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具有液体浸渍表面的装置

阅读:592发布:2021-08-06

专利汇可以提供具有液体浸渍表面的装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文中描述用于输送 流体 和/或固体的器件,所述器件具有提供高滑移边界条件的表面,由此有助于物质的流动。在一些 实施例 中,一种装置具有一个表面,所述表面具有浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或 纳米级 固体特征。所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,所述内表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关并且与使流体和/或固体流动穿过所述装置、使流体和/或固体通过到所述装置中或从所述装置中移出流体和/或固体无关。,下面是具有液体浸渍表面的装置专利的具体信息内容。

1.一种用于输送流体和/或固体的导管,所述导管具有一个内表面,所述内表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述内表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述内表面的定向无关并且与使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体无关,所述内表面经配置以在所述内表面处提供高滑移边界条件,由此有助于使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体。
2.根据权利要求1所述的导管,其中所述导管是管子、管道或通道。
3.根据权利要求1所述的导管,其中所述导管是喷嘴
4.根据权利要求1所述的导管,其中所述导管是模具(例如注射模制装置的一部分)或是挤压机的一部分。
5.根据权利要求1所述的导管,其中所述导管是罐或容器。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的导管,其中所述导管包含用于容纳用于补充从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体的液体的储槽。
7.一种装置,其包含根据权利要求1到5中任一权利要求所述的导管,和容纳用于补充从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体的液体的储槽。
8.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的导管,其中所述浸渍液体包含至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物植物油(例如橄榄油、轻橄榄油、玉米油、大豆油菜籽油亚麻籽油(linseed oil)、葡萄籽油、亚麻籽油(flaxseed oil)、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、萜烯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯(stanolax)、施贵宝(Squibb)液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸、邻苯二甲酸戊酯、油、全氟化碳液体、全氟氟化真空油(例如Krytox 1506或Fromblin 06/6)、氟化冷却剂(例如由3M制造、以FC-70销售的全氟三戊胺)、离子液体、与不可混溶的氟化离子液体、包含PDMS的硅酮油、氟化硅酮油、液体金属、电流变流体、磁流变流体、磁流体、介电液体、液体、氟碳液体、制冷剂、真空油、相变物质、半液体、油脂、滑液和体液。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的导管,其中所述固体特征包含一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、二氧化硅、玻璃、金属、聚合物(例如聚四氟乙烯、氟丙烯酸酯、氟尿烷、氟硅酮、氟硅烷、改性碳酸酯、氯硅烷、硅酮、聚二甲基硅氧烷PDMS)、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体、复合固体、PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET、HDPE、聚酰亚胺、PMMA、玻璃、珀斯佩克斯(Perspex)、普列克斯玻璃(Plexiglass)、普尔梅肯(Polymacon)、烃(例如烷烃、氟聚合物、铁氟龙、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷TCS、十八烷基三氯硅烷OTS、十七氟-1,1,2,
2-四氢癸基三氯硅烷、fluoroPOSS)、陶瓷(例如碳化、氮化钛、氮化铬、氮化、碳化铬、碳化钼、碳氮化钛、无电镍、氮化锆、氟化二氧化硅、二氧化钛、氧化钽、氮化钽、类金刚石碳、氟化类金刚石碳)、金属间化合物(例如化镍和铝化钛)和复合材料
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的导管,其中所述固体特征包含平均尺寸在1微米到50微米(例如5微米到50微米)范围内的粒子。
11.根据权利要求10所述的导管,其中所述粒子以约1微米到约30微米(例如10微米到30微米)的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。
12.根据权利要求10或11所述的导管,其中所述粒子是喷雾沉积的。
13.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的导管,其中所述固体特征包含或界定至少一个选自由以下组成的群组的成员:粒子、非晶粒子、实质上球形粒子、柱子、纳米针、微米针、纳米草、微米草、孔隙、空腔、孔、互连孔隙、互连空腔、凹槽和隆脊。
14.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的导管,其中所述浸渍液体包含用以防止或减少所述浸渍液体蒸发的添加剂。
15.一种装置,其包含经配置以在所述装置处于操作中时彼此接触的两个部件,其中所述两个部件中的一者或每一者包含一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中对于所述表面中的每一者,所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向并且与所述表面之间所进行的接触无关(例如其中所述装置经配置以产生垂直于所述表面的粘着;例如其中所述装置经配置以具有低静摩擦系数;或例如其中所述装置经配置以产生垂直于所述表面的粘着力并且具有低静摩擦系数)。
16.根据权利要求15所述的装置,其中所述装置是轴承、轨道或铰链
17.一种用于从空气或其它气体捕获固体微粒的装置,所述装置包含一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关。
18.根据权利要求17所述的装置,其中所述装置是空气过滤器
19.根据权利要求17所述的装置,其中所述浸渍液体具有高粘度(例如大于100cP或大于1000cP)。
20.一种装置,其包含一个表面,所述表面包含可固化浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关,并且其中所述浸渍液体可以通过固化(例如暴露于热)而转化为固体。
21.一种装置(例如飞机、船、鱼雷等),其包含经配置以用于减小阻力的表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关。
22.根据前述权利要求中任一权利要求所述的导管或装置,其中
以下中的一或两者成立:
(i)0<φ≤0.25,其中φ是在平衡下对应于非浸没固体的所述液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数;和
(ii)Sow(a)<0,其中Sow(a)是扩散系数,定义为γwa-γwo-γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是所述浸渍液体。
23.根据权利要求22所述的导管或装置,其中0<φ≤0.25。
24.根据权利要求22所述的导管或装置,其中0<φ≤0.10。
25.根据权利要求22所述的导管或装置,其中0.01<φ≤0.25。
26.根据权利要求22所述的导管或装置,其中0.01<φ≤0.10。
27.根据权利要求22所述的导管或装置,其中Sow(a)<0。
28.根据权利要求1到21中任一权利要求所述的导管或装置,其中以下中的一或两者成立:
(i)θos(w),后退=0;和
(ii)θos(a),后退=0并且θos(w),后退=0,
其中θos(w),后退是在水(下标‘w’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触,并且其中θos(a),后退是在空气(下标‘a’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角。
29.一种医疗器件或医疗器具,其对肉体(或生物流体)具有高润滑性和/或抑制其表面上的成核,所述器件或器具包含一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关。
30.根据权利要求29所述的医疗器件或医疗器具,其中所述固体特征包含平均尺寸在
1微米到50微米(例如5微米到50微米)范围内的粒子。
31.根据权利要求29或30所述的医疗器件或医疗器具,其中所述粒子以约1微米到约
30微米(例如10微米到30微米)的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。
32.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述粒子是喷雾沉积的。
33.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述浸渍液体包含至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物、植物油(例如橄榄油、轻橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻籽油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)、萜烯、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸和邻苯二甲酸戊酯。
34.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述固体特征包含一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、金属、聚合物、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体和复合固体PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET、HDPE、聚酰亚胺、PMMA、玻璃、珀斯佩克斯、普列克斯玻璃、普尔梅肯。
35.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述浸渍液体包含用以防止或减少所述浸渍液体蒸发的添加剂。
36.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述医疗器件或医疗器具是选自由以下组成的群组的成员:支具、假牙、固位器、畸齿矫正器、桥托、植入物、齿模、假体、人造器官、人造动脉、支架注射器、内层(例如用以防止斑形成的动脉壁内层)、IV管、IV袋、结肠造瘘袋、手术仪器、绷带和血
37.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述医疗器件或医疗器具是血泵或其部件,其中所述表面经配置以实现剪切力减小以防止对细胞和/或血液或由此或穿过其泵送的其它生物流体中的其它生物结构有所损伤。
38.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述医疗器件或医疗器具是选自由以下组成的群组的成员:丸剂、胶囊(例如单片或两片式)、片剂、囊形片和栓剂。
39.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述医疗器件或医疗器具是选自由以下组成的群组的成员:微量移液管、生物材料的小体积容器、人血清容器、移液管、移液管尖端、微流体器件、透析机、管子、内窥镜插管器件、注射器、支架、导液管和气管切开管。
