Przygotowanie i antyadhezja w wysokiej temperaturze śliskiej powierzchni na stali nierdzewnej

Ogólnym celem tego eksperymentu jest opisanie sposobu wytwarzania śliskich powierzchni o odporności na wysoką temperaturę oraz zbadanie efektu antyadhezyjnego tak przygotowanych powierzchni w wysokich temperaturach. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie biomedycyny. Takich jak problem z przyleganiem tkanek miękkich do narzędzi elektrochirurgicznych.

Główną zaletą tej techniki jest to, że przygotowane powierzchnie poślizgowe mogą osiągnąć doskonałą przyczepność w wysokich temperaturach. Procedurę zademonstruje Liu Guang, doktorant z mojego laboratorium. Aby rozpocząć tę procedurę, zaprojektuj i wyprodukuj fotomaskę zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Następnie umyj płytkę ze stali nierdzewnej w roztworach alkalicznych w temperaturze pokojowej przez 15 minut. Za pomocą myjki ultradźwiękowej dokładnie wyczyść płytkę z częstotliwością roboczą 40 kiloherców w mocy ultradźwiękowej 500 watów. Następnie spłucz go kolejno wodą dejonizowaną i heksanem, acetonem i etanolem przez 10 minut każdy.

Umytą płytę umieść na płycie grzejnej ustawionej na 150 stopni Celsjusza. Przykryj stal nierdzewną arkuszem folii aluminiowej i pozostaw ją na płycie grzejnej na 30 minut do wyschnięcia. Następnie przenieś stal do spincuttera, umieszczając ją pośrodku.

Za pomocą zakraplacza nałóż około 1 mililitra dodatniego fotorezystu na płytkę, zaczynając od środka i przesuwając się w kierunku krawędzi, aż cała płytka zostanie pokryta. Następnie uruchom wirówkę wirującą z prędkością 700 obr./min przez sześć sekund, a następnie zwiększ do 1500 obr./min przez 15 sekund, aby równomiernie rozprowadzić fotorezyst. Następnie zwolnij zawór podciśnieniowy.

Za pomocą pęsety usuń powlekaną stal z wirówki. Trzymaj stal na płycie grzejnej w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez dwie minuty, aby upiec fotorezystor. Następnie przenieś stal nierdzewną do zaworu próżniowego maszyny fotomatograficznej.

Ustaw czas naświetlania na 25 sekund i włącz fotomatografię. Następnie usuń stal. Zanurz go w roztworze deweloperskim na jedną minutę, aby usunąć fotorezystor bez wystawiania go na działanie światła UV.

Następnie wyjmij płytkę z roztworu wywoływacza i umyj ją wodą dejonizowaną. Osuszyć umytą płytę pod gazowym azotem. Następnie umieść wysuszoną stal na płycie grzejnej.

Piecz w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez dwie minuty. Za pomocą mikroskopu pionowego o powiększeniu 100 razy sprawdź uzyskaną teksturę fotorezystu na stali nierdzewnej. Na początek przygotuj 200 mililitrów chemicznego roztworu do trawienia w 500-mililitrowej zlewce.

Następnie dodaj stal nierdzewną. Pozostaw płytkę w roztworze na 10 minut. Za pomocą pęsety usuń chemicznie wytrawioną stal.

Myć wodą dejonizowaną przez minutę. Suszyć przy użyciu gazowego azotu. Użyj myjki ultradźwiękowej, aby oczyścić stal w acetonie przez pięć minut, aby usunąć teksturę fotorezystu.

Następnie wytrawioną płytkę osuszyć gazowym azotem. Użyj stałego strumienia dejonizowanej wody do czyszczenia chemicznie trawionej stali nierdzewnej. Suszyć gazowym azotem.

Za pomocą płyty grzejnej podgrzej stal do 100 stopni Celsjusza przez 30 minut, aby całkowicie wysuszyć powierzchnię. Następnie przenieś stal do maszyny plazmowej RF. Użyj mocy RF 100 watów, ciśnienia w systemie 100 milibarów i natężenia przepływu 20 SSCM, aby hydroksylować stal za pomocą plazmy O2 przez 10 minut.

