CN103703085B - 光滑注液多孔表面和其生物学应用 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种自修复、抗刮痕光滑表面，所述表面是通过将化学惰性的、高密度液体涂料芯吸在以微米尺度和纳米尺度形貌为特征的粗糙化的固体表面上来制造。所述光滑表面显示出抗润湿特性，并且展现出广泛范围的生物材料(包括悬浮液或溶液中的颗粒)的粘附的显著减少。具体地说，所述光滑表面可以被施加至医疗装置和设备上以便有效地排斥生物材料如血液，并且防止、减少、或延迟凝固和表面介导的凝块形成。此外，所述光滑表面可以用于防止由微生物如细菌造成的积垢。

Description

光滑注液多孔表面和其生物学应用

相关申请

本申请要求以下各项的优先权：于2011年1月19日提交的美国专利申请号61／434,217；于2011年3月22日提交的美国专利申请号61／466,352；于2011年4月1日提交的美国专利申请号61／470,973；于2011年6月14日提交的美国专利申请号61／496,883；于2011年7月19日提交的美国专利申请号61／509,488；于2011年8月31日提交的美国专利申请号61／529,734；于2011年9月22日提交的美国专利申请号61／538,100，所述专利申请的内容是以引用的方式全部并入本文。

通过引用并入

本文所引用的所有专利、专利申请、以及公布特此以引用的方式全部并入本文，以便更全面地描述如本领域技术人员在截至本文所描述的发明的日期为止所已知的技术发展水平。

发明领域

本公开总体上涉及防止生物来源的流体、固体、或流体和固体的混合物吸附或沉积的表面和其用途。

背景

液体排斥表面的当前发展受到动物、昆虫以及植物上的许多天然表面的自清洁能力的启发。这些天然表面上的水滴维持近似球形的形状并且容易地滚落，从而将污垢一起带走。水排斥功能被归因于许多这些天然表面上的微／纳米结构的存在。在过去十年中，这些观察已 经引起了对制造仿生水排斥表面的极大兴趣，这是由于仿生水排斥表面从水排斥织物到摩擦减少表面的范围的广泛的潜在应用。

更具体地说，本领域中的合成液体排斥表面是受到莲花效应的启发(Barthlott，W.&Neinhuis，C.Purity of the sacred lotus，or escape from contamination inbiological surfaces.Planta202，1-8(1997))，其中水滴由使水滴能够容易地从表面滚落的复合固体／空气界面上的表面纹理支撑(Cassie，A.B.D.＆Baxter，S.Wettability ofporous surfaces.Trans.Faraday Soc.40，0546-0550(1944)；Cassie，A.B.D.＆Baxter，S.Large contact angles of plant and animal surfaces.Nature155，21-22(1945))。然而，这种方法具有严重地限制其可应用性的固有局限性。首先，截留的空气对具有使悬浮液滴强烈地动摇的低表面张力的、与水不同的有机流体或复杂混合物在很大程度上是无效的缓冲(Shafrin，E.G.＆Zisman，W.A.Constitutive relations in the wetting of lowenergy surfaces and the theory of the retraction method of preparingmonolayers.J.Phys.Chem.64，519-524(1960))。

此外，截留在表面纹理内的空气不能承受压力，因此液体——特别是具有低表面张力的那些——在即使略微升高的压力下或在碰撞时(大风雨或在地下输送管道中通常遭遇的条件)可以容易地渗透表面纹理(Nguyen，T.P.N.，Brunet，P.，Coffinier，Y.＆Boukherroub，R.Quantitative testing of robustness on superomniphobic surfacesby drop impact.Langmuir26，18369-18373(2010))。此外，合成的纹理化的固体易于由于机械损伤和制作缺点而出现不可逆的缺陷(Quere，D.Wetting androughness.Annu.Rev.Mater.Res.38，71-99(2008)；Bocquet，L.＆Lauga，E.A smoothfuture?Nature Mater.10，334-337(2011))。因为每种缺陷增加了液滴束缚(pinning)和粘接就位的可能性，纹理化的表面不仅难以针对液体移动性进行优化，而且不可避免地随时间的推移随着损伤累积而停止工作。用日益复杂的结构和化学法在推进这些限制方面的最近进展仍然由物理稳定性、光学特性、大规模可行性、和／或制作的难度和费用方面的很多权衡所超过(Tuteia， A.等，Science318，1618-1622(2007)；Tuteja，A.等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA105，18200-18205(2008)；Ahuja，A.等，Langmuir24，9-14(2008)；Li，Y.等，Angew.Chem.Int.Ed.49，6129-6133(2010))。

尽管十多年的紧张研究，本领域的表面仍然被限制它们的实际应用的问题所困扰：它们在高的接触角滞后的情况下展现出有限的疏油性；在压力下失效；当受损时不能自修复；并且生产成本高。

例如，还未研发出延迟或防止血液凝结(依赖于血小板和蛋白质粘附至表面作为第一步骤的过程)的表面。必须将可溶性抗凝血剂如肝素添加至任何体外分流中的流动血液中以便防止凝块形成。某些聚合物种类如聚乙二醇(PEG)链可以影响表面水合层以便防止蛋白质吸附并且将血液凝结控制至有限的程度(Barstad，R.M等，Thrombosis andhaemostasis79，302-305(1998)；Niimi，Y.等，Anesth.Analg.89，573-579(1999)；Chen，S.等，Polymer51，5283-5293(2010))。然而，它们不是完全有效的并且仍然必须将可溶性抗凝血剂添加至血液。

细菌主要作为生物膜的成员——粘附至自然和人为环境中的表面的结构化的多细胞群落——以它们的自然状态存在。这些群落主要由包埋在聚合物有机基质内的许多细胞组成。生物膜形成对于工业和卫生保健而言是值得关注的，因为它造成配管、油井、热交换器、建筑通风、食物贮藏、医学植入物、以及其它系统的污染。生物膜通过触发免疫反应、释放有害内毒素和外毒素、以及阻塞留置导管而威胁人类健康；事实上，生物膜造成了美国每年接近100,000例的医院内死亡和人类中所有微生物感染的80％或更多。

系统性和局部抗微生物产品已经广泛用于对抗卫生保健、农业、以及工业环境中的生物膜污染，并且还被公众越来越多地使用。商业产品采用经常以液体形式并且有时作为蒸气递送的多种多样的活性化学剂、或杀生物剂。对防腐剂和消毒剂的一篇评论鉴别了12类液体剂和5种常见类型的气相消毒剂。不管具体的化学法或机制，杀生 物剂必须能够到达靶细胞以便造成损伤。因此，在多细胞水平下，有效的杀生物剂必须渗透至细胞外基质(ECM)——生物膜的粘液样“粘合剂”中。然而，生物膜向其成员细胞提供保护免受环境威胁。据报道ECM充当某些抗生素的扩散障壁和带电的结合过滤器，并且它对去除抗微生物剂的细胞补充酶和多抗药性泵。对威胁的抗性覆盖范围广泛的处理：据报道暴露至氯漂白剂持续60分钟的生物膜仍然具有活细胞；在管道中用多种杀生物剂连续冲洗7天的生物膜在所述管道中再定殖，并且据报道生物膜在瓶装碘溶液中存活高达15个月。生物膜对抗微生物剂的抗性可能与其表面的极端不可润湿性以及对蒸气渗透的抗性有关。

