Comportamiento de anti-adherencia preparación y alta temperatura de una superficie resbaladiza en acero inoxidable
29 de marzo de 2018
Superficies resbaladizas proporcionan una nueva forma de resolver el problema de adherencia. Este protocolo describe cómo fabricar superficies resbaladizas a altas temperaturas. Los resultados demuestran que las superficies resbaladizas demostraron la adherencia de soldadura para líquidos y un notable efecto anti-adherencia en los tejidos blandos a altas temperaturas.
El objetivo general de este experimento es describir cómo fabricar superficies resbaladizas con resistencia a altas temperaturas e investigar el efecto antiadherente de las superficies preparadas a altas temperaturas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la biomedicina. Por ejemplo, el problema de adhesión de los tejidos blandos en los instrumentos electroquirúrgicos.
La principal ventaja de esta técnica es que las superficies de deslizamiento preparadas pueden lograr una excelente adherencia a altas temperaturas. El demostrador del procedimiento será Liu Guang, un estudiante graduado de mi laboratorio. Para comenzar este procedimiento, diseñe y fabrique la fotomáscara como se describe en el protocolo de texto.
A continuación, lave la placa de acero inoxidable en soluciones alcalinas a temperatura ambiente durante 15 minutos. Con una máquina de limpieza ultrasónica, limpie a fondo la placa a una frecuencia de trabajo de 40 kilohercios con una potencia ultrasónica de 500 vatios. Luego enjuáguelo secuencialmente con agua desionizada y hexano, acetona y etanol durante 10 minutos cada uno.
Coloque la placa lavada en una placa calefactora a 150 grados centígrados. Cubre el acero inoxidable con una lámina de papel de aluminio y déjalo en la placa calefactora durante 30 minutos para que se seque. Después de esto, transfiera el acero a un cortador giratorio colocándolo en el centro.
Con un gotero, deposite aproximadamente 1 mililitro de fotorresistencia positiva en la placa comenzando desde el centro y moviéndose hacia el borde hasta cubrir toda la placa. A continuación, inicie el cortador giratorio girando a 700 rpm durante seis segundos y luego aumente a 1500 rpm durante 15 segundos para distribuir uniformemente la fotorresistencia. A continuación, suelte la válvula de vacío.
Con un par de pinzas, retire el acero recubierto de la cortadora giratoria. Mantenga el acero en una placa calefactora a 120 grados centígrados durante dos minutos para hornear la fotorresistencia. A continuación, transfiera el acero inoxidable a la válvula de vacío de la máquina de fotomatografía.
Ajuste el tiempo de exposición a 25 segundos y encienda la máquina de fotomatografía. Después de esto, retire el acero. Sumérgelo en solución reveladora durante un minuto para eliminar la fotorresistencia sin exponerla a la luz ultravioleta.
A continuación, retira la placa de la solución reveladora y lávala con agua desionizada. Seque la placa lavada con gas nitrógeno. A continuación, coloque el acero seco en una placa calefactora.
Hornéalo a 120 grados centígrados durante dos minutos. Utilizando un microscopio vertical con un aumento de 100 veces, inspeccione la textura fotorresistente obtenida en el acero inoxidable. Para empezar, prepare 200 mililitros de solución de grabado químico en un vaso de precipitados de 500 mililitros.
A continuación, añade el acero inoxidable. Deje la placa en la solución durante 10 minutos. Con unas pinzas, retire el acero grabado químicamente.
Lavar con agua desionizada durante un minuto. Secar con gas nitrógeno. Utilice una máquina de limpieza ultrasónica para limpiar el acero en acetona durante cinco minutos para eliminar la textura fotorresistente.
A continuación, seque la placa grabada con el gas nitrógeno. Use un chorro constante de agua desionizada para limpiar el acero inoxidable grabado químicamente. Secar con gas nitrógeno.
Con una placa calefactora, caliente el acero a 100 grados centígrados durante 30 minutos para secar completamente la superficie. A continuación, transfiera el acero a una máquina de plasma de RF. Utilice una potencia de RF de 100 vatios, una presión del sistema de 100 milibares y un caudal de 20 SSCM para hidroxilar el acero con un tratamiento de plasma de O2 durante 10 minutos.
Después de esto, prepare un mililitro de solución de OTS en tolueno anhidro. Transfiera el acero grabado en la solución OTS. Selle el vaso de precipitados y déjelo reposar durante cuatro horas a temperatura ambiente.
A continuación, retira el acero de la solución y límpialo con tolueno anhidro. Con una máquina de limpieza ultrasónica, limpie la placa durante 10 minutos. Sécalo con gas nitrógeno.
