Artigo de método

Padronização e enxertia induzida por luz para superfícies escorregadias com base em estruturas nanoporosas revestidas de silano

DOI:

10.3791/69270

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14 de novembro de 2025

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

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

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Este protocolo apresenta um método induzido por luz para a fabricação de estruturas tridimensionais escorregadias por meio de padronização digital sequencial e enxertia em superfícies nanoporosas revestidas com silano. Essa abordagem permite a formação espacialmente controlada de regiões escorregadias, permitindo a repelência líquida padronizada e a análise quantitativa do escorregadio interfacial, com aplicações em manipulação de fluidos e engenharia de superfície.

Resumo

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

Este protocolo descreve um método induzido por luz para fabricar superfícies escorregadias com padrões espaciais por meio de processamento digital de luz (DLP) e separação de fases induzida por polimerização. Uma resina de acrilato de poliuretano fotocurável (PUA) é misturada com um porogênio solúvel em água (PEG-200) e exposta seletivamente à luz ultravioleta (UV) usando um sistema de projeção DLP. Este processo induz simultaneamente a reticulação de polímeros e a separação de fases porógenas. Após a remoção do porogênio, uma estrutura nanoporosa permanece, que é quimicamente modificada por meio da ativação do ozônio UV e silanização em fase de vapor para aumentar a hidrofobicidade. O óleo de silicone é então infundido e covalentemente enxertado na superfície usando luz UV de vários comprimentos de onda, formando uma camada de escova estável de polidimetilsiloxano (PDMS). A superfície resultante exibe forte repelência a líquidos, baixa histerese de ângulo de contato e alta transparência óptica. A molhabilidade é avaliada quantitativamente usando medidas de ângulo de contato e histerese com água, octano, mel e saliva humana artificial. Este método permite o escorregamento seletivo, demonstrado pelo direcionamento de gotículas à base de água para longe de domínios escorregadios em direção a regiões hidrofílicas não tratadas, formando padrões líquidos bem definidos. A abordagem suporta fabricação de alta resolução e sem máscara em substratos flexíveis e padronização escalável para aplicações em microfluídica, transporte de gotículas, coleta de água e dispositivos biomédicos.

Introdução

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Superfícies porosas com infusão de líquido escorregadio (SLIPS)1 são interfaces bioinspiradas que repelem uma ampla gama de líquidos, bloqueando fluidos lubrificantes dentro de estruturas sólidas micro ou nanoestruturadas 2,3. Ao contrário das superfícies super-hidrofóbicas inspiradas em lótus4, o SLIPS usa uma interface líquido-líquido estabilizada, permitindo que as gotículas se movam com o mínimo de atrito. Eles exibem onifobicidade, histerese de baixo ângulo de contato e comportamento de autocura 3,5 impulsionado pela redistribuição de lubrificante induzida por capilares6. Essas propriedades tornam o SLIPS atraente para aplicações em microfluídica7, anti-incrustante 6,8, anticongelante 9,10,11, coleta de água 12,13,14 e superfícies autolimpantes 15.

No entanto, estender o SLIPS para superfícies geometricamente complexas ou espacialmente padronizadas continua sendo um desafio. As técnicas convencionais de fabricação de andaimes porosos - como fotolitografia16,17, anodização18, gelificação 6,19 e eletrofiação20 - são demoradas e requerem várias etapas de processamento. A modelagem de deposição fundida (FDM)21,22, uma abordagem de impressão 3D padrão, também tem sido usada para criar SLIPS imprimindo polímeros porosos e infundindo-os com lubrificantes. Embora mais acessível, o FDM tem deposição lenta ponto a ponto e resolução limitada, dificultando a fabricação eficiente de recursos de superfície fina ou padrões de grande área. Além disso, os SLIPS produzidos por essas técnicas são tipicamente uniformemente escorregadios, o que limita sua utilidade em aplicações que requerem controle seletivo de líquidos.

