用于流体和固体排斥性的表面的改性制造技术

本文公开了用于使表面改性以具有液体排斥性的制品、其制造方法以及用途。液体排斥表面包括表面，所述表面包括锚固层。在所述表面上形成固定分子锚固层的锚固层具有共价地连接至或吸附到所述表面和官能团上的头基。所述处理表面的官能团对涂覆至所述处理表面的润滑层具有亲和力。所述锚固层和可补充的润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。总之，这些层形成排斥某些不混溶液体并防止所述不混溶液体内含有的组分的吸附、凝固以及表面污损的超排斥光滑表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体和固体排斥性的表面的改性相关申请的交叉引用本申请要求于2012年1月10日提交的美国临时专利申请第61/585,059号和于2012年8月22日提交的美国临时专利申请第61/692,079号的优先权，所述专利申请都以引用方式整体并入本文。关于联邦政府赞助的研究中政府权利的声明本专利技术是在美国国家卫生研究院(NationalInstitutesofHealth)授予的授权号为5U01NS073474-03以及由美国国防部(U.S.DepartmentofDefense)授予的授权号为N66001-11-1-4180之下，通过政府支持进行的。政府对本专利技术具有某些权利。
本专利技术总体上涉及转化来减少液体、半固体以及固体之间的摩擦并且防止它们粘附、吸附以及沉积的表面。技术背景在开发防止用于医疗装置如导管、注射器、透析仪器的多种可商购表面的分子或微粒粘附、吸附、沉积以及生物污损和用于防止输油管、食物表面以及烹饪表面的血液凝固或凝结以及防止冰粘附和形成的材料方面已取得有限的成功。已制出由纳米/微米结构的衬底组成的合成表面，所述衬底注满通过粗糙化或多孔的衬底而锁定在合适的位置的流体以形成能够排斥液体的光滑界面。然而，此类表面受限于润滑液与具有一定粗糙度或孔隙度，能够保留住润滑流的衬底的特定组合。玻璃和金属氧化物的硅烷化是用于使材料改性以使其表面对其它物质来说具有更少或更多吸引力的一种常见方法。薄的全氟化碳(“PFC”)层(如文献中所论述的憎一切(omniphobic)或两疏)通过表面的硅烷化来产生以减少复合流体内生物分子的非特异性(通常是疏水的)相互作用。在化学和生物学方面，这些处理使低浓度溶质最小程度地吸附至玻璃表面，但凭借其自身不足以完全防止血液凝固或分子吸附。含氟表面(即，处理来含有氟化碳部分的表面)已被用于形成微阵列表面。例如，全氟化碳结构域附接至所关注分子的玻璃载片已被用于将所关注的分子固定在表面上。此外，经过氟处理的微型机电“MEM”装置已被用于解决MEM制作中的众所周知的问题——静摩擦，所述静摩擦在表面粘附力高于微结构的机械恢复力时发生。一个提议的解决方案是用“类似Teflon”并共价地键合至MEMS表面的单分子涂层来涂布MEMS表面。这种方法无法防止液体的粘附。使用聚合物物质来最小化蛋白质吸附和控制血液凝结是本领域中已知的。参见例如Barstad,R.M等，Thrombosisandhaemostasis79,302-305(1998)；Niimi,Y.等Anesth.Analg.89,573-579(1999)；Chen,S.等Polymer51,5283-5293(2010)。然而，此类方法在不使用抗凝剂的情况下不能完全有效地排斥血液和防止血块形成。例如，涂布肝素化聚合物的产品是本领域中已知的。然而，由于涂布肝素化聚合物的产品不足以防止血块粘附，必须将可溶的肝素或抗凝剂添加至血液来完全防止装置上的凝固。专利技术概要存在对防止多种可商购表面上的分子或微粒粘附、污损以及血液凝固的排斥表面的需要。公开了一种具有光滑表面的制品。所述制品包括具有锚固层的衬底。所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接地附接至所述头基的官能团。所述制品还具有包含润滑液的润滑层，所述润滑液对所述官能团具有亲和力。所述润滑层设置在所述锚固层上，并且所述层通过非共价吸引力来保持在一起。所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。在一方面，公开了用于防止材料的粘附、吸附、表面介导的凝块形成或凝固的方法。光滑表面包括锚固层，所述锚固层包含附接至所述衬底和官能团的头基，所述官能团直接或间接附接至所述头基。涂覆对所述锚固层的所述官能团具有亲和力的润滑液来产生润滑层。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。将排斥与因此形成的光滑表面接触的不混溶材料。在另一方面，公开了用于制造具有光滑表面的制品的方法，其中使衬底与具有与所述衬底反应的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团的反应分子相接触。它们在所述衬底上一起形成锚固层。使所述锚固层与对所述官能团具有亲和力的润滑液相接触以形成设置在所述锚固层上的润滑层。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。还公开了用于减少血液的凝固的方法。血液接触抵抗血液凝固的表面或抵着所述表面储存。这个表面包括锚固层，所述锚固层具有附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团。