40.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述医疗器件或医疗器具是选自由以下组成的群组的成员:手套、绷带、粘合带、药物释放贴片和避孕套。
41.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述浸渍液体包含药物(例如防腐剂和/或抗细菌剂)或生物活性组分(包括但不限于药物、维生素、矿物质、蛋白质)。
42.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中所述浸渍液体是可固化的并且可以通过固化(例如暴露于热)而转化为固体。
43.根据前述权利要求中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中
以下中的一或两者成立:
(i)0<φ≤0.25,其中φ是在平衡下对应于非浸没固体的所述液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数;和
(ii)Sow(a)<0,其中Sow(a)是扩散系数,定义为γwa-γwo-γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是所述浸渍液体。
44.根据权利要求43所述的医疗器件或医疗器具,其中0<φ≤0.25。
45.根据权利要求43所述的医疗器件或医疗器具,其中0<φ≤0.10。
46.根据权利要求43所述的医疗器件或医疗器具,其中0.01<φ≤0.25。
47.根据权利要求43所述的医疗器件或医疗器具,其中0.01<φ≤0.10。
48.根据权利要求43所述的医疗器件或医疗器具,其中Sow(a)<0。
49.根据权利要求29到42中任一权利要求所述的医疗器件或医疗器具,其中以下中的一或两者成立:
(i)θos(w),后退=0;和
(ii)θos(a),后退=0并且θos(w),后退=0,
其中θos(w),后退是在水(下标‘w’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角,并且其中θos(a),后退是在空气(下标‘a’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角。
50.一种隐形眼镜,其对眼组织/流体具有高润滑性和/或抑制其表面上的成核,所述隐形眼镜包含一个表面,所述表面经纹理化以形成间隔得足够接近以在其间稳定容纳浸渍液体的微米级和/或纳米级固体(例如凝胶)特征矩阵,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,而与所述表面的定向无关并且尽管在所述隐形眼镜正常佩戴、插入和移出期间与所述眼组织接触。
51.根据权利要求50所述的隐形眼镜,其中所述特征界定孔隙或空腔,并且其中所述浸渍液体填充所述孔隙或空腔。
52.根据权利要求50或51所述的隐形眼镜,其中所述矩阵的特征到特征间距是约1微米到约100微米。
53.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述矩阵的特征到特征间距是约5纳米到约1微米。
54.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述表面经激光蚀刻以形成所述固体特征矩阵。
55.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述浸渍液体与眼流体实质上不可混溶(例如与生理盐水溶液实质上不可混溶)。
56.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述固体特征和/或所述透镜自身的材料包含一或多种选自由以下组成的群组的成员:聚合物、水凝胶、聚酰亚胺、普尔梅肯、硅酮水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA或珀斯佩克斯/普列克斯玻璃)和玻璃。
57.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述固体特征包含一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、二氧化硅、金属、聚合物、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体和复合固体、PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET和HDPE。
58.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述浸渍液体包含至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物、萜烯、油、四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、
1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸和邻苯二甲酸戊酯。
59.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述浸渍液体包含用于传递到所述眼睛上的药物。
60.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中所述浸渍液体是有色的(例如用于有色隐形眼镜)。
61.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中当在平衡下或实质上在平衡下时,所述浸渍液体形成在所述表面的所述固体特征顶部上方延伸的液体层。
62.根据权利要求61所述的隐形眼镜,其中所述液体层在所述固体特征顶部上方延伸至少约5nm。
63.根据前述权利要求中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中
以下中的一或两者成立:
(i)0<φ≤0.25,其中φ是在平衡下对应于非浸没固体的所述液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数;和
(ii)Sow(a)<0,其中Sow(a)是扩散系数,定义为γwa-γwo-γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是所述浸渍液体。
64.根据权利要求63所述的隐形眼镜,其中0<φ≤0.25。
65.根据权利要求63所述的隐形眼镜,其中0<φ≤0.10。
66.根据权利要求63所述的隐形眼镜,其中0.01<φ≤0.25。
67.根据权利要求63所述的隐形眼镜,其中0.01<φ≤0.10。
68.根据权利要求63所述的隐形眼镜,其中Sow(a)<0。
69.根据权利要求50到62中任一权利要求所述的隐形眼镜,其中以下中的一或两者成立:
(i)θos(w),后退=0;和
(ii)θos(a),后退=0并且θos(w),后退=0,
其中θos(w),后退是在水(下标‘w’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角,并且其中θos(a),后退是在空气(下标‘a’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角。

说明书全文

具有液体浸渍表面的装置

[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2012年5月24日提交的美国临时专利申请第61/651,543号、2012年5月24日提交的美国临时专利申请第61/651,542号和2012年5月24日提交的美国临时专利申请第61/651,541号的优先权和益处,并且将其以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本发明大体上涉及液体浸渍表面。更具体来说,在某些实施例中,本发明涉及具有液体浸渍表面的器件和器具。

背景技术

[0004] 过去十年间微米/纳米工程化表面的出现已经开发了用于增强热流科学中的多种物理现象的新技术。举例来说,微米/纳米表面纹理的使用已经提供了能够实现较小粘性阻、减小的与和其它物质的粘着力、自动清洁性以及拒性的非润湿性表面。这些改进一般来说起因于固体表面与邻近液体之间的接触减少(即润湿较小)。
[0005] 液体浸渍表面描述于史密斯(Smith)等人的作为US 2013/0032316公开的标题是“液体浸渍表面、其制造方法和并有其的器件(Liquid-Impregnated Surfaces,Methods of Making,and Devices Incorporating the Same)”的美国专利申请第13/302,356号;史密斯等人的标题是“用于食品包装食品加工设备的自动润滑表面(Self-Lubricating Surfaces for Food Packaging and Food Processing Equipment)”的美国专利申请第
13/517,552号;和史密斯等人在2013年5月24日提交的标题是“利用液体浸渍表面的装置和方法(Apparatus and Methods Employing Liquid-Impregnated Surfaces)”的美国临时专利申请第61/827,444号中,其文本以全文引用的方式并入本文中。
[0006] 需要对于使物质流动穿过导管(例如管子、管道、通道、容器等)、使物质通过到导管中或从导管中移出物质具有低抗性的导管;对眼组织和/或眼流体具有高润滑性、增加舒适性、减少成核并且改进对蛋白质积聚和污染的抗性的隐形眼镜;以及对肉体(或生物流体)具有高润滑性和/或抑制器件/器具表面上的成核的器件和器具。

发明内容

[0007] 在本发明的一个方面,在一些实施例中,提供用于输送流体和/或固体的导管,所述导管具有一个内表面,所述内表面提供高滑移边界条件,由此有助于物质流动穿过其。
[0008] 在一个方面,本发明提供用于输送流体和/或固体的导管,所述导管具有一个内表面,所述内表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。在一些实施例中,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙。所述内表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述内表面的定向并且无关于使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体。所述内表面可以经配置以在所述内表面处提供高滑移边界条件,由此有助于使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体。
[0009] 在一些实施例中,所述导管是管子、管道或通道。在一些实施例中,所述导管是喷嘴。在一些实施例中,所述导管是模具(例如注射模制装置的一部分)或是挤压机的一部分。在一些实施例中,所述导管是罐或容器。
[0010] 在一些实施例中,所述导管包含用于容纳用于补充从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体的液体的储槽。在一些实施例中,所述器件包括导管,和容纳用于补充从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体的液体的储槽。
[0011] 在一些实施例中,所述浸渍液体包括至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物、植物油(例如橄榄油、轻橄榄油、玉米油、大豆油菜籽油亚麻籽油(linseed oil)、葡萄籽油、亚麻籽油(flaxseed oil)、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、萜烯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯(stanolax)、施贵宝液体矿脂(Squibb's liquid petrolatum)、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸、邻苯二甲酸戊酯、油、全氟化碳液体、全氟氟化真空油(例如Krytox1506或Fromblin 06/6)、氟化冷却剂(例如由3M制造、以FC-70销售的全氟三戊胺)、离子液体、与水不可混溶的氟化离子液体、包含PDMS的硅酮油、氟化硅酮油、液体金属、电流变流体、磁流变流体、磁流体、介电液体、液体、氟碳液体、制冷剂、真空油、相变物质、半液体、油脂、滑液和体液。