研发在生物膜造成损害之前对生物膜形成有抗性或防止它的稳固附着的生物医学材料将显著降低医院内感染率和与治疗它们相关联的成本。细菌定殖的许多负面效应起源于作为细菌细胞的保护结构的生物膜的形成和相关联的协同行为。仅通过表面化学难以达成持久性抗菌性材料。即使细菌不能直接地附着至材料，蛋白质或分泌的表面活性剂至表面的非特异性吸附最终也用“条件膜”掩蔽潜在的化学功能性。这些有机分子将改变原始表面的润湿性和表面电荷，并且在约4个小时之后，达到一定程度的均匀性并且所吸附的材料的组成变成是独立于材料的。依赖浸出浸透的抗微生物剂如银离子(Ag+)来起作用的材料此外受活性剂的有限的储器限制。此外，使用含有铜或三有机锡的浸出漆来抵抗船体上的生物积垢由于其高环境毒性而越来越受禁制。关于纳米尺度或微米尺度形貌特征对细菌粘附和随后的生物膜形成的作用的一些最近研究已经提出控制细菌附着至表面的可能更持久的和环境可持续的形式，但是还没有证据表明这种方法可以有效地防止成熟的生物膜形成或附着。

对于廉价的、化学上钝性的、能够排斥流体、耐受高冲击压力、且自修复的合成光滑表面存在需要。

发明概述

本文公开的是用于排斥生物来源的流体的合成光滑注液多孔表面(“SLIPS”)。

在一个实施方案中，公开了一种包括润滑液层的、用于排斥生物材料的物品。所述润滑液层与被排斥的生物材料是不混溶的，并且形成超平滑表面。在一些实施方案中，润滑液层通过下层的衬底稳定就位。所述物品具有固体衬底，润滑液粘附在所述固体衬底上。衬底优选地被润滑液润湿。固体衬底和润滑液形成被构造和安排成与生物材料相接触的光滑表面。

在另一个实施方案中，公开了一种具有排斥表面的物品。润滑液润湿并且粘附至包括粗糙化的表面的固体衬底，以便形成稳定的液体上覆层。所述粗糙化的表面和覆盖它的液体对彼此具有亲和力，以使得润滑液基本上被固定在衬底上。

在另一个实施方案中，公开了一种包括润滑液层的、能够排斥生物材料的装置。所述润滑液层与被排斥的生物材料是不混溶的，并且形成超平滑表面。所述装置具有固体衬底，润滑液粘附在所述固体衬底上。衬底优选地被润滑液润湿。固体衬底和润滑液形成被构造和安排成与生物材料相接触的光滑表面。

在另一个实施方案中，公开了一种防止生物材料的粘附、吸附、表面介导的凝块形成、或凝固的方法。所述方法包括提供润滑液层，其中润滑液与生物材料是不混溶的；提供固体衬底，其中润滑液粘附至所述衬底以便形成光滑注液表面；并且使生物样品与所述表面相接触。

在一个或多个实施方案中，公开了一种制作具有光滑表面的物品的方法。将固体衬底粗糙化并且与形成润滑液层的润滑液相接触。粗糙化的固体衬底和润滑层形成光滑表面，并且被构造和安排成用于与材料相接触，所述材料与润滑液是不混溶的。

在另一个实施方案中，公开了一种防止生物材料的粘附的光学透明装置。作为透明窗口的粗糙化的表面被润滑液润湿，所述润滑液粘附至所述粗糙化的表面以便形成外涂层。与生物材料相比，透明窗口的粗糙化的表面对润滑液具有更大的亲和力。此外，润滑液的折射率基本上与粗糙化的表面的折射率类似。润滑液和生物材料彼此基本上是化学惰性的。在一个或多个方面，所述装置是生物传感器窗口。

在一个或多个实施方案中，公开了一种用于防止或减少生物膜附着的、具有低粘附表面的物品。所述物品包括具有粗糙化的表面的固体衬底和润滑液，所述润滑液粘附至并且优选地润湿所述衬底以便形成液体上表面。所述液体上表面被构造和安排成与所感兴趣的生物材料相接触。润滑液与所述生物材料是不混溶的，并且所述生物材料对物品展现出很少或没有粘附。

在任何前述实施方案中，满足以下条件：

γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX>0(e1)，其中γ_AX是生物材料与周围介质的界面能，并且其中γ_BX是润滑液与所述周围介质的界面能，并且其中θ_AX是生物材料在浸渍在周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角，并且其中θ_BX是润滑液的液体在浸渍在周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角。

在一个或多个实施方案中，当物品暴露于介质X(其中X是空气／气体／水／不混溶的生物材料)时，满足以下两个条件：R(γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX)-γ_AB>0(e2)和R(γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX)+γ_AX-γ_BX>0(e3)，其中γ_AX是生物材料与周围介质的界面能，γ_BX是润滑液与所述周围介质的界面能，γ_AB是生物材料与润滑液界面的界面能，θ_AX是生物材料在浸渍在周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角，θ_BX是润滑液在浸渍在周围介质之下的平整固体表面上的平衡接触角，并且R是粗糙化的表面的粗糙度因子。

在一个或多个方面，润滑液防止生物材料的粘附、凝固、或凝块形成。

在上述实施方案中，其中所述方法进一步介导炎症、伤口愈合、斑块沉积、或异物反应。

在上述实施方案中，所述方法抑制炎症、伤口愈合、斑块沉积、或异物反应。

在上述实施方案中，所述方法防止炎症、伤口愈合、斑块沉积、或异物反应。

在上述实施方案中，所述方法进一步防止细菌污染。

在一个或多个方面，其中所述生物材料在近似10³至10⁷Pa的流体冲击压力下与所述表面相接触。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：套管、连接器、导管、针、毛细管、管线、注射器以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：载玻片、平板、薄膜、工作表面、孔、孔板、陪替氏培养皿(Petri dish)、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、槽、以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：夹具、皮肤钩、护套、牵引器、分流器、针、毛细管、管线、以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：气管内插管、呼吸器、相关联的呼吸器管线、药物递送媒介、注射器、内窥镜、透析设备、中央静脉-静脉血液滤过装置、体外膜氧合设备、以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：器官、人工器官、植入物、以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面选自由以下各项组成的组：生物传感器、生物微机电装置(bioMEM)、生物电极、以及其组合。

在一个或多个方面，所述表面是伤口敷料。

在一个或多个方面，衬底优选地被润滑液润湿。在一个或多个方面，润滑液通过毛细管作用浸润衬底。

在一个或多个方面，固体衬底是导电性的、非导电性的、磁性的、非磁性的、弹性的、非弹性的、光敏性的、或非光敏性的。

在一个或多个方面，固体衬底是硅烷化的。

在一个或多个方面，衬底是包含多孔材料的粗糙化的表面。

在上述实施方案中，将微小颗粒或纳米颗粒施加至平整衬底上，以便形成粗糙化的多孔衬底。

在上述实施方案中，使用以下各项将微小颗粒或纳米颗粒施加至所述衬底：光刻、投影光刻、电子束写入或光刻、沉积纳米线阵列、在衬底的表面上生长纳米结构、软光刻、复制模制、溶液沉积、溶液聚合、电聚合、电纺丝、电镀、气相沉积、分层沉积、聚合物纳米纤维的旋转喷射纺丝、接触印刷、蚀刻、转印图案化、微压印、自组装、勃姆石(γ-AlO(OH))形成、喷涂、以及其组合。