所述表面还包括具有润滑液的润滑层，所述润滑液对所述官能团具有亲和力。所述润滑层设置在所述锚固层上，所述层通过非共价吸引力来保持在一起。在某些实施方案中，血液的凝固通过提供包括全氟化液体的润滑层来抵抗。公开了从溶液提取溶质的一种方法。提供了包括锚固层的一种表面。所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接地附接至所述头基的官能团。包含对所述官能团具有亲和力的润滑液的润滑层设置在所述锚固层上。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。使所述表面与包含一种或多种溶质的溶液相接触，其中至少一种溶质对所述润滑液比对所述溶液具有更大的亲和力。在一个或多个实施方案中，所述头基共价地附接至或吸附到所述表面上。在一个或多个实施方案中，所述锚固层在所述表面上形成单分子层。在一个或多个实施方案中，被排斥的所述材料选自由以下各项组成的组：液体、溶液、悬浮液、复合流体以及固体。在一个或多个实施方案中，所述光滑表面是疏水的或甚至是超疏水的。在其它实施方案中，所述光滑表面是疏油的或甚至是超疏油的。仍然在其它实施方案中，所述光滑表面是憎一切的或甚至是超憎一切的。在一些实施方案中，所述表面可以是两亲的。在一些实施方案中，所述官能团是烃。在一个或多个实施方案中，所述官能团是极性基，并且所述极性基任选地选自由以下各项组成的组：带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物、无机氧化物以及其组合。在一个或多个实施方案中，所述官能团是全氟化碳。在一个或多个实施方案中，所述官能团是部分氟化的烃。在一些实施方案中，所述官能团可以由以下各项组成：全氟聚醚、聚醚、多硫化物、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚两亲分子和聚两性电解质以及上述聚合物的低聚物形式。示范聚醚是聚环氧丙烷并且低聚物聚醚可以是寡(芳醚砜)，而聚烯烃的实例包括聚丙烯。在某些实施方案中，所述锚固层的所述头基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、硫酸的酯、膦酸的酯、次膦酸的酯、磷酸的酯、羧酸的甲硅烷基酯、磺酸的甲硅烷基酯、亚磺酸的甲硅烷基酯、硫酸的甲硅烷基酯、膦酸的甲硅烷基酯、次膦酸的甲硅烷基酯、磷酸的甲硅烷基酯、氧化物、硫化物、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、硫醇盐、金属硫醇盐、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙、物理吸附或化学吸附或以其它形式非共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光滑表面的制品，其包括：包括锚固层的衬底，所述锚固层包括：附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；以及包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，其中所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液基本上是不混溶的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.10 US 61/585,059;2012.07.13 US 61/671,645;1.一种具有光滑表面的制品，其包括：包括锚固层的平滑衬底，所述锚固层包括：共价附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团，其中所述锚固层的所述头基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、硫酸的酯、膦酸的酯、次膦酸的酯、磷酸的酯、羧酸的甲硅烷基酯、磺酸的甲硅烷基酯、亚磺酸的甲硅烷基酯、硫酸的甲硅烷基酯、膦酸的甲硅烷基酯、次膦酸的甲硅烷基酯、磷酸的甲硅烷基酯、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙或其组合；以及包含对所述官能团具有亲和力的全氟化油并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，其中所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述全氟化油是不混溶的。2.如权利要求1所述的制品，其中所述不混溶材料选自由以下各项组成的组：液体、复合流体、溶液、悬浮液以及固体。3.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是疏水的。4.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是亲水的。5.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是憎一切的。6.