Para lidar com essas limitações, um método induzido por luz é introduzido para fabricar superfícies escorregadias padronizadas usando processamento digital de luz (DLP)23. O DLP permite a projeção rápida e de alta resolução de imagens projetadas em materiais fotocuráveis. Ao combinar DLP com separação de fases induzida por polimerização, microestruturas nanoporosas são formadas com capacidade de retenção de lubrificante. Uma resina de acrilato de poliuretano fotocurável (PUA) é misturada com um porogênio solúvel em água e exposta à luz ultravioleta (UV) padronizada, induzindo reticulação e separação de fases porogênicas. A lavagem subsequente remove o porógeno, deixando uma matriz porosa.

A superfície é posteriormente silanizada com octadeciltriclorossilano (OTS) para aumentar a hidrofobicidade24 e infundida com óleo de silicone. A breve exposição aos raios UV induz o enxerto covalente de uma camada de escova de polidimetilsiloxano (PDMS) 6,19,25 no substrato, ancorando quimicamente o lubrificante e melhorando a estabilidade interfacial a longo prazo. As características das superfícies fabricadas - incluindo ângulo de contato estático, histerese do ângulo de contato, ângulo de deslizamento, velocidade de deslizamento e transmitância óptica - são avaliadas quantitativamente. Além disso, um teste de padronização de líquido demonstra escorregamento seletivo, guiando gotículas de água para regiões não tratadas. Neste trabalho, é introduzida uma fabricação SLIPS padronizada induzida por luz via DLP, que permite o controle espacial de domínios escorregadios sem a necessidade de fotolitografia complexa, anodização ou gelificação. Ao ligar quimicamente o lubrificante por meio de enxerto fotoinduzido em superfícies nanoporosas projetadas, o método proposto produz superfícies escorregadias estáveis e de alta resolução, adequadas para manipulação seletiva de gotículas em microfluídica13, sistemas de coleta de água 12,13,14 e dispositivos biomédicos 26,27.

Protocolo

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NOTA: Uma visão geral esquemática desse processo aparece na Figura 1. Os materiais e equipamentos utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Superfície nanoporosa

  1. Misture a resina PUA fotocurável com polietilenoglicol-200 (PEG-200) como porogênio a uma proporção de peso de 50% em peso. Mexa a mistura a 500 rpm por 5 min usando um agitador magnético.
  2. Dispense a solução misturada em um filme de tereftalato de polietileno (PET) como gotículas sésseis. Cubra as gotículas com um filme de etileno propileno fluorado (FEP) e aplique pressão uniforme com um sistema rolo a placa28 para garantir uma distribuição uniforme.
  3. Exponha a resina PUA à luz UV (365 nm) a uma dose de energia de 180 mJ/cm2 com um sistema de cura UV LED para induzir a polimerização. Após a cura, remova os filmes FEP.
  4. Mergulhe a amostra curada em água deionizada (DI) por 1 h para extrair o PEG-200 não reagido. Secar a amostra porosa numa estufa a 70 °C durante 1 h para remover a água residual e finalizar o fabrico da superfície nanoporosa (figura 2).
    NOTA: Após a secagem, uma aparência esbranquiçada e fosca indica que o PEG-200 foi completamente removido e existem nanoporos.

2. Superfície tratada com OTS

  1. Realize o tratamento com ozônio UV nos comprimentos de onda de 185 e 254 nm com uma intensidade UV de 25 mW / cm2 por 20 min para introduzir grupos hidroxila na superfície como um pré-tratamento para a formação de monocamada auto-montada (SAM) OTS. Conduza este processo sob condições ambientais padrão de laboratório à temperatura ambiente e pressão atmosférica.
    CUIDADO: O tratamento com ozônio UV gera ozônio (O3) e espécies reativas de oxigênio (ROS) após a exposição à luz UV de 185 nm e 254 nm. Esses subprodutos são prejudiciais à saúde humana e podem irritar o sistema respiratório. Certifique-se de que o sistema de ozônio UV esteja conectado a um sistema funcional de exaustão ou extração de fumaça.
    A exposição prolongada ao ozônio UV além de 20 minutos pode danificar a superfície do polímero e causar deformação estrutural.
  2. Coloque uma placa quente dentro de um porta-luvas cheio de nitrogênio. Posicionar um copo limpo na placa de aquecimento e distribuir 1 ml de solução OTS no fundo do copo sob a forma de gotículas sésseis.
    CUIDADO: O octadeciltriclorossilano é altamente reativo à umidade e gera gás cloreto de hidrogênio (HCl) corrosivo após a hidrólise. Pode irritar a pele, os olhos e o sistema respiratório. Manuseie o OTS apenas em um porta-luvas cheio de nitrogênio e use equipamento de proteção individual (EPI) apropriado, incluindo luvas, óculos de segurança e jaleco.
  3. Prenda as amostras de filme PET em lâminas de vidro. Inverter as lâminas e colocá-las viradas para baixo sobre o copo para conduzir a deposição de OTS em fase de vapor. Aqueça a configuração a 120 °C por 40 min.
    NOTA: O revestimento de OTS devido ao aquecimento excessivo ou exposição prolongada pode causar defeitos na superfície.
  4. Retire as amostras do porta-luvas e limpe o copo com um pano sem fiapos.
    NOTA: Se o béquer não for limpo adequadamente, o OTS residual pode solidificar e parecer branco, afetando as condições de processamento repetido.