在一个或多个方面，衬底由含氟聚合物组成。

在一个或多个方面，生物材料是选自由以下各项组成的组的流体：全血、血浆、血清、汗液、粪便、尿液、唾液、眼泪、阴道液、前列腺液、齿龈液、羊水、眼内液、脑脊液、精液、痰液、腹水液、脓液、鼻咽液、伤口渗出液、眼房水、玻璃体液、胆汁、耳垢、内淋 巴、外淋巴、胃液、粘液、腹膜液、胸膜液、皮脂、呕吐物、以及其组合。

在一个或多个方面，生物材料是含有选自由以下各项组成的组的细菌的溶液或悬浮液：放线杆菌属(Actinobacillus)(例如，伴放线放线杆菌(Actinobacillusactinomycetemcomitans))、不动杆菌(Acinetobacter)(例如，鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii))、气单胞菌属(Aeromonas)、博德特氏菌属(Bordetella)(例如，百日咳博德特氏菌(Bordetella pertussis)、支气管败血性博德特氏菌(Bordetellabronchiseptica)、以及副百日咳博德特氏菌(Bordetella parapertussis))、短芽孢杆菌(Brevibacillus)、布鲁菌属(Bmcella)、拟杆菌属(Bacteroides)(例如，脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis))、伯克霍尔德氏菌(Burkholderia)(例如，洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)和类鼻疽伯克霍尔德氏菌(Burkholderia pseudomallei))、疏螺旋体属(Borelia)(例如，伯氏疏螺旋体(Borelia burgdorfen))、芽孢杆菌属(Bacillus)(例如，炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis))、弯曲杆菌(Campylobacter)(例如，空肠弯曲杆菌(Campylobacter jejuni))、二氧化碳嗜纤维菌属(Capnocytophaga)、心杆菌属(Cardiobacterium)(例如，人心杆菌(Cardiobacteriumhominis))、柠檬酸细菌属(Citrobacter)、梭菌属(Clostridium)(例如，破伤风梭菌(Clostridium tetani)或艰难梭菌(Clostridium difficile))、衣原体属(Chlamydia)(例如，沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)、肺炎衣原体(Chlamydia pneumoniae)以及鹦鹉热衣原体(Chlamydia psiffaci))、艾肯氏菌属(Eikenella)(例如，啮蚀艾肯氏菌(Eikenella corrodens))、肠杆菌属(Enterobacter)、埃希氏菌属(Escherichia)(例如，大肠杆菌(Escherichia coli))、弗朗西斯氏菌属(Francisella)(例如，土拉热弗朗西斯氏菌(Francisella tularensis))、梭杆菌属(Fusobacterium)、黄质菌属(Flavobacterium)、嗜血杆菌属(Haemophilus)(例如，杜克雷嗜血杆菌(Haemophilus ducreyi)或流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae))、螺杆菌属(Helicobacter)(例如，幽门螺杆菌(Helicobacterpylori))、金氏菌属 (Kingella)(例如，金氏金氏菌(Kingella kingae))、克雷白氏杆菌属(Klebsiella)(例如，肺炎克雷白氏杆菌(Klebsiella pneumoniae))、军团杆菌属(Legionella)(例如，嗜肺性军团杆菌(Legionella pneumophila))、李斯特菌属(Listeria)(例如，单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes))、细螺旋体属(Leptospirae)、莫拉克斯氏菌属(Moraxella)(例如，卡他莫拉菌(Moraxellacatarrhalis))、摩根氏菌属(Morganella)、支原体属(Mycoplasma)(例如，人型支原体(Mycoplasma hominis)和肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae))、分枝杆菌属(Mycobacterium)(例如，结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)或麻风分枝杆菌(Mycobacterium leprae))、奈瑟氏球菌属(Neisseria)(例如，淋病奈瑟氏球菌(Neisseriagonorrhoeae)或脑膜炎奈瑟氏球菌(Neisseria meningitidis))、巴斯德氏菌属(Pasteurella)(例如，出血败血性巴斯德氏菌(Pasteurella multocida))、变形杆菌属(Proteus)(例如，普通变形杆菌(Proteus vulgaris)和奇异变形杆菌(Proteusmirablis))、普雷沃氏菌属(Prevotella)、邻单胞菌属(Plesiomonas)(例如，类志贺邻单胞菌(Plesiomonas shigelloides))、假单胞菌属(Pseudomonas)(例如，绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa))、普罗维登斯菌属(Providencia)、立克次氏体属(Rickettsia)(例如，立克氏立克次氏体(Rickettsia rickettsii)和斑疹伤寒立克次氏体(Rickettsia typhi))、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)(例如，嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophila))、葡萄球菌属(Staphylococcus)(例如，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis))、链球菌属(Streptococcus)(例如，草绿色链球菌(Streptococcus viridans)、酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)(A群)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)(B群)、牛链球菌(Streptococcus bovis)、以及肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae))、链霉菌属(Streptomyces)(例如，吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus))、沙门氏菌属(Salmonella)(例如，肠炎沙门氏菌(Salmonella enteriditis)、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)以及鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium))、沙雷氏菌属(Serratia)(例如，粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens))、志贺氏杆菌属(Shigella)、 螺菌属(Spirillum)(例如，小螺菌(Spirillum minus))、密螺旋体属(Treponema)(例如，梅毒密螺旋体(Treponema pallidum))、韦荣球菌属(Veillonella)、弧菌属(Vibrio)(例如，霍乱弧菌(Vibrio cholerae)、副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、以及创伤弧菌(Vibrio vulnificus))、耶尔森氏菌属(Yersinia)(例如，小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterocolitica)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、以及假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis))、黄单胞菌属(Xanthomonas)(例如，嗜麦芽黄单胞菌(Xanthomonas maltophilia))以及其组合。

在一个或多个方面，生物材料是含有选自由以下各属的成员组成的组的颗粒的溶液或悬浮液：曲霉属(Aspergillus)(例如，黄曲霉(Aspergillus flavus)、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、灰绿曲霉(Aspergillus glaucus)、构巢曲霉(Aspergillusnidulans)、黑曲霉(Aspergillus niger)、以及土曲霉(Aspergillus terreus))、皮炎芽生菌(Blastomyces dermatitidis)、念珠菌属(Candida)(例如，白色念珠菌(Candidaalbicans)、光滑念珠菌(Candida glabrata)、热带念珠菌(Candida tropicalis)、近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)、克柔念珠菌(Candida krusei)以及吉勒莫地念珠菌(Candida guillermondii))、粗球孢子菌(Coccidioides immitis)、隐球菌属(Cryptococcus)(例如，新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)、浅白隐球菌(Cryptococcus albidus)、以及罗伦隐球酵母(Cryptococcus laurentii))、荚膜组织胞浆菌荚膜变种(Histoplasma capsulatum var.capsulatum)、荚膜组织胞浆菌杜波氏变种(Histoplasma capsulatum var.duboisii)、巴西副球孢子菌(Paracoccidioidesbrasiliensis)、申克孢子丝菌(Sporothrix schenckii)、伞枝梨头霉(Absidiacorymbifera)；微小根毛霉(Rhizomucor pusillus)、无根根霉(Rhizopus arrhizous)、以及其组合。

在一个或多个方面，生物材料是含有选自由以下各项组成的组的颗粒的溶液或悬浮液：正常细胞、病变细胞、寄生的细胞、癌细胞、外源细胞、干细胞、以及被感染的细胞、微生物、病毒、病毒样颗粒、细菌、噬菌体、蛋白质、细胞组分、细胞器、细胞碎片、细胞膜、细 胞膜碎片、病毒、病毒样颗粒、细胞溶质蛋白、分泌性蛋白、信号分子、包埋性蛋白、核酸／蛋白复合物、核酸沉淀剂、染色体、细胞核、线粒体、叶绿体、鞭毛、生物矿物、蛋白复合物、以及微细胞。

