Подготовка и высокой температуры антиадгезионное поведение скользкой поверхности из нержавеющей стали

Общая цель этого эксперимента состоит в том, чтобы описать, как изготавливать скользкие поверхности с высокой термостойкостью, а также исследовать антиадгезионный эффект подготовленных поверхностей при высоких температурах. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области биомедицины. Например, проблема адгезии мягких тканей на электрохирургических инструментах.

Основное преимущество данной методики заключается в том, что на подготовленных скользящих поверхностях можно добиться отличной адгезии при высоких температурах. Демонстрировать процедуру будет Лю Гуан, аспирант из моей лаборатории. Чтобы начать эту процедуру, спроектируйте и изготовьте фотошаблон в соответствии с текстовым протоколом.

Далее промойте пластину из нержавеющей стали в щелочных растворах при комнатной температуре в течение 15 минут. С помощью ультразвуковой чистящей машины тщательно очистите пластину на рабочей частоте 40 килогерц при ультразвуковой мощности 500 Вт. Затем последовательно промойте его деионизированной водой с гексаном, ацетоном и этанолом по 10 минут каждый.

Поместите вымытую тарелку на конфорку, установленную на 150 градусов Цельсия. Накройте нержавеющую сталь листом алюминиевой фольги и оставьте на конфорке на 30 минут для высыхания. После этого переложите сталь в вращающийся резак, поместив его в центр.

С помощью пипетки нанесите на пластину около 1 миллилитра положительного фоторезиста, начиная от центра и двигаясь к краю, пока вся пластина не будет покрыта. Затем запустите вращательный резак со скоростью 700 об/мин в течение шести секунд, а затем увеличьте до 1500 об/мин в течение 15 секунд, чтобы равномерно распределить фоторезист. Затем отпустите вакуумный клапан.

С помощью пинцета снимите сталь с покрытием с отжима. Подержите сталь на конфорке при температуре 120 градусов Цельсия в течение двух минут, чтобы фоторезист загорелся. Далее перенесите нержавеющую сталь в вакуумный клапан фотоматографа.

Установите время экспозиции на 25 секунд и включите фотоматограф. После этого снимите сталь. Погрузите его в раствор проявителя на одну минуту, чтобы удалить фоторезист, не подвергая его воздействию ультрафиолетового света.

Затем выньте пластину из раствора проявителя и промойте ее деионизированной водой. Вымытую тарелку высушите под воздействием газообразного азота. Далее высохшую сталь выложите на конфорку.

Выпекайте его при температуре 120 градусов Цельсия в течение двух минут. С помощью вертикального микроскопа с увеличением в 100 раз осмотрите полученную текстуру фоторезиста на нержавеющей стали. Для начала приготовьте 200 миллилитров раствора химического травления в 500 миллилитров стакана.

Затем добавьте нержавеющую сталь. Оставьте тарелку в растворе на 10 минут. С помощью пинцета удалите химически протравленную сталь.

Промыть деионизированной водой в течение одной минуты. Высушите с помощью газообразного азота. Используйте ультразвуковую очистительную машину, чтобы очистить сталь в ацетоне в течение пяти минут, чтобы удалить текстуру фоторезиста.

Далее высушите протравленную пластину с газообразным азотом. Используйте постоянный поток деионизированной воды для очистки химически травленой нержавеющей стали. Обсушите газообразным азотом.

С помощью конфорки нагрейте сталь до 100 градусов Цельсия в течение 30 минут, чтобы полностью высушить поверхность. Затем перенесите сталь в радиочастотный плазменный станок. Используйте радиочастотную мощность 100 Вт, давление в системе 100 миллибар и расход 20 SSCM для гидроксилирования стали с помощью плазменной обработки O2 в течение 10 минут.

После этого готовят один миллилитр раствора ОТС в безводном толуоле. Перенесите протравленную сталь в раствор OTS. Закройте стакан и дайте ему отдохнуть в течение четырех часов при комнатной температуре.

Затем выньте сталь из раствора и очистите его безводным толуолом. С помощью ультразвуковой чистящей машины очистите пластину в течение 10 минут. Высушите его с помощью газообразного азота.

Для начала с помощью пипетки нанесите примерно 10 миллилитров силиконового масла на покрытую OTS химически травленую нержавеющую сталь. Затем с помощью оптического стереомикроскопа понаблюдайте за процессом смачивания силикона на стальной поверхности. Поместите стальную пластину в вертикальное положение на один час, чтобы удалить излишки масла.

Затем нанесите каплю воды на скользкую силиконовую поверхность объемом четыре микролитра. Загрузите сталь в оптический микроскоп и наклоните его примерно на два градуса. При малом увеличении наблюдайте за каплей воды, чтобы убедиться, что она может легко перемещаться по скользкой поверхности.

С помощью пинцета перенесите сталь на конфорку. Установите температуру для анализа поведения против смачивания при различных высоких температурах, как указано в текстовом протоколе. Закрепите высокоскоростную камеру на штативе и направьте его в сторону стали.

После регулировки фокуса с помощью микрошприца нанесите 10 микролитров воды на скользкую поверхность и запишите движение капли воды с частотой кадров 500 герц. Остановите запись, когда капля соскальзывает со стальной скользкой поверхности. Затем проанализируйте антиадгезионное действие скользкой поверхности на мягкие ткани, как указано в протоколе испытания.

В этом исследовании скользкая поверхность подготавливается путем добавления силиконового масла в химически травленую нержавеющую сталь с покрытием OTS. После завершения обработки смачивания можно отличить видимый слой масла от сухой поверхности. Затем исследуется скользкое свойство, откладывая каплю воды на подготовленную поверхность, когда она ориентирована под углом в два градуса.

Желтая пунктирная линия отмечает точку контакта, и видно, как капля воды плавает и скользит по поверхности. Затем исследуются антисмачивающие свойства при различных высоких температурах. При температуре 200 градусов по Цельсию первоначально видно, что капля воды прочно соприкасается с поверхностью, но со временем этот контакт уменьшается.

Через 6200 миллисекунд капля начинает соскальзывать с поверхности. При температуре 250 градусов Цельсия площадь первоначального контакта капли значительно меньше. При такой температуре капля начинает соскальзывать с поверхности уже через 800 миллисекунд.

Однако при температуре 300 градусов Цельсия капля сразу же становится нестабильной при контакте и быстро соскальзывает с поверхности всего через 250 миллисекунд. Затем оценивается противоадгезионный эффект скользкой поверхности на мягкие ткани, измеряется сила адгезии. Сила сцепления составляет 0,80 плюс-минус 0,18 ньютона на гладкой нержавеющей стали и 0,04 плюс-минус 0,02 ньютона на скользкой поверхности.

Таким образом, существовала разница в силе сцепления между скользкой поверхностью и гладкой поверхностью из нержавеющей стали на порядок. После освоения этой техники ее можно выполнить за 12 часов, если она выполнена правильно. Этот метод может дать представление о проектировании и изготовлении электрохирургических инструментов со скользкими поверхностями для эффективного адгезионного эффекта.

Он также может применяться к другим системам, таким как смазка органов управления и адгезия агентов. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о том, что нельзя прикасаться к плите, когда она находится при высоких температурах. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области биомедицинской инженерии к решению проблем адгезии мягких тканей в электрохирургических инструментах.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготовить скользкую поверхность с высокой термостойкостью.