[0012] 在一些实施例中,所述固体特征包含一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、二氧化硅、玻璃、金属、聚合物(例如聚四氟乙烯、氟丙烯酸酯、氟尿烷、氟硅酮、氟硅烷、改性碳酸酯、氯硅烷、硅酮、聚二甲基硅氧烷PDMS)、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体、复合固体PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET、HDPE、聚酰亚胺、PMMA、玻璃、珀斯佩克斯(Perspex)、普列克斯玻璃(Plexiglass)、普尔梅肯(Polymacon)、烃(例如烷烃、氟聚合物、铁氟龙、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷TCS、十八烷基三氯硅烷OTS、十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷、氟POSS(fluoroPOSS))、陶瓷(例如碳化、氮化钛、氮化铬、氮化、碳化铬、碳化钼、碳氮化钛、无电镍、氮化锆、氟化二氧化硅、二氧化钛、氧化钽、氮化钽、类金刚石碳、氟化类金刚石碳)、金属间化合物(例如化镍和铝化钛)和复合材料
[0013] 在一些实施例中,所述固体特征包含平均尺寸在1微米到50微米(例如5微米到50微米)范围内的粒子。在一些实施例中,所述粒子以约1微米到约30微米(例如10微米到30微米)的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。在一些实施例中,所述粒子是喷雾沉积的。
[0014] 在一些实施例中,所述固体特征包含或界定至少一个选自由以下组成的群组的成员:粒子、非晶粒子、实质上球形粒子、柱子、纳米针、微米针、纳米草、微米草、孔隙、空腔、孔、互连孔隙、互连空腔、凹槽和隆脊。
[0015] 在一些实施例中,所述浸渍液体包含用以防止或减少所述浸渍液体蒸发的添加剂。
[0016] 在本发明的另一个方面,在一些实施例中,两个部件经配置以在所述装置处于操作中时彼此接触,其中所述两个部件中的一者或每一者包括一个表面,所述表面具有浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。在一些实施例中,对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,并且对于所述表面中的每一者,所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。在一些实施例中,对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向并且无关于所述表面之间所进行的接触(例如其中所述装置经配置以产生垂直于所述表面的粘着力;例如其中所述装置经配置以具有低静摩擦系数;或例如其中所述装置经配置以产生垂直于所述表面的粘着力并且具有低静摩擦系数)。在一些实施例中,所述装置是轴承、轨道或铰链
[0017] 在本发明的另一个方面,在一些实施例中,所公开的技术用于一种用于从空气或其它气体捕获固体微粒的装置。所述装置包括一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定含有所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,并且所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。在一些实施例中,所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0018] 在一些实施例中,所述装置是空气过滤器
[0019] 所述浸渍液体可以具有高粘度(例如大于100cP或大于1000cP)。
[0020] 在本发明的另一个方面,在一些实施例中,所公开的技术用于一种装置,其包括一个表面,所述表面具有可固化浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,并且所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。在一些实施例中,所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向,并且其中所述浸渍液体可以通过固化(例如暴露于热)而转化为固体。
[0021] 在本发明的另一个方面,在一些实施例中,所公开的技术用于一种装置(例如飞机、船、鱼雷等),其包括经配置以用于减小阻力的表面,并且所述表面包括浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。在一些实施例中,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。在一些实施例中,所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0022] 在本发明的一个方面,在一些实施例中,提供具有液体浸渍表面的医疗器件和器具,其用于增强对肉体(或生物流体)的润滑性和/或抑制所述器件/器具的所述表面上的成核。
[0023] 在一个方面,本发明提供一种医疗器件或医疗器具,其对肉体(或生物流体)具有高润滑性和/或抑制其表面上的成核,所述器件或器具包括一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。在某些实施例中,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,并且所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。在某些实施例中,所述浸渍液体在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0024] 在某些实施例中,所述固体特征包含平均尺寸在1微米到50微米(例如5微米到50微米)范围内的粒子。所述粒子可以按约1微米到约30微米(例如10微米到30微米)的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。所述粒子可以是喷雾沉积的。
[0025] 在某些实施例中,所述浸渍液体包括至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物、植物油(例如橄榄油、轻橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻籽油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)、萜烯、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸和邻苯二甲酸戊酯。
[0026] 在某些实施例中,所述固体特征包括一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、金属、聚合物、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体和复合固体PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET、HDPE、聚酰亚胺、PMMA、玻璃、珀斯佩克斯、普列克斯玻璃、普尔梅肯。
[0027] 所述浸渍液体可以包括用以防止或减少所述浸渍液体蒸发的添加剂。所述医疗器件或医疗器具可以是选自由以下组成的群组的成员:支具、假牙、固位器、畸齿矫正器、桥托、植入物、齿模、假体、人造器官、人造动脉、支架注射器、内层(例如用以防止斑形成的动脉壁内层)、IV管、IV袋、结肠造瘘袋、手术仪器、绷带和血
[0028] 所述医疗器件或医疗器具可以是血泵或其部件。所述表面可以经配置以实现剪切力减小以防止对细胞和/或血液或由此或穿过其泵送的其它生物流体中的其它生物结构有所损伤。所述医疗器件或医疗器具可以是选自由以下组成的群组的成员:丸剂、胶囊(例如单片或两片)、片剂、囊形片和栓剂。
[0029] 所述医疗器件或医疗器具可以是选自由以下组成的群组的成员:微量移液管、生物材料的小体积容器、人血清容器、移液管、移液管尖端、微流体器件、透析机、管子、内窥镜插管器件、注射器、支架、导液管和气管切开管。
[0030] 所述医疗器件或医疗器具可以是选自由以下组成的群组的成员:手套、绷带、粘合带、药物释放贴片和避孕套。所述浸渍液体可以是防腐剂和/或抗细菌剂。所述浸渍液体可以是可固化的并且可以通过固化(例如暴露于热)而转化为固体。
[0031] 在本发明的一个方面,在一些实施例中,提供具有液体浸渍表面的隐形眼镜,其用于增强对眼组织和/或眼流体的润滑性、增加舒适性、减少成核并且改进对蛋白质积聚和污染的抗性。
[0032] 在一个方面中,本发明提供一种隐形眼镜,其对眼组织/流体具有高润滑性和/或抑制其表面上的成核,所述隐形眼镜包括一个表面,所述表面经纹理化以形成间隔得足够接近以在其间稳定容纳浸渍液体的微米级和/或纳米级固体(例如凝胶)特征矩阵。所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙。所述表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向并且尽管在所述隐形眼镜正常佩戴、插入和移出期间与所述眼组织接触。
[0033] 在一些实施例中,所述特征界定孔隙或空腔,并且所述浸渍液体填充所述孔隙或空腔。所述矩阵的特征到特征间距可以是约1微米到约100微米。所述矩阵的特征到特征间距是约5纳米到约1微米。所述表面经激光蚀刻以形成所述固体特征矩阵。所述浸渍液体与眼流体实质上不可混溶(例如与生理盐水溶液实质上不可混溶)。
[0034] 所述固体特征和/或所述透镜自身的材料可以包括一或多种选自由以下组成的群组的成员:聚合物、水凝胶、聚酰亚胺、普尔梅肯、硅酮水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA或珀斯佩克斯/普列克斯玻璃)和玻璃。
[0035] 所述固体特征可以包括一或多种选自由以下组成的群组的成员:蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素HPC、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素HPMC、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、二氧化硅、金属、聚合物、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体和复合固体PDMS、环烯烃聚合物、聚丙烯、PVC、PET和HDPE。
[0036] 所述浸渍液体可以包括至少一种选自由以下组成的群组的成员:油酸乙酯、酯、脂肪酸、脂肪酸衍生物、萜烯、油、四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺BMIm、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸和邻苯二甲酸戊酯。
[0037] 在一些实施例中,所述浸渍液体包括用于传递到所述眼睛上的药物。
[0038] 在一些实施例中,所述浸渍液体是有色的(例如用于有色隐形眼镜)。
[0039] 在一些实施例中,当在平衡下或实质上在平衡下时,所述浸渍液体形成在所述表面的所述固体特征顶部上方延伸的液体层。
[0040] 在一些实施例中,所述液体层在所述固体特征顶部上方延伸至少约5nm。
[0041] 在一些实施例中,所述浸渍液体包括药物(例如防腐剂和/或抗细菌剂)或生物活性组分(包括但不限于药物、维生素、矿物质、蛋白质)。
[0042] 在一些实施例中,以下中的一或两者成立:(i)0<φ≤0.25,其中φ是在平衡下对应于非浸没固体的所述液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数;和(ii)Sow(a)<0,其中Sow(a)是扩散系数,定义为γwa-γwo–γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是所述浸渍液体。
[0043] 在一些实施例中,以下中的一或两者成立:(i)0<φ≤0.25,其中φ是在平衡下对应于非浸没固体的所述液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数;和(ii)Sow(a)<0,其中Sow(a)是扩散系数,定义为γwa-γwo–γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是所述浸渍液体。在一些实施例中,0<φ≤0.25。在一些实施例中,0<φ≤0.10。在一些实施例中,0.01<φ≤0.25。在一些实施例中,
0.01<φ≤0.10。在一些实施例中,Sow(a)<0。