3. Enxerto induzido por luz

  1. Realize o tratamento com ozônio UV nos comprimentos de onda de 185 e 254 nm com uma intensidade UV de 25 mW / cm2 por 20 min na superfície revestida com OTS para introduzir grupos hidroxila como uma etapa de pré-tratamento para enxerto covalente da camada de escova PDMS. Este processo é conduzido sob condições ambientais padrão de laboratório à temperatura ambiente e pressão atmosférica.
    NOTA: Esta etapa é crítica. Sem a ativação da hidroxila, a camada de escova PDMS não se forma e uma interface escorregadia não se desenvolve.
  2. Aplique 20 μL/cm2 de óleo de silicone 10 cS na superfície por deposição de gotículas sésseis para garantir um revestimento uniforme.
  3. Irradiar a amostra por 15 min com uma lâmpada UV de alta intensidade posicionada 15 cm acima da superfície. Use uma fonte de vários comprimentos de onda com picos proeminentes em 207 nm (149 mW/cm2), 214 nm (155 mW / cm2), 296 nm (125 mW / cm2), 317 nm (93 mW / cm2) e 321 nm (89 mW / cm2). A irradiação produz calor e o substrato atinge 103,3 ± 5,2 °C, facilitando a formação de escovas covalentes.
    CUIDADO: Durante a irradiação UV de alta intensidade, o óleo de silicone pode atingir temperaturas elevadas (>100 °C). Embora o óleo de silicone em si tenha baixa toxicidade aguda, a inalação de névoa de óleo pode causar irritação respiratória. Em temperaturas elevadas, sua volatilidade aumenta e a exposição prolongada em espaços mal ventilados ou fechados pode representar riscos à saúde. Use óculos de proteção com bloqueio de UV e garanta ventilação de exaustão adequada para liberar o ozônio. Mantenha materiais inflamáveis ou voláteis longe da configuração para evitar riscos de incêndio devido ao calor e à exposição aos raios UV.
  4. Incline a amostra em um ângulo de 30° e mantenha por 5 min para permitir que o excesso de óleo de silicone escorra da superfície.
    NOTA: A drenagem bem-sucedida é confirmada quando a superfície exibe uma película fina e uniforme de óleo de silicone sem acúmulo ou grandes gotículas visíveis.

4. Fabricação de estruturas escorregadias padronizadas

  1. Projete as formas desejadas com software CAD (por exemplo, CATIA) e exporte-as como arquivos STL (engrenagem, labirinto e texto JoVE; Arquivo Suplementar 1, Arquivo Suplementar 2, Arquivo Suplementar 3 e Arquivo Suplementar 4). Carregue os arquivos STL no software de fatiamento (por exemplo, Carima Slicer) para gerar imagens de projeção 2D compatíveis com a impressora 3D DLP. Envie os arquivos resultantes para a impressora para projeção de luz digital.
  2. Coloque o filme revestido com solução de polímero (da etapa 1.2) na janela da impressora DLP. Exponha a amostra à luz UV de 365 nm a uma intensidade de 180 mJ/cm2 com o padrão digital projetado para curar seletivamente a resina.
  3. Mergulhe a amostra exposta em água DI por 1 h para extrair PEG-200. Secar a amostra numa estufa a 70 °C durante 1 h para remover a água residual e produzir a estrutura nanoporosa. Realize o tratamento de superfície OTS e o enxerto induzido por luz para concluir a fabricação de superfícies escorregadias padronizadas.