在一个或多个方面，润滑液能够在衬底的物理性损伤之后通过芯吸回至衬底的损伤区域来自修复以形成超平滑表面。

在上述实施方案中，自修复的恢复时间发生在小于50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、1OO ms、110ms、120ms、130ms、140ms、150ms、160ms、170ms、180ms、190ms、200ms、210ms、220ms、230ms、240ms、250ms、1秒、5秒、10秒、30秒、60秒、90秒、或120秒或更长时间内。

在一个或多个方面，衬底具有多个孔、孔和一种或多种材料的三维互连网状物、或纤维材料的无规则的阵列。

在一个或多个方面，衬底由选自由以下各项组成的组的材料组成：聚合物、金属、蓝宝石、玻璃、金刚石、石墨、炭黑、或陶瓷。在一个或多个实施方案中，衬底是血液相容性材料。在一个方面，血液相容性材料是硅橡胶或聚砜。

在一个或多个方面，衬底是选自由以下各项组成的组的聚合物：聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、以及氟化乙丙烯。

在一个或多个方面，润滑液具有的密度大于生物材料的密度。

在一个或多个方面，润滑液具有的密度大于润滑液，具有超过1.Og／cm³、1.6g／cm³、或1.9g／cm³的密度。

在一个或多个方面，润滑液包括选自由以下各项组成的组的流体：全氟烷基叔胺、全氟三-正丁胺、全氟烷基硫化物、全氟烷基亚砜、全氟烷基醚、全氟环醚、全氟聚醚、全氟烷基膦、以及全氟烷基膦氧化物、以及其组合。

附图简述

图1是示出SLIPS的结构的图像，该结构是通过用在衬底的表面上产生物理上平滑的和化学上均匀的润滑膜的低表面能、化学上惰性的液体来浸润多孔固体产生；上和下扫描电子显微镜(SEM)图像图1(i)-(ii)分别示出润滑液的超平滑性和粗糙固体表面的多孔结构。

图2是根据某些实施方案的自修复光滑表面的示意图。

图3A-3C示出根据某些实施方案关于己烷液滴(γ_液体=18.6±0.5mN／m，体积约3.6μL)沿SLIPS在低滑动角度(α=3.0°)下的滑动运动的时间序列图像。

图4是根据某些实施方案比较平整表面的部分润湿(图4A)与纳米结构化的表面的完全润湿(图4B)的示意图。

图5A是根据某些实施方案具有凸起的特征的结构化表面的示意图，光滑表面是在所述结构化表面上形成。

图5B是根据某些实施方案的柱状多孔材料的示意图，光滑表面是在所述柱状多孔材料上形成。

图5C是根据某些实施方案的倒置蛋白石多孔材料的示意图，光滑表面是在所述倒置蛋白石多孔材料上形成。

图5D是根据某些实施方案的无规则的网状多孔材料的图像，光滑表面是在所述无规则的网状多孔材料上形成。

图6示出根据某些实施方案的(A)3D多孔固体的表面形态的扫描电子显微镜图像；和(B)通过用润滑液浸润6A的3D多孔固体形成的光滑表面的复制物，其示出所述润滑液外覆所述表面形貌，从而形成无凸凹性的超平滑层(例如，基于高分辨率原子力显微镜测量平均粗糙度近似或小于1nm，参见如在低(6B)分辨率下观察的插图(6C)和在高分辨率下的(插图6(D))。

图7A示出根据某些实施方案的数种平坦的表面和非平坦的表面，光滑表面可以在所述表面上形成。

图7B示出根据某些实施方案在圆柱形固体核心上形成的SLIPS。

图7C示出根据某些实施方案在管线／管道等的内部的侧壁上形成的SLIPS。

图7D示出根据某些实施方案在管线／管道等的内部与外部的侧壁上形成的SLIPS。

图7E示出根据某些实施方案在液体B浸泡的多孔管线等上形成的SLIPS。

图8a-b示出根据某些实施方案毛细管再填充的示意图。

图9A示出根据某些实施方案联接至液体B储器的SLIPS，所述储器可以补充蒸发的或去除的液体B。

图9B示出根据某些实施方案在圆柱形管的内部形成的SLIPS，所述管具有可以补充蒸发的或去除的液体B的液体B储器。

图9C示出根据某些实施方案沿任意形状的流动路径的表面形成的SLIPS，所述路径被联接至用于补充蒸发的或去除的液体B的通道。

图9D示出根据某些实施方案示出图9C的底部衬底部分的形成的图像。

图10示出可以用于产生SLIPS表面的衬底结构和形貌的图像；(A)开孔砖，(B)立柱阵列，(C)平行凹槽，(D)开放多孔性PTFE(ePTFE)，(E)等离子体蚀刻的PTFE，以及(F)喷砂聚丙烯(PP)。

图11示出当将无抗凝血剂的全人血用吸移至PDMS(11A)和油浸润的PTFE(11B)表面上时所述全人血的序列图像。

图12是暴露于O.75mL血流之后的对照和测试表面的一系列图像，所述图像示出血液吸收至对照表面(玻璃(12A)，PDMS(12B)，干PTFE(12C))上，但是无明显吸收至油浸润的PTFE(12D)。

图13示出来自图11A和11B的对照和油浸润的PTFE样品的光学(13A(i)，13B(i))和扫描电子显微镜(SEM，13A(ii)，13B(ii))表面分析图像，其中所有对照材料均显示出粘附的、干血种类(细胞、血小板、蛋白质的混合物，参见(13A))的证据，而油-PTFE材料(13B)没有显示出生物材料的证据。

图14是示出可以使SLIPS表面粗糙化的示例性方法的一系列图表：所述方法是通过将微粒物质喷雾或沉积在衬底上(14A)；蚀刻(14B)；以及通过在衬底的表面上生长纳米结构化的材料(14C)。

图15是示出SLIPS的自修复和光学透明特性的一系列图像。15A：示出SLIPS在近似100ms的时间尺度上从约50μm-宽的物理损伤的自修复能力的时间推移图像。15B：示出与典型的疏水性平整表面(油在所述表面上保持束缚在损伤部位)相比，在物理损伤之后SLIPS的液体排斥性的恢复的时间推移图像。

图16A：示出与非注入式超疏水性纳米结构化的表面(右)在可见光范围内中的显著散射相比，基于环氧树脂的SLIPS(左)的增强的光学透明性的光学图像。16B：基于环氧树脂的SLIPS在可见光范围(400-750nm)内的光透射测量值。16C：基于Teflon的SLIPS在近红外范围(800-2300nm)内的光透射测量值。

图17是示出SLIPS的憎恶一切物质性和高压稳定性的一系列图像。时间序列图像比较了戊烷液滴(γ_A=17.2土O.5mN／m，体积≈30μL)在SLIPS和超疏水性、含有空气的Teflon多孔表面上的移动性。虽 然戊烷在SLIPS上被排斥，但是它润湿并且沾污传统的超疏水性表面。