[0044] 在一些实施例中,以下中的一或两者成立:(i)θos(w),后退=0;和(ii)θos(a),后退=0并且θos(w),后退=0,其中θos(w),后退是在水(下标‘w’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触,并且其中θos(a),后退是在空气(下标‘a’)存在下所述浸渍液体(例如油,下标‘o’)在所述表面(下标‘s’)上的后退接触角。附图说明
[0045] 参考下文所述的图式和权利要求书,可以更好地理解本发明的目标和特征。
[0046] 图1说明部分浸没的液体浸渍表面的示意性截面图和相应俯视图;
[0047] 图2A和2B展现液体浸渍表面涂层对镊子用以使血液滚落的有效性;
[0048] 图3A和3B证实,液体浸渍表面丸剂比未经涂布的丸剂更容易在动物组织上滑动;
[0049] 图4A和4B证实,动物肉体在液体浸渍表面上比在未经涂布的表面上更容易滑动;
[0050] 图5A到5D说明使用混凝土和经液体浸渍表面涂布的模具的模具释放实验;
[0051] 图6说明用于测定液体浸渍表面的粘着强度的固体与固体粘着力实验;
[0052] 图7A到7F说明液体浸渍表面对管子、管道、通道或其它类似物品的效果;
[0053] 图8A和8B说明注射模制实验的结果;
[0054] 图9A到9D说明液体浸渍表面上的粉尘捕获实验;
[0055] 图10A到10E说明用于展现接收粘性物质的表面上的液体浸渍表面的性质的导管实验;
[0056] 图11A到11D说明进行以测量金属球上的阻力的实验;并且
[0057] 图12说明具有液体浸渍表面的球、具有纹理化外表面的球、具有光滑表面的球的润湿特性。
[0058] 图13A和13B说明经液体浸渍表面涂布的隐形眼镜相对于未经涂布的隐形眼镜的外观和透明度。

具体实施方式

[0059] 预期所要求的发明的组合物、混合物、系统、器件、方法和工艺涵盖使用来自本文中所描述的实施例的信息产生的变型和调适。对本文中所描述的组合物、混合物、系统、器件、方法和工艺的调适和/或修改可以由相关领域的一般技术者执行。
[0060] 在整个说明书中,在物品、器件、装置和系统描述为具有、包括或包含特定组件时,或在工艺和方法描述为具有、包括或包含特定步骤时,预期另外,存在基本上由所列举的组件组成或由所列举的组件组成的本发明的物品、器件、装置和系统,并且存在基本上由所列举的加工步骤组成或由所列举的加工步骤组成的根据本发明的工艺和方法。
[0061] 类似地,在物品、器件、混合物、装置和组合物描述为具有、包括或包含特定化合物和/或物质时,预期另外,存在基本上由所列举的化合物和/或物质组成或由所列举的化合物和/或物质组成的本发明的物品、器件、混合物、装置和组合物。
[0062] 应理解,步骤顺序或用于执行某些动作的顺序是不重要的,只要本发明保持可操作即可。此外,两个或两个以上步骤或动作可以同时进行。
[0063] 关于本文中所呈现的权利要求中任一权利要求,本文中对任何出版物的提及(例如在背景部分中)不是承认所述出版物充当现有技术。背景部分出于清楚的目的而呈现,并且不意味是关于任一权利要求的现有技术的描述。
[0064] 本文中描述表面,其包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述内表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位。
[0065] 在某些实施例中,固体特征可以是表面自身的一部分(例如表面可以经蚀刻或以其它方式纹理化以产生固体特征),或固体特征可以涂覆于表面。在某些实施例中,固体特征包括本质上疏水性、疏油性和/或疏金属性材料或涂层。举例来说,固体特征可以由以下制成:烃,例如烷烃;和氟聚合物,例如铁氟龙、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷(TCS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)、十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷、氟POSS和/或其它氟聚合物。其它可能的材料包括:陶瓷、聚合材料、氟化材料、金属间化合物和复合材料。聚合材料可以包括例如聚四氟乙烯、氟丙烯酸酯、氟尿烷、氟硅酮、氟硅烷、改性碳酸酯、氯硅烷、硅酮、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和/或其组合。陶瓷可以包括例如碳化钛、氮化钛、氮化铬、氮化硼、碳化铬、碳化钼、碳氮化钛、无电镍、氮化锆、氟化二氧化硅、二氧化钛、氧化钽、氮化钽、类金刚石碳、氟化类金刚石碳和/或其组合。金属间化合物可以包括例如铝化镍、铝化钛和/或其组合。
[0066] 液体浸渍表面的固体特征可以形成物理纹理或表面粗糙。纹理可以是无规的,包括不规则碎片形,或经图案化。在某些实施例中,纹理是微米级或纳米级特征。举例来说,纹理的长度尺度L(例如平均孔径或平均突起高度)可以是小于约100微米、小于约10微米、小于约1微米、小于约0.1微米或小于约0.01微米。在某些实施例中,纹理包括柱子或其它突起部,例如球形或半球形突起部。圆形突起部可以优选用以避免尖锐的固体边缘并且将液体边缘的钉扎降到最低。纹理可以使用任何常规方法(包括机械和/或化学方法)引入到表面。
[0067] 在某些实施例中,固体特征包括粒子。在某些实施例中,粒子的平均特征尺寸在例如约5微米到约500微米、或约5微米到约200微米、或约10微米到约50微米范围内。在某些实施例中,特征尺寸是直径(例如对于大致球形的粒子)、长度(例如对于大致杆状的粒子)、厚度、深度或高度。在某些实施例中,粒子包括不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、燕麦麸纤维、高岭石(粘土矿物)、日本蜡(获自浆果)、浆(植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和/或乙基羟乙基纤维素。在某些实施例中,粒子包括蜡。在某些实施例中,粒子是随机间隔的。在某些实施例中,粒子以约1微米到约500微米、或约5微米到约200微米、或约10微米到约30微米的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。
在某些实施例中,粒子是喷雾沉积的(例如通过气雾剂或其它喷雾机制沉积)。
[0068] 在一些实施例中,使用微米级特征。在一些实施例中,微米级特征是粒子。粒子可以随机或均匀分散于表面上。粒子之间的特征间距可以是约200μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中,粒子之间的特征间距在100μm到1μm、50μm到20μm或40μm到
30μm范围内。在一些实施例中,粒子之间的特征间距在100μm到80μm、80μm到50μm、
50μm到30μm或30μm到10μm范围内。在一些实施例中,粒子之间的特征间距在以上任两个值的范围内。
[0069] 粒子的平均尺寸可以是约200μm、约100μm、约90μm、约80、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约10μm、约5μm或1μm。在一些实施例中,粒子的平均尺寸在100μm到1μm、50μm到10μm或30μm到20μm范围内。在一些实施例中,粒子的平均尺寸在100μm到80μm、80μm到50μm、50μm到30μm或30μm到10μm范围内。在一些实施例中,粒子的平均尺寸在以上任两个值的范围内。
[0070] 在一些实施例中,粒子是多孔的。粒子的特征孔隙大小(例如孔隙宽度或长度)可以是约5000nm、约3000nm、约2000nm、约1000nm、约500nm、约400nm、约300nm、约200nm、约100nm、约80nm、约50、约10nm。在一些实施例中,特征孔隙大小在200nm到2μm或100nm到1μm范围内。在一些实施例中,特征孔隙大小在以上任两个值的范围内。
[0071] 液体浸渍表面的浸渍液体可以是油基或水基的(即水性)。液体可以经选择以基于其性质用于既定应用。在某些实施例中,浸渍液体是离子液体(例如BMI-IM)。可能的浸渍液体的其它实例包括十六烷、真空泵油(例如 06/6、 1506)、硅油(例如10cSt或1000cSt)、碳氟化合物(例如全氟三戊胺、FC-70)、剪切稀化流体、剪切增稠流体、液体聚合物、溶解聚合物、粘弹性流体和/或液体氟POSS。在一个实施例中,通过引入纳米粒子使浸渍液体剪切增稠。剪切增稠浸渍液体对于例如防止钉住并且抵抗冲击液体的影响来说可以是所要的。为最小化浸渍液体从表面蒸发,可能需要使用具有低蒸气压力(例如小于0.1mmHg、小于0.001mmHg、小于0.00001mmHg或小于0.000001mmHg)的浸渍液体。在某些实施例中,浸渍液体的凝固点低于-20℃、低于-40℃或约-60℃。在某些实施例中,浸渍液体的表面张力是约15mN/m、约20mN/m或约40mN/m。在某些实施例中,浸渍液体的粘度是约10cSt到约1000cSt。
[0072] 可以使用将液体涂覆到固体的常规技术将浸渍液体引入到表面。在某些实施例中,使用例浸涂刮涂或滚涂的涂布工艺来涂覆浸渍液体。或者,可以通过使液体物质流动通过表面来引入和/或补充浸渍液体。在优选实施例中,在已经涂覆浸渍液体之后,毛细力保持液体就位。
[0073] 在某些实施例中,纹理可以施加于衬底以形成具有固体特征的表面。施加纹理可以包括:使衬底暴露于溶剂(例如溶剂诱发的结晶),挤压或吹塑模制材料混合物,用机械作用(例如与磨料一起翻滚)使衬底粗糙化,喷涂,聚合物旋转,使粒子从溶液沉积(例如层层沉积和/或从液体和粒子悬浮液蒸发掉液体),挤压或吹塑模制泡沫或泡沫形成材料(例如聚酯泡沫),使聚合物从溶液沉积,挤压或吹塑模制在冷却后膨胀以留下起皱或纹理化表面的材料,涂覆材料层到在张力或压缩下的表面上,执行非溶剂诱发的聚合物相分离以获得多孔结构,执行微接触印刷,执行激光光栅化,执行固体纹理从蒸气中的成核(例如去升华),执行阳极化,研磨机械加工,压花纹,电子束研磨,执行热或化学氧化,和/或执行化学气相沉积。在某些实施例中,施加纹理到衬底包括喷雾可食用粒子的混合物到衬底上。在某些实施例中,用液体浸渍特征矩阵包括:喷雾囊封液体到特征矩阵上,刷涂液体到特征矩阵上,将特征矩阵浸没于液体中,旋转特征矩阵,使液体浓缩到特征矩阵上,沉积包含所述液体和一或多种挥发性液体的溶液,和/或使液体在具有第二不可混溶液体的表面上扩散。在某些实施例中,将液体与溶剂混合并且然后喷雾,因为溶剂将降低液体粘度,使其更容易并且更均匀地喷雾。然后,溶剂将从涂层中干燥。在某些实施例中,所述方法进一步包括在施加纹理到衬底和/或化学改性纹理的固体特征之前化学改性衬底。举例来说,所述方法可以包括用与水的接触角大于70度的材料(例如疏水性材料)进行化学改性。改性可以例如在纹理施加之后进行,或可以在其施加于衬底之前施加于粒子。在某些实施例中,浸渍特征矩阵包括从特征矩阵去除过量液体。在某些实施例中,去除过量液体包括:使用第二不可混溶液体以带走过量液体,使用机械作用以去除过量液体,使用多孔材料吸收过量液体,和/或使用重力或离心力从特征矩阵排掉过量液体。
[0074] 液体浸渍表面适用于减小固体表面与流动液体之间的粘性阻力。一般来说,通过使液体在固体表面上流动而施加的粘性阻力或剪切应力与液体粘度和与表面相邻的剪切率成正比。传统假设是,液体分子在所谓的“无滑移”边界条件下接触对表面粘着的固体表面。虽然在液体与表面之间可以存在一定滑移,但无滑移边界条件是用于大多数应用的适用假设。在某些实施例中,液体浸渍表面是所要的,因为其在固体表面处诱发大量滑移。多达40%的阻力减小可以归因于此滑移而获得。
[0075] 在某些实施例中,在液体浸渍表面的纹理内浸渍液体防止或减少这些区域中的成核。成核减少在液体覆盖液体浸渍表面的固体特征的顶部时有所增强。此外,在某些实施例中,液体浸渍表面具有小滚降角(即表面的使得接触表面的小滴将开始从表面滚降或滑落的角或斜率)。与液体浸渍表面相关的低滚降角使得接触表面的小滴在液体可能积聚在表面上之前容易从表面滚降。在某些实施例中,液体浸渍表面用以提供疏水合物性,由此防止或最少化水合物的形成。在某些实施例中,液体浸渍表面用以提供疏盐性,由此防止或最少化盐或矿物垢的形成。
[0076] 在某些实施例中,液体浸渍表面用以减小固体表面与流动液体之间的粘性阻力。在某些实施例中,液体浸渍表面用以在液体浸渍表面与接触表面的物质(或在一个液体浸渍表面抵着另一个液体浸渍表面摩擦或液体浸渍表面的一部分抵着彼此摩擦时,与表面自身)之间提供润滑。举例来说,当接触是非顿材料(non-Newtonian material)、宾汉塑料(Bingham plastic)、触变流体和/或剪切增稠物质的物质时,液体浸渍表面可以提供显著滑移/润滑优势。
[0077] 液体浸渍表面还可以提供抗结垢性和/或自动清洁性。液体浸渍表面还可以用以促进水分的冷凝。
[0078] 如本文中所用,浮现的区域分数φ定义为在平衡(或假平衡)下对应于非浸没固体的液体浸渍表面的投影表面区域的代表性分数(代表性分数)。如本文中所用,术语“平衡”是指其中当衬底保持远离水平面时浸渍膜的平均厚度不会由于因重力排流而随时间实质上变化并且其中蒸发可忽略(例如在液体浸渍液体待放置于因所述浸渍液体的蒸气而饱和的环境中时)的状况。类似地,如本文中所用,术语“假平衡”是指相同状况,不同之处在于可以存在蒸发。
