هياكل متعددة النطاقات تجميعه بواسطة النانو مطبوع للأسطح الوظيفية
September 11th, 2018
قدم طريقة سهلة اختﻻق هياكل متعددة النطاقات نانو والجزئي، للأسطح الوظيفية، بتجميع النانو ملفقة باستخدام عامل تصفية انوديك أكسيد الألومنيوم.
يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال المهندس إلى السطح في فهم السطح الوظيفي للتشكل الأنبوبي وقابلية البلل. الميزة الرئيسية لنهجنا هي أنه يسمح بتصنيع أسرع للهياكل النانوية متعددة النطاقات باستخدام عملية بصمة فقط مع مرشح أكسيد الألومنيوم الأنوديك والتجميع الذاتي للألياف النانوية. بعد البصمة ، أظهرت أنماط السطح المكررة في البداية محبة فائقة للماء
يمكننا تغيير توافر سطح الهياكل المطبوعة باستخدام معالجة أصل الأشعة فوق البنفسجية والطلاء أحادي الطبقة ذاتيا. احصل على مرشح أكسيد الألومنيوم الأنودي ، أو AAO ، بحجم مسام 200 نانومتر ، وارتفاع 60 ميكرون ، وقطر 25 مل. نظف السطح باستخدام البولي إيثيلين تيريفثاليت ، أو فيلم PET ، مع 99.8٪ من الأسيتون لمدة خمس دقائق ، متبوعا ب 99.9.
كحول الأيزوبروبيل لمدة خمس دقائق. جفف الفيلم تماما لمدة ثلاث دقائق باستخدام مسدس هوائي. بعد ذلك ، ضع فيلم PET على سطح مستو بدون ملوثات.
أضف قطرة 0.1 ملليلتر من راتنج أكريليت البولي يوريثين القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية مع لزوجة 257.4 CPS على السطح. ضع مرشح AAO على الراتنج واضغط بشكل موحد باستخدام أسطوانة مطاطية بقطر 32 ملم. يتم تأكيد انتشار الراتنج بصريا.
يجب تكرار الأسطوانة ودفعها بعناية عند الضغط. مرشح AAO هش وقد ينكسر إذا تم استخدام القوة المفرطة. بعد التدحرج ، قم بتعريض العينة المصنوعة من مرشح PET و AAO لضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي يبلغ 365 نانومتر لمدة 30 ثانية لعلاج الراتنج.
بعد ذلك ، اغمر العينة المعالجة في 100 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم المولي لمدة 10 دقائق لإذابة الفلتر. تظهر صور SEM السطح والمقطع العرضي للهيكل. نظف العينة بالماء منزوع الأيونات.
ثم جففه تماما لمدة ثلاث دقائق باستخدام مسدس هوائي. استخدم تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة للتأكد من عدم اكتشاف الصوديوم والألمنيوم وحفرها بالكامل. لإجراء معالجة الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية ، قم أولا بتنظيف العينة بهياكل نانوية متعددة النطاقات باستخدام كحول الأيزوبروبيل لمدة خمس دقائق ثم الماء منزوع الأيونات لمدة خمس دقائق.
جفف العينة المغسولة باستخدام مسدس هوائي لمدة ثلاث دقائق. تشعيع العينة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية لمدة 60 دقيقة باستخدام معدات الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية بكثافة 25 مللي واط لكل سنتيمتر مربع. للتجميع الذاتي OTS ، ضع المكان الساخن داخل صندوق القفازات ، وحافظ على بيئة النيتروجين لعملية ترسيب البخار.
لأغراض التصوير ، سنعرض الإجراء في وهمية خارج صندوق القفازات. ضع دقابا على اللوحة الساخنة وأضف ملليلترين من محلول OTS إلى الدورق باستخدام ماصة. قم بتغطية الدورق بالزجاج أو اللوحة ، بحيث تكون العينة متجهة لأسفل في الدورق
قم بالمعالجة لمدة 60 دقيقة عند 100 درجة مئوية قبل إزالة العينة من صندوق القفازات. لتصنيع السطح الوظيفي عن طريق حقن مواد التشحيم ، قم بإيداع ما يقرب من 0.2 مل لكل سنتيمتر مربع من سائل الكربون المشبع بالفلور على مجموعة الألياف النانوية المجمعة ذاتيا المطلية ب OTS. راقب عملية ترطيب الكربون المشبع بالفلور باستخدام مجهر بصري بتكبير من خمسة إلى 20 مرة.
أخيرا ، قم بإزالة سائل الكربون المشبع بالفلور الزائد عن طريق وضع العينة في وضع رأسي لبضع ساعات. يتم عرض الهياكل الهجينة النانوية الدقيقة متعددة المقاييس التي تم الحصول عليها من خلال عملية البصمة والتجميع الذاتي المشتق من التبخر هنا. من الصعب قياس زاوية التلامس بسبب الميل المفرط للسطح المصنع.
ومن المثير للاهتمام ، أنه بعد معالجة الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية مع وقت كاف ، يتغير مورفولوجيا السطح وقابلية البلل السطحي من المحبة للماء الفائقة إلى الكراهية للماء ، بزاوية تلامس تبلغ 126.8 درجة. علاوة على ذلك ، يمكن زيادة زاوية التلامس إلى 133.6 درجة عن طريق طلاء إضافي للطبقة الأحادية ذاتية التجميع. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الأسطح الهندسية لاستكشاف وظائف السطح وتغيير التشكل مع ظاهرة التجميع الذاتي والمعالجة السطحية المناسبة.
