Светоиндуцированное моделирование и прививка скользких поверхностей на основе нанопористых структур с силановым покрытием

Наше исследование вводит метод на основе DLP для изготовления пространственных узоров SLIPS, решая ограничения в достижении селективного контроля доступности. Ключевые экспериментальные задачи включают изготовление втулок на сложной геометрии, существующие методы занимают много времени, имеют несколько шагов и не обладают высокой разрешённостью или селективной вариабельностью. Для начала смешайте фотокурируемую полиуретановую акрилатную смолу с PEG 200 при соотношении веса 50%. С помощью магнитной мешалки перемешайте смесь со скоростью 500 оборотов в минуту в течение пяти минут.

Раздайте смесь в виде сидячих капель на полиэтилентерефталатную пленку. Покройте капли фторированной этилен-пропиленовой пленкой. И применяйте равномерное давление с помощью системы прокат на пластину для равномерного распределения.

Подвергайте полиуретановую акрилатную смолу ультрафиолетовому свету на 365 нанометров с помощью светодиодной ультрафиолетовой системы отверждения. После полимеризации удалите фторированные этиленпропиленовые пленки с поверхности. Теперь погрузите засоленный образец в деионизированную воду на один час, чтобы извлечь нереактивный PEG 200.

Сушите образец в духовке при 70 градусах Цельсия в течение одного часа, чтобы удалить остатки воды и завершить изготовление нанопористой поверхности. Проведите обработку ультрафиолетовым озоном на 185 и 254 нанометра для внедрения гидроксильных групп в качестве предварительной обработки для самособирающегося монослойного образования. Далее поставьте горячую плитку внутрь бардачка, наполненного азотом.

Поставьте чистую стакан на плитку и налейте один миллилитр раствора OTS в виде сидячей капли внизу. Закрепите образцы ПЭТ-пленки на стеклянных стеклах. Положите стекли лицевой стороной вниз на стакан, чтобы инициировать фазовое осаждение OTS в паровой фазе.

Нагрейте установку до 120 градусов Цельсия на 40 минут. Теперь уберите образцы из бардачка. Очистите стакан с помощью салфетки без ворса, чтобы устранить остатки OTS.

Для светоиндуцированного трансплантации проводите обработку ультрафиолетовым озоном на 185 и 254 нанометров поверхности, покрытой OTS. Теперь нанесите на поверхность 20 микролитров на квадратный сантиметр силиконового масла 10 centistoke путём осадки капель. Облучить образец в течение 15 минут ультрафиолетовой лампой высокой интенсивности, установленной на высоте 15 сантиметров над поверхностью.

Затем наклоните образец под углом 30 градусов и удержите в этом положении пять минут, чтобы избыток силиконового масла стекал с поверхности. Чтобы создать скользкую структуру узора, сначала спроектируйте нужные формы с помощью CAD-программы и экспортируйте в виде стереолитографийских файлов. Загрузите файлы в программное обеспечение для слайсирования и создайте двумерные проекционные изображения для цифровой обработки света.

Перенесите файлы на трёхмерный принтер. Положите пленку с полимерным покрытием на окно цифрового принтера для обработки света. Подвергайте пленку ультрафиолетовому свету диаметром 365 нанометров при 180 миллиджоулях на квадратный сантиметр с помощью цифровой проекционной схемы для выборочного отверждения смолы.

Погрузите обнажённый образец в деионизированную воду на час для извлечения PEG 200. Затем просушите образец при 70 градусах Цельсия в течение часа, чтобы удалить остатки воды и завершить нанопористую структуру. Проведите обработку OTS и светочувствительную трансплантацию для завершения изготовления скользких поверхностей узора.

Нанопористые поверхности, созданные с помощью полимеризационного фазового разделения, демонстрировали доминирующее распределение размеров пор от 60 до 100 нанометров. Статический угол контакта воды, измеренный на пористой поверхности, составлял 84,4 градуса. После силанизации поверхность стала гидрофобной, но второе ультрафиолетовое озоновое лечение временно уменьшило угол контакта.

Это снижение было обратно за счёт формирования слоя кисти PDMS, что восстановило гидрофобность. Скользкое поведение четырёх представительных жидкостей: деионизированной воды, октанова, мёда и искусственной человеческой слюны было подтверждено измерениями угла контакта, угла скольжения, скорости скольжения и гистерезиса контакта. Печатные измерения ширины строк с PEG и смолы PUA показали высокую точность при минимальном размере элемента 50 микрометров, с возрастающими отклонениями на больших ширинах.

Узорчатые нанопористые поверхности изготавливались с графическими и буквенными рисунками с использованием цифровой обработки света, включая лабиринт, шестерёнки и логотипы JoVE. После всех поверхностных обработок и инфузии силиконового масла узоры стали оптически прозрачными благодаря снижению контраста показателя преломления. Измерения пропускной способности показали, что обработанные пористые поверхности достигают более 90% прозрачности.

При нанесении воды с чернилами капли избирательно мигрировали в необработанные гидрофильные области, избегая скользких доменов и формируя чётко выраженные жидкие формы. Мы обнаружили, что при создании нанопористых поверхностей с помощью прививки UVU они становятся очень скользкими. Гистерезис с углом контакта очень мал, поэтому мы можем создавать избирательные узоры капель на поверхности.

Наш метод использует DLP-3D-печать, чтобы мы могли формировать поверхность в один быстрый шаг с высоким разрешением. Он также работает на гибком субстрате. По сравнению с типичным многошаговым процессом, он очень прост и быстр.

Поскольку мы можем контролировать, где поверхность влажна или скользкая, мы можем направлять, как капли движутся и остаются на поверхности. Это может помочь в будущих работах, таких как направленная транспортировка капель, микрофлюидные устройства, самоочищающиеся покрытия и даже поверхность для сбора воды.