Article de méthode

Structuration et greffage induits par la lumière pour des surfaces glissantes à base de structures nanoporeuses recouvertes de silane

DOI :

10.3791/69270

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14 novembre 2025

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1Global Institute for Advanced Nanoscience & Technology, Changwon National University, 2Department of Smart Manufacturing Engineering, Changwon National University

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole présente une méthode induite par la lumière pour fabriquer des structures tridimensionnelles glissantes par modelage numérique séquentiel et greffage sur des surfaces nanoporeuses recouvertes de silane. Cette approche permet la formation spatialement contrôlée de régions glissantes, permettant une répulsion des liquides à motifs et l’analyse quantitative de la glissance interfaciale, avec des applications dans la manipulation des fluides et l’ingénierie de surface.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole décrit une méthode induite par la lumière pour fabriquer des surfaces glissantes à motifs spatiaux via le traitement numérique de la lumière (DLP) et la séparation de phase induite par la polymérisation. Une résine d’acrylate de polyuréthane photodurcissable (PUA) est mélangée à un porogène soluble dans l’eau (PEG-200) et exposée sélectivement à la lumière ultraviolette (UV) à l’aide d’un système de projection DLP. Ce processus induit simultanément la réticulation des polymères et la séparation de phase du porogène. Après l’élimination du porogène, une structure nanoporeuse demeure, qui est chimiquement modifiée par l’activation de l’ozone UV et la silanisation en phase vapeur pour améliorer l’hydrophobie. L’huile de silicone est ensuite infusée et greffée de manière covalente sur la surface à l’aide d’une lumière UV multi-longueurs d’onde, formant une couche de brosse stable en polydiméthylsiloxane (PDMS). La surface résultante présente une forte répulsion des liquides, une faible hystérésis d’angle de contact et une transparence optique élevée. La mouillabilité est évaluée quantitativement à l’aide de mesures de l’angle de contact et de l’hystérésis avec de l’eau, de l’octane, du miel et de la salive humaine artificielle. Cette méthode permet une glissance sélective, démontrée en dirigeant les gouttelettes à base d’eau loin des zones glissantes vers les régions hydrophiles non traitées, formant des motifs liquides bien définis. L’approche prend en charge la fabrication haute résolution sans masque sur des substrats flexibles et la structuration évolutive pour des applications en microfluidique, en transport de gouttelettes, en récupération d’eau et en dispositifs biomédicaux.

Introduction

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Les surfaces poreuses infusées de liquide glissant (SLIPS)1 sont des interfaces bioinspirées qui repoussent une large gamme de liquides en emprisonnant les fluides lubrifiants dans des cadres solides micro- ou nanostructurés2,3. Contrairement aux surfaces superhydrophobes inspirées du lotus4, les SLIPS utilisent une interface liquide-liquide stabilisée, permettant aux gouttelettes de se déplacer avec un minimum de friction. Ils présentent une omniphobie, une hystérésis à faible angle de contact et un comportement d’auto-guérison 3,5 entraîné par la redistribution du lubrifiant induite par les capillaires6. Ces propriétés rendent les SLIPS attrayants pour les applications en microfluidique7, antifouling 6,8, antigivrage 9,10,11, récupération d’eau12,13,14 et surfaces autonettoyantes15.

Cependant, l’extension de SLIPS à des surfaces géométriquement complexes ou à motifs spatiaux reste un défi. Les techniques de fabrication conventionnelles pour les échafaudages poreux, telles que la photolithographie16,17, l’anodisation18, la gélification 6,19 et l’électrofilage20, prennent du temps et nécessitent plusieurs étapes de traitement. La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)21,22, une approche standard de l’impression 3D, a également été utilisée pour créer des SLIPS en imprimant des polymères poreux et en les infusant avec des lubrifiants. Bien que plus accessible, le FDM a un dépôt lent point par point et une résolution limitée, ce qui rend difficile la fabrication efficace d’éléments de surface fins ou de motifs de grande surface. De plus, les SLIPS produits par ces techniques sont généralement uniformément glissants, ce qui limite leur utilité dans les applications qui nécessitent un contrôle sélectif des liquides.