على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لتعديل مورفولوجيا السطح وقابليتها للبلل ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على تطبيقات أخرى مثل الأنسجة عبر المشرط ، أو المرشحات البيئية ، أو تعطيل المحفز ، أو مع البصريات المنتشرة ، بسبب هياكلها المسامية على نطاق واسع.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
المراجعة
تقدم هذه المقالة طريقة لتصنيع هياكل متعددة المقاييس من النانو إلى المكرو بهدف إنشاء أسطح وظيفية. تستخدم التقنية فلتر أكسيد الألومنيوم الأنودي لتجميع الألياف النانوية، مما يسهل الإنتاج الأسرع لهذه الهياكل.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علوم المواد
- هندسة الأسطح
- تقنية النانو
الخلفية
- فهم الأسطح الوظيفية أمر حاسم في العديد من التطبيقات الهندسية.
- كانت الطرق السابقة لإنشاء هياكل متعددة المقاييس غالباً ما تستغرق وقتاً طويلاً.
- القدرة على امتصاص الماء بشكل كبير هي خاصية مرغوبة للعديد من الأسطح الوظيفية.
- يمكن أن يؤدي تجميع الألياف النانوية الذاتي إلى تحسين خصائص السطح.
هدف الدراسة
- تطوير طريقة أسرع لتصنيع هياكل النانو متعددة المقاييس.
- استكشاف تأثير معالجة السطح على القابلية للبللة.
- استخدام مرشحات أكسيد الألومنيوم الأنودية لتكرار الهياكل بكفاءة.
الطرق المستخدمة
- عملية الطباعة باستخدام فلتر أكسيد الألومنيوم الأنودي.
- تجميع الألياف النانوية الذاتي لتشكيل الهيكل.
- معالجة السطح بمصدر الأشعة فوق البنفسجية وطلاء أحادي الطبقة ذاتية التجميع.
- التنظيف باستخدام البولي إيثيلين تيرفثالات والأسيتون.
النتائج الرئيسية
- أظهرت الأسطح المصنوعة قدرة امتصاص الماء بشكل كبير بعد الطباعة.
- يمكن تعديل توفر السطح من خلال معالجة الأشعة فوق البنفسجية.
- تسمح الطريقة بالإنتاج السريع للأنماط السطحية المعقدة.
- يعزز استخدام مرشحات AAO ذات الأبعاد المحددة العملية.
الخلاصات
- تخفض هذه الطريقة بشكل كبير من وقت تصنيع الأسطح الوظيفية.
- يمكن أن تغير معالجات السطح خصائص الهياكل بشكل فعال.
- تمتلك هذه الطريقة تطبيقات محتملة في مجالات هندسية مختلفة.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Rapid fabrication of multiscale micro-nano structures enables the creation of functional surfaces with tunable wettability, supporting advanced material interfaces in biopharma R&D. This approach streamlines the development of engineered surfaces for device prototyping, filtration, and tissue interface applications. The method's scalability and adaptability position it as a reusable capability for innovation across discovery and translational workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates the creation of biomimetic surfaces for hypothesis-driven studies on cell-material interactions.
- Enables rapid prototyping of micro-nano topographies to de-risk surface-driven biological responses.
- Supports predictive confidence in material selection for device and assay development.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible surfaces for quantitative assessment of wettability and morphology.
- Enables scalable preparation of functionalized substrates for high-throughput screening platforms.
- Supports reliable evaluation of compound or cell responses to engineered surface features.
Translational & Preclinical Research
- Offers tunable surface properties for alignment with disease-relevant tissue models or filtration systems.
- Ensures continuity from discovery-stage material evaluation to preclinical device prototyping.
- Reduces risk in advancing surface-engineered materials toward translational endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This fabrication protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling rapid, reproducible generation of functional surfaces for iterative testing and optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on surface-driven biological phenomena and material de-risking.
- Screening: Delivers assay-ready substrates with controlled wettability and morphology for reproducible outputs.
- Analytics: Provides quantitative readouts of contact angle and surface morphology for comparative analysis.
- Translational Research: Aligns engineered surfaces with preclinical model requirements and biomarker studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, cost-effective platform for repeated surface engineering across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence and reduces ambiguity in surface-material interactions.
- Operational Value: Enables standardized, high-throughput fabrication with reproducible outcomes.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions for material and device development, optimizing resource allocation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of surface-engineered assets across R&D pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in surface engineering and nanofabrication techniques.
- Needs access to UV curing, AAO filters, and analytical instrumentation for surface characterization.
- Demands cross-team standardization for reproducibility and scalability.
- Adaptable to various substrate materials and model systems as supported by protocol.
- Limitations include handling of brittle AAO filters and precise control of surface treatments.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:52
Fabrication of Nano-Micro Multiscale Structure Surface Using an AAO Filter
2:58
Surface Treatments and Fabrication of Functional Surface by Injecting Lubricants
4:40
Results: The Change of the Surface Wettability and Morphology by Surface Treatment
5:29
Conclusion