Para comenzar, use un gotero para depositar aproximadamente 10 mililitros de aceite de silicona sobre el acero inoxidable grabado químicamente recubierto de OTS. A continuación, utilice un microscopio estereoscópico óptico para observar el proceso de humectación de la silicona en la superficie de acero. Coloque la placa de acero en posición vertical durante una hora para eliminar el exceso de aceite.
A continuación, deposite una gota de agua de cuatro microlitros sobre la superficie de silicona resbaladiza. Cargue el acero en un microscopio óptico e inclínelo hasta unos dos grados. Con un aumento bajo, observe la gota de agua para confirmar que puede moverse fácilmente sobre la superficie resbaladiza.
Con unas pinzas, transfiera el acero a una placa calefactora. Configure la temperatura para analizar los comportamientos antihumectantes a diferentes temperaturas altas, como se describe en el protocolo de texto. Fija una cámara de alta velocidad a un trípode y dirígela hacia el acero.
Después de ajustar el enfoque, use una microjeringa para depositar 10 microlitros de agua en la superficie resbaladiza y registre el movimiento de la gota de agua a una velocidad de fotogramas de 500 hercios. Detenga la grabación cuando la gota se deslice por la superficie resbaladiza de acero. A continuación, analice los efectos antiadherentes de la superficie resbaladiza en los tejidos blandos, tal y como se describe en el protocolo de prueba.
En este estudio, se prepara una superficie resbaladiza agregando aceite de silicona al acero inoxidable grabado químicamente recubierto de OTS. Una vez completado el proceso de humectación, se puede distinguir una capa de aceite visible de la superficie seca. A continuación, se investiga la propiedad resbaladiza depositando una gota de agua sobre la superficie preparada cuando se orienta en un ángulo de dos grados.
La línea punteada amarilla marca el punto de contacto y se ve que la gota de agua flota y se desliza por la superficie. A continuación, se investigan los comportamientos antihumectantes a varias temperaturas altas. A 200 grados centígrados, inicialmente se ve que la gota de agua entra en contacto firme con la superficie, pero ese contacto disminuye con el tiempo.
A los 6200 milisegundos, la gota comienza a deslizarse por la superficie. A 250 grados Celsius, se observa que el área de contacto inicial de la gota es significativamente más pequeña. A esta temperatura, la gota comienza a deslizarse por la superficie después de solo 800 milisegundos.
Sin embargo, a 300 grados centígrados, la gota es inmediatamente inestable al contacto y se desliza rápidamente fuera de la superficie después de solo 250 milisegundos. A continuación, se evalúa el efecto antiadherente de la superficie resbaladiza sobre los tejidos blandos midiendo la fuerza de adhesión. Se considera que la fuerza de adherencia es de 0,80 más o menos 0,18 newtons en el acero inoxidable liso y de 0,04 más o menos 0,02 newtons en la superficie resbaladiza.
Por lo tanto, había una diferencia de orden de magnitud en la fuerza de adhesión entre la superficie resbaladiza y la superficie lisa de acero inoxidable. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 12 horas si se realiza correctamente. Este método puede proporcionar información sobre el diseño y la fabricación de instrumentos electroquirúrgicos con superficies resbaladizas para un efecto de adhesión efectivo.
También se puede aplicar a otros sistemas como la lubricación de controles y la adhesión de agentes. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe evitar tocar la placa calefactora cuando esté a altas temperaturas. Tras su desarrollo, esta técnica abrió el camino para que los investigadores del campo de la ingeniería biomédica resolvieran los problemas de adhesión de los tejidos blandos en el instrumental electroquirúrgico.
Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar una superficie resbaladiza con resistencia a altas temperaturas.
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Resumen
Este artículo presenta un protocolo para fabricar superficies resbaladizas que exhiben resistencia a altas temperaturas y propiedades antiadhesivas. El estudio destaca las aplicaciones potenciales de estas superficies para abordar problemas de adhesión de tejidos blandos en biomedicina.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Biomedicina
- Ciencia de Materiales
- Ingeniería de Superficies
Antecedentes
- La adhesión de tejidos blandos es un desafío importante en los instrumentos electroquirúrgicos.
- Las superficies resbaladizas pueden reducir la adhesión y mejorar los resultados quirúrgicos.
- La resistencia a altas temperaturas es crucial para la funcionalidad de estas superficies.
- Este estudio explora soluciones innovadoras para mejorar el rendimiento de los instrumentos quirúrgicos.
Objetivo del estudio
- Para fabricar superficies resbaladizas con alta resistencia a la temperatura.
- Para investigar los efectos antiadhesivos de estas superficies.
- Para proporcionar una solución al problema de la adhesión de tejidos blandos en biomedicina.
Métodos Utilizados
- Diseño y fabricación de una máscara fotográfica.
- Aplicación de técnicas de procesamiento a alta temperatura.
- Evaluación de las propiedades antiadherentes de las superficies.