Pour remédier à ces limitations, une méthode induite par la lumière est introduite pour fabriquer des surfaces glissantes à motifs à l’aide du traitement numérique de la lumière (DLP)23. La DLP permet la projection rapide et haute résolution des images conçues sur des matériaux photodurcissables. En combinant le DLP avec la séparation de phase induite par la polymérisation, des microstructures nanoporeuses sont formées avec une capacité de rétention de lubrifiant. Une résine photodurcissable d’acrylate de polyuréthane (PUA) est mélangée à un porogène soluble dans l’eau et exposée à une lumière ultraviolette (UV) à motifs, induisant une réticulation et une séparation de phase du porogène. Le lavage ultérieur élimine le porogène, laissant une matrice poreuse.

La surface est ensuite silanisée avec de l’octadécyltrichlorosilane (OTS) pour améliorer l’hydrophobicité24 et infusée avec de l’huile de silicone. Une brève exposition aux UV induit la greffe covalente d’une couche de brosse polydiméthylsiloxane (PDMS) 6,19,25 sur le substrat, ancrant chimiquement le lubrifiant et améliorant la stabilité interfaciale à long terme. Les caractéristiques des surfaces fabriquées, y compris l’angle de contact statique, l’hystérésis de l’angle de contact, l’angle de glissement, la vitesse de glissement et la transmission optique, sont évaluées quantitativement. De plus, un test de structuration liquide démontre une glissance sélective en guidant les gouttelettes d’eau vers des régions non traitées. Dans ce travail, une fabrication SLIPS à motifs induits par la lumière via DLP est introduite, ce qui permet le contrôle spatial de domaines glissants sans nécessiter de photolithographie, d’anodisation ou de gélification complexes. En liant chimiquement le lubrifiant par greffe photo-induite sur des surfaces nanoporeuses conçues, la méthode proposée produit des surfaces glissantes stables à haute résolution adaptées à la manipulation sélective des gouttelettes en microfluidique13, dans les systèmes de collecte d’eau 12,13,14 et les dispositifs biomédicaux26,27.

Protocole

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REMARQUE : La figure 1 présente une vue d’ensemble schématique de ce processus. Les matériaux et l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la Table des matériaux.

1. Surface nanoporeuse

  1. Mélangez la résine PUA photodurcissable avec du polyéthylène glycol-200 (PEG-200) comme porogène à un rapport en poids de 50 % en poids. Remuez le mélange à 500 tr/min pendant 5 min à l’aide d’un agitateur magnétique.
  2. Versez la solution mixte sur un film de polyéthylène téréphtalate (PET) sous forme de gouttelettes sessiles. Couvrez les gouttelettes d’un film d’éthylène-propylène fluoré (FEP) et appliquez une pression uniforme avec un système de rouleau sur plaque28 pour assurer une répartition uniforme.
  3. Exposez la résine PUA à la lumière UV (365 nm) à une dose d’énergie de 180 mJ/cm2 avec un système de séchage UV LED pour induire la polymérisation. Après le durcissement, retirez les films FEP.
  4. Immerger l’échantillon durci dans de l’eau déminéralisée (DI) pendant 1 h pour extraire le PEG-200 n’ayant pas réagi. Sécher l’échantillon poreux dans un four à 70 °C pendant 1 h pour éliminer l’eau résiduelle et finaliser la fabrication de la surface nanoporeuse (figure 2).
    REMARQUE : Après séchage, un aspect blanchâtre et mat indique que le PEG-200 a été complètement éliminé et que des nanopores existent.