Następnie przygotuj jeden mililitr roztworu OTS w bezwodnym toluenie. Przenieś wytrawioną stal do roztworu OTS. Zamknij zlewkę i pozwól jej odpocząć przez cztery godziny w temperaturze pokojowej.

Następnie usuń stal z roztworu i oczyść ją bezwodnym toluenem. Za pomocą myjki ultradźwiękowej czyść płytkę przez 10 minut. Wysuszyć go gazowym azotem.

Aby rozpocząć, użyj zakraplacza, aby nałożyć około 10 mililitrów oleju silikonowego na chemicznie trawioną stal nierdzewną pokrytą OTS. Następnie użyj optycznego mikroskopu stereoskopowego, aby obserwować proces zwilżania silikonu na powierzchni stali. Umieść stalową płytę w pozycji pionowej na godzinę, aby usunąć nadmiar oleju.

Następnie umieść czterolitrową kroplę wody na śliskiej powierzchni krzemu. Załaduj stal do mikroskopu optycznego i przechyl ją o około dwa stopnie. Przy małym powiększeniu obserwuj kroplę wody, aby upewnić się, że może łatwo poruszać się po śliskiej powierzchni.

Za pomocą pęsety przenieś stal na płytę grzejną. Ustaw temperaturę, aby przeanalizować zachowania zapobiegające zwilżaniu w różnych wysokich temperaturach, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Przymocuj szybki aparat do statywu i skieruj go w stronę stali.

Po ustawieniu ostrości za pomocą mikrostrzykawki nanieś 10 mikrolitrów wody na śliską powierzchnię i zarejestruj ruch kropli wody z częstotliwością 500 Hz. Zatrzymaj nagrywanie, gdy kropla ześlizgnie się ze stalowej śliskiej powierzchni. Następnie przeanalizuj działanie antyadhezyjne śliskiej powierzchni na tkanki miękkie, jak opisano w protokole testowym.

W tym badaniu śliską powierzchnię przygotowuje się przez dodanie oleju silikonowego do chemicznie trawionej stali nierdzewnej pokrytej powłoką OTS. Po zakończeniu procesu zwilżania można odróżnić widoczną warstwę oleju od suchej powierzchni. Właściwość śliskości jest następnie badana, osadzając kroplę wody na przygotowanej powierzchni, gdy jest ona zorientowana pod kątem dwóch stopni.

Żółta przerywana linia oznacza punkt kontaktu, a kropla wody unosi się i ślizga po powierzchni. Następnie badane są zachowania zapobiegające zwilżaniu w różnych wysokich temperaturach. W temperaturze 200 stopni Celsjusza początkowo widać, że kropla wody mocno styka się z powierzchnią, ale kontakt ten zmniejsza się z czasem.

Po 6200 milisekundach kropla zaczyna zsuwać się z powierzchni. W temperaturze 250 stopni Celsjusza początkowa powierzchnia kontaktu kropli jest znacznie mniejsza. W tej temperaturze kropla zaczyna zsuwać się z powierzchni już po 800 milisekundach.

Jednak w temperaturze 300 stopni Celsjusza kropla jest natychmiast niestabilna w kontakcie i szybko zsuwa się z powierzchni już po 250 milisekundach. Następnie oceniany jest efekt przeciwadhezyjny śliskiej powierzchni na tkankę miękką, mierząc siłę adhezji. Siła przylegania wynosi 0,80 plus minus 0,18 niutonów na gładkiej stali nierdzewnej i 0,04 plus minus 0,02 niutona na śliskiej powierzchni.

W związku z tym istniała różnica w sile przylegania między śliską powierzchnią a gładką powierzchnią ze stali nierdzewnej o rząd wielkości. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu 12 godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Ta metoda może zapewnić wgląd w projektowanie i wytwarzanie narzędzi elektrochirurgicznych o śliskich powierzchniach w celu uzyskania skutecznego efektu adhezji.

Może być również stosowany w innych systemach, takich jak smarowanie elementów sterujących i adhezja środków. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby unikać dotykania płyty grzejnej, gdy jest ona w wysokiej temperaturze. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom w dziedzinie inżynierii biomedycznej do rozwiązywania problemów z adhezją tkanek miękkich w narzędziach elektrochirurgicznych.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykonać śliską powierzchnię o odporności na wysoką temperaturę.