用于流體和固體排斥性的表面的改性制造技術

本文公開了用于使表面改性以具有液體排斥性的制品、其制造方法以及用途。液體排斥表面包括表面，所述表面包括錨固層。在所述表面上形成固定分子錨固層的錨固層具有共價地連接至或吸附到所述表面和官能團上的頭基。所述處理表面的官能團對涂覆至所述處理表面的潤滑層具有親和力。所述錨固層和可補充的潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起。總之，這些層形成排斥某些不混溶液體并防止所述不混溶液體內含有的組分的吸附、凝固以及表面污損的超排斥光滑表面。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于流體和固體排斥性的表面的改性相關申請的交叉引用本申請要求于2012年1月10日提交的美國臨時專利申請第61/585,059號和于2012年8月22日提交的美國臨時專利申請第61/692,079號的優(yōu)先權，所述專利申請都以引用方式整體并入本文。關于聯(lián)邦政府贊助的研究中政府權利的聲明本專利技術是在美國國家衛(wèi)生研究院(NationalInstitutesofHealth)授予的授權號為5U01NS073474-03以及由美國國防部(U.S.DepartmentofDefense)授予的授權號為N66001-11-1-4180之下，通過政府支持進行的。政府對本專利技術具有某些權利。
本專利技術總體上涉及轉化來減少液體、半固體以及固體之間的摩擦并且防止它們粘附、吸附以及沉積的表面。技術背景在開發(fā)防止用于醫(yī)療裝置如導管、注射器、透析儀器的多種可商購表面的分子或微粒粘附、吸附、沉積以及生物污損和用于防止輸油管、食物表面以及烹飪表面的血液凝固或凝結以及防止冰粘附和形成的材料方面已取得有限的成功。已制出由納米/微米結構的襯底組成的合成表面，所述襯底注滿通過粗糙化或多孔的襯底而鎖定在合適的位置的流體以形成能夠排斥液體的光滑界面。然而，此類表面受限于潤滑液與具有一定粗糙度或孔隙度，能夠保留住潤滑流的襯底的特定組合。玻璃和金屬氧化物的硅烷化是用于使材料改性以使其表面對其它物質來說具有更少或更多吸引力的一種常見方法。薄的全氟化碳(“PFC”)層(如文獻中所論述的憎一切(omniphobic)或兩疏)通過表面的硅烷化來產(chǎn)生以減少復合流體內生物分子的非特異性(通常是疏水的)相互作用。在化學和生物學方面，這些處理使低濃度溶質最小程度地吸附至玻璃表面，但憑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，處理來含有氟化碳部分的表面)已被用于形成微陣列表面。例如，全氟化碳結構域附接至所關注分子的玻璃載片已被用于將所關注的分子固定在表面上。此外，經(jīng)過氟處理的微型機電“MEM”裝置已被用于解決MEM制作中的眾所周知的問題——靜摩擦，所述靜摩擦在表面粘附力高于微結構的機械恢復力時發(fā)生。一個提議的解決方案是用“類似Teflon”并共價地鍵合至MEMS表面的單分子涂層來涂布MEMS表面。這種方法無法防止液體的粘附。使用聚合物物質來最小化蛋白質吸附和控制血液凝結是本領域中已知的。參見例如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，此類方法在不使用抗凝劑的情況下不能完全有效地排斥血液和防止血塊形成。例如，涂布肝素化聚合物的產(chǎn)品是本領域中已知的。然而，由于涂布肝素化聚合物的產(chǎn)品不足以防止血塊粘附，必須將可溶的肝素或抗凝劑添加至血液來完全防止裝置上的凝固。專利技術概要存在對防止多種可商購表面上的分子或微粒粘附、污損以及血液凝固的排斥表面的需要。公開了一種具有光滑表面的制品。所述制品包括具有錨固層的襯底。所述錨固層包含附接至所述襯底的頭基和直接或間接地附接至所述頭基的官能團。所述制品還具有包含潤滑液的潤滑層，所述潤滑液對所述官能團具有親和力。所述潤滑層設置在所述錨固層上，并且所述層通過非共價吸引力來保持在一起。所述錨固層和所述潤滑層形成光滑表面，所述光滑表面被構造和安排用于與材料相接觸，所述材料與所述潤滑液是不混溶的。在一方面，公開了用于防止材料的粘附、吸附、表面介導的凝塊形成或凝固的方法。光滑表面包括錨固層，所述錨固層包含附接至所述襯底和官能團的頭基，所述官能團直接或間接附接至所述頭基。涂覆對所述錨固層的所述官能團具有親和力的潤滑液來產(chǎn)生潤滑層。所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起。將排斥與因此形成的光滑表面接觸的不混溶材料。在另一方面，公開了用于制造具有光滑表面的制品的方法，其中使襯底與具有與所述襯底反應的頭基和直接或間接附接至所述頭基的官能團的反應分子相接觸。它們在所述襯底上一起形成錨固層。使所述錨固層與對所述官能團具有親和力的潤滑液相接觸以形成設置在所述錨固層上的潤滑層。所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起。所述錨固層和所述潤滑層形成光滑表面，所述光滑表面被構造和安排用于與材料相接觸，所述材料與所述潤滑液是不混溶的。還公開了用于減少血液的凝固的方法。血液接觸抵抗血液凝固的表面或抵著所述表面儲存。這個表面包括錨固層，所述錨固層具有附接至所述襯底的頭基和直接或間接附接至所述頭基的官能團。所述表面還包括具有潤滑液的潤滑層，所述潤滑液對所述官能團具有親和力。所述潤滑層設置在所述錨固層上，所述層通過非共價吸引力來保持在一起。在某些實施方案中，血液的凝固通過提供包括全氟化液體的潤滑層來抵抗。