多功能性超疏水PDMS表面的制备与研究

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超疏水表面由于其特殊的表面润湿性,使其具有优异的防水、防污及抗生物粘附等性能,在生物、医药、航空航天等领域得到了广泛的应用。其中,表面如何防污是临床和公共场所中遇到的最大问题之一。而表面污染问题除了存在由腐蚀物、结晶物、悬浮颗粒产生的沉积物导致的无机污染之外,还存在由于有害微生物在表面上的积聚而造成的生物污染问题。特别地,在与血液接触的生物医用材料方面,当血液污染材料的表面时,如果处理不当,一方面可能扩大对环境或相关设施的污染,进而造成大范围污染,另一方面更有可能因处置者忽略自身防护,导致血源性感染。因此,防止血液的污染也显的尤为重要。无机污染和生物污染会导致严重的健康和卫生问题。所以,本文基于超疏水PDMS的多功能性进行了分析研究,具体内容如下:仿生超疏水表面由于其特殊的微/纳米二元结构而具有优异的防污性能。为了制备超疏水聚二甲基硅氧烷(PDMS),通过调节化学刻蚀时间改变表面微结构,然后将铝片表面的微/纳米二元结构“复制”到PDMS上。研究发现,当化学刻蚀时间为80 min时,PDMS达到最佳超疏水状态,其接触角(CA)为165°±2.5°,粗糙度(Ra)也达到最大值(5.736μm±0.516μm)。采用Owens二液法计算材料表面的自由能发现,超疏水PDMS表面的自由能,比光滑PDMS表面(接触角为108.8°±1.7°)的自由能降低了85.9%。此外,超疏水PDMS表面还表现出良好的水滴弹跳效应和自清洁性能。超疏水材料在抗血液黏附方面也表现出优异的性能。通过调控激光束刻蚀6061铝合金板和铝合金管表面的间距,获得不同润湿性的疏水模板,然后以6061铝合金板和铝合金管作为模板,用PDMS“复制”其表面的微结构,即可制备出超疏水PDMS表面和超疏水柔性管。当加工间距为110μm时,超疏水PDMS不仅对水表现出优异的排斥性(其接触角可达162.8°±2.1°,而且水滴的滚动角小于1°),还对其他体液(尿、唾液和血液)也表现出良好的排斥性(其接触角均可达150°以上)。通过Owens二液法计算材料表面的自由能发现,超疏水PDMS表面的自由能比光滑PDMS表面的自由能低70.7%。此外,在水中浸润8 h后,其水的接触角可达153.6°±3.1°,还表现出优异的“镜面效应”。而且在经过10次研磨后,仍能表现出良好的疏水性。因此,该超疏水表面具有优异的抗水饱和性和耐磨性。所制备的超疏水PDMS表面也具有良好的抗血液黏附性,使得血液很容易通过倾斜的超疏水PDMS表面和超疏水柔性管而不受污染。该超疏水PDMS表面和超疏水柔性管的制备方法可以为医用材料领域提供一定的参考,如防血渍污染的设备、医用导管等。因此,本文主要基于疏水性材料——PDMS,通过化学刻蚀技术结合模板法、激光刻蚀技术结合模板法分别制备防污界面和抗血液黏附界面,也为今后医用防污涂层和抗血液黏附界面的制备提供有效的参考。
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