[0079] 一般来说,表面的“代表性分数”是指表面的在其上具有足够数目的固体特征的一部分,以使得所述部分合理地代表整个表面。在某些实施例中,“代表性分数”是整个表面的至少十分之一。
[0080] 在某些实施例中,φ是零(在固体特征顶部上存在厚度可以是例如至少1nm、至少5nm、至少10nm或至少100nm的液体层)。在某些实施例中,φ小于0.30、0.25、0.20、0.15、
0.10、0.05、0.01或0.005。在某些实施例中,φ大于0.001、0.005、0.01、0.05、0.10、0.15或0.20。在某些实施例中,φ在约0与约0.25范围内。在某些实施例中,φ在约0与约
0.01范围内。在某些实施例中,φ在约0.001与约0.25范围内。在某些实施例中,φ在约0.001与约0.10范围内。
[0081] 在一些实施例中,液体浸渍表面经配置以使得通过浸渍液体的遮掩可以根据本文中所描述的不同实施例而消除或诱发。
[0082] 如本文中所用,扩散系数Sow(a)定义为γwa-γwo–γoa,其中γ是由下标w、a和o表示的两个相之间的界面张力,其中w是水,a是空气,并且o是浸渍液体。界面张力可以使用如斯托弗C.E.(Stauffer,C.E.),“通过悬垂液滴技术测量表面张力(The measurement of surface tension by the pendant drop technique)”,物理化学杂志(J.Phys.Chem.)1965,69,1933-1938中所描述的悬垂液滴方法测量,其文本以引用的方式并入本文中。例示性表面和其界面张力测量值(在约25℃下)展示于附录D、具体来说表S2中。
[0083] 不希望束缚于任何特定理论,Sow(a)小于0的浸渍液体将不遮掩,导致浸渍液体无损失,然而Sow(a)大于0的浸渍液体将遮掩物质(冷凝水滴、细菌菌落、固体表面)并且这可以用以防止腐蚀、结垢等。在某些实施例中,遮掩用于防止蒸气-液体转化(例如水蒸气、金属蒸气等)。在某些实施例中,遮掩用于抑制液体-固体形成(例如冰、金属等)。在某些实施例中,遮掩用以制造用于携载物质的储槽,以使得独立遮掩的物质可以通过外部构件(如电或磁场)控制和引导。
[0084] 在某些实施例中,润滑剂遮掩是所要的并且使用用于防止环境污染的构件,如保存遮掩的物质的内含物的时间囊。遮掩可以导致包入物质,由此切断其与环境的通路。这可以用于将物质(例如生物分析物)以物质不被环境污染的方式运输穿过一个长度。
[0085] 在某些实施例中,遮掩的量可以通过各种润滑剂性质(例如粘度、表面张力)来控制。另外或或者,可以控制遮掩的物质的去润湿以释放物质。因此,预期一种系统,其中液体在一端处分配于润滑介质中,并且在到达另一端后暴露于导致润滑剂显露的环境。
[0086] 在一些实施例中,浸渍液体可以经选择以使Sow(a)小于0。例示性浸渍液体包括(但不限于)四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、十四烷、环己烷、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯、α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸、邻苯二甲酸戊酯和其任何组合。
[0087] 参考图1,展示部分浸没的液体浸渍表面的示意性截面图和相应俯视图。图1的左上图展示一行锥形固体特征的截面图。非浸没固体的投影表面区域102以俯视图的阴影区域说明,而剩余非阴影区域表示浸没的液体浸渍表面的投影表面区域100。除了此行固体特征的突起表面区域之外,以半无规图案放置的其它固体特征在俯视图中以阴影展示。类似地,图1的右侧展示一行均匀间隔的柱子的截面图。其它行的充分图案化的柱子在俯视图中以阴影展示。如所展现,在一些实施例中,液体浸渍表面包括无规和/或非无规图案化的固体特征。
[0088] 在某些实施例中,材料在其表面上展现图1中所示的成核。材料的表面包含间隔得足够接近以在其中间容纳浸渍液体的微米级或纳米级固体特征阵列。所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,并且所述表面使所述浸渍液体在所述固体特征中间稳定保持就位,无关于所述表面的定向。在一些实施例中,粒子的平均尺寸是5微米到50微米。在一些实施例中,粒子以约10微米到约30微米的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。
[0089] 在某些实施例中,通过用浸渍液体溶液喷涂表面来将粒子涂布到材料的表面上。喷涂可以将均匀浸渍液体涂层涂覆到材料的表面。在某些实施例中,浸渍液体可以在多个阶段中喷涂到材料表面上。在其中浸渍溶液由几种不同溶液组成的某些实施例中,浸渍液体的各种构成溶液可以在不同阶段中喷涂到目标表面上。
[0090] 液体浸渍表面的应用可以扩展到例如用于输送流体和/或固体的导管。所述导管可以具有一个内表面,所述内表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征。所述浸渍液体可以填充所述固体特征之间的间隙。在一些实施例中,所述内表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述内表面的定向并且无关于使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体。所述内表面可以经配置以在所述内表面处提供高滑移边界条件,由此有助于使流体和/或固体流动穿过所述导管、使流体和/或固体通过到所述导管中或从所述导管中移出流体和/或固体。
[0091] 在一些实施例中,所述导管包括用于容纳用于补充从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体的液体的储槽。所述储槽可以实现连续供应液体浸渍表面溶液回到所要表面。在一些实施例中,所述储槽用以补给从所述液体浸渍表面损失的浸渍液体。
[0092] 在一些实施例中,所述浸渍液体是油酸乙酯、脂肪酸、植物油(例如橄榄油、轻橄榄油、玉米油、大豆油、菜籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、亚麻籽油、芥花油、花生油、红花油、向日葵油)、四氯乙烯(全氯乙烯)、异硫氰酸苯酯(苯基芥子油)、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α-氯萘、α-溴萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIm)、三溴代丙烷(1,2,3-三溴丙烷)、二溴化乙烯、二硫化碳、溴仿、碘化亚甲基(二碘甲烷)、斯塔诺拉克斯、施贵宝液体矿脂、对溴甲苯、单溴苯、全氯乙烯、二硫化碳、苯基芥子油、单碘苯α-单氯萘、四溴化乙炔、苯胺、丁醇、异戊醇、正庚醇、甲酚、油酸、亚油酸、和/或邻苯二甲酸戊酯。所述浸渍液体可以包括用以防止或减少所述浸渍液体蒸发的添加剂。
[0093] 在一些实施例中,所述固体特征包括蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡、玉米蛋白(来自玉米)、糊精、纤维素醚、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、乙基羟乙基纤维素、不溶性纤维、纯木纤维素、微晶纤维素、高岭石(粘土矿物)、日本蜡、浆(例如植物茎干的海绵状部分)、三氧化二铁、氧化铁、甲酸钠、油酸钠、棕榈酸钠、硫酸钠、金属、聚合物、陶瓷固体、氟化固体、金属间固体和/或复合固体。
[0094] 所述固体特征可以包括平均尺寸在5微米到50微米范围内的粒子。所述粒子可以按约10微米到约30微米的邻近粒子或粒子簇之间平均间距排列。所述粒子可以是喷雾沉积的。
[0095] 所述固体特征可以包括粒子、非晶粒子、实质上球形粒子、柱子、纳米针、微米针、纳米草、微米草、孔隙、空腔、孔、互连孔隙和/或互连空腔。
[0096] 液体浸渍表面的应用可以扩展到例如一种装置,其具有经配置以在所述装置处于操作中时彼此接触的两个部件。所述两个部件中的每一者可以包括一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的微米级和/或纳米级固体特征。对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙。每个表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。对于所述表面中的每一者,所述浸渍液体在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向并且无关于所述表面之间所进行的接触。在一些实施例中,所述装置是推力轴承
[0097] 在一些实施例中,所公开的技术包括一种用于从空气或其它气体捕获固体微粒的装置。所述装置可以包括一个表面,所述表面具有浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的微米级和/或纳米级固体特征。所述浸渍液体可以填充所述固体特征之间的间隙。所述表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。在一些实施例中,所述装置是空气过滤器。所述浸渍液体具有高粘度(例如大于1000cP)。
[0098] 在一些实施例中,所公开的技术可以包括一种表面,其具有可固化浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的微米级和/或纳米级固体特征。所述浸渍液体可以填充所述固体特征之间的间隙。所述表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。所述浸渍液体可以通过固化(例如暴露于热)而转化为固体。
[0099] 液体浸渍表面的应用可以扩展到例如一种装置(例如车辆、汽车、飞机、船、鱼雷、导弹等),其具有经配置以用于减小阻力的表面。所述表面可以包括浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的微米级和/或纳米级固体特征。所述浸渍液体可以填充所述固体特征之间的间隙。所述表面可以在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体。所述浸渍液体可以在所述固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0100] 液体浸渍表面的应用可以扩展到例如流体输送器和制造设备、系统以及工艺,例如下文所描述的那些。在一些实施例中,液体浸渍表面用于泵送、封装、移动和/或转移流体/物质。在一些实施例中,液体浸渍表面可以用以在容器之间转移流体。液体浸渍表面可以用以输送粘性物质,例如水泥、油、聚合物、巧克力、猫食、狗食、蜡和/或石油与天然气工业中的重油。
[0101] 在一些实施例中,导管与所输送的物质之间的无滑移条件导致速度剖面在导管边缘处非常陡。对于一些工艺,这非常不合需要,因为高剪切实际上可能会分解物质或产物。在一些实施例中,所公开的技术提供一种高滑移边界条件,以使得物质例如以非常均匀的速度剖面以段塞形式移动。这在物质粘性大以及低粘度物质在小导管(例如IV滴注器)中流动的应用中是有益的。
[0102] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于IV滴注器、IV管的内层和IV袋的内表面。这种涂层将使得IV袋和/或管的内含物容易沿着IV袋和管滑动而使内含物浪费最少。通过增加IV内层的滑溜性,液体浸渍表面涂层减小IV管和袋与其内含物之间的吸引力。这使得可容易分配内含物。举例来说,开业医生经常不能够将充足流速的药物输送给患者,因为其无法承担放入较大口径IV中。在IV管中创造液体浸渍表面向开业医生提供了在不使用较大口径IV的情况下将充足流速的药物输送给患者的能力。
[0103] 液体浸渍表面的应用可以例如用于模制。举例来说,液体浸渍表面可以用于转移模制。在一些实施例中,这包括使任何现有表面变为纹理化表面的方法。在一些实施例中,用(例如)未固化液体聚合物填充纹理化表面。可以将经填充的表面(其是模具)放置到现有表面上,以使得液体聚合物接触现有表面。然后可以使液体聚合物固化并且硬化(其可以通过多种工艺实现,取决于所用液体聚合物)。在硬化之后,可以去除模具,在表面上留下纹理化固化聚合物。在一些实施例中,可以用纳米或微米级粒子和液体的混合物(例如浆料)填充初始纹理化表面(例如模具)。液体浸渍表面还可以用作脱模剂
[0104] 液体浸渍表面的应用可以例如用于轴承。举例来说,推力轴承可以包含两个液体囊封表面,每一者具有不可混溶的不同流体。当表面接触时,界面将是液-液。所得摩擦将非常低。剪切稀化流体可以用以达成甚至更低的摩擦或用以定制抗性以变化。