Resultados

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As superfícies nanoporosas fabricadas por meio de separação de fases induzida por polimerização exibiram uma distribuição de tamanho de poro dominante de 60-100 nm, conforme mostrado na Figura 2. Essa distribuição foi confirmada por três medições replicadas usando imagens de MEV de alta resolução. As imagens de MEV foram processadas por meio de análise de imagem baseada em pixels no MATLAB para determinar os diâmetros dos poros, assumindo uma seção transversal circular.

O ângulo de contato estático com a água medido na superfície porosa foi de 84,4 ± 1,4°, com base em cinco testes repetidos com gotículas de água sésseis de 5 μL (Figura 3A). Para avaliar as mudanças na molhabilidade da superfície, o ângulo de contato foi monitorado nas etapas de modificação da superfície, incluindo formação de estrutura nanoporosa, ativação de ozônio UV, silanização e enxerto PDMS induzido por luz. Após a silanização, a superfície tornou-se hidrofóbica; no entanto, um segundo tratamento com ozônio UV, realizado antes do enxerto de PDMS, reduziu temporariamente o ângulo de contato porque grupos hidroxila foram introduzidos. Essa redução foi revertida pela formação de uma camada de escova PDMS covalentemente ligada, restaurando a hidrofobicidade da superfície29. Ao contrário dos revestimentos de óleo de silicone livres, que podem se esgotar facilmente, a escova PDMS amarrada fornece uma camada molecular estável e flexível que retém o lubrificante e permite um comportamento escorregadio a longo prazo11. Se o processo de enxertia não for concluído, as gotículas permanecem presas na superfície e não deslizam, indicando que a etapa de enxertia é essencial para obter um comportamento escorregadio.

Para validar o comportamento escorregadio de quatro líquidos representativos (Figura 3B) - água deionizada, octanagem (baixa tensão superficial), mel (alta viscosidade) e saliva humana artificial (uma solução sintética comercial que imita biofluido) - seu ângulo de contato (Figura 3C), ângulo de deslizamento (Figura 3D), velocidade de deslizamento (Figura 3E) e histerese do ângulo de contato (CAH) (Figura 3F) foram medidos. Para cada líquido, uma gota séssil de 5 μL foi usada para medir os ângulos de contato e deslizamento (taxa de inclinação: 0,8 ° / s) e outra gota de 5 μL foi colocada em uma superfície inclinada de 30 ° para medir a velocidade de deslizamento em uma distância de 8,5 mm. A HAC foi quantificada em cada caso. Todos os testes de comportamento escorregadio foram realizados em quíntuplicado. Em todos os experimentos, os ângulos de deslizamento permaneceram abaixo de 3°. A velocidade de deslizamento do mel foi marcadamente menor porque sua alta viscosidade causa maior dissipação viscosa interna, que resiste fortemente ao movimento das gotículas sob a mesma força motriz. Além disso, a HAC permaneceu abaixo de 10° (Figura 3F), indicando uma interface robusta, omnifóbica e escorregadia.

Antes de implementar o protocolo de padronização escorregadia com projeção DLP, a resolução de impressão da resina PEG-PUA foi avaliada usando padrões de teste de linha e espaço (Figura 4). Dada a resolução de pixel nativa do chip DMD (50 μm x 50 μm), a largura mínima da linha foi definida em 50 μm, com aumentos incrementais de até 300 μm. Cada largura de linha foi fabricada e analisada cinco vezes. As características de 50 μm exibiram alta fidelidade à geometria projetada (50,3 ± 6,3 μm). No entanto, os desvios dimensionais aumentaram ligeiramente com características mais amplas, provavelmente devido ao espalhamento de luz e difusão lateral durante a exposição de áreas mais amplas, levando à sobrecura além dos limites do padrão pretendido. Esses efeitos de supercura são comumente observados em resinas de fotopolímero que não são projetadas especificamente para manufatura aditiva. Neste estudo, a resina PEG-PUA foi inicialmente desenvolvida para fotopadronização e não foi otimizada para impressão 3D, o que provavelmente contribuiu para esse comportamento. No entanto, tais limitações podem ser mitigadas otimizando a composição da resina e as características de fotopolimerização.