图18是示出作为测试液(所指示的)在SLIPS上和在憎恶一些物质的表面上的表面张力的函数的接触角滞后的一组图表。在插图(18A)中，液滴的前进接触角和后退接触角分别被表示为θ_前进和θ_后退。SLIPS1、2、以及3是指分别由以下各物制成的表面：1)Teflon多孔膜；2)几何形状1的环氧树脂立柱的阵列(间距=2μm；高度=5μm；并且立柱直径=300nm)、以及3)几何形状2的环氧树脂立柱的阵列(间距=900nm;高度=500nm至2μm;并且立柱直径=300nm)。图(18B)示出SLIPS的高压稳定性，如从在压力室中经受加压的氮气的癸烷液滴(γ_A=23.6±0.1mN／m，体积≈3μL)的低滑动角是明显的。误差线指示至少七个独立测量值的标准偏差。

图19是根据某些实施方案示范在液体光滑表面上、在2mL胰蛋白胨肉汤小池中孵育24小时的绿脓假单胞菌(PA14)生物膜生长的低倾斜角滑动的一系列图像。

图20是根据某些实施方案在将2mL振荡培养物在不同光滑表面上孵育24小时并且随后通过施加倾斜角滑落之后，保持在所述表面上的绿脓假单胞菌(PA14)细菌一系列荧光显微图像。

图21示出根据某些实施方案可以满足润滑液的要求的多种商业上可获得的产品的毒性筛选。

图22是图解出具有SLIPS的导管(22A)和内衬有致密、无孔材料以及SLIPS的导管(22B)的整个壁的示意图。

图23是具有SLIPS的伤口敷料的示意图。

图24A至24E示出根据某些实施方案可以通过改变电沉积参数而产生的不同形态。

图25是示出SLIPS的液体排斥性对液体B(此处为Krytox100、103、以及105(DuPont))的粘度的依赖性的图表。对于恒定粘度的液体A(此处，25μL甘油)来说，液体A的移动性随着液体B的粘度下降而增加。同样，对于恒定粘度的液体A，液体A的移动性随着不断减小的粘度而增加。因此粘性耗散在SLIPS上的液体移动性方面起主要作用。

图26示出与用非全氟化碳润滑液制成的SLIPS表面不润湿接触的全人血的图像。图像(26A)示出使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)液体(500MW，X粘度，OH-封端，Sigma Aldrich)浸润至ePTFE膜(1μm，Sterlitech)中产生的SLIPS表面。图像(26B)示出使用橄榄油浸润至ePTFE膜(1μm，Sterlitech)中产生的SLIPS表面。在两种情况下，发现血液不润湿表面，并且滚落而不粘附至表面。

图27A示出根据某些实施方案在粗糙化的表面上形成的具有外覆的液体B的光滑表面的示意图。

图27B示出根据某些实施方案的具有液体B浸润至粗糙化的表面中的光滑表面的示意图。

图28A-28B示出根据某些实施方案示范自修复特性的本公开的表面的图像，其中自修复时间尺度是近似100ms。

图29是根据某些实施方案示出在临界物理损伤(测试液体=癸烷，γ_LV=23.6±0.1mN/m)之后液体排斥功能的恢复的图表。

图30示出使用蠕动泵非抗凝的全人血(用盐水1：1稀释)以3,000mL/小时流动穿过SLIPS管线持续20分钟，而未产生凝块的图像，其中包括实验设置(A)和显示管线中无凝块的迹象的结果(B)。

图31A-31C示出在将不含抗凝血剂的12mL新鲜人血液泵送穿过SLIPS管线达20分钟之后，图33的管线的图像。血液未在管线中凝结。

图32是示出SLIPS的液体排斥性对液体B(此处，Krytox100、103、以及105(DuPont))的粘度的依赖性的图表。对于恒定粘度的液体A(此处，25μL甘油)来说，液体A的移动性随着液体A的粘度下降而增加。同样，对于恒定粘度的液体B来说，液体A的移动性随着不断减小的粘度而增加。因此粘性耗散在SLIPS上的液体移动性方面起主要作用。

图33示出配备有弹性、外部、硅酮管套管(VWR)的、内径(ID)从0.075"至0.236"不断增加(对于所有管，壁厚是约0.040")的ePTFE管线(Zeus Inc)在管线的多孔ePTFE表面的低(A)和高(B)放大倍率SEM中的图像。

图34示出基于用全氟化碳(FC-70)(B)浸润高度有序的纳米多孔SiO2玻璃层(A)的透明SLIPS表面的图像。当完全浸润时，所述层是高度透明的(C)并且非常适合用于作为生物传感器窗口来应用。

图35示出用于由ePTFE膜制作SLIPS管线的方法的图像。

图36示出相对于生物膜附着特性研究的表面形貌的图像(A-B)。在每个表面(超疏水性纳米多孔PTFE表面(A)和光滑注液多孔表面(SLIPS)(B))上示出铜绿假单胞菌生物膜形成培养物的蒸发的液滴的剩余物。生长在PTFE和纳米结构化的超疏水性硅衬底上的生物膜显示出表面的完全润湿和粘质咖啡环。相比之下，在SLIPS衬底上的生物膜在它蒸发时从所述表面上干净地收缩。插图(i)和(ii)示出在铜绿假单胞菌生物膜的48小时孵育之后，在这些表面上剩余的细菌的荧光显微照片。与PEG化的表面(C)相比，相对细菌生物膜附着在基于PTFE的SLIPS上显著更少。

图37示出SLIPS上的生物膜附着抑制的宏观尺度视图的图像。生长是在10mL/分钟(粘度约1cm/s)下的蠕动泵和具有h=1mm、1=10cm、w=1cm通道的双室3D印刷的流动池中进行。(A-B)：在10mL/分钟的流动下生长48小时之后打开流动池之后的对照PTFE和 SLIPSPTFE衬底在结晶紫染色之前(上图)与之后(下图)的照片。将衬底的相等面积样品进行洗脱以用于结晶紫量化——附着的生物质的测量(C)。在生长7天之后，基于结晶紫染色的量化显示与对照PTFE相对比，SLIPS上的附着的生物膜减少99.6％。

图38示出在10mL/分钟的流动下，生长24天和7天之后，SLIPS和对照PTFE表面上的铜绿假单胞菌生物膜附着的微观尺度视图的图像。(A-B)：PTFE表面上的生长表现出致密、三维、并且均匀(A-B)，而在SLIPS上仅观察到稀疏的、分离的单个细胞或小菌落(C-D)。参见图(E)，这些细胞表现出是未附着的或不良附着的，即，与流体中的对流流一起漂流，从而进一步支持液体表面对单个细菌或小菌落提供非常低的粘附。

图39示出示范由SLIPS引起的生物膜附着减少是物种独立的图像和图表。与在与铜绿假单胞菌完全相同的流动条件下生长48小时之后的PTFE相对比，金黄色葡萄球菌(A)和大肠杆菌(B)的附着分别减少97.2％和96％。虽然这些物种都未形成本应该的稳固生物膜，但是它们对SLIPS的最终附着是相对最小的(C-F)。通过荧光可视化，致密均匀的生物膜覆盖和稀疏的、分离的细胞分别附着至对照和SLIPS衬底。

图40是来自分割帧影片的一组图像，所述影像示出铜绿假单胞菌培养物液滴在超疏水性PTFE多孔表面(i-ii)和灌注有Krytox103的PTFE SLIPS表面(iii-iv)上的蒸发动力学。束缚特征以及在干燥时在表面上剩余的沾污指示细菌液滴与衬底之间的粘附的水平。在不存在接触线束缚的情况下，液滴遵循接近恒定的接触角模式的蒸发，而不形成咖啡环沾污(iv)。不存在咖啡环形成还指示与由液滴的弯液面所赋予的力相比，细菌在SLIPS上的粘附较小。