[0105] 液体浸渍表面的应用可以用于例如高摩擦制造工艺、容器和相关设备。举例来说,液体浸渍表面可以用于注射模制。典型地,注射模制中遭遇的高剪切力在聚合物熔体内引起粘性加热,并且在极端情况下,可能会导致聚合物燃烧。将液体浸渍表面涂层涂覆于模具滑槽和空腔将实质上减小壁上的剪切力,产生较低注射压力。这提供几种益处,包括降低注射的能量需求,而且其意味着相同部件可以在较小的不太昂贵的注射模制机上进行模制。在一些实施例中,涂层可以同时充当脱模剂。在一些实施例中,如果喷嘴涂布有液体浸渍表面,那么可以显著降低从喷嘴挤出所需要的功率。液体浸渍表面可以用以产生将不会氧化的润滑模具或挤压机部件。液体浸渍表面还可以用以润滑模具。
[0106] 液体浸渍表面可以用于挤压和/或锻造。挤压和锻造两者典型地都涉及使高度粘性的物质流动通过模具表面而使相对滑移量少(与导管(如管道)中的相对滑移量大相对)。这包括挤压和/或锻造塑料、金属、食物产品(例如口香糖和糖果)、线、胶、环氧树脂橡胶和/或聚合物。液体浸渍表面可以用于冷挤压和/或冷锻造。
[0107] 液体浸渍表面可以用于容纳以下的容器:液体金属、润滑剂、填缝剂、水泥、瓷砖砂砾、石膏、焦油、沥青浆、蜡、洗衣洗涤剂、洗碟洗涤剂,油脂容器、制冷剂容器、丁烷容器、液氮容器、液氦容器、气体容器、液化气体容器、发动机油容器、石油产品、制动液容器、油容器、油漆、油墨、建筑材料(例如膨大剂)或其它物质和/或容器。液体浸渍表面可以用以形成自动清洁玻璃、光伏打电池和/或太阳热能。液体浸渍表面还可以与脱盐(例如用于脱盐的冷凝器)、液化天然气冷凝器、能源节约(例如发电厂、输油管、燃料管线中的冷凝器)结合使用。液体浸渍表面还可以用以在汽车、飞机、公共汽车和其它车辆和/或设备上形成除冰表面。液体浸渍表面还可以用于通过给一或两个表面涂覆产生液体浸渍表面来实现固体与固体摩擦减小。
[0108] 液体浸渍表面还可以用于实验室材料中。举例来说,液体浸渍表面可以用于移液管、烧杯和其它材料中。液体浸渍表面还可以用于空气过滤。举例来说,空气过滤器可以使用包含液体浸渍表面(例如液体浸渍表面的编织路径)的替换筒柱。空气过滤器筒柱可以并入到使来自周围环境的空气移动穿过筒柱以过滤空气的器件中。在一些实施例中,通过空气过滤器的粉尘将粘着于筒柱中的液体浸渍表面。
[0109] 液体浸渍表面用于捕鼻涕虫器、捕昆虫器和/或捕害虫器。举例来说,液体浸渍表面可以用于捕获臭虫。囊封表面可以产生大法向力,着陆于表面上的昆虫将不能产生足够力以使本身脱身。对于小昆虫,囊封表面将具有类似效果并且极其“发粘”。液体浸渍表面还可以通过产生臭虫无法着陆的表面而用作杀虫剂
[0110] 液体浸渍表面可以用于粘合带中。在一些实施例中,液体浸渍表面在法线方向上具有强毛细粘合力(将表面拉开),由浸渍液体垂直于表面抵着固体对象向下拉动的表面张力产生。在一些实施例中,纹理化表面可以用可以凝固或固化的液体(例如环氧树脂)囊封。因此,经可固化液体囊封的表面可以如常规胶带般便于涂覆,但具有环氧树脂的强度。
[0111] 液体浸渍表面可以用于显示保存。举例来说,用户可以在恰当纹理化的表面上书写/印刷/绘画。在表面于油中涂布之后,作品被有效地定并且得到保护。
[0112] 液体浸渍表面还可以用于飞机、火车或汽车的挡上,或类似地用于头盔观察窗和/或眼镜(例如太阳镜)上。举例来说,在雨中用刮片清洁风挡需要大量能源。液体囊封风挡可能可以在不需要刮片的情况下排斥雨滴。类似地,液体浸渍表面可以同样涂覆于飞机风挡。液体浸渍表面可以涂覆于风挡,或可以在需要时(例如在飞机降落期间、在暴风雨期间等)从储槽喷雾到风挡上。
[0113] 液体浸渍表面还可以用于滑板、溜、雪橇、泳衣、船或其它水上和/或体育设备上。液体浸渍表面还可以用于鱼雷的表面上。
[0114] 液体浸渍表面还可以用于用于耕作的拖拉机、CO2冷凝器、LP冷凝器、N2冷凝器、用于冷凝气体的表面中,和/或用于液压管线和气体管线的内部上。
[0115] 液体浸渍表面可以用于家用电器、配件和物品上,例如用于平底锅、炊具、进食器皿、刮刀、盆、盘、下水道和/或抽水桶上。液体浸渍表面可以涂覆于表面的一部分以聚集液体。液体浸渍表面可以用于玩具和游戏上。举例来说,液体浸渍表面可以用于滑来滑去(slip n slide)上。
[0116] 在一些实施例中,液体浸渍表面通过涂覆均匀浸渍液体层到任何表面而产生。此表面可以是隐形眼镜的表面。液体囊封表面可以涂覆于隐形眼镜以改进佩戴者的舒适性。液体囊封表面还将帮助隐形眼镜固持水分;并且维持眼内的泪膜以防止干眼症状,包括灼烧、刺痛、发红、异物感、过量流泪和间歇视力模糊;并且减少潜在眼睛刮擦。
[0117] 当前,一次性隐形眼镜的寿命是平均两周。液体囊封表面可以实质上延长当前一次性隐形眼镜的寿命。隐形眼镜与眼睛之间所保留的液体界面将帮助减少隐形眼镜磨损,由此增加隐形眼镜的寿命。液体囊封表面可以允许隐形眼镜被佩戴过夜并且持续多于两周的时间段。
[0118] 在一些实施例中,液体囊封表面还可以减少隐形眼镜保养。当前再润湿滴剂产品,例如“Refresh Contacts”、“Clerz Plus”或“Clear Eyes Contact Lens Relief”使隐形眼镜湿润,并且去除隐形眼镜上形成的造成刺激和不适的粒子。然而,这些再润湿滴剂将不再经常为液体囊封表面的隐形眼镜所需,因为液体囊封表面将固持水分并且防止干眼。当前隐形眼镜需要在夜间浸泡于生理盐水溶液中以使隐形眼镜湿润。由于改进的隐形眼镜中所存在的液体囊封表面而可能不再需要这种夜间浸泡。
[0119] 在一些实施例中,隐形眼镜可以在透镜的一或两侧上具有纹理或粗糙,或具有一直延伸穿过透镜的孔隙率。容纳于透镜的液体层中的液体可以涂覆于透镜的一或两侧。或者,液体可以一直浸泡穿过透镜。液体可以由用户在购买之后涂覆和再涂覆多次。
[0120] 在一些实施例中,隐形眼镜由聚酰亚胺构成。可以经由聚酰亚胺聚合物表面的温度或溶剂诱发的结晶来形成球粒或其它精细微结构,从而控制或调节纹理。已经用于制造隐形眼镜的多种聚合物经历球粒状结晶。
[0121] 固体和液体材料可以选自已经由美国食品和药物管理局(United States Food and Drug Administration)视为对于接触眼睛安全的材料。液体可能与眼流体不可混溶并且眼流体可以充当纹理的供应源。
[0122] 在一些实施例中,固体特征和透镜自身的材料可以是聚合物、水凝胶、聚酰亚胺、普尔梅肯、硅酮水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA或珀斯佩克斯/普列克斯玻璃)或这些材料的任何组合。
[0123] 在一些实施例中,可以通过具有小于100nm的特征或通过使纹理材料的折射率与液体匹配而实现光学清晰。液体和纹理理想地将是透明的或半透明的,但足够薄以使得可见光谱内的有效透射率是至少95%。
[0124] 在一些实施例中,液体层中的浸渍液体是有色的。有色的浸渍向有色隐形眼镜提供颜色
[0125] 在一些实施例中,当在平衡下或实质上在平衡下时,所述浸渍液体形成在所述表面的所述固体特征顶部上方延伸的液体层。在一些实施例中,所述液体层在所述固体特征顶部上方延伸至少约5nm。
[0126] 在一些实施例中,当前激光蚀刻技术(例如CO2或深UV)可以适于在隐形眼镜的整个内表面上产生图案化并且纹理化的表面。当前激光蚀刻技术仅在隐形眼镜的内侧上形成小识别标记。可以扩展激光技术以提供在整个隐形眼镜上具有均匀尺寸的图案化纹理化。用折射率与隐形眼镜材料相同或几乎相同的液体浸渍此纹理化表面将导致隐形眼镜变得透明。下文论述的一个例示性实验将具有液体囊封表面的隐形眼镜的透明度与常规未经涂布的隐形眼镜的透明度进行比较。
[0127] 在某些实施例中,通过用浸渍液体溶液喷涂表面来将粒子涂布到医疗器件或医疗器具的表面上。喷涂可以将均匀浸渍液体涂层涂覆到医疗器件或医疗器具的表面。在某些实施例中,浸渍液体可以在多个阶段中喷涂到医疗器件的表面上。在其中浸渍溶液由几种不同溶液组成的某些实施例中,浸渍液体的各种构成溶液可以在不同阶段中喷涂到目标表面上。
[0128] 液体浸渍表面用于抑制成核的应用可以包括例如防止牙齿、假牙、支具或固位器上的斑块成核。液体浸渍表面的应用还可以包括例如防止人造植入物上的纤维化。此外,应用还可以包括防止接触血液的表面、或管子或人造动脉或支架的表面(其由于胆固醇或其它固体样物质的积聚而堵塞)上的血栓。这些表面将受益于更润滑的界面。
[0129] 在一些实施例中,液体浸渍表面通过涂覆均匀浸渍液体层到表面而产生。在某些实施例中,此表面可以是人类或动物组织。均匀浸渍液体层可以喷雾到表面上以形成均匀液体浸渍表面涂层。
[0130] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于注射器的内部表面以便排空注射器的内含物。举例来说,注射器筒的筒管的内部表面可以涂布有浸渍液体。这将减小注射器的内含物与注射器筒的筒管的内部表面之间的吸引力以在较小施加活塞力下排出最大量的注射器内含物。
[0131] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于人造或天然动脉壁内层以防止斑块形成。内层可以涂布有浸渍液体,以这种方式使得不允许斑块轻易粘着于动脉壁内层。浸渍液体可以通过用浸渍液体溶液对动脉壁抽吸或通过任何手术程序而涂覆于动脉壁内层。
[0132] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于IV滴注器、IV管的内层和IV袋的内表面。这种涂层将使得IV袋和/或管的内含物容易沿着IV袋和管滑动而使内含物浪费最少。通过增加IV内层的滑溜性,液体浸渍表面涂层减小IV管和袋与其内含物之间的吸引力。这使得可容易分配内含物。举例来说,开业医生经常不能够将充足流速的药物输送给患者,因为其无法承担放入较大口径IV中。在IV管中创造液体浸渍表面向开业医生提供了在不使用较大口径IV的情况下将充足流速的药物输送给患者的能力。
[0133] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于结肠造瘘袋。这使得可在结肠造瘘之后更容易顺利接收粪便排放,并且减轻患者的不适。
[0134] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于牙齿以防止斑块积聚。通过涂覆这种涂层,食品粒子和其它斑块将不大可能粘着于牙齿,由此增强受试者的牙齿健康。
[0135] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于金属或金属手术仪器,如由如下文所论述的图2A和2B中记录的实验所展示。将这种涂层施加于手术仪器使得体液(例如血液)为经涂布的手术仪器排斥并且使得仪器保持清洁。
[0136] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于绷带以使得绷带可在不给患者造成不适的情况下容易从皮肤去除。举例来说,具有这种液体浸渍表面涂层的绷带并不会随时间和压力而变得非常紧密地胶合于伤口或皮肤并且可以容易被去除。
[0137] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于血泵。抽吸血液和其它生物流体中遭遇的剪切力通常会因将细胞机械扯开而使其受到损伤或破坏。液体浸渍表面涂层显著减小泵表面处的剪切力以防止对细胞和其它生物结构受到损伤。
[0138] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于实验室用品和药物以使其保持清洁并且防止异物粘着于其。
[0139] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于丸剂和胶囊以便于吞咽,如由如下文所论述的图3A和3B中记录的实验所展示。将这种涂层施加于丸剂通过减小丸剂与人类组织之间的摩擦力而使得经涂布的丸剂可沿着舌头和食道组织容易滑动。
[0140] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以施加于微量移液管、移液管、移液管尖端、生物流体和样品的小体积容器。对于小体积容器和微量移液管来说,内含物的保持粘着于容器的比例代表容器总体积的相当大分数。此外,内含物通常是昂贵的并且对于获取来说是劳动密集的。将浸渍液体涂层施加于这些容器的内表面和移液管尖端使得内含物可容易从这些容器排出而使浪费最少。类似地,涂层还可以施加于这些容器的内含物,尤其DNA和RNA链,这将有助于这些化合物从小体积容器的容易排出。
[0141] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于微流体器件。通常微流体通道变得由通过这些通道的内含物堵塞。通过用液体浸渍表面涂层涂布微流体通道,这些微流体通道的内含物不堵塞通道,并且微流体器件可以在无任何保养的情况下保持运作持续较长时间段。
[0142] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于透析机的透析管和其它组件以有助于更容易从血液去除废弃物和过量水。