公開了從溶液提取溶質的一種方法。提供了包括錨固層的一種表面。所述錨固層包含附接至所述襯底的頭基和直接或間接地附接至所述頭基的官能團。包含對所述官能團具有親和力的潤滑液的潤滑層設置在所述錨固層上。所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起。使所述表面與包含一種或多種溶質的溶液相接觸，其中至少一種溶質對所述潤滑液比對所述溶液具有更大的親和力。在一個或多個實施方案中，所述頭基共價地附接至或吸附到所述表面上。在一個或多個實施方案中，所述錨固層在所述表面上形成單分子層。在一個或多個實施方案中，被排斥的所述材料選自由以下各項組成的組：液體、溶液、懸浮液、復合流體以及固體。在一個或多個實施方案中，所述光滑表面是疏水的或甚至是超疏水的。在其它實施方案中，所述光滑表面是疏油的或甚至是超疏油的。仍然在其它實施方案中，所述光滑表面是憎一切的或甚至是超憎一切的。在一些實施方案中，所述表面可以是兩親的。在一些實施方案中，所述官能團是烴。在一個或多個實施方案中，所述官能團是極性基，并且所述極性基任選地選自由以下各項組成的組：帶電多肽、聚陰離子、聚陽離子、極性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氫基、羧酰胺、金屬氧化物、無機氧化物以及其組合。在一個或多個實施方案中，所述官能團是全氟化碳。在一個或多個實施方案中，所述官能團是部分氟化的烴。在一些實施方案中，所述官能團可以由以下各項組成：全氟聚醚、聚醚、多硫化物、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚兩親分子和聚兩性電解質以及上述聚合物的低聚物形式。示范聚醚是聚環(huán)氧丙烷并且低聚物聚醚可以是寡(芳醚砜)，而聚烯烴的實例包括聚丙烯。在某些實施方案中，所述錨固層的所述頭基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亞磺酸的酯、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、亞磺酸的甲硅烷基酯、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、碳環(huán)、具有至少一個氧原子的雜環(huán)、具有至少一個氮原子的雜環(huán)、具有至少一個硫原子的雜環(huán)、具有至少一個硅原子的雜環(huán)、“點擊”反應衍生的雜環(huán)、Diels-Alder反應衍生的碳環(huán)、Diels-Alder反應衍生的雜環(huán)、酰胺、酰亞胺、硫化物、硫醇鹽、金屬硫醇鹽、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙、物理吸附或化學吸附或以其它形式非共本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種具有光滑表面的制品，其包括：包括錨固層的襯底，所述錨固層包括：附接至所述襯底的頭基和直接或間接附接至所述頭基的官能團；以及包含對所述官能團具有親和力的潤滑液并設置在所述錨固層上的潤滑層，其中所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起，其中所述錨固層和所述潤滑層形成光滑表面，所述光滑表面被構造和安排用于與材料相接觸，所述材料與所述潤滑液基本上是不混溶的。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.01.10 US 61/585,059;2012.07.13 US 61/671,645;1.一種具有光滑表面的制品，其包括：包括錨固層的平滑襯底，所述錨固層包括：共價附接至所述襯底的頭基和直接或間接附接至所述頭基的官能團，其中所述錨固層的所述頭基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亞磺酸的酯、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、亞磺酸的甲硅烷基酯、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、碳環(huán)、具有至少一個氧原子的雜環(huán)、具有至少一個氮原子的雜環(huán)、具有至少一個硫原子的雜環(huán)、具有至少一個硅原子的雜環(huán)、“點擊”反應衍生的雜環(huán)、Diels-Alder反應衍生的碳環(huán)、Diels-Alder反應衍生的雜環(huán)、酰胺、酰亞胺、硫化物、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙或其組合；以及包含對所述官能團具有親和力的全氟化油并設置在所述錨固層上的潤滑層，其中所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起，其中所述錨固層和所述潤滑層形成光滑表面，所述光滑表面被構造和安排用于與材料相接觸，所述材料與所述全氟化油是不混溶的。2.如權利要求1所述的制品，其中所述不混溶材料選自由以下各項組成的組：液體、復合流體、溶液、懸浮液以及固體。3.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是疏水的。4.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是親水的。5.