Comportamento de antipreparação adesão e alta temperatura de uma superfície escorregadia em aço inoxidável

O objetivo geral deste experimento é descrever como fabricar superfícies escorregadias com resistência a altas temperaturas e investigar o efeito antiaderente das superfícies preparadas em altas temperaturas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da biomedicina. Tais como, problema de adesão de tecidos moles nos instrumentos eletrocirúrgicos.

A principal vantagem desta técnica é que as superfícies deslizantes preparadas podem alcançar excelente aderência em altas temperaturas. Demonstrando o procedimento estará Liu Guang, um estudante de pós-graduação do meu laboratório. Para iniciar este procedimento, projete e fabrique a fotomáscara conforme descrito no protocolo de texto.

Em seguida, lave a placa de aço inoxidável em soluções alcalinas em temperatura ambiente por 15 minutos. Usando uma máquina de limpeza ultrassônica, limpe completamente a placa na frequência de trabalho de 40 kilohertz em uma potência ultrassônica de 500 watts. Em seguida, enxágue sequencialmente com água deionizada e hexano, acetona e etanol por 10 minutos cada.

Coloque a placa lavada em uma placa de aquecimento ajustada para 150 graus Celsius. Cubra o aço inoxidável com uma folha de papel alumínio e deixe secar na placa por 30 minutos. Depois disso, transfira o aço para um cortador de rotação colocando-o no centro.

Usando um conta-gotas, deposite cerca de 1 mililitro de fotorresistente positivo na placa, começando do centro e movendo-se em direção à borda até que toda a placa esteja coberta. Em seguida, comece o cortador giratório girando a 700 rpm por seis segundos e depois aumente para 1500 rpm por 15 segundos para espalhar uniformemente o fotorresistente. Em seguida, solte a válvula de vácuo.

Usando uma pinça, remova o aço revestido do cortador de rotação. Mantenha o aço em uma placa de aquecimento a 120 graus Celsius por dois minutos para assar o fotorresistente. Em seguida, transfira o aço inoxidável para a válvula de vácuo da máquina de fotomatografia.

Defina o tempo de exposição para 25 segundos e ligue a máquina de fotomatografia. Depois disso, remova o aço. Mergulhe-o na solução reveladora por um minuto para remover o fotorresistente sem expô-lo à luz ultravioleta.

Em seguida, remova a placa da solução reveladora e lave-a com água deionizada. Seque a placa lavada sob gás nitrogênio. Em seguida, coloque o aço seco em uma placa de aquecimento.

Asse a 120 graus Celsius por dois minutos. Usando um microscópio vertical com uma ampliação de 100 vezes, inspecione a textura fotorresistente obtida no aço inoxidável. Para começar, prepare 200 mililitros de solução de condicionamento químico em um copo de 500 mililitros.

Em seguida, adicione o aço inoxidável. Deixe o prato na solução por 10 minutos. Usando uma pinça, remova o aço quimicamente gravado.

Lave com água deionizada por um minuto. Seque com gás nitrogênio. Use uma máquina de limpeza ultrassônica para limpar o aço em acetona por cinco minutos para remover a textura fotorresistente.

Em seguida, seque a placa gravada com o gás nitrogênio. Use um fluxo constante de água deionizada para limpar o aço inoxidável quimicamente gravado. Seque com gás nitrogênio.

Usando uma placa de aquecimento, aqueça o aço a 100 graus Celsius por 30 minutos para secar completamente a superfície. Em seguida, transfira o aço para uma máquina de plasma RF. Use uma potência de RF de 100 watts, uma pressão do sistema de 100 milibar e vazão de 20 SSCM para hidroxilar o aço com um tratamento de plasma de O2 por 10 minutos.

Depois disso, prepare uma solução OTS de mililitros em tolueno anidro. Transfira o aço gravado na solução OTS. Feche o copo e deixe descansar por quatro horas em temperatura ambiente.

Em seguida, remova o aço da solução e limpe-o com tolueno anidro. Usando uma máquina de limpeza ultrassônica, limpe a placa por 10 minutos. Seque-o com gás nitrogênio.

Para começar, use um conta-gotas para depositar aproximadamente 10 mililitros de óleo de silicone no aço inoxidável revestido quimicamente gravado OTS. Em seguida, use um estereomicroscópio óptico para observar o processo de umedecimento do silicone na superfície do aço. Coloque a placa de aço na posição vertical por uma hora para remover o excesso de óleo.

Em seguida, deposite uma gota de quatro microlitros de água na superfície escorregadia de silicone. Carregue o aço em um microscópio óptico e incline-o em cerca de dois graus. Em uma ampliação baixa, observe a gota de água para confirmar se ela pode se mover facilmente na superfície escorregadia.

Usando uma pinça, transfira o aço para uma placa de aquecimento. Defina a temperatura para analisar os comportamentos antiumectantes em diferentes temperaturas altas, conforme descrito no protocolo de texto. Fixe uma câmera de alta velocidade em um tripé e direcione-a para o aço.

Depois de ajustar o foco, use uma microsseringa para depositar 10 microlitros de água na superfície escorregadia e registre o movimento da gota de água a uma taxa de quadros de 500 hertz. Pare de gravar quando a gota deslizar para fora da superfície escorregadia de aço. Em seguida, analise os efeitos antiaderentes da superfície escorregadia nos tecidos moles, conforme descrito no protocolo de teste.

Neste estudo, uma superfície escorregadia é preparada adicionando óleo de silicone ao aço inoxidável quimicamente gravado revestido com OTS. Após a conclusão do processo de umedecimento, uma camada de óleo visível pode ser distinguida da superfície seca. A propriedade escorregadia é então investigada depositando uma gota de água na superfície preparada quando ela é orientada em um ângulo de dois graus.

A linha pontilhada amarela marca o ponto de contato e a gota de água é vista flutuando e deslizando ao longo da superfície. Em seguida, os comportamentos anti-umectantes são investigados em várias altas temperaturas. A 200 graus Celsius, a gota de água é inicialmente vista em contato firme com a superfície, mas esse contato diminui com o tempo.

Aos 6200 milissegundos, a gotícula começa a deslizar para fora da superfície. A 250 graus Celsius, a área de contato inicial da gota é significativamente menor. Nessa temperatura, a gota começa a deslizar para fora da superfície após apenas 800 milissegundos.

No entanto, a 300 graus Celsius, a gotícula é imediatamente instável em contato e desliza para fora da superfície rapidamente após apenas 250 milissegundos. Em seguida, o efeito anti-adesão da superfície escorregadia nos tecidos moles é avaliado medindo a força de adesão. A força de adesão é de 0,80 mais ou menos 0,18 newtons no aço inoxidável liso e 0,04 mais ou menos 0,02 newtons na superfície escorregadia.

Assim, houve uma diferença de ordem de grandeza na força de adesão entre a superfície escorregadia e a superfície lisa de aço inoxidável. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 12 horas se for executada corretamente. Este método pode fornecer informações sobre como projetar e fabricar instrumentos eletrocirúrgicos com superfícies escorregadias para um efeito de adesão eficaz.

Também pode ser aplicado a outros sistemas, como lubrificação de controles e adesão de agentes. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de evitar tocar na placa de aquecimento quando estiver em altas temperaturas. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores da área de engenharia biomédica resolverem problemas de adesão de tecidos moles em instrumentos eletrocirúrgicos.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fabricar uma superfície escorregadia com resistência a altas temperaturas.