Multiscala strutture aggregate da nanofibre impresse per superfici funzionali
September 11th, 2018
È presentato un metodo facile per fabbricare strutture multiscala nano-micro, per superfici funzionali, aggregando le nanofibre fabbricate utilizzando un filtro di ossido di alluminio anodico.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dall'ingegnere alla superficie nella comprensione della superficie funzionale per la morfologia tubolare e la bagnabilità. Il vantaggio principale del nostro approccio è che consente una fabbricazione più rapida di nanomicro strutture multiscala utilizzando solo un processo di impronta con un filtro anodico all'ossido di alluminio e un'autoaggregazione di nanofibre. Dopo l'imprinting, i modelli di superficie replicati hanno inizialmente mostrato superidrofilia.
Possiamo modificare la disponibilità superficiale delle strutture stampate utilizzando il trattamento di origine UV e il rivestimento monostrato autoassemblato. Ottenere un filtro all'ossido di alluminio anodico, o AAO, con una dimensione dei pori di 200 nanometri, un'altezza di 60 micron e un diametro di 25 millilitri. Pulire la superficie con polietilene tereftalato, o pellicola PET, con acetone al 99,8% per cinque minuti, seguito da 99,9.
alcol isopropilico per cinque minuti. Asciugare completamente la pellicola per tre minuti utilizzando una pistola ad aria compressa. Quindi, posizionare la pellicola in PET su una superficie piana senza contaminanti.
Aggiungere una goccia di 0,1 millilitri di resina poliuretanica acrilica polimerizzabile UV con una viscosità di 257,4 CPS sulla superficie. Posizionare il filtro AAO sulla resina e premere uniformemente utilizzando un rullo di gomma con un diametro di 32 millimetri. La diffusione della resina è visivamente confermata.
Il rullo deve essere ripetuto e spinto con cautela durante la pressatura. Il filtro AAO è fragile e può rompersi se viene applicata una forza eccessiva. Dopo la laminazione, esporre il campione realizzato con il filtro PET e AAO alla luce UV con una lunghezza d'onda di 365 nanometri per 30 secondi per polimerizzare la resina.
Quindi, immergere il campione polimerizzato in 100 millilitri di soluzione di idrossido di sodio a due molari per 10 minuti per sciogliere il filtro. Le immagini SEM mostrano la superficie e la sezione trasversale della struttura. Pulire il campione con acqua deionizzata.
Quindi, asciugarlo completamente per tre minuti utilizzando una pistola ad aria compressa. Utilizzare l'analisi a raggi X a dispersione di energia per confermare che il sodio e l'alluminio non vengono rilevati e sono completamente incisi. Per eseguire il trattamento con ozono UV, pulire prima il campione con strutture multiscala nanomicro utilizzando alcol isopropilico per cinque minuti e poi acqua deionizzata per cinque minuti.
Asciugare il campione lavato utilizzando una pistola ad aria compressa per tre minuti. Irradiare il campione utilizzando i raggi UV per 60 minuti utilizzando un'apparecchiatura ad ozono UV con un'intensità di 25 milliwatt per centimetro quadrato. Per l'autoassemblaggio OTS, posizionare il punto caldo all'interno del vano portaoggetti e mantenere un ambiente di azoto per il processo di deposizione da vapore.
Ai fini delle riprese, dimostreremo la procedura in simulazione all'esterno di un vano portaoggetti. Posizionare un becher sulla piastra calda e aggiungere due millilitri di soluzione OTS al becher utilizzando una pipetta. Coprire il becher con il bicchiere o la lastra rivolti verso il basso, con il campione rivolto verso il basso nel becher.
Lavorare per 60 minuti a 100 gradi Celsius prima di rimuovere il campione dal vano portaoggetti. Per fabbricare la superficie funzionale iniettando lubrificanti, depositare circa 0,2 millilitri per centimetro quadrato di liquido perfluorocarburico sull'assemblaggio di nanofibre autoaggregate rivestite OTS. Osservare il processo di bagnatura del perfluorocarburo utilizzando un microscopio ottico con un ingrandimento da cinque a 20 volte.
Infine, rimuovere il liquido perfluorocarburico in eccesso posizionando il campione in posizione verticale per alcune ore. Qui vengono mostrate le strutture ibride nanomicro multiscala ottenute dal processo di impronta e l'autoaggregazione derivata dall'evaporazione. È difficile misurare l'angolo di contatto a causa della superidrofilia della superficie fabbricata.
È interessante notare che, dopo il trattamento con ozono UV con tempo sufficiente, la morfologia superficiale e la bagnabilità superficiale cambiano da superidrofilia a idrofobicità, con un angolo di contatto di 126,8 gradi. Inoltre, l'angolo di contatto può essere aumentato a 133,6 gradi con un rivestimento aggiuntivo del monostrato autoassemblato. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle superfici ingegnerizzate per esplorare la funzionalità della superficie e il cambiamento della morfologia con il fenomeno dell'autoassemblaggio e un corretto trattamento superficiale.
Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulla modifica della morfologia e della bagnabilità della superficie, può essere applicato anche ad altre applicazioni come i tessuti tramite bisturi, filtri ambientali, disgregatori catalitici o con ottiche diffuse, a causa delle sue strutture porose su larga scala.
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Panoramica
Questo articolo presenta un metodo per fabbricare strutture multiscala nano-micro volte alla creazione di superfici funzionali. La tecnica utilizza un filtro di ossido di alluminio anodo per aggregare le nanofibre, facilitando una produzione più rapida di queste strutture.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Scienza dei materiali
- Ingegneria delle superfici
- Nanotecnologia
Contesto
- Comprendere le superfici funzionali è cruciale in varie applicazioni ingegneristiche.
- I metodi precedenti per creare strutture multiscala erano spesso dispendiosi in termini di tempo.
- La superidrofilicità è una proprietà desiderabile per molte superfici funzionali.
- L'autoaggregazione delle nanofibre può migliorare le proprietà della superficie.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo più rapido per fabbricare strutture nanomicro multiscala.
- Esplorare l'impatto dei trattamenti superficiali sulla bagnabilità.
- Utilizzare filtri di ossido di alluminio anodo per una replicazione efficiente delle strutture.
Metodi utilizzati
- Processo di impronta utilizzando un filtro di ossido di alluminio anodo.
- Autoaggregazione delle nanofibre per la formazione della struttura.
- Trattamento superficiale di origine UV e rivestimento monomolecolare autoassemblato.
- Pulizia con polietilene tereftalato e acetone.
Risultati principali
- Le superfici fabbricate hanno mostrato superidrofilicità dopo l'impronta.
- La disponibilità superficiale può essere modificata attraverso il trattamento UV.
- Il metodo permette una rapida produzione di modelli superficiali complessi.
- L'utilizzo di filtri AAO con dimensioni specifiche migliora il processo.
Conclusioni
- Questo metodo riduce significativamente il tempo di fabbricazione per superfici funzionali.
- I trattamenti superficiali possono modificare efficacemente le proprietà delle strutture.
- L'approccio ha potenziali applicazioni in vari campi dell'ingegneria.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Rapid fabrication of multiscale micro-nano structures enables the creation of functional surfaces with tunable wettability, supporting advanced material interfaces in biopharma R&D. This approach streamlines the development of engineered surfaces for device prototyping, filtration, and tissue interface applications. The method's scalability and adaptability position it as a reusable capability for innovation across discovery and translational workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates the creation of biomimetic surfaces for hypothesis-driven studies on cell-material interactions.
- Enables rapid prototyping of micro-nano topographies to de-risk surface-driven biological responses.
- Supports predictive confidence in material selection for device and assay development.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible surfaces for quantitative assessment of wettability and morphology.
- Enables scalable preparation of functionalized substrates for high-throughput screening platforms.
- Supports reliable evaluation of compound or cell responses to engineered surface features.
Translational & Preclinical Research
- Offers tunable surface properties for alignment with disease-relevant tissue models or filtration systems.
- Ensures continuity from discovery-stage material evaluation to preclinical device prototyping.
- Reduces risk in advancing surface-engineered materials toward translational endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This fabrication protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling rapid, reproducible generation of functional surfaces for iterative testing and optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on surface-driven biological phenomena and material de-risking.
- Screening: Delivers assay-ready substrates with controlled wettability and morphology for reproducible outputs.
- Analytics: Provides quantitative readouts of contact angle and surface morphology for comparative analysis.
- Translational Research: Aligns engineered surfaces with preclinical model requirements and biomarker studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, cost-effective platform for repeated surface engineering across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence and reduces ambiguity in surface-material interactions.
- Operational Value: Enables standardized, high-throughput fabrication with reproducible outcomes.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions for material and device development, optimizing resource allocation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of surface-engineered assets across R&D pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in surface engineering and nanofabrication techniques.
- Needs access to UV curing, AAO filters, and analytical instrumentation for surface characterization.
- Demands cross-team standardization for reproducibility and scalability.
- Adaptable to various substrate materials and model systems as supported by protocol.
- Limitations include handling of brittle AAO filters and precise control of surface treatments.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:52
Fabrication of Nano-Micro Multiscale Structure Surface Using an AAO Filter
2:58
Surface Treatments and Fabrication of Functional Surface by Injecting Lubricants
4:40
Results: The Change of the Surface Wettability and Morphology by Surface Treatment
5:29
Conclusion