2. Surface traitée OTS

  1. Effectuer un traitement à l’ozone UV à des longueurs d’onde de 185 et 254 nm avec une intensité UV de 25 mW/cm2 pendant 20 min pour introduire des groupes hydroxyles sur la surface en tant que prétraitement pour la formation de monocouches auto-assemblées (SAM) OTS. Effectuer ce processus dans des conditions ambiantes de laboratoire standard à température ambiante et à pression atmosphérique.
    PRUDENCE: Le traitement à l’ozone UV génère de l’ozone (O3) et des espèces réactives de l’oxygène (ROS) lors de l’exposition à une lumière UV de 185 nm et 254 nm. Ces sous-produits sont nocifs pour la santé humaine et peuvent irriter le système respiratoire. Assurez-vous que le système d’ozone UV est connecté à un système d’évacuation des gaz d’échappement ou de fumée fonctionnel.
    Une exposition prolongée à l’ozone UV au-delà de 20 minutes peut endommager la surface du polymère et provoquer une déformation structurelle.
  2. Placez une plaque chauffante à l’intérieur d’une boîte à gants remplie d’azote. Placez un bécher propre sur la plaque chauffante et versez 1 ml de solution OTS au fond du bécher sous forme de gouttelettes sessiles.
    PRUDENCE: L’octadécyltrichlorosilane réagit fortement à l’humidité et génère du chlorure d’hydrogène (HCl) corrosif lors de l’hydrolyse. Il peut irriter la peau, les yeux et le système respiratoire. Manipulez l’OTS uniquement dans une boîte à gants remplie d’azote et portez un équipement de protection individuelle (EPI) approprié, y compris des gants, des lunettes de sécurité et une blouse de laboratoire.
  3. Fixez les échantillons de film PET sur des lames de verre. Inversez les lames et placez-les face vers le bas sur le bécher pour effectuer le dépôt en phase vapeur de l’OTS. Chauffez l’installation à 120 °C pendant 40 min.
    REMARQUE : Une couche excessive d’OTS due à un chauffage excessif ou à une exposition prolongée peut provoquer des défauts de surface.
  4. Retirez les échantillons de la boîte à gants et nettoyez le bécher à l’aide d’une lingette non pelucheuse.
    REMARQUE : Si le bécher n’est pas nettoyé correctement, l’OTS résiduel peut se solidifier et apparaître blanc, affectant les conditions de traitement répétées.

3. Greffe induite par la lumière

  1. Effectuer un traitement à l’ozone UV aux longueurs d’onde de 185 et 254 nm avec une intensité UV de 25 mW/cm2 pendant 20 min sur la surface recouverte d’OTS afin d’introduire des groupes hydroxyles comme étape de prétraitement pour la greffe covalente de la couche de brosse PDMS. Ce processus est mené dans des conditions ambiantes de laboratoire standard à température ambiante et à pression atmosphérique.
    REMARQUE : Cette étape est critique. Sans activation hydroxyle, la couche de brosse PDMS ne se forme pas et une interface glissante ne se développera pas.
  2. Appliquer 20 μL/cm2 d’huile de silicone de 10 cS sur la surface par dépôt de gouttelettes sessiles pour assurer un revêtement uniforme.
  3. Irradiez l’échantillon pendant 15 min avec une lampe UV à haute intensité positionnée à 15 cm au-dessus de la surface. Utilisez une source multi-longueurs d’onde avec des pics proéminents à 207 nm (149 mW/cm2), 214 nm (155 mW/cm2), 296 nm (125 mW/cm2), 317 nm (93 mW/cm2) et 321 nm (89 mW/cm2). L’irradiation produit de la chaleur et le substrat atteint 103,3 ± 5,2 °C, ce qui facilite la formation de brosses covalentes.
    ATTENTION : Lors d’une irradiation UV de haute intensité, l’huile de silicone peut atteindre des températures élevées (>100 °C). Bien que l’huile de silicone elle-même ait une faible toxicité aiguë, l’inhalation de brouillard d’huile peut provoquer une irritation respiratoire. À des températures élevées, sa volatilité augmente, et une exposition prolongée dans des espaces mal ventilés ou clos peut présenter des risques pour la santé. Portez des lunettes anti-UV et assurez-vous d’une ventilation adéquate pour évacuer l’ozone. Gardez les matériaux inflammables ou volatils à l’écart de l’installation pour éviter les risques d’incendie dus à l’exposition à la chaleur et aux UV.
  4. Inclinez l’échantillon à un angle de 30° et maintenez-le pendant 5 minutes pour permettre à l’excès d’huile de silicone de s’écouler de la surface.
    REMARQUE : Le drainage réussi est confirmé lorsque la surface présente une pellicule mince et uniforme d’huile de silicone sans accumulation ni grosses gouttelettes visibles.

