Fonksiyonel yüzeyler için baskılı Nanofibers tarafından toplanan multiscale yapıları
September 11th, 2018
Sunulan bir anodik alüminyum oksit filtresini kullanarak fabrikasyon nanofibers toplayarak, fonksiyonel yüzeyler için nano-mikro multiscale yapılar imal etmek kolay bir yöntemdir.
Bu yöntem, boru şeklindeki morfoloji ve ıslanabilirlik için fonksiyonel yüzeyi anlamada mühendisin yüzey alanına yönelik temel sorularını yanıtlamaya yardımcı olabilir. Yaklaşımımızın temel avantajı, yalnızca anodik alüminyum oksit filtreli bir baskı işlemi ve nano liflerin kendi kendine toplanması ile çok ölçekli nanomikro yapıların daha hızlı üretilmesine izin vermesidir. Baskıdan sonra, çoğaltılan yüzey desenleri başlangıçta süperhidrofiliklik sergiledi.
UV kökenli işlem ve kendinden montajlı tek katmanlı kaplama kullanarak baskılı yapıların yüzey kullanılabilirliğini değiştirebiliriz. Gözenek boyutu 200 nanometre, yüksekliği 60 mikron ve çapı 25 mililitre olan anodik bir alüminyum oksit veya AAO filtresi elde edin. Yüzeyi polietilen tereftalat veya PET film ile %99,8 asetonla beş dakika ve ardından 99,9 dakika temizleyin.
beş dakika boyunca izopropil alkol. Bir hava tabancası kullanarak filmi üç dakika boyunca tamamen kurutun. Ardından, PET filmi kirletici madde içermeyen düz bir yüzeye yerleştirin.
Yüzeye 257,4 CPS viskoziteye sahip 0,1 mililitrelik UV ile kürlenebilen poliüretan akrilat tipi reçine ekleyin. AAO filtresini reçinenin üzerine yerleştirin ve 32 milimetre çapında bir lastik rulo kullanarak eşit şekilde bastırın. Reçinenin yayılması görsel olarak doğrulanır.
Silindir tekrarlanmalı ve basılırken dikkatlice itilmelidir. AAO filtresi kırılgandır ve aşırı kuvvet uygulanırsa kırılabilir. Haddelemeden sonra, PET ve AAO filtresi ile yapılan numuneyi, reçineyi sertleştirmek için 30 saniye boyunca 365 nanometre dalga boyuna sahip UV ışığına maruz bırakın.
Daha sonra, filtreyi çözmek için kürlenmiş numuneyi 100 mililitre iki molar sodyum hidroksit çözeltisine 10 dakika daldırın. SEM görüntüleri, yapının yüzeyini ve enine kesitini gösterir. Numuneyi deiyonize su ile temizleyin.
Ardından, bir hava tabancası kullanarak üç dakika boyunca tamamen kurulayın. Sodyum ve alüminyumun tespit edilmediğini ve tamamen kazındığını doğrulamak için enerji dağıtıcı x-ışını analizi kullanın. UV ozon işlemini gerçekleştirmek için, önce numuneyi beş dakika boyunca izopropil alkol ve ardından beş dakika boyunca deiyonize su kullanarak nanomikro çok ölçekli yapılarla temizleyin.
Yıkanmış numuneyi bir hava tabancası kullanarak üç dakika kurulayın. Santimetre kare başına 25 miliwatt yoğunluğa sahip UV ozon ekipmanı kullanarak 60 dakika boyunca UV ışınlarını kullanarak numuneyi ışınlayın. OTS'nin kendi kendine montajı için, sıcak yeri torpido gözünün içine yerleştirin ve buhar biriktirme işlemi için bir nitrojen ortamı sağlayın.
Çekim amacıyla, prosedürü bir torpido gözü dışında sahte olarak göstereceğiz. Sıcak plakaya bir beher yerleştirin ve bir pipet kullanarak behere iki mililitre OTS çözeltisi ekleyin. Beheri, cam veya plaka yüzü açık olacak ve numune aşağı bakacak şekilde behere doğru olacak şekilde örtün.