Superfícies nanoporosas padronizadas com designs em forma de letra (JoVE) e gráficos (labirinto, engrenagem) foram fabricadas com sucesso com o processo DLP ( Figura 5A ). Depois de concluir todas as etapas de modificação da superfície - incluindo silanização, ativação de ozônio UV, enxerto de PDMS e infusão de óleo de silicone - os padrões tornaram-se opticamente transparentes (Figura 5B). Essa transição resulta do descasamento do índice de refração entre o ar (na = 1,0) e a matriz polimérica (np = 1,5), o que causa espalhamento nas estruturas porosas não preenchidas. Após a infiltração com óleo de silicone (ns = 1,4), o contraste do índice de refração foi reduzido, resultando em uma superfície visivelmente transparente com transmitância superior a 90% (Figura 5C). Quando a tinta contendo água foi aplicada, as gotículas migraram seletivamente para regiões hidrofílicas não tratadas (por exemplo, o filme PET), evitando os domínios escorregadios (Figura 5D), formando assim padrões líquidos bem definidos (Figura 5E). Esses resultados demonstram que o protocolo permite o controle espacial efetivo da molhabilidade da superfície.

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Figura 1: Esquema do processo de fabricação de uma superfície escorregadia padronizada digitalmente construída em uma estrutura nanoporosa revestida de silano. (A) Processo de rolo a placa para revestir uniformemente a resina PEG-PUA entre um filme PET e um filme FEP, seguido de padronização induzida por luz com um sistema de projeção DLP. (B) Sequência de fabricação da superfície escorregadia: (etapa 1) formação de uma superfície nanoporosa por separação de fases; (passo 2) Tratamento com ozônio UV para gerar grupos hidroxila na superfície nanoporosa; (passo 3) Deposição de vapor OTS para formar um SAM hidrofóbico; (etapa 4) segundo tratamento com ozônio UV para introduzir grupos hidroxila na superfície do SAM; (etapa 5) infiltração de óleo de silicone; (etapa 6) enxerto de superfície induzido por luz para formar uma camada de escova PDMS. Abreviaturas: PEG-PUA = Polietilenoglicol-Acrilato de poliuretano; PET = Tereftalato de polietileno; FEP = etileno propileno fluorado; DLP = Processamento digital de luz; OTS = Octadeciltriclorossilano; SAM = Monocamada auto-montada; PDMS = Polidimetilsiloxano. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 2: Superfície nanoporosa fabricada. (A) Imagem SEM e etapas de processamento de imagem para análise do tamanho dos nanoporos: (i) imagem SEM original; (ii) mapa de profundidade mostrando a profundidade relativa dos poros com uma escala de pseudocor derivada do brilho; (iii) imagem binarizada para segmentação da região dos poros; (iv) rotulagem de poros, onde cada poro recebe uma cor distinta. Barra de escala = 500 nm. (B) Distribuição de tamanho dos nanoporos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 3: Análise de molhabilidade da superfície. (A) Medições do ângulo de contato com a água (5 μL) após cada etapa de fabricação: superfície porosa (etapa 1), superfície tratada com ozônio UV (etapa 2), superfície revestida com OTS (etapa 3), SAM tratada com ozônio UV (etapa 4), superfície revestida com óleo de silicone (etapa 5) e superfície enxertada com luz (etapa 6). (B) Tensão superficial de vários líquidos: octanagem (28,7 ± 0,5 mN/m), água (70,6 ± 4,4 mN/m), mel (51,0 ± 0,2 mN/m), saliva humana artificial (66,7 ± 0,4 mN/m) (C) Ângulo de contato estático, (D) Ângulo de deslizamento (5 μL), (E) Velocidade de deslizamento (5 μL) e (F) Histerese do ângulo de contato (CAH) medida para as gotículas desses líquidos. Todos os experimentos foram realizados em temperatura ambiente e umidade relativa de 40 ± 5%. Barras e pontos representam valores médios e barras de erro indicam ± média DP (n = 5 experimentos independentes). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 4: Estruturas de microlinhas impressas para teste de resolução do sistema DLP, com larguras de linha medidas no ponto médio de cada linha (cinco repetições). Barra de escala = 500 μm. Os pontos representam valores médios e as barras de erro indicam ± média DP (n = 5 experimentos independentes). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 5: Superfícies padronizadas fabricadas a partir de imagens projetadas digitalmente por meio de projeção DLP. (A) Superfícies nanoporosas antes da infiltração do óleo de silicone, mostrando opacidade. Padrões: (i) engrenagem, (ii) labirinto, (iii) texto JoVE. Barra de escala: 10 mm. (B) Superfícies escorregadias após infiltração de óleo de silicone, parecendo transparentes. Padrões: (i) engrenagem, (ii) labirinto, (iii) texto JoVE. (C) Comparação de transmitância óptica entre as superfícies escorregadias e porosas. (D) Remoção seletiva de gotículas de água direcionadas para regiões hidrofílicas designadas (filme PET) na superfície escorregadia. (E) Padrão guiado por líquido com gotículas de água na superfície escorregadia. Padrões: (i) engrenagem, (ii) labirinto, (iii) texto JoVE. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