4. Fabrication de structures glissantes à motifs

  1. Concevez les formes souhaitées à l’aide d’un logiciel de CAO (par exemple, CATIA) et exportez-les sous forme de fichiers STL (engrenage, labyrinthe et texte JoVE ; Dossier supplémentaire 1, Dossier supplémentaire 2, Dossier supplémentaire 3 et Dossier supplémentaire 4). Chargez les fichiers STL dans un logiciel de découpage (par exemple, Carima Slicer) pour générer des images de projection 2D compatibles avec l’imprimante 3D DLP. Envoyez les fichiers résultants à l’imprimante pour la projection numérique de la lumière.
  2. Placez le film polymère enduit d’une solution (à partir de l’étape 1.2) sur la fenêtre de l’imprimante DLP. Exposez l’échantillon à une lumière UV de 365 nm à une intensité de 180 mJ/cm2 avec le motif numérique projeté pour durcir sélectivement la résine.
  3. Immerger l’échantillon exposé dans de l’eau DI pendant 1 h pour extraire le PEG-200. Faites sécher l’échantillon dans un four à 70 °C pendant 1 h pour éliminer l’eau résiduelle et produire la structure nanoporeuse. Effectuer un traitement de surface OTS et un greffage induit par la lumière pour compléter la fabrication de surfaces glissantes à motifs.

Résultats

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Les surfaces nanoporeuses fabriquées par séparation de phase induite par la polymérisation ont montré une distribution dominante de la taille des pores de 60 à 100 nm, comme le montre la figure 2. Cette distribution a été confirmée par trois mesures répétées à l’aide de l’imagerie MEB à haute résolution. Les images MEB ont été traitées via une analyse d’image basée sur les pixels dans MATLAB pour déterminer le diamètre des pores, en supposant une section transversale circulaire.

L’angle de contact statique de l’eau mesuré sur la surface poreuse était de 84,4 ± 1,4°, d’après cinq essais répétés avec des gouttelettes d’eau sessile de 5 μL (figure 3A). Pour évaluer les changements dans la mouillabilité de la surface, l’angle de contact a été surveillé à travers les étapes de modification de la surface, y compris la formation de structures nanoporeuses, l’activation de l’ozone UV, la silanisation et la greffe PDMS induite par la lumière. Après silanisation, la surface est devenue hydrophobe ; cependant, un deuxième traitement à l’ozone UV, effectué avant la greffe PDMS, a temporairement réduit l’angle de contact en raison de l’introduction de groupes hydroxyles. Cette réduction a été inversée par la formation d’une couche de brosse PDMS liée de manière covalente, restaurant l’hydrophobicité de la surface29. Contrairement aux revêtements d’huile de silicone libre, qui peuvent facilement s’épuiser, la brosse PDMS attachée fournit une couche moléculaire stable et flexible qui retient le lubrifiant et permet un comportement glissant à long terme11. Si le processus de greffe n’est pas terminé, les gouttelettes restent épinglées à la surface et ne glissent pas, indiquant que l’étape de greffe est essentielle pour obtenir un comportement glissant.

Valider le comportement glissant de quatre liquides représentatifs (figure 3B) - eau désionisée, octane (faible tension superficielle), miel (haute viscosité) et salive humaine artificielle (une imitation de biofluide ; solution synthétique commerciale) - leur angle de contact (figure 3C), leur angle de glissement (figure 3D), leur vitesse de glissement (figure 3E) et leur hystérésis d’angle de contact (CAH) (figure 3F) ont été mesurés. Pour chaque liquide, une gouttelette sessile de 5 μL a été utilisée pour mesurer les angles de contact et de glissement (taux d’inclinaison : 0,8°/s), et une autre gouttelette de 5 μL a été placée sur une surface inclinée à 30° pour mesurer la vitesse de glissement sur une distance de 8,5 mm. L’HCS a été quantifiée dans chaque cas. Tous les tests de comportement glissant ont été effectués en quintuplication. Dans chaque expérience, les angles de glissement sont restés inférieurs à 3°. La vitesse de glissement du miel était nettement plus faible car sa viscosité élevée provoque une plus grande dissipation visqueuse interne, qui résiste fortement au mouvement des gouttelettes sous la même force motrice. De plus, l’HCS est demeurée inférieure à 10° (figure 3F), ce qui indique une interface glissante robuste et omniphobe.

