Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

本实验的总体目标是描述如何制造具有耐高温性的光滑表面，并研究制备的表面在高温下的抗粘附效果。这种方法可以帮助回答生物医学领域的关键问题。例如，电外科器械上的软组织粘附问题。

这种技术的主要优点是制备的滑爽表面可以在高温下实现出色的附着力。演示该程序的是我实验室的研究生 Liu Guang。要开始此过程，请按照文本协议中的概述设计和制造光掩模。

接下来，在室温下用碱性溶液清洗不锈钢板 15 分钟。使用超声波清洗机，以 40 kHz 的工作频率和 500 瓦的超声波功率彻底清洁板。然后依次用去离子水和己烷、丙酮和乙醇冲洗 10 分钟。

将洗过的板放在设置为 150 摄氏度的热板上。用一张铝箔盖住不锈钢，然后在加热板上晾干 30 分钟。在此之后，将钢转移到旋转切割机中，将其放置在中心。

使用滴管，将约 1 毫升正性光刻胶沉积在板上，从中心开始向边缘移动，直到覆盖整个板。接下来，启动旋刀，以 700 rpm 的速度旋转 6 秒，然后增加到 1500 rpm 15 秒，以均匀涂抹光刻胶。然后松开真空阀。

使用一把镊子，从旋刀上去除涂层钢。将钢材放在 120 摄氏度的热板上两分钟以烘烤光刻胶。接下来，将不锈钢转移到照相机的真空阀中。

将曝光时间设置为 25 秒，然后打开照相机。在此之后，取出钢材。将其浸入显影液中 1 分钟以去除光刻胶，而不会将其暴露在紫外线下。

然后从显影液中取出板并用去离子水洗涤。在氮气下干燥洗涤后的板。接下来，将干燥的钢材放在热板上。

120 摄氏度下烘烤 2 分钟。使用放大 100 倍的正置显微镜，检查不锈钢上获得的光刻胶纹理。首先，在 200 毫升烧杯中准备 500 毫升化学蚀刻溶液。

然后加入不锈钢。将板在溶液中放置 10 分钟。使用镊子去除化学蚀刻的钢。

用去离子水洗涤 1 分钟。使用氮气干燥。使用超声波清洗机在丙酮中清洁钢材 5 分钟，以去除光刻胶纹理。

接下来用氮气干燥蚀刻板。使用源源不断的去离子水清洁化学蚀刻的不锈钢。用氮气干燥。

使用热板将钢加热至 100 摄氏度 30 分钟，以使表面完全干燥。接下来，将钢转移到射频等离子机中。使用 100 瓦的射频功率、100 毫巴的系统压力和 20 SSCM 的流速，通过 O2 等离子体处理对钢进行羟基化 10 分钟。

在此之后，在无水甲苯中制备 1 毫升 OTS 溶液。在 OTS 溶液中转移蚀刻钢。密封烧杯，在室温下静置 4 小时。

然后从溶液中取出钢，用无水甲苯清洗。使用超声波清洗机清洁板 10 分钟。用氮气干燥。

首先，使用滴管将大约 10 毫升硅油沉积到 OTS 涂层的化学蚀刻不锈钢上。接下来使用光学立体显微镜观察硅胶在钢表面的润湿过程。将钢板垂直放置一小时以去除多余的油。

然后将 4 微升水滴沉积在光滑的硅表面上。将钢材装入光学显微镜中，并将其倾斜约 2 度。在低放大倍率下，观察水滴以确认它很容易在光滑的表面上移动。

使用镊子将钢材转移到热板上。设置温度以分析文本协议中所述的不同高温下的防润湿行为。将高速相机固定在三脚架上，并将其对准钢。

调整焦距后，使用微量注射器在湿滑的表面上沉积 10 微升水，并以 500 赫兹的帧速率记录水滴的运动。当液滴从钢制光滑的表面滑落时停止记录。然后按照测试方案中的概述分析光滑表面对软组织的抗粘连效果。

在本研究中，通过将硅油添加到 OTS 涂层的化学蚀刻不锈钢中来制备光滑表面。润湿处理完成后，可以从干燥表面区分可见的油层。然后研究滑度，当水滴以 2 度角定向时，它会在准备好的表面上沉积一滴水。

黄色虚线标记接触点，可以看到水滴沿着表面漂浮和滑动。接下来，研究了各种高温下的抗润湿行为。在 200 摄氏度时，最初可以看到水滴牢固地接触表面，但这种接触会随着时间的推移而减少。

在 6200 毫秒时，液滴开始从表面滑落。在 250 摄氏度时，可以看到液滴的初始接触面积明显更小。在此温度下，液滴仅在 800 毫秒后就开始从表面滑落。

然而，在 300 摄氏度时，液滴在接触时立即不稳定，并在仅 250 毫秒后迅速从表面滑落。然后通过测量粘附力来评估光滑表面对软组织的抗粘附效果。在光滑的不锈钢上，粘附力为正负 0.18 牛顿，在光滑表面上为 0.04 正负 0.02 牛顿。

因此，光滑表面和光滑不锈钢表面之间的粘附力存在一个数量级的差异。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在 12 小时内完成。这种方法可以为设计和制造具有光滑表面的电外科器械提供见解，以实现有效的粘合效果。

它也可以应用于其他系统，例如控制装置的润滑和试剂的粘附。在尝试此过程时，请务必记住避免在高温下触摸加热板。该技术发展后，为生物医学工程领域的研究人员解决电外科器械中的软组织粘附问题铺平了道路。

看完这个视频，你应该对如何制造具有耐高温性的光滑表面有了很好的了解。