2022-10-10 ノースカロライナ州立大学(NCState)
材料の表面を加工することで、非常に滑りやすい表面と親水性(SLIC)の表面を作る方法を実証した。
固体の表面を滑りやすくする技術には、3つのアプローチのうちどれかがあった。1つは、表面に空気の層を作り、その空気層が潤滑油の役割を果たすように材料を加工する方法である。もう一つは、表面にテクスチャーを施し、液体の潤滑剤層を作り、他の液体や固体の上を滑らせる方法である。3つ目のアプローチは、平滑な固体表面に分子を均一に付着させることである。
滑りやすい親水性の表面に水をかけると、2つのことが起こります。1つは、水は表面と強い親和性を持つので、平らなビーズ状に広がります。2つ目は、表面も滑りやすいので、その平らな水の塊が跡形もなく滑り落ちる。
バイオメディカル分野では、SLIC表面の防汚性を利用したいと考えている。SLICの表面は、タンパク質が特に付着しにくい。
タンパク質が吸着しにくくなることで、望ましくない細菌が表面で増殖しにくくなったり、生体用インプラントの血液凝固が大幅に抑制されたりする可能性がある。
SLICの表面は、親水性であるため水蒸気がより早く凝縮し、滑りやすいため水分が滑り落ちやすく、コンデンサーの効率が上がる。
＜関連情報＞
- https://news.ncsu.edu/2022/10/new-slippery-surfaces/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590238522005422
テクスチャーのないオールソリッドで滑りやすい親水性表面のデザイン Designing non-textured, all-solid, slippery hydrophilic surfaces
Hamed Vahabi,Sravanthi Vallabhuneni,Mohammadhasan Hedayati,Wei Wang,Diego Krapf,Matt J.Kipper,Nenad Miljkovic,Arun K.Kota
Matter Published: October 7, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.09.024
Highlights
- •Elucidated design of non-textured, all-solid, slippery hydrophilic (SLIC) surfaces
- •SLIC surfaces are ideal for sustained dropwise condensation
- •SLIC surfaces display outstanding fouling resistance
Progress and potential
Water droplets tend to move and slide easily on non-stick coatings. Such slipperiness is intuitive because almost all non-stick coatings have hydrophobic (i.e., water-repellent) surfaces, which do not stick much to water. On the contrary, water spreads and sticks easily to hydrophilic (i.e., water-loving) surfaces. So, hydrophilic surfaces, which allow water droplets to move and slide easily, are counter-intuitive and rare. In this work, we divulge the design principles for making such slippery hydrophilic (SLIC) surfaces. Such SLIC surfaces constitute an emerging class of surfaces with significant potential to benefit multiple technological landscapes ranging from thermofluidics to biofluidics.
Summary
Slippery surfaces are sought after because of their wide range of applications in self-cleaning, drag reduction, fouling resistance, enhanced condensation, biomedical implants, etc. Recently, non-textured, all-solid, slippery surfaces have gained significant attention because of their advantages over super-repellent surfaces and lubricant-infused surfaces. Currently, almost all non-textured, all-solid, slippery surfaces are hydrophobic. In this work, we elucidate the systematic design of non-textured, all-solid, slippery hydrophilic (SLIC) surfaces by covalently grafting polyethylene glycol brushes to smooth substrates. Furthermore, we postulate a plateau in slipperiness above a critical grafting density, which occurs when the tethered brush size is equal to the inter-tether distance. Our SLIC surfaces demonstrate exceptional performance in condensation and fouling resistance compared with non-slippery hydrophilic surfaces and slippery hydrophobic surfaces. Based on these results, SLIC surfaces constitute an emerging class of surfaces with the potential to benefit multiple technological landscapes ranging from thermofluidics to biofluidics.
