Patrones e injertos inducidos por la luz para superficies resbaladizas basadas en estructuras nanoporosas recubiertas de silano

Nuestra investigación introduce una técnica basada en DLP para fabricar SLIPS de patrón espacial, abordando las limitaciones en el logro del control selectivo de la disponibilidad. Los principales desafíos experimentales incluyen la fabricación de mangas en métodos geométricos complejos; los métodos existentes son lentos, de varios pasos y carecen de alta resolución o variabilidad selectiva. Para empezar, mezcla la resina de acrilato de poliuretano fotocurable con PEG 200 a una relación de peso del 50%. Con un agitador magnético, remueve la mezcla a 500 revoluciones por minuto durante cinco minutos.

Dispensa la solución mixta como gotas sésiles sobre una película de polietilenotereftalato. Cubre las gotas con una película de etileno propileno fluorada. Y aplicar presión uniforme usando un sistema roll-to-plate para asegurar una dispersión uniforme.

Expone la resina de acrilato de poliuretano a luz ultravioleta a 365 nanómetros utilizando un sistema de curado ultravioleta con diodo emisor de luz. Tras la polimerización, se retiran las películas de etileno propileno fluorado de la superficie. Ahora sumerge el ejemplar curado en agua desionizada durante una hora para extraer el PEG 200 no reactivo.

Seca la muestra en un horno a 70 grados Celsius durante una hora para eliminar el agua residual y completar la fabricación de la superficie nanoporosa. Realizar tratamiento con ozono ultravioleta a 185 y 254 nanómetros para introducir grupos hidroxilo como pretratamiento para la formación de monocapas autoensambladas. Después, coloca una placa eléctrica dentro de una guantera llena de nitrógeno.

Coloca un vaso limpio sobre la placa caliente y dispensa un mililitro de solución OTS como una gota sésil en el fondo. Fija las muestras de película PET en portaobjetos de vidrio. Coloca las láminas boca abajo sobre el vaso para iniciar la deposición en fase de vapor de la OTS.

Calienta el montaje a 120 grados Celsius durante 40 minutos. Ahora saca las muestras de la guantera. Limpia el vaso con una toallita sin pelusa para eliminar cualquier OTS residual.

Para el injerto inducido por luz, realizar tratamiento con ozono ultravioleta a 185 y 254 nanómetros sobre la superficie recubierta de OTS. Ahora aplica 20 microlitros por centímetro cuadrado de aceite de silicona de 10 centistoke sobre la superficie mediante deposición de gotas sésiles. Irradia la muestra durante 15 minutos con una lámpara ultravioleta de alta intensidad, colocada a 15 centímetros sobre la superficie.

Luego inclina la muestra en un ángulo de 30 grados y mantén la posición durante cinco minutos para permitir que el exceso de aceite de silicona se desprenda de la superficie. Para fabricar la estructura resbaladiza del patrón, primero, diseña las formas deseadas usando software CAD y exporta como archivos de litografía estereoscópica. Carga los archivos en el software de corte y genera imágenes de proyección bidimensionales para el procesamiento digital de luz.

Transfiere los archivos a la impresora tridimensional. Coloca la película recubierta de polímero sobre la ventana de la impresora digital de procesamiento de luz. Expone la película a 365 nanómetros de luz ultravioleta a 180 milijulios por centímetro cuadrado con el patrón de proyección digital para curar selectivamente la resina.

Sumergir la muestra expuesta en agua desionizada durante una hora para extraer el PEG 200. Luego seca la muestra a 70 grados Celsius durante una hora para eliminar el agua residual y completar la estructura nanoporosa. Realizar tratamiento OTS e injertos inducidos por luz para completar la fabricación de las superficies resbaladizas del patrón.

Las superficies nanoporosas fabricadas mediante separación de fases inducida por polimerización mostraron una distribución dominante del tamaño de los poros de 60 a 100 nanómetros. El ángulo de contacto estático con el agua medido en la superficie porosa fue de 84,4 grados. Tras la silanización, la superficie se volvió hidrofóbica, pero un segundo tratamiento con ozono ultravioleta redujo temporalmente el ángulo de contacto.

Esta reducción se revirtió mediante la formación de capas de cepillo con PDMS, que restauró la hidrofobicidad. El comportamiento resbaladizo de cuatro líquidos representativos: agua desionizada, octano, miel y saliva humana artificial, se validó mediante las mediciones del ángulo de contacto, ángulo de deslizamiento, velocidad de deslizamiento y ángulo de contacto de la histéresis. Las mediciones impresas de ancho de línea con la resina PEG, PUA mostraron alta fidelidad en el tamaño mínimo de la característica de 50 micrómetros, con desviaciones crecientes a anchos mayores.

Las superficies nanoporosas con patrones se fabricaban con diseños gráficos y de letras usando procesamiento digital de luz, incluyendo laberinto, engranajes y logotipos JoVE. Tras todos los tratamientos superficiales y la infusión de aceite de silicona, los patrones se volvieron ópticamente transparentes debido a la reducción del contraste del índice de refracción. Las mediciones de transmitancia mostraron que las superficies porosas tratadas superaban el 90% de transparencia.

Cuando se aplicaba agua que contenía tinta, las gotas migraban selectivamente a regiones hidrofílicas no tratadas, evitando los dominios resbaladizos y formando formas líquidas definidas. Descubrimos que cuando fabricamos superficies nanoporosas con injerto UVU, se vuelven muy resbaladizas. La histéresis en ángulo de contacto es muy pequeña, así que podemos crear patrones selectivos de gotas en la superficie.

Nuestro método utiliza la impresión 3D DLP para poder patronizar la superficie en un solo paso más rápido con una alta resolución. También funciona sobre un sustrato flexible. En comparación con el proceso típico de varios pasos, es muy sencillo y muy rápido.

Como podemos controlar dónde la superficie es mojable o resbaladiza, podemos guiar cómo se mueven y permanecen las gotas en una superficie. Esto puede ayudar en trabajos futuros en cosas como el transporte direccional de gotas, dispositivos microfluídicos, recubrimientos autolimpiantes e incluso superficies de captación de agua.