Avant de mettre en œuvre le protocole de motif glissant avec projection DLP, la résolution d’impression de la résine PEG-PUA a été évaluée à l’aide de motifs de test linéaires et spatiaux (Figure 4). Compte tenu de la résolution native en pixels de la puce DMD (50 μm x 50 μm), la largeur de ligne minimale a été fixée à 50 μm, avec des augmentations incrémentielles jusqu’à 300 μm. Chaque largeur de ligne a été fabriquée et analysée cinq fois. Les caractéristiques de 50 μm ont montré une grande fidélité à la géométrie conçue (50,3 ± 6,3 μm). Cependant, les écarts dimensionnels ont légèrement augmenté avec des caractéristiques plus larges, probablement en raison de la diffusion de la lumière et de la diffusion latérale lors de l’exposition de zones plus larges, entraînant une surpolymérisation au-delà des limites du motif prévu. Ces effets de surdurcissement sont couramment observés dans les résines photopolymères qui ne sont pas spécialement conçues pour la fabrication additive. Dans cette étude, la résine PEG-PUA a été initialement développée pour le photopatterning et n’a pas été optimisée pour l’impression 3D, ce qui a probablement contribué à ce comportement. Néanmoins, ces limitations peuvent être atténuées en optimisant la composition de la résine et les caractéristiques de photopolymérisation.

Des surfaces nanoporeuses à motifs présentant des motifs en forme de lettre (JoVE) et graphiques (labyrinthe, engrenage) ont été fabriquées avec succès avec le procédé DLP (Figure 5A). Après avoir terminé toutes les étapes de modification de la surface, y compris la silanisation, l’activation de l’ozone UV, la greffe PDMS et l’infusion d’huile de silicone, les motifs sont devenus optiquement transparents (Figure 5B). Cette transition résulte du décalage de l’indice de réfraction entre l’air (na = 1,0) et la matrice polymère (np = 1,5), qui provoque la diffusion dans les structures poreuses non remplies. Après infiltration avec de l’huile de silicone (ns = 1,4), le contraste de l’indice de réfraction a été réduit, ce qui a donné une surface visiblement transparente avec une transmittance supérieure à 90 % (Figure 5C). Lors de l’application d’encre contenant de l’eau, les gouttelettes ont migré de manière sélective vers des régions hydrophiles non traitées (par exemple, le film PET), évitant ainsi les zones glissantes (figure 5D), formant ainsi des motifs liquides bien définis (figure 5E). Ces résultats démontrent que le protocole permet un contrôle spatial efficace de la mouillabilité de surface.

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Figure 1 : Schéma du processus de fabrication d’une surface glissante à motifs numériques construite sur une structure nanoporeuse recouverte de silane.(A) Procédé de rouleau sur plaque pour enduire uniformément la résine PEG-PUA entre un film PET et un film FEP, suivi d’un motif induit par la lumière avec un système de projection DLP. (B) Séquence de fabrication de la surface glissante : (étape 1) formation d’une surface nanoporeuse par séparation de phase ; (étape 2) traitement à l’ozone UV pour générer des groupes hydroxyles sur la surface nanoporeuse ; (étape 3) dépôt en phase vapeur OTS pour former un SAM hydrophobe ; (étape 4) deuxième traitement à l’ozone UV pour introduire des groupes hydroxyles à la surface de la SAM ; (étape 5) infiltration d’huile de silicone ; (étape 6) greffe de surface induite par la lumière pour former une couche de brosse PDMS. Abréviations : PEG-PUA = Polyéthylène glycol-Acrylate de polyuréthane ; PET = Polyéthylène téréphtalate ; FEP = Éthylène propylène fluoré ; DLP = Traitement numérique de la lumière ; OTS = octadécyltrichlorosilane ; SAM = Monocouche auto-assemblé ; PDMS = Polydiméthylsiloxane. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. 

