不锈钢上滑润表面的制备及其高温防粘附行为

本实验的总体目标是描述如何制备具有耐高温性能的超滑表面，并研究所制备表面在高温条件下的抗黏附效果。该方法有助于解决生物医学领域中的一些关键问题，例如电外科器械上的软组织黏附问题。

该技术的主要优势在于制备的滑移表面可在高温下实现优异的粘附性能。演示该实验步骤的是我实验室的研究生 Liu Guang。开始此操作前，需按照文本方案中所述设计并制备光刻掩模。

接下来，将不锈钢板在室温下用碱性溶液清洗15分钟。使用超声波清洗机，在40千赫的工作频率和500瓦的超声功率下彻底清洗该板材。然后依次用去离子水、正己烷、丙酮和乙醇分别冲洗10分钟。

将清洗后的金属板置于设定为150摄氏度的加热板上。用一张铝箔覆盖不锈钢表面，并在加热板上放置30分钟以彻底干燥。随后，将该金属板转移至旋切机中，确保其位于中心位置。

使用滴管，从基板中心开始向边缘滴加约1毫升正性光刻胶，直至整个基板表面被覆盖。接着启动旋涂仪，以700 rpm转速旋转6秒，然后提高至1500 rpm继续旋转15秒，使光刻胶均匀铺展。随后释放真空阀。

使用一对镊子将涂覆的钢片从旋涂机中取出。将钢片置于120摄氏度的加热板上加热两分钟，以烘烤光刻胶。随后将不锈钢片转移至光刻机的真空阀处。

将曝光时间设置为25秒，并打开光刻机。随后取出钢片，将其浸入显影液中一分钟，以去除未被紫外光照射的光刻胶。

然后将平板从显影液中取出，并用去离子水冲洗。在氮气环境下吹干已冲洗的平板。接下来将干燥的钢片置于加热板上。

在 120 摄氏度下烘烤两分钟。使用放大倍数为 100 倍的直立显微镜，检查不锈钢上获得的光刻胶形貌。首先，在 500 毫升烧杯中配制 200 毫升化学蚀刻液。

然后加入不锈钢。将板材置于溶液中10分钟。使用镊子取出经化学蚀刻的钢材。

用去离子水清洗一分钟。使用氮气干燥。将钢片置于丙酮中，用超声波清洗机清洗五分钟，以去除光刻胶纹理。

接下来用氮气吹干刻蚀后的板材。使用稳定的去离子水水流清洗化学刻蚀的不锈钢。再用氮气吹干。

使用加热板将钢材加热至 100 摄氏度，持续 30 分钟，以彻底干燥其表面。随后将钢材转移至射频等离子体设备中。采用 100 瓦的射频功率、100 毫巴的系统压力以及 20 SSCM 的流速，使用 O₂ 等离子体处理 10 分钟，对钢材进行羟基化处理。

此后，在无水甲苯中配制一毫升OTS溶液。将刻蚀后的钢片转移至OTS溶液中。密封烧杯，并在室温下静置四小时。

然后将钢从溶液中取出，并用无水甲苯清洗。使用超声波清洗机清洗10分钟，再用氮气吹干。

首先，使用滴管将约10毫升的硅油滴加到经OTS修饰的化学蚀刻不锈钢表面。接着，使用光学体视显微镜观察硅油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。

然后在光滑的硅表面滴加4微升水滴。将样品放入光学显微镜中，并倾斜约两度。在低倍镜下观察水滴，确认其可在光滑表面自由移动。

使用镊子将钢片转移至加热板上。根据文本方案中所述，设置温度以在不同高温条件下分析其抗润湿行为。将高速相机固定在三脚架上，并对准钢片。

调整焦距后，使用微量注射器在光滑表面上沉积10微升水，并以每秒500帧的速率记录水滴的运动。当液滴从钢制光滑表面滑落时，停止记录。随后根据测试方案分析该光滑表面对于软组织的抗黏附效果。

本研究中，通过在经化学蚀刻并涂覆十八烷基三氯硅烷（OTS）的不锈钢表面添加硅油来制备光滑表面。润湿处理完成后，可见油层与干燥表面可明显区分。随后，将水滴沉积于已倾斜两度的制备表面，以考察其光滑性能。

黄色虚线标记了接触点，水滴可见漂浮并沿表面滑动。接下来在不同高温下研究其抗润湿行为。在200摄氏度时，水滴最初明显与表面牢固接触，但随时间推移，这种接触逐渐减少。

在6200毫秒时，液滴开始从表面滑落。在250摄氏度时，液滴的初始接触面积明显更小。在此温度下，液滴在仅800毫秒后便开始从表面滑落。

然而，在300摄氏度时，液滴在接触瞬间即失去稳定性，并在仅250毫秒后迅速从表面滑落。随后通过测量黏附力来评估该滑润表面对于软组织的抗黏附效果。在光滑的不锈钢表面上，黏附力为0.80 ± 0.18 牛顿，而在滑润表面上仅为0.04 ± 0.02 牛顿。

因此，光滑表面与超滑表面之间的粘附力存在一个数量级的差异。一旦掌握，该技术若操作得当，可在12小时内完成。该方法可为设计和制备具有超滑表面的电外科器械以实现有效的防粘附效果提供指导。

该方法还可应用于其他系统，例如控制装置的润滑以及试剂的黏附。在进行此操作时，重要的是要记住避免触碰处于高温状态的加热板。该技术在开发完成后，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黏附问题铺平了道路。

观看本视频后，您应充分了解如何制备具有高耐温性的光滑表面。