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包含烃，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水光滑表面。7.如权利要求6所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括烷烃、烯烃、炔烃和芳香族化合物以及其组合。8.如权利要求1至5中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物或其组合。9.如权利要求1至5中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括全氟化碳、全氟低聚醚以及全氟聚醚。10.如权利要求1至5中任一项所述的制品，其中所述锚固层包含共价地附接至烃或全氟化碳尾部的甲硅烷基，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水或憎一切的光滑表面。11.如权利要求1至5中任一项所述的制品，其中所述锚固层包含共价地附接至烃或全氟化碳尾部的磷酸酯基或羧酸酯基，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水或憎一切的光滑表面。12.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面对于水基和烃基液体来说是光滑的。13.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面对于生理流体来说是光滑的。14.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面对于非肝素化血液来说是光滑的。15.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面包括玻璃珠。16.如权利要求1所述的制品，其中所述表面包含医疗等级材料或医疗装置。17.如权利要求1所述的制品，其中所述锚固层和润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排成用于与含血液的生物材料相接触以减少在所述光滑表面上的血液凝固，所述材料与所述全氟化油是不混溶的。18.一种防止材料的粘附、吸附、表面介导的凝块形成或凝固的方法，其包括提供光滑表面，其包括锚固层，所述锚固层包含共价附接至平滑衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团，其中所述锚固层的所述头基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、硫酸的酯、膦酸的酯、次膦酸的酯、磷酸的酯、羧酸的甲硅烷基酯、磺酸的甲硅烷基酯、亚磺酸的甲硅烷基酯、硫酸的甲硅烷基酯、膦酸的甲硅烷基酯、次膦酸的甲硅烷基酯、磷酸的甲硅烷基酯、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙或其组合；和包含对所述官能团具有亲和力的全氟化油并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起；以及使不混溶材料接触所述光滑表面，从而防止材料的粘附、吸附、表面介导的凝块形成或凝固。19.如权利要求18所述的方法，其中所述头基共价地附接至所述表面。20.如权利要求18所述的方法，其中所述头基吸附到所述表面上。21.如权利要求18所述的方法，其中所述锚固层在所述表面上形成单分子层。22.如权利要求18所述的方法，其中所述表面选自由以下各项组成的组：丙烯酸类物质、玻璃、聚合物、金属、碳、塑料、纸、陶瓷以及其组合。23.如权利要求18所述的方法，其中所述表面被处理来在暴露于所述锚固层之前活化所述表面。24.如权利要求23所述的方法，其中活化包括酸处理、碱处理、氧化、氨化、等离子体处理或微波处理。25.如权利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是疏水的。26.如权利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是亲水的。27.如权利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是憎一切的。28.如权利要求18所述的方法，其中所述官能团是烃。29.如权利要求18所述的方法，其中所述官能团选自由以下各项组成的组：带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物以及其组合。30.如权利要求18所述的方法，其中所述官能团是全氟化碳。31.如权利要求18所述的方法，其中所述不混溶材料选自由以下各项组成的组：非粘性液体和粘性液体、复合流体、半固体、发粘液体以及固体。32.如权利要求18所述的方法，其中所述表面减少血液的凝固。33.如权利要求18所述的方法，其中所述表面减少纤维蛋白、血纤蛋白原、血小板、白细胞、红血细胞以及凝固因子的粘附。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·因格贝尔，D·C·莱斯利，A·L·沃特斯，M·苏佩尔，J·阿尔森博格，M·阿尔森博格，P·吉姆，A·沃特豪斯，
申请(专利权)人：哈佛学院院长等，
类型：发明
国别省市：美国;US