图41示出在10mL/分钟的流动下，生长24和48小时之后SLIPS和对照PTFE表面上的铜绿假单胞菌生物膜附着的微观视图的图像。 (a)荧光平均强度，(b)示出与结晶紫全局测量类似的97％-98％平均强度降低的平均强度图表。

发明详述

本文公开的是用于排斥、防止附着、或减少生物来源的流体(“液体A”)或固体(“对象A”)的附着的合成光滑注液多孔表面(“SLIPS”)。如本文所提及，液体A、对象A、以及生物材料可互换地使用。还通过SLIPS减少或防止生物来源的材料的粘附和吸收。

SLIPS是由纳米/微结构化的衬底组成的合成表面，所述衬底灌注有被衬底锁定就位的润滑液，以便形成能够排斥复杂流体、气体、以及包含在具有不同表面张力的液体(一起被称为液体A)内的分子或微粒、以及固体的稳定的、无缺陷的、惰性“光滑”界面。例如，可以排斥如烃、有机溶剂等的液体。生物液体是指纯液体与复杂流体，如血流(参见，例如，图11和图12)。作为另一个实例，SLIPS可以排斥像细菌、蛋白质等的固体。此外，SLIPS可以排斥天然和合成溶液，如药物、静脉内溶液、药物制造、以及药剂递送系统中使用的那些。

SLIPS由多孔表面层、或具有成阵列的凸起的表面特征的‘粗糙’层组成，所述层浸润有低表面能液体。润滑液在粗糙表面上的结合产生了超平滑表面，所述超平滑表面是光滑的并且抵抗或减少颗粒和不混溶的液体的粘附。在一些实施方案中，润滑液通过下层衬底稳定就位。在一个或多个方面，润滑液减少至衬底的特征的水平。SLIPS的这些独特特征允许生物材料在高流速下通过，而不允许所述材料在SLIPS上形成凝块、粘附至、附着、或以另外的方式玷污SLIPS。SLIPS还能够在物理性损伤时恢复它们的异常的液体排斥性。快速自修复时间是润滑液使流体芯吸至下层衬底上的损伤的部位中以便使SLIPS恢复至平滑、无缺陷的表面的结果。这些表面可以用于实验室中、用作医疗装置和医疗设备上的涂层、并且用于医学应用如抗凝和抗生物膜形成。

一般来说，可以通过在以微米尺度或纳米尺度形貌为特征的粗糙化的表面上提供液体(例如，化学上惰性的高密度流体)来制造SLIPS，其中所述流体填充由粗糙化的表面界定的空隙和空间并且覆盖所述形貌特征。SLIPS的流体排斥性和自修复特性可以归因于流体的表面的超平滑性，所述表面在外部变形时能够恢复它的初始形状。如本文所用，“超平滑的”表面意指具有等于或接近于1的粗糙度因子的表面，其中粗糙度因子(R)是由真实表面积与投影的表面积的比率来定义。因为流体表面通常具有为1的粗糙度因子，并且SLIPS中的顶表面是完全涂覆所述衬底达到它的丘之上的润滑液，因此如图1中所示的表面可以被称为是超平滑的。在某些实施方案中，超平滑表面可以具有近似或小于约1nm的平均表面粗糙度。在某些实施方案中，“超平滑的”可以是指基本上在分子上或甚至在原子上平整的表面。所述表面上任何缺陷或粗糙度的不存在可以帮助最大将滑动流体的束缚点最少化，因此减少接触角滞后，从而使它几乎无摩擦且是光滑的。超平滑表面的详细讨论见2011年1月19日提交的共同待决的美国专利申请号61/434,217、于2011年3月22日提交的美国专利申请号61/466,352、以及于2012年1月19日提交的名称为“Slippery Surfaces With HighPressure Stability，Optical Transparency，and Self-Healing Characteristics”的共同提交的PCT申请号_________，所述申请是以引用的方式全部并入本文。

在图1中图解出SLIPS的总体设计的示意图。如所示，物品包括具有凸起的特征110的表面100，所述凸起的特征提供一定粗糙度，润滑液被施加至所述表面上。润滑液130润湿粗糙化的表面，从而填充粗糙化表面110的丘和谷，并且在粗糙化的表面上形成超平滑表面135。图1的插图中的上(i)和下(ii)扫描电子显微镜(SEM)图像分别示出SLIPS表面的超平滑度和下层粗糙固体表面的多孔结构。在图6A和图6B中进一步图解出SLIPS装置的表面平滑作用。图6(A)示出3D多孔固体的表面形态的扫描电子显微镜图像。图6(B)示出通过用润滑液浸润图6(A)中所示的3D多孔固体形成的光滑表面的在相同放 大倍率下的照片。所述润滑液外覆多孔固体的表面形貌，以便形成无凸凹性的超平滑层(例如，基于高分辨率原子力显微镜测量近似或小于约1nm的平均粗糙度)。在某些实施方案中，SLIPS的平均表面粗糙度基于高分辨率原子力显微镜测量是近似或小于约1nm。微结构/纳米结构的存在可以显著地增强润滑液的润湿，从而在所述形貌上产生均匀涂覆的光滑功能层。

任何任意的液体(例如，生物流体)、气体、包含在液体内的分子或微粒可以从超平滑润滑液表面上强烈地排斥。此外，SLIPS的还防止对象在SLIPS上的吸附、粘附、以及附着的超低粘附特征防止生物来源的材料污染这些表面。可以通过SLIPS完全地防止生物材料的粘附、吸附、或附着。在一些实施方案中，SLIPS减少生物材料在表面上的粘附、吸附、或附着。在一方面，SLIPS显著地减少生物材料在表面上的粘附、吸附、或附着。在一个或多个方面，SLIPS使生物来源的材料在表面上的粘附、吸附、或附着减少50％、60％、70％、80％、90％、95％、98％、或99％。

本公开的光滑表面可以排斥广泛范围的材料。更具体地说，SLIPS可以排斥极性和非极性液体、以及呈固化形式的极性和非极性液体。例如，SLIPS可以排斥烃和其混合物(例如，从戊烷一直到十六烷和矿物油)、酮(例如，丙酮，等等)、醇(例如，甲醇、乙醇、异丙醇、二丙二醇、乙二醇、以及甘油，等等)、水(具有广泛范围的盐度，例如，从0M至6.1M的氯化钠；从0M至4.6M的氯化钾，等等)、生理缓冲液、酸(例如，浓氢氟酸、盐酸、硝酸，等等)、碱(例如，氢氧化钾、氢氧化钠，等等)、冰等。此外，生物对象(如小动物、原生动物、细菌、病毒等)可以由根据本公开制成的表面所排斥。类似地，悬浮在液体中的固体颗粒可以由SLIPS排斥。液体中的所述固体颗粒的非限制性实例包括体液、粪便物质等。

列表旨在是示例性的，并且预期本公开的光滑表面成功地排斥许多其它类型的生物材料。

衬底

在一个实施方案中，衬底是低表面能多孔固体。在所公开的实施方案中，衬底优选地由润滑液而不是由待排斥的液体润湿。它可以具有粗糙化的或平滑的表面。如本文所使用，术语“粗糙化的表面”是包括三维多孔材料的表面以及具有某些形貌(不论它们具有规则的、半规则的、还是无规则的图案)的固体表面的衬底。在一些实施方案中，衬底是通过并入微纹理来粗糙化。在其它实施方案中，衬底是通过并入纳米纹理来粗糙化。物理上，由微米尺度/纳米尺度粗糙度提供的大的表面积不仅有利于润滑液所致的完全润湿，而且加强润滑液(液体B)在多孔固体内的粘附。

