具有液体浸渍表面的装置的制造方法
【专利说明】
[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 性阻力、减小的与冰和其它物质的粘着力、自动清洁性以及拒水性的非润湿性表面。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"用于食品包装和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）、廠烯、溴苯、碘苯、邻溴甲苯、α -氯萘、α -溴 萘、四溴化乙炔、1-丁基-3-甲基咪唑鎗双（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 (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、硅酮油、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3Μ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、铁磁流体、介电液体、烃液体、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）、三氧化二铁、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、ΡΜΜΑ、玻璃、珀斯佩克斯（Perspex)、普列 克斯玻璃（Plexiglass)、普尔梅肯（Polymacon)、经（例如烧经、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0TS、十七氟-1，1，2,2_四氢癸基三 氯硅烷、氟POSS(fluoroPOSS))、陶瓷（例如碳化钛、氮化钛、氮化铬、氮化硼、碳化铬、碳化 钥、碳氮化钛、无电镍、氮化锫、氟化二氧化娃、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（例如铝化镍和铝化钛）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IOOcP或大于IOOOcP)。
[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 咪唑鎗双（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（例如用以防止斑块形成 的动脉壁内层）、IV管、IV袋、结肠造瘘袋、手术仪器、绷带和血泵。
[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