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Figure 2 : Surface nanoporeuse fabriquée. (A) image MEB et étapes de traitement d’image pour l’analyse de la taille des nanopores : (i) image MEB originale ; (ii) une carte de profondeur montrant la profondeur relative des pores avec une échelle de pseudo-couleurs dérivée de la luminosité ; (iii) image binarisée pour la segmentation de la région des pores ; (iv) l’étiquetage des pores, où chaque pore se voit attribuer une couleur distincte. Barre d’échelle = 500 nm. (B) Distribution granulométrique des nanopores. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 3 : Analyse de mouillabilité de surface. (A) Mesures de l’angle de contact avec l’eau (5 μL) après chaque étape de fabrication : surface poreuse (étape 1), surface traitée à l’ozone UV (étape 2), surface recouverte d’OTS (étape 3), SAM traitée à l’ozone UV (étape 4), surface enduite d’huile de silicone (étape 5) et surface greffée à la lumière (étape 6). (B) Tension superficielle de divers liquides : octane (28,7 ± 0,5 mN/m), eau (70,6 ± 4,4 mN/m), miel (51,0 ± 0,2 mN/m), salive humaine artificielle (66,7 ± 0,4 mN/m), (C) angle de contact statique, (D) angle de glissement (5 μL), (E) vitesse de glissement (5 μL) et (F) hystérésis de l’angle de contact (CAH) mesurée pour les gouttelettes de ces liquides. Toutes les expériences ont été réalisées à température ambiante et à une humidité relative de 40 ± 5 %. Les barres et les points représentent les valeurs moyennes, et les barres d’erreur indiquent la moyenne ± ET (n = 5 expériences indépendantes). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 4 : Structures de microlignes imprimées pour les tests de résolution du système DLP, avec des largeurs de ligne mesurées au milieu de chaque ligne (cinq répétitions). Barre d’échelle = 500 μm. Les points représentent les valeurs moyennes, et les barres d’erreur indiquent la moyenne ± ET (n = 5 expériences indépendantes). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 5 : Surfaces à motifs fabriquées à partir d’images conçues numériquement via projection DLP. (A) Surfaces nanoporeuses avant l’infiltration d’huile de silicone, montrant l’opacité. Motifs : (i) équipement, (ii) labyrinthe, (iii) texte JoVE. Barre d’échelle : 10 mm. (B) Surfaces glissantes après infiltration d’huile de silicone, apparaissant transparentes. Motifs : (i) équipement, (ii) labyrinthe, (iii) texte JoVE. (C) Comparaison de la transmittance optique entre les surfaces glissantes et poreuses. (D) Élimination sélective des gouttelettes d’eau dirigées vers des régions hydrophiles désignées (film PET) sur la surface glissante. (E) Motif guidé par liquide avec des gouttelettes d’eau sur la surface glissante. Motifs : (i) équipement, (ii) labyrinthe, (iii) texte JoVE. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

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Une étape critique de ce protocole est la formation d’une structure nanoporeuse par séparation de phase induite par la polymérisation lors d’un durcissement UV basé sur DLP. Le mélange du PEG-200 avec une résine PUA photodurcissable et l’irradiation ultérieure du mélange avec de la lumière UV à motifs produisent des réseaux poreux réticulés et des structures spatialement définies qui retiennent efficacement les lubrifiants1. Pour permettre le greffage ultérieur d’une couche de brosse PDMS11-formant la base d’une interface glissante stable, un traitement UV-ozone a été effectué deux fois au cours du processus : d’abord, pour introduire des groupes hydroxyles sur la surface poreuse du polymère avant la silanisation, et deuxièmement, pour réactiver la surface silanisée avant la greffe PDMS.

La prudence est de mise lors des deux étapes UV-ozone, car l’exposition à des conditions à haute énergie, telles que la lumière UV de courte longueur d’onde et les températures élevées, peut endommager le substrat polymère ou déformer la structure de lasurface25. Après la deuxième étape UV-ozone, de l’huile de silicone s’est déposée sur la surface activée. L’exposition ultérieure aux UV multi-longueurs d’onde initie le greffage des chaînes PDMS. Bien que la réaction soit principalement provoquée par la lumière UV, l’énergie thermique qui l’accompagne favorise les interactions moléculaires et favorise une liaison de surface robuste. Ce processus de greffage conduit à la formation d’une couche de brosse PDMS ancrée de manière covalente, ce qui donne des interfaces glissantes stables caractérisées par de faibles angles de glissement, une faible CAH et une vitesse de glissement rapide. Cependant, une hydroxylation insuffisante lors de l’une ou l’autre des étapes UV-ozone peut entraîner un mauvais greffage et une réduction des performances glissantes. De plus, si l’intensité UV utilisée lors de l’étape de durcissement pour la fabrication de la surface nanoporeuse tombe en dessous de la valeur recommandée, la surface a tendance à devenir excessivement rugueuse et la taille des pores très irrégulière, et la couche nanoporeuse peut même se décoller du substrat PET pendant le rinçage23. De plus, bien que des surfaces nanoporeuses puissent être fabriquées en augmentant la teneur en PEG-200 au-dessus de 50 % en poids, les structures résultantes présentent souvent des pores dilatés et une rugosité de surface accrue, ce qui peut entraver le comportement glissant lorsque les gouttelettes se coincent dans les grands pores. Par conséquent, les paramètres de fabrication doivent être soigneusement maintenus dans les plages prescrites.