SLIPS具有对下层衬底的精确几何形状不敏感的特性。因此，衬底的几何形状可以是任何形状、形式、或构型以便适合不同形状的材料和装置。在某些实施方案中，可以在与生物材料相接触的任何适合的材料和几何形状上制造多孔表面，所述材料和几何形状如医疗装置、管道(例如，金属的或金属化的管道)的内部、光学窗口、生物传感器窗口、医用管线、空心金属结构、图案化的电极、网状物、金属线、多孔传导性表面等。在图7A-7E中示出可以在其上形成多孔表面的一些示例性形状。SLIPS可以采取的形状、形式、以及构型的非限制性实例包括总体上球状的(例如，珠粒、磁性颗粒等)、管状的(例如，用于套管、连接器、导管、针、毛细管、管线、或注射器)(参见图7A(i))、平坦的(例如，用于应用于显微镜载玻片、平板、薄膜、或实验室工作表面)(参见图7A(c))、或任意形状的(例如，孔、孔板、陪替氏培养皿、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、或槽)(参见图7A(a)-7A(b)，7A(d)-7A(i))。例如，可以将SLIPS施加至球形表面，如可以在体内致动用于药物递送的磁性颗粒。图7B-7E是示出可以如何将SLIPS并入到导管中的透视图。例如，图7B示出附着至具有用于液体B的储器720的圆柱形固体核心710的外表面的SLIPS700。或者，SLIPS还可以附着至管、管道、以及其它不规则形状的衬底的内表面。例如，如在图7C 中所示，可以将SLIPS700施加至圆柱形管710的内表面，以用于液体A730的低阻力流动。此外，如在图7D中所示，可以将SLIPS施加至管/针的内表面与外表面上，以用于液体A的低阻力流动，并且保持光滑/不粘接至管/针所暴露的外部环境。另外，如在图7E中所示，可以将SLIPS施加至液体B浸泡的多孔管线上，用于液体A的低阻力流动，并且保持光滑/不粘接至多孔管/针所暴露的外部环境。

图5A至图5D示出一些示例性粗糙化的表面。在一个实施方案中，粗糙化的表面可以通过提供某些凸起的结构510或凸出部来在二维平整表面500上形成(参见图5A)。在另一个实施方案中，粗糙化的表面是通过在二维平整表面500上形成孔隙520以便产生多孔材料来形成(参见图5B)。孔隙可以采取任何几何形状并且可以具有通路、柱(如图5B中所图解)或更无规则的通路。在另一个实施方案中，使用具有规则或无规则的孔隙的三维互连的网状物(参见图5C和图5D)。图10示出可以用于产生SLIPS表面的衬底结构和形貌的图像；(A)开孔砖，(B)立柱阵列，(C)平行凹槽，(D)表面多孔性PTFE(ePTFE)，(E)等离子体蚀刻的PTFE，以及(F)喷砂聚丙烯(PP)。

可以使用一系列具有不同特征大小和孔隙率的表面。特征大小可以在数百纳米至微米(例如，100至1000nm)的范围内，并且可以具有约1：1至10：1的长宽比。可以使用电化学沉积使用本领域已知的技术在金属微流体装置的内表面上原位产生多孔的纳米纤维结构(Aizenberg，J.，Kim，P.Hierarchical Structured Surfaces Resistant to Wetting byLiquids.美国临时专利申请号：61/353,505，于2010年7月19日提交；Kim，P.，Epstein，A.K.，Khan，M.，Zarzar，L.D.，Lipomi，D.J.，Whitesides，G.M.，Aizenberg，J.StructuralTransformation by Electrodeposition on Patterned Substrates(STEPS)：A NewVersatile Nanofabrication Method”，Nano Letters，发表中(2011))。

在某些实施方案中，所述表面具有易于由润滑液润湿的且夹带润滑液并且将它保留在衬底表面上的大表面积。在某些实施方案中，衬 底表面是包括多维尺度的表面特征的分级表面。举例来说，所述表面可以具有：具有微米尺度的尺寸的第一形貌特征和纳米尺度的第二形貌特征。第一形貌特征支撑第二较小的形貌特征。第二形貌特征被称为“一级结构”，因为它们意欲表示所述分级结构的最小特征大小。一级结构可以包括如纳米纤维、纳米点等的结构。所述纳米尺度的“一级结构”可以具有大小为数至数十或数百纳米的至少一种种类的特征尺寸，如小于5nm至200nm。例如，具有大约5、10、25、50、或甚至100nm的直径的纳米纤维。在所述情况下，当利用具有约100nm直径的特征大小的“一级结构”时，“二级结构”具有大于100nm，如150nm、300nm、500nm、或1000nm、以及更大的特征大小。涵盖各自具有比较低阶结构更大的特征大小的另外更高阶结构，如“三级结构”等。

具体地说，具有纳米纤维作为一级结构的分级结构可以提供可能非常适合用作本文描述的多孔表面的高度三维孔隙率。适合用于待排斥的液体的分级表面的详细讨论见于2011年7月19日提交的名称为“Hierarchically structures surfaces to controlwetting by liquids”的国际申请号PCT/USll/44553，所述申请是以引用的方式全部并入本文。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以具有表面凸出部(例如，立柱、峰，等等)的周期性阵列或任何无规则的图案或粗糙度(参见，例如，图5A)。在一些实施方案中，产生粗糙化的表面的特征的大小在10nm至100μm的范围内，其中几何形状在规则的立柱/开放的网格结构至无规则定向的尖锐结构的范围内。在一些实施方案中，凸起的结构的宽度沿它们的高度是恒定的。在一些实施方案中，凸起的结构的宽度随着它们从远端接近基底表面而增加。凸起的结构可以是多种截面的凸起立柱，所述截面包括，但不限于，圆形、椭圆形、或多边形(如三角形、正方形、五边形、六边形、八边形等)，从而形成圆柱形、金字塔形、圆锥形或棱柱形的柱。虽然以上描述的示例性衬底图解出具有均匀形状和大小的凸起立柱，但是给定衬底上的凸起立柱的形状、定向和/或大小可以改变。

可以挤压或模制开放多孔性PTFE(ePTFE)膜以便呈现多种形状，如在图35A至35C和图33中所图解。图35示出一种用于由ePTFE膜制作SLIPS管线的方法的图像，其中(A)管状结构(中央)是通过在两个U形通道模具(左和右)之间挤压由两个平整ePTFE膜(1.0μm孔隙大小)形成。(B)在阴模与阳模之间挤压一个ePTFE膜，从而产生用于流体流动的缩进的通道结构。然后将这个结构覆盖并且结合至平整的ePTFE膜，以便构造(A)中所示的SLIPSU形管。所挤压的ePTFE膜的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像(C)的低(左)和高(右)放大倍率视图；多孔纤维状结构在右图是可见的。图33示出内径(ID)从0.075″至0.236″不断增加(对于所有管，壁厚是约0.040″)的ePTFE管线(Zeus Inc)的图像(A)。商业上可获得的管线是通过在制造过程中使PTFE管线扩张以便在材料的结构中产生微观孔隙来制成。0.180″ePTFE管线(其向衬底提供多孔微纹理)可以配备有弹性外部硅酮管套管(VWR)，例如，以便提供流体流动障壁和/或以便有利于蠕动泵送。还示出管线内的多孔ePTFE表面的高放大倍率SEM(B)。

