Wieloskalowe struktury agregowane za pomocą nadrukowanych nanowłókien dla powierzchni funkcjonalnych
September 11th, 2018
Prezentowana jest prosta metoda wytwarzania nano-mikro wieloskalowych struktur dla funkcjonalnych powierzchni, poprzez agregację nanowłókien wytworzonych za pomocą anodowego filtra z tlenku glinu.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie inżynierii do powierzchni w zrozumieniu powierzchni funkcjonalnej dla morfologii rur i zwilżalności. Główną zaletą naszego podejścia jest to, że pozwala ono na szybsze wytwarzanie wieloskalowych nanomikrostruktur przy użyciu wyłącznie procesu odciskania z anodowym filtrem z tlenku glinu i samoagregacji nanowłókien. Po odciśnięciu, odtworzone wzory powierzchni początkowo wykazywały superhydrofilowość.
Możemy zmienić dostępność powierzchni nadrukowanych struktur poprzez zastosowanie obróbki UV i samodzielnej powłoki jednowarstwowej. Uzyskaj anodowy filtr z tlenku glinu lub AAO o wielkości porów 200 nanometrów, wysokości 60 mikronów i średnicy 25 mililitrów. Oczyść powierzchnię politereftalanem etylenu lub folią PET z 99,8% acetonem przez pięć minut, a następnie 99,9.
alkohol izopropylowy przez pięć minut. Całkowicie wysusz folię przez trzy minuty za pomocą pistoletu pneumatycznego. Następnie umieść folię PET na płaskiej powierzchni bez zanieczyszczeń.
Dodaj 0,1 mililitra kropli utwardzanej promieniami UV żywicy poliuretanowo-akrylowej o lepkości 257,4 CPS na powierzchnię. Umieść filtr AAO na żywicy i równomiernie dociśnij za pomocą gumowego wałka o średnicy 32 milimetrów. Rozprzestrzenianie się żywicy jest wizualnie potwierdzone.
Wałek należy powtórzyć i ostrożnie popchnąć podczas prasowania. Filtr AAO jest kruchy i może pęknąć, jeśli zostanie przyłożona nadmierna siła. Po zwinięciu wystaw próbkę wykonaną z filtrem PET i AAO na działanie światła UV o długości fali 365 nanometrów przez 30 sekund, aby utwardzić żywicę.
Następnie zanurz utwardzoną próbkę w 100 mililitrach dwumolowego roztworu wodorotlenku sodu na 10 minut, aby rozpuścić filtr. Obrazy SEM pokazują powierzchnię i przekrój konstrukcji. Oczyść próbkę wodą dejonizowaną.
Następnie całkowicie wysusz go przez trzy minuty za pomocą pistoletu pneumatycznego. Użyj analizy rentgenowskiej z dyspersją energii, aby potwierdzić, że sód i aluminium nie są wykrywane i są całkowicie wytrawione. Aby przeprowadzić obróbkę ozonem UV, najpierw oczyść próbkę za pomocą nanomikro struktur wieloskalowych za pomocą alkoholu izopropylowego przez pięć minut, a następnie wody dejonizowanej przez pięć minut.
Osuszyć umytą próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego przez trzy minuty. Naświetlać próbkę promieniami UV przez 60 minut przy użyciu sprzętu do ozonowania UV o intensywności 25 miliwatów na centymetr kwadratowy. W przypadku samodzielnego montażu OTS umieść gorące miejsce w komorze rękawicowej i utrzymuj środowisko azotu do procesu osadzania pary.
Na potrzeby filmowania zademonstrujemy procedurę w próbie poza schowkiem podręcznym. Umieścić zlewkę na płycie grzejnej i dodać dwa mililitry roztworu OTS do zlewki za pomocą pipety. Przykryj zlewkę szklaną lub płytkową stroną do przodu, próbką skierowaną w dół do wnętrza zlewki.