Numuneyi torpido gözünden çıkarmadan önce 100 santigrat derecede 60 dakika boyunca işlem yapın. Yağlayıcıları enjekte ederek fonksiyonel yüzeyi imal etmek için, OTS kaplı kendinden toplanmış nanofiber düzeneği üzerinde perflorokarbon sıvısının santimetre karesi başına yaklaşık 0,2 mililitre biriktirin. Beş ila 20 kat büyütmede optik mikroskop kullanarak perflorokarbonun ıslatma sürecini gözlemleyin.
Son olarak, numuneyi birkaç saat dikey konuma getirerek fazla perflorokarbon sıvısını çıkarın. Baskı işlemi ve buharlaşmadan türetilen kendi kendine agregasyon ile elde edilen çok ölçekli nanomikro hibrit yapılar burada gösterilmektedir. Fabrikasyon yüzeyin süperhidrofilikliği nedeniyle temas açısını ölçmek zordur.
İlginç bir şekilde, yeterli süre ile UV ozon işleminden sonra, yüzey morfolojisi ve yüzey ıslanabilirliği, 126.8 derecelik bir temas açısı ile süperhidrofiliklikten hidrofobikliğe değişir. Dahası, temas açısı, kendinden montajlı tek tabakanın ek bir kaplaması ile 133,6 dereceye çıkarılabilir. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, mühendislik yüzeyi alanındaki araştırmacıların, kendi kendine montaj fenomeni ve uygun yüzey işleme ile yüzey işlevselliğini ve morfoloji değişimini keşfetmelerinin yolunu açtı.
Bu yöntem, yüzey morfolojisinin ve ıslanabilirliğin modifikasyonu hakkında fikir verebilse de, daha büyük ölçekli gözenekli yapıları nedeniyle neşter, çevresel filtreler, katalizör bozucu veya dağınık optikler yoluyla doku gibi diğer uygulamalara da uygulanabilir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu makale, fonksiyonel yüzeyler oluşturmayı amaçlayan nano-mikro çok ölçekli yapıların üretilmesi için bir yöntem sunmaktadır. Teknik, nanofiberlerin toplanmasını sağlamak için bir anodik alüminyum oksit filtresi kullanır ve bu yapıların daha hızlı üretimini kolaylaştırır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Malzeme Bilimi
- Yüzey Mühendisliği
- Nanoteknoloji
Arka Plan
- Fonksiyonel yüzeyleri anlamak, çeşitli mühendislik uygulamalarında kritik öneme sahiptir.
- Çok ölçekli yapıların oluşturulması için önceki yöntemler genellikle zaman alıcıydı.
- Süperhidrofiliklik, birçok fonksiyonel yüzey için arzu edilen bir özelliktir.
- Nanofiberlerin kendiliğinden toplanması, yüzey özelliklerini artırabilir.
Çalışmanın Amacı
- Çok ölçekli nanomikro yapıların üretimi için daha hızlı bir yöntem geliştirmek.
- Yüzey işlemlerinin ıslanabilirlik üzerindeki etkisini keşfetmek.
- Etkili yapı çoğaltması için anodik alüminyum oksit filtrelerini kullanmak.
Kullanılan Yöntemler
- Anodik alüminyum oksit filtre kullanarak iz bırakma süreci.
- Yapı oluşumu için nanofiberlerin kendiliğinden toplanması.
- UV kaynaklı ve kendiliğinden birleşen monokatman kaplaması ile yüzey işlemi.
- Polietilen tereftalat ve aseton ile temizlik.
Ana Sonuçlar
- İz bırakma sonrası üretilen yüzeyler süperhidrofiliklik göstermiştir.
- Yüzey kullanılabilirliği UV işlemi ile değiştirilebilir.
- Yöntem, karmaşık yüzey desenlerinin hızlı üretimine olanak tanır.
- Belirli boyutlarda AAO filtrelerinin kullanımı süreci geliştirir.
Sonuçlar
- Bu yöntem, fonksiyonel yüzeyler için üretim süresini önemli ölçüde azaltmaktadır.
- Yüzey işlemleri, yapıların özelliklerini etkili bir şekilde değiştirebilir.
- Yaklaşımın çeşitli mühendislik alanlarında potansiyel uygulamaları vardır.
Sıkça Sorulan Sorular
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