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是憎一切的。6.如前述權利要求中任一項所述的制品，其中所述錨固層的所述官能團包含烴，其中所述錨固層和所述潤滑層形成疏水光滑表面。7.如權利要求6所述的制品，其中所述錨固層的所述官能團包括烷烴、烯烴、炔烴和芳香族化合物以及其組合。8.如權利要求1至5中任一項所述的制品，其中所述錨固層的所述官能團包括帶電多肽、聚陰離子、聚陽離子、極性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氫基、羧酰胺、金屬氧化物或其組合。9.如權利要求1至5中任一項所述的制品，其中所述錨固層的所述官能團包括全氟化碳、全氟低聚醚以及全氟聚醚。10.如權利要求1至5中任一項所述的制品，其中所述錨固層包含共價地附接至烴或全氟化碳尾部的甲硅烷基，其中所述錨固層和所述潤滑層形成疏水或憎一切的光滑表面。11.如權利要求1至5中任一項所述的制品，其中所述錨固層包含共價地附接至烴或全氟化碳尾部的磷酸酯基或羧酸酯基，其中所述錨固層和所述潤滑層形成疏水或憎一切的光滑表面。12.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面對于水基和烴基液體來說是光滑的。13.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面對于生理流體來說是光滑的。14.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面對于非肝素化血液來說是光滑的。15.如權利要求1所述的制品，其中所述光滑表面包括玻璃珠。16.如權利要求1所述的制品，其中所述表面包含醫(yī)療等級材料或醫(yī)療裝置。17.如權利要求1所述的制品，其中所述錨固層和潤滑層形成光滑表面，所述光滑表面被構造和安排成用于與含血液的生物材料相接觸以減少在所述光滑表面上的血液凝固，所述材料與所述全氟化油是不混溶的。18.一種防止材料的粘附、吸附、表面介導的凝塊形成或凝固的方法，其包括提供光滑表面，其包括錨固層，所述錨固層包含共價附接至平滑襯底的頭基和直接或間接附接至所述頭基的官能團，其中所述錨固層的所述頭基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亞磺酸的酯、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、亞磺酸的甲硅烷基酯、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、碳環(huán)、具有至少一個氧原子的雜環(huán)、具有至少一個氮原子的雜環(huán)、具有至少一個硫原子的雜環(huán)、具有至少一個硅原子的雜環(huán)、“點擊”反應衍生的雜環(huán)、Diels-Alder反應衍生的碳環(huán)、Diels-Alder反應衍生的雜環(huán)、酰胺、酰亞胺、硫化物、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙或其組合；和包含對所述官能團具有親和力的全氟化油并設置在所述錨固層上的潤滑層，其中所述錨固層和所述潤滑層通過非共價吸引力來保持在一起；以及使不混溶材料接觸所述光滑表面，從而防止材料的粘附、吸附、表面介導的凝塊形成或凝固。19.如權利要求18所述的方法，其中所述頭基共價地附接至所述表面。20.如權利要求18所述的方法，其中所述頭基吸附到所述表面上。21.如權利要求18所述的方法，其中所述錨固層在所述表面上形成單分子層。22.如權利要求18所述的方法，其中所述表面選自由以下各項組成的組：丙烯酸類物質、玻璃、聚合物、金屬、碳、塑料、紙、陶瓷以及其組合。23.如權利要求18所述的方法，其中所述表面被處理來在暴露于所述錨固層之前活化所述表面。24.如權利要求23所述的方法，其中活化包括酸處理、堿處理、氧化、氨化、等離子體處理或微波處理。25.如權利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是疏水的。26.如權利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是親水的。27.如權利要求18所述的方法，其中所述光滑表面是憎一切的。28.如權利要求18所述的方法，其中所述官能團是烴。29.如權利要求18所述的方法，其中所述官能團選自由以下各項組成的組：帶電多肽、聚陰離子、聚陽離子、極性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氫基、羧酰胺、金屬氧化物以及其組合。30.如權利要求18所述的方法，其中所述官能團是全氟化碳。31.如權利要求18所述的方法，其中所述不混溶材料選自由以下各項組成的組：非粘性液體和粘性液體、復合流體、半固體、發(fā)粘液體以及固體。32.如權利要求18所述的方法，其中所述表面減少血液的凝固。33.如權利要求18所述的方法，其中所述表面減少纖維蛋白、血纖蛋白原、血小板、白細胞、紅血細胞以及凝固因子的粘附。3...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：D·因格貝爾，D·C·萊斯利，A·L·沃特斯，M·蘇佩爾，J·阿爾森博格，M·阿爾森博格，P·吉姆，A·沃特豪斯，
申請(專利權)人：哈佛學院院長等，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US