בגלל שלהם יכולות נגד הרטבה מצוינת ואת מאפייני ניקוי עצמי5. משטחים superhydrophobic, צריך ולשייך את היכולת האנטי-הרטבה האוויר נעול במבנה השטח. עם זאת, המדינה superhydrophobic יציב כי זה ב6,המדינה קאסי-בקסטר7. כמו כן, בטמפרטורות גבוהות, הרטבה אנטי טיפות נוזל עלול להיכשל הרטבה מצב המעבר קאסי-בקסטר המדינה ונצל8. מעבר הרטבה הנגרמת על ידי הרטבה droplet נוזלי קטן במבנים, אשר גורמת לכשל לנעול את האוויר במקום.
בהשראת מאפייני peritome של הצמח הכד, כדנית, חלקלק וונג. et al. דיווח לאחרונה קונספט כדי לבנות משטחים חלקים על ידי החדרת חומר סיכה לתוך מבנים משטח9,10 ,11. עקב כוח נימי, המבנים יכול בחוזקה להחזיק חומר הסיכה במקום, בדיוק כמו לכיס אוויר נעול על משטחים superhydrophobic. לפיכך, חומר סיכה ומבנים משטח יכולים ליצור משטח מוצק/נוזל יציב. כאשר חומר הסיכה יש זיקה מועדף על מבנה השטח, ה-droplet נוזלי על פני השטח composite יכול להחליק בקלות, עם רק היסטרזיס נמוך מאוד זווית מגע (למשל, ~ 2 °)12. שכבה זו סיכה מאפשר גם למשטח יש יכולות אנטי-הרטבה מדהים13, הוכחת פוטנציאל גדול עבור מכשירים רפואיים14,15. עם זאת, מחקרים קודמים על משטחים חלקים התמקדו בעיקר לקראת יישום בטמפרטורת החדר או טמפרטורות נמוכות. ישנם מחקרים מעטים מאוד על הכנת משטחים חלקים עם עמידות בטמפרטורות גבוהות. לדוגמה, ג’אנג. et al. הראה כי אידוי מהיר של חומר סיכה במהירות גורמת לכשל של נכס חלקלק בטמפרטורות גבוהות מעט אפילו16.
משטחי חלקלק עם עמידות בטמפרטורות גבוהות יכול להרחיב את היישום פוטנציאליים; לדוגמה, הם יכול לשמש מחסומים נוזלי להפחתת רקמות רכות הדבקה על מכשיר electrosurgical טיפים. במהלך פעולת כירורגי, הידבקות רקמות רכות קשות מתרחשת בשל הטמפרטורה הגבוהה של העצות electrosurgical כלי. הרקמות הרכות יכולים להיות חרוכים, גורם לזה לדבוק הטיפ כלי, אשר אז דמעות הרקמות הרכות סביב עצה17,18,19. הרקמות הרכות מודבקת על קצה כלי electrosurgical באופן שלילי משפיע על הפעולה, גם עלול לגרום לכשל של hemostasis19,20. תופעות אלה פוגעים באופן משמעותי אינטרס כלכלי ובריאות של אנשים. לכן, פתרון הבעיה של רקמות רכות הדבקה על מכשירים electrosurgical הוא דחוף מאוד. למעשה, משטחים חלקים מציעות הזדמנות כדי לפתור בעיה זו.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להמציא משטחי חלקלק בטמפרטורות גבוהות. נירוסטה נבחרה כחומר משטח בגלל עמידותו בטמפרטורות גבוהות. פלדת היה roughened על ידי בסיוע פוטוליתוגרפיה צריבה כימית. לאחר מכן, המשטח היה functionalized עם חומר מסתיימים, מלוחים octadecyltrichlorosilane (פאלו ורדה)21,22,23,24. משטח חלקלק הוכן על-ידי הוספת שמן סיליקון. חומרים אלה אפשרה המשטח חלקלק על מנת להשיג עמידות בטמפרטורות גבוהות. המאפיין נגד הרטבה בטמפרטורות גבוהות, ההשפעות האנטי-אדהזיה על רקמות רכות נחקרו. התוצאות ולהראות את הפוטנציאל של שימוש משטחי חלקלק כדי לפתור את הבעיה אדהזיה אנטי בטמפרטורות גבוהות.
Protocol
Representative Results
Discussion
כתב יד זה מפרט פרוטוקולים עבור בדיית משטח חלקלק עם עמידות בטמפרטורות גבוהות. המאפיין חלקלק של השטח שלנו מוכן הודגם על ידי הזזה קלה התנהלות טיפונת מים. . אז, נגד הרטבה של המשטח חלקלק מוכן בטמפרטורות גבוהות שונות נחקר על ידי הפקדת טיפונת מים על פני השטח חם. התוצאות מציגות המשטח חלקלק מוכן מתוח…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (מענק מס 51290292), גם נתמך על ידי קרן מצוינות אקדמית של BUAA עבור תלמידי תואר שלישי.
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).