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Uma etapa crítica neste protocolo é a formação de uma estrutura nanoporosa por meio da separação de fases induzida por polimerização durante a cura UV baseada em DLP. A mistura de PEG-200 com uma resina PUA fotocurável e, posteriormente, a irradiação da mistura com luz UV padronizada produz redes porosas reticuladas e estruturas espacialmente definidas que retêm lubrificantescom eficácia 1. Para permitir o enxerto subsequente de uma camada de escova PDMS11 - formando a base de uma interface escorregadia estável - o tratamento UV-ozônio foi realizado duas vezes durante o processo: primeiro, para introduzir grupos hidroxila na superfície porosa do polímero antes da silanização e, segundo, para reativar a superfície silanizada antes do enxerto PDMS.

É necessário cuidado durante ambas as etapas do ozônio UV, pois a exposição a condições de alta energia - como luz UV de comprimento de onda curto e temperaturas elevadas - pode danificar o substrato do polímero ou deformar a estrutura da superfície25. Após a segunda etapa do ozônio UV, o óleo de silicone foi depositado na superfície ativada. A exposição UV subsequente a vários comprimentos de onda inicia o enxerto de cadeias PDMS. Embora a reação seja impulsionada principalmente pela luz UV, a energia térmica que a acompanha suporta interações moleculares e promove uma ligação robusta à superfície. Esse processo de enxerto leva à formação de uma camada de escova PDMS ancorada covalentemente, resultando em interfaces escorregadias estáveis caracterizadas por baixos ângulos de deslizamento, baixo CAH e velocidade de deslizamento rápida. No entanto, a hidroxilação insuficiente durante qualquer etapa do ozônio UV pode resultar em enxerto ruim e desempenho escorregadio reduzido. Além disso, se a intensidade UV usada durante a etapa de cura para fabricar a superfície nanoporosa cair abaixo do valor recomendado, a superfície tende a se tornar excessivamente áspera e o tamanho dos poros altamente irregular, e a camada nanoporosa pode até delaminar do substrato PET durante o enxágue23. Além disso, embora as superfícies nanoporosas possam ser fabricadas aumentando o teor de PEG-200 acima de 50% em peso, as estruturas resultantes geralmente exibem poros dilatados e maior rugosidade da superfície, o que pode dificultar o comportamento escorregadio à medida que as gotículas ficam presas nos poros grandes. Portanto, os parâmetros de fabricação devem ser cuidadosamente mantidos dentro dos intervalos prescritos.