Przetwarzaj przez 60 minut w temperaturze 100 stopni Celsjusza przed wyjęciem próbki z komory rękawicowej. Aby wytworzyć powierzchnię funkcjonalną poprzez wstrzykiwanie smarów, należy nanieść około 0,2 mililitra na centymetr kwadratowy cieczy perfluorowęglowej na samozagregowany zespół nanowłókien pokryty powłoką OTS. Obserwuj proces zwilżania perfluorowęglowodoru za pomocą mikroskopu optycznego przy powiększeniu od pięciu do 20 razy.
Na koniec usuń nadmiar cieczy perfluorowęglowodorowej, umieszczając próbkę w pozycji pionowej na kilka godzin. Przedstawiono tutaj wieloskalowe struktury nanomikrohybrydowe uzyskane w procesie imprintingu i samoagregacji pochodzącej z parowania. Trudno jest zmierzyć kąt zwilżania ze względu na superhydrofilowość wytwarzanej powierzchni.
Co ciekawe, po poddaniu działaniu ozonu UV w odpowiednim czasie, morfologia powierzchni i zwilżalność powierzchni zmieniają się z superhydrofilowości na hydrofobowość, przy kącie zwilżania 126,8 stopnia. Co więcej, kąt zwilżania można zwiększyć do 133,6 stopnia poprzez dodatkową powłokę z samodzielnie montowanej monowarstwy. Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się inżynierią powierzchni do badania funkcjonalności powierzchni i zmian morfologii wraz ze zjawiskiem samoorganizacji i właściwą obróbką powierzchni.
Chociaż metoda ta może dostarczyć informacji na temat modyfikacji morfologii powierzchni i zwilżalności, może być również stosowana do innych zastosowań, takich jak tkanki za pomocą skalpela, filtrów środowiskowych, zakłócaczy katalizatora lub z rozproszoną optyką, ze względu na porowate struktury na większą skalę.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę wytwarzania struktur wieloskalowych nano-mikro, których celem jest stworzenie funkcjonalnych powierzchni. Technika ta wykorzystuje filtr z tlenku glinu anodowego do agregacji nanowłókien, ułatwiając szybszą produkcję tych struktur.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Nauki o materiałach
- Inżynieria powierzchni
- Nanotechnologia
Tło
- Zrozumienie funkcjonalnych powierzchni jest kluczowe w różnych zastosowaniach inżynieryjnych.
- Poprzednie metody tworzenia struktur wieloskalowych były często czasochłonne.
- Superhydrofiliczność jest pożądaną właściwością dla wielu funkcjonalnych powierzchni.
- Samoagregacja nanowłókien może poprawiać właściwości powierzchni.
Cel badania
- Opracowanie szybszej metody wytwarzania struktur nanomikro wieloskalowych.
- Zbadanie wpływu obróbki powierzchni na zwilżalność.
- Wykorzystanie filtrów z tlenku glinu anodowego do efektywnego replikacji struktur.
Stosowane metody
- Proces odlewania za pomocą filtra z tlenku glinu anodowego.
- Samoagregacja nanowłókien do tworzenia struktury.
- Obróbka powierzchni z pochodzeniem UV i powłoka samoodtwarzająca się.
- Czyszczenie za pomocą polietylenu tereftalanatu i acetonu.
Główne wyniki
- Wytworzone powierzchnie wykazywały superhydrofiliczność po odciśnięciu.
- Dostępność powierzchni można modyfikować za pomocą obróbki UV.
- Metoda pozwala na szybką produkcję złożonych wzorców powierzchni.
- Wykorzystanie filtrów AAO o określonych wymiarach poprawia proces.
Wnioski
- Ta metoda znacznie skraca czas produkcji funkcjonalnych powierzchni.
- Obróbka powierzchni może skutecznie zmieniać właściwości struktur.
- Podejście to ma potencjalne zastosowania w różnych dziedzinach inżynierii.
Często zadawane pytania
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
