ステンレス鋼の滑りやすい表面の作製と高温の反付着挙動

この実験の全体的な目標は、高温耐性のある滑りやすい表面をどのように作製するかを説明し、高温での準備された表面の付着防止効果を調査することです。この方法は、生物医学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。例えば、電気外科器具の軟部組織の癒着問題。

この技術の主な利点は、準備された滑り面が高温で優れた接着性を達成できることです。その手順を実演するのは、私の研究室の大学院生であるLiu Guangです。この手順を開始するには、テキストプロトコルで概説されているようにフォトマスクを設計および製造します。

次に、ステンレス鋼板をアルカリ性溶液で室温で15分間洗浄します。超音波洗浄機を使用して、500ワットの超音波電力で40キロヘルツの動作周波数でプレートを完全に洗浄します。次に、脱イオン水とヘキサン、アセトン、エタノールでそれぞれ10分間順番にすすぎます。

洗浄したプレートを摂氏150度に設定されたホットプレートに置きます。ステンレス鋼をアルミホイルのシートで覆い、ホットプレートに30分間置いて乾かします。この後、鋼をスピンカッターに移し、中央に置きます。

スポイトを使用して、約1ミリリットルのポジ型フォトレジストをプレートの中心から端に向かって堆積させ、プレート全体が覆われるまで堆積させます。次に、スピンカッターを700rpmで6秒間回転させ、次に1500rpmまで15秒間回転させてフォトレジストを均一に広げます。次に、真空バルブを放します。

ピンセットを使用して、コーティングされたスチールをスピンカッターから取り外します。鋼をホットプレートに120°Cで2分間置いて、フォトレジストを焼きます。次に、ステンレス鋼をフォトマトグラフィーマシンの真空バルブに移します。

露光時間を25秒に設定し、フォトマトグラフィーマシンの電源を入れます。この後、鋼を取り除きます。現像液に1分間浸して、紫外線をさらさずにフォトレジストを除去します。

次に、プレートを現像液から取り出し、脱イオン水で洗浄します。洗浄したプレートを窒素ガスで乾燥させます。次に、乾燥させた鋼をホットプレートの上に置きます。

120°Cで2分間焼きます。倍率100倍の正立顕微鏡を用いて、得られたフォトレジストのテクスチャをステンレス鋼で検査します。まず、500ミリリットルのビーカーに200ミリリットルの化学エッチング溶液を準備します。

次に、ステンレス鋼を追加します。プレートを溶液に10分間放置します。ピンセットを使用して、化学的にエッチングされた鋼を取り除きます。

脱イオン水で1分間洗浄します。窒素ガスを使用して乾燥させます。超音波洗浄機を使用して、アセトンで鋼を5分間洗浄し、フォトレジストのテクスチャーを取り除きます。

次に、エッチングされたプレートを窒素ガスで乾燥させます。脱イオン水の安定した流れを使用して、化学的にエッチングされたステンレス鋼を洗浄します。窒素ガスで乾燥させます。

ホットプレートを使用して、鋼を摂氏100度に30分間加熱し、表面を完全に乾かします。次に、鋼をRFプラズママシンに移します。100ワットのRF電力、100ミリバールのシステム圧力、20SSCMの流量を使用して、O2プラズマ処理で鋼を10分間ヒドロキシレートします。

この後、無水トルエンに1ミリリットルのOTS溶液を調製します。エッチングされた鋼をOTS溶液に移します。ビーカーを密封し、室温で4時間休ませます。

次に、溶液から鋼を取り除き、無水トルエンで洗浄します。超音波洗浄機を使用して、プレートを10分間洗浄します。窒素ガスで乾燥させます。

まず、スポイトを使用して、OTSコーティングされた化学的にエッチングされたステンレス鋼に約10ミリリットルのシリコーンオイルを堆積させます。次に、光学実体顕微鏡を使用して、鋼表面のシリコーンの濡れ過程を観察します。鋼板を垂直位置に1時間置き、余分な油分を取り除きます。

次に、滑りやすいシリコン表面に4マイクロリットルの水滴を堆積させます。鋼を光学顕微鏡にロードし、約2度傾けます。低倍率で水滴を観察し、滑りやすい表面で水滴が動きやすいことを確認します。

ピンセットを使用して、鋼をホットプレートに移します。温度を設定して、テキストプロトコルで説明されているように、さまざまな高温での濡れ防止動作を分析します。ハイスピードカメラを三脚に固定し、鋼に向けます。

ピントを調整した後、マイクロシリンジを使用して滑りやすい表面に10マイクロリットルの水を堆積させ、500ヘルツのフレームレートで水滴の動きを記録します。液滴が鋼の滑りやすい表面から滑り落ちたら、録音を停止します。次に、試験プロトコルに概説されているように、滑りやすい表面の軟部組織に対する付着防止効果を分析します。

この研究では、OTSコーティングされた化学エッチングされたステンレス鋼にシリコーンオイルを添加することにより、滑りやすい表面を準備します。湿潤処理が完了すると、目に見える油層を乾燥した表面と区別できます。次に、準備された表面が2度の角度で向けられたときに水滴が堆積する滑りやすい特性が調査されます。

黄色の点線は接触点を示し、水滴は水面に沿って浮かんで滑ります。次に、さまざまな高温での濡れ防止挙動を調査します。摂氏200度では、水滴は最初は表面にしっかりと接触しているように見えますが、その接触は時間の経過とともに減少します。

6200ミリ秒で、液滴は表面から滑り始めます。摂氏250度では、液滴の初期接触面積は大幅に小さくなります。この温度では、液滴はわずか800ミリ秒後に表面から滑り始めます。

しかし、摂氏300度では、液滴は接触するとすぐに不安定になり、わずか250ミリ秒後に表面から急速に滑り落ちます。次に、滑りやすい表面が軟組織に付着しない効果を評価し、接着力を測定します。接着力は、滑らかなステンレス鋼で0.80プラスマイナス0.18ニュートン、滑りやすい表面で0.04プラスマイナス0.02ニュートンであることがわかります。

このように、滑りやすい表面と滑らかなステンレス鋼の表面との間の接着力には桁違いの差がありました。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば12時間で完了します。この方法は、効果的な接着効果を得るために滑りやすい表面を持つ電気外科器具の設計と製造に関する洞察を提供します。

また、制御装置の潤滑や薬剤の接着など、他のシステムにも適用できます。この手順を試行するときは、ホットプレートが高温にあるときにホットプレートに触れないように注意することが重要です。その開発後、この技術は、医用生体工学の分野の研究者が電気外科器具の軟部組織接着問題を解決するための道を開きました。

このビデオを見た後、高温耐性を備えた滑りやすい表面を製造する方法をよく理解しているはずです。