Uma limitação deste protocolo diz respeito à fabricação de estruturas escorregadias grandes ou totalmente 3D (escala milimétrica) usando formulações de resina transparente na manufatura aditiva. Devido à alta transmitância óptica da resina PEG-PUA, a luz UV pode penetrar além da camada de exposição pretendida e iniciar a cura em regiões rebaixadas ou côncavas. Isso pode causar solidificação não intencional e perda de fidelidade estrutural, principalmente dentro das cavidades internas. Assim, estender esse método para arquiteturas 3D volumétricas escorregadias continua sendo um desafio sem um ajuste adicional das propriedades de absorbância óptica da resina23.

Apesar dessa limitação, o protocolo oferece vantagens claras sobre os métodos convencionais de fabricação de SLIPS. Ao contrário das abordagens baseadas em FDM22, que são limitadas por baixa resolução e deposição lenta ponto a ponto ou técnicas de anodização e gelificação20, que requerem procedimentos de várias etapas e modelos rígidos, o método baseado em DLP proposto permite a fabricação direta de substratos porosos com infusão de lubrificante por meio de um processo de projeção de etapa única, sem máscara e programável digitalmente. Essa abordagem não apenas reduz o tempo de fabricação, mas também simplifica o procedimento e aumenta substancialmente o rendimento da padronização, permitindo a produção eficiente de superfícies padronizadas. Além disso, o processo é compatível com substratos flexíveis, como filmes PET. Além disso, a estratégia de separação de fases induzida por luz fornece alta resolução, flexibilidade de padronização e formação simplificada de andaimes porosos capazes de reter lubrificantes. O uso de processos fotoinduzidos também facilita a integração com substratos padronizados, permite escorregamento seletivo e suporta a fabricação escalável de estruturas multiescala. Juntas, essas vantagens tornam o método particularmente adequado para aplicações como transporte direcional de gotículas, microfluídica de canal aberto, revestimentos anti-incrustantes8 e sistemas de coleta de água13,14, onde o controle espacial preciso da molhabilidade da superfície é essencial.

Divulgações

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Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.

Agradecimentos

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Este trabalho recebeu apoio de bolsas da National Research Foundation of Korea (NRF) financiadas pelo governo coreano (MSIT) (nº 2023R1A2C3006499 e RS-2023-00238462). Esta pesquisa também foi apoiada pela iniciativa LAMP (Global Learning & Academic Research Institution for Master's and PhD Students and Postdocs) da National Research Foundation of Korea (NRF) financiada pelo Ministério da Educação (No. RS-2024-00444460).

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Sistema de LED UV de 365 nmLichtzenLZL-FL-220220-CEquipamento de cura UV
Artificial SalivaTMABIOTB0924Saliva humana artificial (um biofluido que imita; solução sintética comercial)
Carima SlicerCARIMAV2.0Software de fatiamento
CATIASistemas DassaultV5R20Software CAD
Água desionizada (DI)QUÍMICA DE LIMPEZA DA COREIAKCU-PW3Enxágue e remoção do porógeno
Impressora 3D DLP (UV 365 nm)CARIMAIMD-CEquipamentos de padronização digital
Filme de etileno propileno fluorado (FEP)ALPHAFLONFEP0250Filme de lançamento
Porta-luvasMADE LABG801Usado para manuseio seguro de materiais perigosos
Agitador de placa quenteCorningPC-420DPlaca elétrica e Equipamento de agitador magnético (5" x 7")
Sistema de lâmpadas UV multi-comprimento de ondaRaynicsRX-H1000SEquipamento de enxertia induzido pela luz
Octadeciltriclorosilano (OTS)Sigma-Aldrich104817Revestimento superficial hidrofóbico
FornoSH ScientificSH-VDO-30NHUsado para secar amostras
Resina fotocurávelTecnologia MinutaMINS-311RMResina à base de acrilato de poliuretano (PUA)
Polietilenoglicol (PEG) 200Indústria Química de TóquioP0840Porogen
Filme de tereftalato de polietileno (PET)DP azulSubstrato para impressão
Óleo de siliconePolímero Shin-EtsuKF-96-10CS10cS
SmartDropFemtobiomedMedição do ângulo de contato
Limpador UV de ozônioEngenharia JaesungUVC-30Equipamentos de tratamento de ozônio UV
Espectrofotômetro UV-visível/NIRJascoV-770Medição de transmissância da luz

Referências

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