[0143] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于插入到身体中的任何手术工具,例如内窥镜、支架、注射器针、支架、导液管、气管切开管和插管器件。这种涂层当涂覆于这些表面时使得向身体中的插入容易得多而不造成身体组织的任何非所要撕裂。这种涂层使得插管设备的插入更舒适。涂层中的囊封液体还可以在中间容纳防腐剂和麻醉剂,其将允许在手术工具正在插入时插入的局部区域被麻醉并且清洁。使用聚丙烯薄片(用以模拟手术仪器的表面)接触牛排(用以模拟人类组织)所进行的实验展示于如下文所论述的图4A和4B中。
[0144] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于乳膏、处方乳膏、软膏、新斯波林(Neosporin)、三联抗生素软膏、烧伤缓解膏、止痒膏、真芦荟凝胶、防晒剂和其它洗剂。涂层还可以涂覆于软膏、洗剂和乳膏的容器。这种涂层将允许这些化学品容易地分配,并且将防止所述乳膏、软膏的洗剂的最后几滴粘着于容器壁。
[0145] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于医疗用品、手套、用于覆盖开放伤口的绷带、用于皮肤病况的绷带、医疗植入物、植入物涂层以便保持其清洁不含异质粒子。
[0146] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于医疗器件表面、人造心脏和人造器官以防止有机物质积聚于这些器件上。
[0147] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于假体和自动润滑关节以便保持其不含污垢和有机物质积聚,所述污垢和有机物质积聚可能会破坏有效运作。
[0148] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于畸齿矫正工具,例如固位器、齿模、假牙、牙齿支具、隐形支具。表面涂层可以避免斑块在这些畸齿矫正工具的表面上积聚,改进牙齿健康和卫生。
[0149] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于桥托和润湿表面以避免生物积垢。
[0150] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层中的囊封液体可以是防腐剂和抗细菌剂以使得表面可保持清洁。这对于其中医疗器件的清洁度至关重要的医疗应用来说特别重要。
[0151] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于粘合带。液体浸渍表面在法线方向上具有强毛细粘合力。侧向力取决于浸渍液体粘度。极其高粘度的浸渍液体可以基本上表现为固体,防止滑动,并且因此表面将表现得类似于胶带。低粘度的流体容易滑动,因此产生一个表面,其在法线方向上表现为粘合剂但侧向滑动。或者,纹理化表面可以用可以凝固或固化的液体(即以环氧树脂形式)囊封。因此,经可固化液体囊封的表面可以如常规胶带般便于涂覆,但具有环氧树脂的强度。
[0152] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于避孕套。保护涂层可以在性交期间使得摩擦减小并且可以防止撕裂。另外,表面涂层可以涂覆于插入到身体孔口中的类似成人用品以减小摩擦并且最小化撕裂。
[0153] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于药物释放贴片。此产品可能看起来类似于急救绷带,但急救绷带的白色部分将替换成液体囊封表面。囊封液体可以是药剂或药物。其然后可以涂覆于皮肤以传递药物。
[0154] 在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于化妆产品,例如指甲油、洗发精、护发素、沐浴乳、发胶、面膜和牙膏。将这种涂层涂覆于这些化妆产品使其可排斥粉尘并且预防粉尘,所述粉尘否则将被吸引到待涂覆于身体的化妆产品。
[0155] 可以控制医疗器件或器具的表面与接触所述表面的组织或流体之间的机械相互作用。流体可以是生物来源的(包括(但不限于)血液、唾液、汗水、尿液或间质液),或其可以是生物活性组分(包括(但不限于)药物、维生素、矿物质、蛋白质、肽或核酸)于流体中的人造悬浮液或溶液。
[0156] 在一个实施例中,医疗器件或医疗器具的表面的润滑性得到改性,以这种方式使得相对于未经改性的表面,对接触组织或流体的润滑性增加或减小。以此方式,表面与组织或流体的有效摩擦系数可以按可控制方式增加或减小。举例来说,如果需要器件或器具的表面在组织或流体的表面上容易地移动,那么可以减小其有效摩擦系数;以类似方式,如果需要器件或器具的表面在组织或流体的表面上不容易移动(例如将器件或器具有效锚定于组织或流体),那么可以增加其有效摩擦系数。
[0157] 在一个实施例中,提供一种医疗器件或医疗器具,其对组织或生物流体或具有悬浮或溶解的生物活性组分(包括药物)的流体具有受控制的润滑性,所述器件或器具包含一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0158] 在本发明的另一个实施例中,器件或器具的润滑性在空间尺寸上变化,以用于空间控制组织或流体在器件或器具表面上的移动的目的。在一个实例中,可能需要流体在器件或器具表面的某些部分上容易地流动,而实质上钉扎或陷留于器件或器具表面的其它部分上。在另一个实例中,可能需要控制器件或器具表面与组织之间的相互作用,以使得组织在表面的某些区域上自由移动,而其保持实质上锚定于表面的其它区域。
[0159] 在一个实施例中,表面和/或浸渍液体的性质在空间尺寸上变化,以便获得不同润滑性的图案。
[0160] 在本发明的另一个实施例中,组织自身的表面经改性以控制组织与医疗器件或器具表面之间的润滑性,或流体在组织表面上的运动。组织表面可以使用机械、化学、电或其它力来改性以将多个微米级和/或纳米级固体特征引入到组织表面中。这些特征足以有效并且稳定地固持浸渍液体,其性质使得可控制以此方式改性的组织与医疗器件或器具表面之间的润滑性,或流体在组织表面上的运动。组织表面的此改性可以引起组织与器件或器具表面或与流体的润滑性质有暂时性或永久性变化。
[0161] 在一个实施例中,提供一种组织,其对医疗器件或医疗器具或生物流体或具有悬浮或溶解的生物活性组分(包括药物)的流体具有受控制的润滑性,所述组织包含一个表面,所述表面包含浸渍液体以及间隔得足够接近以在其间稳定容纳所述浸渍液体的多个微米级和/或纳米级固体特征,其中所述浸渍液体填充所述固体特征之间的间隙,其中所述表面在所述固体特征之间稳定容纳所述浸渍液体,并且其中所述浸渍液体在所述多个固体特征之间实质上保持就位,无关于所述表面的定向。
[0162] 在一个实施例中,表面和/或浸渍液体的性质在空间尺寸上变化,以便获得不同润滑性的图案。
[0163] 实验实例
[0164] 实例1
[0165] 图2展示血滴与涂布有液体浸渍表面涂层的镊子的排斥的实验测量。如图2A中所示,将两个相同塑料镊子,镊子202和镊子204浸到填充有两克猪血的容器206中。镊子202未经涂布,作为对照镊子。镊子204涂布有液体浸渍表面涂层。将镊子202和204同时浸到容器206中并且同时移出。镊子202和204持于同一手上。
[0166] 图2B展示当两个镊子202和204都从猪血容器206移出时表面涂层对镊子204的效果。未经涂布的镊子202沾染有血液残留。经液体浸渍表面涂布的镊子204一旦镊子204从容器204抽出时就使大部分血液滚落掉而使滞留最少。
[0167] 图2的实验证实,液体浸渍表面可以经工程化以保持医疗器件清洁不含体液。这有助于保持医疗设备和手术工具无菌。
[0168] 实例2
[0169] 此实例证实,液体浸渍表面丸剂比未经涂布的丸剂更容易吞咽。通过将经液体浸渍表面涂布的丸剂在牛排片上的滑动速度对照未经涂布的丸剂的滑动速度进行比较,来证实这点。
[0170] 图3A展示经获取以记录经涂布的丸剂302和未经涂布的丸剂304在用以模拟食道和舌头组织的牛排上的滑动的视频的截屏。如图3A中所示,将经涂布和未经涂布的丸剂以平行定向放置于两片牛排,牛排306和308上。牛排306和308以65°的倾斜放置。丸剂302涂布有液体浸渍表面(巴西棕榈蜡和油酸乙酯),而丸剂304未经涂布,作为对照。
[0171] 具体来说,将镊子用以拾取圆柱形浅黄色丸剂(Vitacost α硫辛酸与乙酰L-肉盐酸盐–1600mg/份)。将巴西棕榈蜡喷雾到丸剂302上持续三秒以涂覆液体浸渍涂层的均匀涂层。将氮气吹在丸剂302上以让时间干燥涂层,随后涂覆油酸乙酯。将油酸乙酯喷雾到丸剂302上持续三秒以涂覆均匀涂层。随后,将未经涂布的丸剂304放置到牛排308上。将经液体浸渍表面涂布的丸剂302放置到牛排306上。将丸剂302和304放置于其相应牛排顶部处。丸剂的定向垂直于尺子310。随后,将牛排306和308调节到65度倾斜平面。图3A展示在将丸剂302和304放置于牛排顶部上时零秒时的丸剂。
[0172] 图3B展示在将丸剂302和304放置于牛排顶部上之后3.5秒的截屏。此时,经涂布的丸剂302到达牛排306底部,而未经涂布的丸剂304保持在牛排308顶部处。丸剂302开始时缓慢滑动但快速加速到约4.5cm/s的速率(基于1.5秒内7cm的行进距离计算)。未经涂布的丸剂在整个实验中保持在牛排顶部处。
[0173] 图3的实验证实,丸剂上的液体浸渍表面涂层有助于丸剂在动物组织(例如模拟人类舌头和食道的表面结构的牛排)顶部上的滑动,因为未经涂布的丸剂在同一倾角下在牛排上不行进任何距离。
[0174] 实例3
[0175] 此实例证实液体浸渍表面与肉体之间的低摩擦。通过将生后臀眼肉牛排(eye round steak)在液体浸渍表面上的滑动速度与另一个眼生腹腿牛排在未经涂布的表面上的滑动速度比较,来证实这点。获取视频以记录牛排在未经涂布和经涂布的聚丙烯薄片上的运动。
[0176] 此实验通过以下方式来进行:首先将12″×12″聚丙烯(PP)薄片(厚度=0.060″)切割成两个6″×12″薄片,薄片406和408。将巴西棕榈蜡喷雾到薄片408上持续十五到三十秒以涂覆均匀涂层。随后,将油酸乙酯喷雾到薄片408上持续三十到四十五秒以涂覆均匀涂层。保持薄片406未经涂布,作为对照。将薄片406紧挨着薄片408放置,并且将两个薄片406和408以45度倾斜放置。将牛排402放置在薄片406顶部上,并且将牛排404放置在薄片408顶部上。肉排的起点距PP薄片顶部四英寸。获取肉行进的视频以记录未经涂布与经涂布的PP薄片之间的差异。图4A展示在将牛排放置于PP薄片顶部上时的时间零点时的视频。图4B展示在图4B中所示的帧之后一百三十一秒的视频帧。图
4B显示,牛排404已经到达薄片408底部,而未经涂布的牛排402仍保持接近PP薄片406顶部。
[0177] 测量牛排行进八英寸到达PP薄片底部的时间。PP薄片408上的牛排404花费131秒来行进到薄片底部。经液体浸渍表面涂布的牛排404在薄片408上的平均速度是0.055英寸/秒。PP薄片406上的未经涂布的牛排402稍微移动但在2分钟30秒之后保持距薄片底部约七英寸。在额外时间(约5分钟)后,牛排似乎不再沿倾斜滑道进一步向下移动。
[0178] 图4的实验证实,表面上的液体浸渍表面涂层有助于动物肉体在所述表面上比在未经涂布的表面上更容易地向下滑。这提供了证实以下的证据:这种液体浸渍表面涂层实现剪切力减小以防止对细胞和血液或所泵送的其它生物流体中的其它生物结构有所损伤。
[0179] 实例4
[0180] 图5A-D说明使用混凝土和经液体浸渍表面涂布的模具的模具释放实验。在一些实施例中,液体浸渍表面涂层可以涂覆于畸齿矫正工具,例如齿模。如图5A中所示,将呈猴形的、配有裂隙和结构的非常精细的塑料瓶用以展现液体浸渍表面作为模具释放/非粘着涂层。如图5B中所示,将约500ml的HDPE猴形瓶用往复锯对半锯切以形成前半部和后半部。瓶子的后半部涂布有下文描述的液体浸渍表面,而前半部保持未经涂布。
[0181] 将液体浸渍溶液喷雾到瓶子的后半部上。液体浸渍溶液通过以下方式制备:使用添加1.5g氟化蜡(HF二嵌段灰,土库(Toko))到80ml甲苯,并且在热板上加热直到蜡全部溶解。然后,将溶液声处理5分钟并且使其冷却到室温。最终,添加10g PTFE粒子(1μm大小,西格玛(Sigma)),并且再声处理5分钟。将溶液喷雾到模具上以形成约10μm厚的涂层,并且然后喷雾Galden HT 200以浸渍并且填充纹理。
[0182] 如图5C中所示,将快速凝固混凝土根据制造商说明书混合,并且倾注到每个模具中,直到充满。使混凝土在室温(70°F)下固化约15分钟,并且将每个模具在柜台上倒置。如图5D中所示,然后从硬化的混凝土容易并且完全地拉动经涂布的塑料模具,留下瓶子的内侧的铸型。未经涂布的一侧将不会从模具释放。
[0183] 实例5
[0184] 图6说明固体与固体粘着力实验。侧向力(滑动)取决于浸渍液体粘度。极其高粘度的浸渍液体可以基本上表现为固体,防止滑动,并且因此表面将表现得类似于胶带(图6)。低粘度的流体容易滑动,因此产生一个表面,其在法线方向上表现为粘合剂但侧向滑动(想象空气曲棍球台,其中球棍可以容易滑动但极其难以拉脱)。