- Prueba de los efectos de adhesión sobre tejidos blandos.
Resultados principales
- Las superficies resbaladizas fabricadas demostraron una antihumectación efectiva para líquidos.
- Se observó una reducción significativa en la adhesión a tejidos blandos a altas temperaturas.
- El método resultó ser efectivo para abordar el problema de adhesión.
- Los resultados indican un potencial para mejorar el rendimiento de los instrumentos electroquirúrgicos.
Conclusiones
- Las superficies resbaladizas pueden mitigar significativamente la adhesión de tejidos blandos.
- La resistencia a altas temperaturas de estas superficies mejora su aplicabilidad.
- Este enfoque ofrece una solución prometedora para los desafíos en biomedicina.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La adhesión de tejidos blandos en instrumentos electroquirúrgicos representa un desafío persistente en el desarrollo de dispositivos biomédicos, afectando la precisión quirúrgica y la durabilidad del dispositivo. Este protocolo permite la fabricación de superficies resbaladizas con resistencia a altas temperaturas, ofreciendo una solución basada en materiales para reducir la bioincrustación y la adhesión en entornos térmicamente exigentes. El enfoque respalda una confianza predictiva en el rendimiento del dispositivo al proporcionar resultados cuantificables de antiadhesión bajo condiciones fisiológicas y procedimentales relevantes.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar las interacciones entre materiales y tejidos para validar hipótesis sobre la antiadhesión en el diseño de biomateriales.
- Valor operativo: Proporciona un método reproducible para generar superficies de prueba destinadas a evaluar compuestos o recubrimientos modificadores de la adhesión.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Genera resultados estandarizados y cuantificables (por ejemplo, fuerza de adhesión, movilidad de gotas) para la evaluación de alto rendimiento de modificaciones superficiales.
- Valor operativo: Facilita la estandarización de ensayos mediante pasos definidos de fabricación y controles ambientales (por ejemplo, temperatura, estabilidad de la capa lubricante).
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor Científico: Conecta el descubrimiento con la validación preclínica mediante la evaluación de superficies resbaladizas en condiciones relevantes para la enfermedad, como temperaturas elevadas que imitan el uso de electrocirugía.
- Valor Operacional: Facilita decisiones de avance ajustadas al riesgo al demostrar un rendimiento duradero bajo condiciones de estrés relevantes para la implementación del dispositivo.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El método se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica, permitiendo la evaluación temprana de las propiedades del material que influyen en la funcionalidad del dispositivo y en su biocompatibilidad en etapas posteriores.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre energía superficial, estabilidad del lubricante y mecanismos de adhesión tisular.
- Selección: Proporciona plataformas listas para ensayos con resultados reproducibles de anti-mojado y anti-adhesión para la selección comparativa de materiales.
- Análisis: Genera mediciones cuantitativas (fuerza de adhesión en newtons, tiempo de deslizamiento de gotas) que permiten comparaciones objetivas entre tratamientos superficiales.
- Investigación Traducional: Relaciona el rendimiento superficial con la continuidad preclínica mediante la validación de la función en condiciones que simulan el uso de instrumentos quirúrgicos.
- Reutilización Empresarial: Establece un protocolo de fabricación reutilizable para generar superficies resbaladizas estandarizadas en múltiples proyectos y sistemas de materiales.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Reduce la ambigüedad mecanicista en los estudios de adhesión al aislar la lubricación superficial como una variable clave.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y escalabilidad mediante el uso de patrones asistidos por fotolitografía y pasos definidos de infusión de lubricante.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción al proporcionar datos predictivos tempranos sobre el rendimiento del material bajo estrés térmico.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos a biomateriales basada en perfiles validados de antiadhesión y estabilidad térmica.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en fotolitografía, química de superficies y manipulación de materiales a alta temperatura.
- Depende del acceso a centrífugos de recubrimiento, tratadores de plasma, placas calefactoras y sistemas de microscopía para la fabricación y caracterización.
- Necesita la estandarización entre equipos de los protocolos de preparación de superficies y pruebas para garantizar la comparabilidad de los datos.
- Implica consideraciones de adaptación al aplicar el método a diferentes materiales de sustrato o sistemas de lubricación.
- Las limitaciones prácticas incluyen la necesidad de ambientes controlados para prevenir la pérdida de lubricante o la contaminación de superficies durante las pruebas.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
0:04
Title
0:46
Photolithography on Stainless Steel
3:43
Chemical Etching of Stainless Steel
4:36
Saline Octadecyltrichlorosilane Self-assembly on Chemically Etched Stainless Steel
5:58
Analysis of Anti-wetting on the Slippery Surface at High Temperatures
7:40
Results: Anti-adhesion Effects of Prepared Slippery Surfaces at High Temperatures
9:44
Conclusion