Une limitation de ce protocole concerne la fabrication de structures glissantes de grande taille ou entièrement en 3D (à l’échelle millimétrique) à l’aide de formulations de résine transparente dans la fabrication additive. En raison de la transmission optique élevée de la résine PEG-PUA, la lumière UV peut pénétrer au-delà de la couche d’exposition prévue et initier le durcissement dans les régions en retrait ou concaves. Cela peut provoquer une solidification involontaire et une perte de fidélité structurelle, en particulier dans les cavités internes. Ainsi, l’extension de cette méthode aux architectures 3D volumétriques glissantes reste difficile sans réglage supplémentaire des propriétés d’absorbance optique de la résine23.

Malgré cette limitation, le protocole offre des avantages évidents par rapport aux méthodes de fabrication SLIPS conventionnelles. Contrairement aux approches basées sur la FDM22, qui sont limitées par une faible résolution et un dépôt point par point lent, ou par des techniques d’anodisation et de gélification20, qui nécessitent des procédures en plusieurs étapes et des modèles rigides, la méthode DLP proposée permet la fabrication directe de substrats poreux infusés de lubrifiant grâce à un processus de projection en une seule étape, sans masque et programmable numériquement. Cette approche réduit non seulement le temps de fabrication, mais simplifie également la procédure et augmente considérablement le débit de motifs, ce qui permet une production efficace de surfaces à motifs. De plus, le processus est compatible avec des substrats souples tels que les films PET. De plus, la stratégie de séparation de phase induite par la lumière offre une haute résolution, une flexibilité de structuration et une formation simplifiée d’échafaudages poreux capables de retenir les lubrifiants. L’utilisation de processus photoinduits facilite également l’intégration avec des substrats à motifs, permet une glissance sélective et soutient la fabrication évolutive de structures multi-échelles. L’ensemble de ces avantages rend la méthode particulièrement bien adaptée à des applications telles que le transport directionnel de gouttelettes, la microfluidique à canal ouvert, les revêtements antifouling8 et les systèmes de collecte d’eau13,14, où un contrôle spatial précis de la mouillabilité de la surface est essentiel.

Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Remerciements

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Ce travail a reçu le soutien de subventions de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) financées par le gouvernement coréen (MSIT) (n° 2023R1A2C3006499 et RS-2023-00238462). Cette recherche a également été soutenue par l’initiative LAMP (Global Learning & Academic Research Institution for Master’s and PhD Students and Postdocs) de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) financée par le ministère de l’Éducation (No. RS-2024-00444460).

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Système LED UV 365 nmLichtzenLZL-FL-220220-CÉquipement de durcissement UV
Salive artificielleTMABIOTB0924Salive humaine artificielle (un imitateur de biofluide ; solution synthétique commerciale)
Carima SlicerCARIMAV2.0Logiciel de découpage
CATIASystèmes DassaultV5R20Logiciels de CAO
Eau déionisée (DI)CHIMIE DE NETTOYAGE EN CORÉEKCU-PW3Rinçage et retrait du porogène
Imprimante 3D DLP (UV 365 nm)CARIMAIMD-CÉquipement de modération numérique
Film fluoré d’éthylène propylène (FEP)ALPHAFLONFEP0250Film de sortie
Boîte à gantsMADE LABG801Utilisé pour la manipulation en toute sécurité des matières dangereuses
Agitateur à plaque chauffanteCorningPC-420DPlaque chauffante & Équipement d’agitation magnétique (5 » x 7 »)
Système de lampe UV multi-longueur d’ondeRayniquesRX-H1000SÉquipement de greffe induit par la lumière
Octadécyltrichlorosilane (OTS)Sigma-Aldrich104817Revêtement de surface hydrophobe
FourSH ScientificSH-VDO-30NHUtilisé pour sécher des échantillons
Résine photo-durcissableTechnologie MinutaMINS-311RMRésine à base d’acrylate de polyuréthane (PUA)
Polyéthylène glycol (PEG) 200Industrie chimique de TokyoP0840Porogen
Film de polyéthylène térephtalate (PET)DP bleuSubstrat pour l’empreinte
Huile de siliconePolymère Shin-EtsuKF-96-10CS10cS
SmartDropFemtobiomedMesure de l’angle de contact
Nettoyant UV à l’ozoneJaesung EngineeringUVC-30Équipement de traitement UV de l’ozone
Spectrophotomètre UV-visible/NIRJascoV-770Mesure de la transmittance de la lumière

Références

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