[0185] 通过测量在法线方向上将液体浸渍表面与载玻片分开所需要的力来获得粘着力。将载玻片附接到天平,并且在法线方向上将液体浸渍表面从表面拉脱。归因于浸渍液体的毛细力产生τadh=1.1±0.1Pa的粘着强度。使用10μm宽和高并且间隔25μm的光刻图案化方柱阵列来制备液体浸渍表面。将10cSt硅酮油浸渍到表面中。
[0186] 测量具有三种不同配置的两种固体材料之间的静摩擦系数μs。第一界面是PET上的硅(配置1),第二界面是PET上的具有液体浸渍表面的硅(测量其法线粘着力),并且第三界面(配置3)是喷雾有巴西棕榈蜡以形成纹理化表面(其经油酸乙酯浸渍)的玻璃。PET表面底下涂布有牙膏薄膜以产生化学物质,其优先由油酸乙酯而非巴西棕榈蜡接触,保证固体材料之间有稳定液膜。如下计算这些配置中的每一者的摩擦系数:μs=tanα滑动,其中α滑动是表面最初开始滑动的角。将重量附接到每个表面顶部,在每个表面上产生约
2
520±10N/m的力/单位面积顶部表面。配置1、2和3的滑落角α滑动分别是24°、16°和
7°,产生分别是0.44、0.29和0.12的摩擦系数μs=tanα滑动。因此,配置2和3两者都产生比直接固体/固体界面(配置1)更低的摩擦系数。底部的化学物质经牙膏层改性的配置3具有最低摩擦,推测起来是因为液体(油酸乙酯)薄膜在牙膏与巴西棕榈蜡之间是稳定的,并且因此不存在固体与固体接触。
[0187] 实例6
[0188] 图7A-F展现液体浸渍表面对管子、管道、通道或其它类似物品的效果。将PVC管道切成一英尺的区段。将巴西棕榈蜡涂层(悬浮于三氯乙烯中的巴西棕榈蜡,5重量%)喷雾到管道的两个末端中持续5-20秒以将均匀涂层涂覆于管道内侧。将N2吹在管道之上和之内以使涂层干燥(约1-2分钟)。然后,将油酸乙酯喷雾到管道的两个末端中持续5-20秒,直到管道再次变得透明(这表明纹理经完全浸渍)。所得产品是具有液体浸渍内表面的管道。
[0189] 将相等长度的液体浸渍管道和未经改性管道组装于管道测试装置中。未改性管道用作对照以评估液体浸渍管道的影响。将两个管道固定到卡纸板背衬,使用胶带,图7A中所示。将标记“开始”和“结束”涂覆于两个管道上的相同位置处。间隔开每个管道上的标记的距离是20cm。在两个管子的开始线处添加二十克牙膏。将管道测试装置以45度角放置,并且测量牙膏速度以及牙膏从开始到结束线行进20cm所花费的时间。图7B-E说明未经涂布的管道和经涂布的管道中牙膏随时间的位置。图7B说明0.4秒的总流逝时间。图7C说明0.9秒的流逝时间,在此期间经涂布的管道中的牙膏滑动约10cm,而未经涂布的管道中的牙膏保持于开始线处。图7D说明经涂布的管道中的牙膏在实验开始之后1.9秒接近结束线。如图7E中所示,在2.1秒的总流逝时间之后,经涂布的管道中的牙膏在结束线处,而未经涂布的管道中的牙膏保持于开始线处。如图7F中所示,在2.4秒的总流逝时间之后,经涂布的管道中的牙膏从经涂布的管道中排空,而未经涂布的管道中的牙膏保持于开始线处。
[0190] 表1
[0191]试验 时间(s) 速度(cm/s)
1 2.21 9.05
2 2.56 7.81
3 2.54 7.87
4 2.84 7.04
5 3.38 5.92
[0192] 关于图7A-F所描述的实验进行五次。测量每个试验中牙膏从“开始”到“结束”行进20厘米所花费的时间量。还测定牙膏的速度。在经涂布的PVC管道中,牙膏平均是7.54±1.16cm/s。在未经涂布的PVC管道内,牙膏不移动,因此速度视为零。经涂布的管道中的牙膏的时间和速度展示于表1中。
[0193] 实例7
[0194] 图8A-B说明注射模制实验的结果。获得两管子的构造粘合剂( 150w/VLM技术),并且将其端部切成相同ID(7mm)以用于分配。将HF二嵌段和铁氟龙粒子的溶液(先前描述了制备)喷雾于端部内侧上,并且然后用Galden HT200浸渍。然后将每个管子称重。使用钩连到N2气缸和调节器的气动填缝枪进行实验。
[0195] 在一个实验中,将6mm直径钻头用以穿刺每个管子,并且将每一者在三个不同压力下分配5秒的持续时间。一旦密封剂开始离开瓶子时,开始计时。压力分别是30、35和40psi。在每次分配之后,将管子称重,并且如下计算平均质量流速:(所分配的质量)/(分配时间)。结果概述于图8A-B中。结果指示,对于相同压力,经涂布的喷嘴优于标准喷嘴,速度增加约50%。或者,对于相同质量流速,在相同质量流速下,具有液体浸渍表面的喷嘴需要与未经涂布的喷嘴相比降低的压力。举例来说,在表和图中所提供的数据中,经涂布的喷嘴在30psi压力下的流速对于未经涂布的喷嘴在35psi下(经涂布的喷嘴是1.38g/s,相比于未经涂布的喷嘴是1.37g/s)几乎相同。
[0196] 这指示14%的所需功率降低(所需功率=(压力)*(质量流速)/(密度))。结果延伸到喷嘴之外,但更一般地说表明,用以使物质流动穿过管子、管道、通道等的功率可以显著降低,物质所接触的表面具有液体浸渍表面。
[0197] 实例8
[0198] 图9A-E说明液体浸渍表面上的粉尘捕获实验。从0.040″厚的薄片切割两个大致2″的PET塑料方块,并且将其称重。一个方块涂布有包含纹理化巴西棕榈蜡和油酸乙酯的液体浸渍表面,并且使另一者未经涂布,作为对照。然后将经涂布的方块再称重以考虑涂层。
[0199] 如图9A和9B中所示,将两个方块都放置于手套箱中的铝固持器上。如图9C中所示,然后将通用面粉引入手套箱中。将两把一起‘拍’以形成粉尘,一次在样品前面并且一次在后面。如图9D中所示,从箱中获取部件。将部件称重,并且来自粉末的重量增加对于在液体浸渍表面上计算为0.52g,相比于在未经涂布的PET表面上是0.03g。数据展示于图9E中。
[0200] 实例9
[0201] 图10A-E说明导管实验。如图10A中所示,将6″长的二英寸直径的PVC管道纵向对半锯切以形成两个“导管”,模拟用于混凝土传递的滑槽。图10A-E的右侧上的滑槽涂布有氟化蜡和铁氟龙粒子的液体浸渍表面(在其它地方描述),并且经Galden HT 200浸渍。保持图10A-E的左侧上的滑槽未经涂布。将滑槽并排以45°放置于塑料桶中。如图10B-E中所示,将快速凝固混凝土根据制造商说明书混合,并且沿未经涂布的导管向下倾注,显示未固化的混凝土粘着于表面,并不全部终止于底部处。然后将未固化的混凝土沿经涂布的导管向下倾注。如图10B-E中所示,沿经涂布的导管向下倾注的所有混凝土都从滑槽滑落并且到达导管底部。施加于未经涂布的导管的混凝土以约20cm/s的速度行进。
[0202] 实例10
[0203] 图11A-D说明进行以测量金属球上的阻力的实验。典型超疏水表面涉及在低能表面上利用表面粗糙以便在粗糙内捕集空气。此空气层可以随流体在粗糙特征上流动而引入速度滑移,因为空气在气袋内任意移动。这最终减小所关注的以上流动流体上的阻力。然而,由于空气容易被压缩,所以当引入压力/力时,此袋可能容易崩塌。我们在图11A中展示超疏水表面的此弱点。此处,将超疏水铝球(稍后描述的纹理产生方法)浸没于水中,并且从1atm加压到2atm,并且然后降压回到1atm。空气膜到2atm时完全崩塌,并且在1atm下降压之后再生长为离散气泡。在崩塌后,表面不再是超疏水的,并且在降压之后未重新获得超疏水性。这解释了许多超疏水表面对于工业/技术应用来说不稳固的原因。润滑剂浸渍表面涉及将二次流体或润滑剂并入到表面粗糙而不是气袋中。此润滑剂流体提供滑移条件以使一级流体在其上流动,并且要稳定得多,因为液体大部分是不可压缩的。滑移程度可以通过以下方式来表征:线性外推速度剖面,并且将滑移长度b定义为剖面外推到0所处的距表面深度。界面上方与下方的剪切应力平衡指示了这点。
[0204] 如图中所示,为了估计液体浸渍表面的滑移长度b,将系统模型化。线性外推到零速度,可见滑移长度是:
[0205] b=Vi/(dux/dy)o 方程式1
[0206] 其中ux是在x方向上的流体速度,并且Vi是油-水界面的速度,并且(dux/dy)o是紧接着液-液界面上的速度梯度。应认识到,Vi=t(dux/dy)i(其中t是膜厚度并且(dux/dy)i是膜内的速度梯度),并且将此代入到方程式(1)中,得到:
[0207] b=t(dux/dy)i/(dux/dy)o 方程式2
[0208] 在界面顶侧,剪切应力等于τo=μo(dux/dy)o,并且在界面的浸渍液体侧上τi=μi(dux/dy)i。因为在油-水界面处,τo必须等于τi,所以μo(dux/dy)o=μi(dux/dy)i。重排此,得到:
[0209] μo/μi=(dux/dy)i/(dux/dy)o 方程式3
[0210] 将此插入到方程式2中产生:
[0211] b=t(μo/μi)或b/t=μo/μi 方程式4
[0212] 注意,当μo/μi<1时,对浸渍表面几乎不存在益处。如果是这种情况,那么通过简单地使外部液体填充纹理而非浸渍其将获得较大滑移长度。(实际上意味着,所蚀刻的纹理仅因为对象直径小2t而导致阻力减小)。如果经粘性更大的液体浸渍,那么滑移长度小于涂层厚度,因此益处就如同固体对象小不到t。此理论预测液体浸渍表面的益处仅当μo/μi>1时是实质性的(在减小阻力的情况下)。
[0213] 对于下落穿过粘性液体的球,其达成的端速度调整为Vt~D2,然而,液体浸渍表面2
实际上减小球的有效直径2b,因此可以更一般地书写:Vt~(D-2b) 。
[0214] 将半英寸直径的铝球与丙酮和乙醇一起超声处理以去除污垢/污染物。然后将球在室温下于2.5M HCl溶液中蚀刻约8分钟。在蚀刻之后,将球首先于去离子水中彻底冲洗,并且然后浸没于沸腾去离子水中20分钟。获得两种长度标度的纹理。较大粗糙是约5-20微米,并且顶部上的较细纹理是纳米级的。此纹理的图像提供于图11B中。根据方程式4,估计对于10μm粗糙来说,滑移长度是约1.1mm。
[0215] 测试三种类型的样品。常规光滑铝球、超疏水铝球和润滑剂浸渍铝球,都具有0.5″直径。将超疏水球通过上述纹理化过程纹理化,并且然后用低能硅烷(十八烷基三氯硅烷-OTS)处理。将润滑剂浸渍样品通过上述纹理化过程纹理化,用OTS处理,并且最后通过将其缓慢浸到润滑剂储槽中而用10cSt硅酮油浸渍。
[0216] 然后小心地使样品下落到大甘油(约1100cSt)浴中。将矩形容器用以避免下落的球由于容器曲率而有视觉失真。将一对样品镊子固定于容器上以便小心地使样品直接向下下落并且对于每个试验处于相同位置。此证明可增强实验的可重复性。水-甘油混合物已经用以使浴液体的粘度从纯水(1cSt)变为纯甘油(约1100cSt)。
[0217] 如图11C中所示,将高速相机用以捕获球下落穿过浴液体。一旦球已经达到端速度时,球的力平衡(重力、阻力和浮力)。我们实验中的球一般来说在几厘米内达成恒定的端速度。
[0218] 如图11D中所示,通过在球的纹理中利用浸渍润滑剂,我们已经能够展示下落的铝球的端速度增加(阻力减小)。
[0219] 实例11
[0220] 图12说明进行以测量金属球上的润湿特性的两个实验。用三个球进行实验。第一球是具有光滑表面(“常规”)的球。第二球是具有外部纹理化表面(“OTS”)的球。第三球由具有液体浸渍外表面(“LTS”)的球组成。如图12中所示,在第一实验中,将每个球部分浸没于水中。如图12中所示,在第二实验中,将每个球浸没于水中。每个球的润湿特性展示于图12中。
[0221] 实例12
[0222] 图13A和13B展示具有液体囊封表面的隐形眼镜的透明度在与常规未经涂布的隐形眼镜的透明度相比时的实验测量。
[0223] 将基曲半径是8.4毫米、直径是14毫米并且度数是-0.75屈光度的两个安视优欧舒适(Acuve Oasys)隐形眼镜用于此实验,标记为透镜1302和透镜1304。将透镜1302和1304浸于生理盐水溶液中。使用镊子,将透镜1302和1304从生理盐水溶液中移出并且用氮气吹干。将巴西棕榈蜡悬浮液喷雾到透镜1304的内和外表面上,同时保持透镜1304与喷雾喷嘴相距至少十二英寸以最小化透镜上的喷雾力并且获得均匀涂层。随后,将氮气吹在透镜1304上以让时间干燥涂层,随后涂覆油酸乙酯。随后,将油酸乙酯喷雾到透镜1304的内和外表面上,同时保持透镜1304与喷雾喷嘴相距至少十二英寸以最小化透镜上的喷雾力并且获得均匀涂层。最终,将隐形眼镜1302和1304放置于笔记本页面1306上以提供背景并且展示涂层的透明度,并且获取图13A和13B的照片。图13B是图13A的放大图像。
[0224] 在此实验中,涂布有包含巴西棕榈蜡和油酸乙酯的液体浸渍表面的隐形眼镜1304当放置到笔记本页面206上时展现透明度。字语穿过透明涂层清晰可见(参看图13A和13B)。
[0225] 对未经涂布的透镜1302和经涂布的隐形眼镜1304两者进行接触角测量。沉积于未经处理的隐形眼镜1302上的小滴逐渐吸收于表面上,表明水在表面上不滑移。替代地,所沉积的水滴被吸收。因为透镜1304的隐形眼镜表面完全由浸渍液体-浸渍表面涂层覆盖,所以透镜1304的衬底材料对表面的滚降角(即滑溜性)将不具有实质性效果。
[0226] 将巴西棕榈蜡涂覆到载玻片上,并且测量五微升水滴于载玻片上的滚降角以测量涂层性能。使用拉梅哈特测角器(Rame-hart goniometer)测量滚降角。滚降角测量为约3°。此低滚降角表明,性质上类似于泪液的水容易在液体浸渍表面上滑移。
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