[发明专利]超疏水表面的选择性终止

说明书

本文提供一种分层超疏水表面，所述表面包括布置在包括第一材料的衬底上的第一几何特征阵列，和布置在第一特征上以形成分层结构的第二几何特征阵列，及布置在第二特征上的终端层，其中终端层包括第二材料，第二材料不同于第一材料。第二材料的亲水性不同于1)第二材料的亲水性和2)由分层结构诱导的亲水性中的至少一种亲水性。本公开还有制备分层超疏水表面的方法和包含分层超疏水表面的医疗装置。

相关申请交叉引用

本申请要求2017年2月18日提交的美国临时申请号62/460,568的权益，所述申请全文通过引用结合到本文中。

技术领域

本公开提供一种分层超疏水表面，其中在该表面与湿表面接触时，形成亚稳Cassie-Wenzel润湿状态。在用作医疗植入物时，本发明的表面对结构退化和组织定位性能降低有抗性。

发明背景

已知组织粘着植入物，其用Cassie-Wenzel状态来定位该植入物。这种植入物包括衬底，在衬底上布置至少两个几何表面图案。分层表面是具有几何特征的表面，几何特征可按尺寸分组，并且使那些特征堆叠。

亲水表面与纯水滴的接触角小于90°。超疏水表面是与水的接触角大于140°的表面。亲水性的概念也有动力学解释。根据Washburn模型，亲水性与毛细管的填充速率相关。例如，对于内径5nm的玻璃毛细管，约2mm/min的填充速率对应于80°接触角。

亲水性也与表面能相关联。通常，高表面能对应亲水表面，低表面能对应疏水表面。表面能是表面的化学和几何形状的复杂组合。

有四种公认的润湿状态：1)Wenzel，2)Cassie或Cassie-Baxter，3)Wenzel-Cassie，和4)半芯吸。分层表面可包括这些润湿状态的任何组合。考虑包括具有第一层(level)A和终端层(terminal level)B的衬底的表面，和覆盖衬底的区域C的水滴。并非区域C中的所有衬底都需要与水接触。Wenzel状态是一种润湿状态，其中纯水接触A层和B层二者的整个表面，因此覆盖区域C中衬底的整个表面。Cassie状态是其中水只与B层接触的润湿状态。最后，Wenzel-Cassie状态是其中水与区域C中的一个层接触而与另一个层仅部分接触的润湿状态。半芯吸状态是其中水接触区域C之外区域的以上三种润湿状态中的任一种。

Wenzel润湿状态是这样一种状态，其中最初通过吸引到衬底而与湿表面相互作用，随后水饱和，并且吸引力消失。Cassie润湿状态是通过排斥湿表面而与其相互作用的状态。Wenzel-Cassie润湿状态对湿表面既吸引又排斥，因此在不施加压缩能下不能饱和。因此，半芯吸的Wenzel-Cassie状态在接触活组织的表面中特别有用。

所有这些润湿状态都产生于水的偶极性质与衬底的偶极性质的复杂相互作用以及水的表面张力和衬底表面的几何形状之间的相互作用。在完全液体环境中，例如在人体中发现的那些环境，水表面张力可由位于衬底亲水区域上的水与位于衬底亲脂区域上的脂质的相互作用产生。因此，虽然传统上以上四种确定的润湿状态定义在气-水-固体系统中，但在脂质-水-固体系统中获得类似的润湿状态。在大多数情况下，分层表面上的疏水区域在置于活体中时对应亲脂区域。

因此，需要特别有用于医疗植入物和其它接触适应症的超疏水分层接触表面。这样的表面将提供适当的关键粘着性。另外，需要具有改善的机械特征的超疏水分层表面，使得它们不包含易于变形或结垢的几何特征。本公开就满足这些需要。

简要概述

本公开一般涉及一种分层超疏水表面，所述表面包括布置在包括第一材料的衬底上的第一几何特征阵列，和布置在第一特征上以形成分层结构的第二几何特征阵列，及布置在第二特征上的终端层，其中终端层包括第二材料，第二材料不同于第一材料。