在某些实施方案中，粗糙化的表面具有大于1的粗糙度因子R，其中所述粗糙度因子被定义为真实表面积与投影表面积之间的比率。为了发生润滑液的完全润湿，需要使粗糙化的表面的粗糙度因子大于或等于由Wenzel关系式所定义的粗糙度因子(即，R≥1/cosθ，其中θ是润滑液在平整固体表面上的接触角)。例如，如果润滑液在特定材料的平整表面上具有50°的接触角，那么需要相对应的粗糙化的表面具有大于约1.5的粗糙度因子。

粗糙化的表面材料可以被选择成对润滑液是化学惰性的并且相对于润滑液具有良好的润湿特性。此外，粗糙化的表面形貌可以在一系列几何形状和大小尺度内变化以便提供与润滑液的所需要的相互作用，例如，润湿性。

在某些实施方案中，在润滑液之下的微米尺度/纳米尺度形貌增强了液体芯吸特性和润滑液对粗糙化的表面的粘附。因此，润滑液可以均匀地涂覆粗糙化的表面并且以任何倾斜角度截留在内部。

多孔材料的非限制性实例包括具有孔(例如，高长宽比的孔、圆柱体、柱，等等)的固体衬底、孔和一种或多种材料的三维互连的网状物(例如，3-D有序的胶体组装、嵌段共聚物，等等)、以及纤维材料的无规则的阵列(例如，滤纸、织物、电纺薄膜)。

可以使用的多孔或粗糙表面结构的非限制性实例包括聚合物(例如，聚砜、PDMS、以及聚吡咯)和疏水性多孔(例如，Teflon)材料。例如，所述粗糙化的表面可以由以下各物制造：聚合物(例如，环氧树脂、聚碳酸酯、聚酯、尼龙，等等)、金属、蓝宝石、玻璃、呈不同形式的碳(如金刚石、石墨、炭黑，等等)、陶瓷(例如，氧化铝)等。例如，含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟化乙丙烯等可以用作衬底。许多多孔材料是商业上可获得的，或可以通过许多已被充分确立的制造技术制成。例如，聚四氟乙烯(还以商品名“Teflon’和缩写“PTFE”’已知)过滤材料是商业上可获得的。在一些实施方案中，粗糙化的表面是由血液相容性材料制造，所述血液相容性材料的非限制性实例包括硅橡胶和聚砜。在某些实施方案中，粗糙化的表面是由任何适合的材料制造。在某些实施方案中，如果所需要的材料和形状是不导电的，那么可以通过施加薄薄的一层导电材料，如通过气相沉积技术、溅射、金属化技术等，来使所述材料和形状的表面导电。此外，所述多孔表面可以容易地在商业上重要的大表面积材料上形成。在必要时，可以进行表面官能化以便对固体表面进行改性，以使得与液体A相比，润滑液优选地润湿粗糙化的表面。

可以通过用于将凸起的结构制作到衬底上的任何已知方法来产生凸起的结构。非限制性实例包括模制至装置结构中、常规光刻、投影光刻、电子柬写入或光刻、沉积纳米线阵列、在衬底的表面上生长纳米结构、软光刻、复制模制、溶液沉积、溶液聚合、电聚合、电纺丝、电镀、气相沉积、接触印刷、蚀刻、喷珠、喷砂、转印图案化、微压印、自组装等。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以(例如)通过B.Pokroy，A.K.Epstein，M.C.M.Persson-Gulda，J.Aizenberg，Adv.Mater.21，463(2009)中描述的复制模制工序制成，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文。图案化表面还可以通过软光刻方法(参见，例如，J.Aizenberg和B.Pokroy，PCT/US2009/048880，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)来作为复制物(例如，环氧树脂复制物)获得。具有图案化表面的聚合物薄膜可以通过本领域已知的手段(例如，卷对卷压印或压花)来制作。举非限制性实例来说，预先产生的图案的复制阴模可以通过将预聚合物与硬化剂的混合物(例如，10：1的比例)倾注在图案上、接着在烘箱中热硬化来由聚二甲基硅氧烷、PDMS(例如，Dow-Sylgard184)制成。在冷却之后，可以剥落PDMS阴模并且用于通过将所需要的材料(例如，UV可硬化环氧树脂)倾注至所述阴模中来制作最终复制物。在使所述材料固化之后，可以剥落所述阴模，从而留下初始图案的复制物。然后，复制物的表面可以用低表面能涂料如(十三氟一l，1，2，2-四氢辛基)-三氯硅烷进行化学官能化。

例如，具有如图5A所图解的立柱阵列的硅衬底可以通过光刻使用Bosch的反应离子蚀刻方法来制作(如在Plasma Etching：Fundamentals and Applications，M.Sugawara等，Oxford University Press，(1998)，ISBN-10：019856287X中所描述，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)。

疏水性凸起的表面结构的阵列可以按微米尺度使用微模制技术制成。例如，粗糙表面结构可以是微米尺度的疏水性凸起的表面结构的阵列，如聚合物(如环氧树脂)中图案化的立柱和相交的壁(图10A-10C)。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以是三维多孔材料的表面(参见，例如，图5B至图5D)。多孔材料可以是具有足够厚度以便稳定润滑液的任何适合的多孔网状物，如约5μm至约1mm的厚度。此外，多孔材料可以具有任何适合的孔隙大小以便使润滑液稳定，所述孔隙大小如约10nm至约100μm

在另一个实施方案中，多孔氧化铝是通过如图5B中所示的阳极氧化方法来制造，其中铝衬底是在恒定电势下进行电化学氧化。孔隙的孔隙大小、孔隙间间距、以及长宽比可以通过调整电化学氧化方法的操作参数来进行调节。所述方法在衬底中产生多孔贯通孔，其中多孔孔的大小是近似50nm，长宽比大于10000(参见，Lee等，Nature Mater.5，741-47，2006，所述文献的内容是以引用额的方式全部并入本文)。

在一些实施方案中，机械或(电)化学方法可以用于使金属表面粗糙化。可以将粗糙化的和非润湿的材料直接地喷涂至金属表面上。通过在水中煮沸在铝表面上的勃姆石(γ-AlO(OH))形成也可以用于使金属表面如铝粗糙化。疏水性聚合物纳米纤维的旋转喷射纺丝和适当的引物的分层沉积还可以用于使衬底粗糙化以用于在SLIPS中使用。

在另一个实施方案中，如图5C中所示的二氧化硅的长程有序的多孔结构可以通过牺牲性聚合物胶体颗粒与水解硅酸盐溶胶一凝胶前体溶液的蒸发性共组装方法来产生。所述方法产生厘米级或更大的无裂纹的多孔表面，孔隙大小为约100nm至约1000nm，且孔隙率为约75％。(参见，Hatton等，Proc.Natl.Acad. Sci.107，10354-10359，2010和于2011年2月11日提交的美国专利申请号13/058,611，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)。

参见图5D，基于聚合物的多孔膜(如医用级PTFE)可以通过将PTFE粉末与润滑液进行混合以便形成糊状物来制成。然后，可以通过如挤出模制的方法将糊状物模制成所需要的形状。然后可以将模制 的PTFE膜加热至低于它的熔点以便驱散润滑剂。此后，可以形成多孔PTFE膜(参见美国专利号5,476,589，所述专利的内容是以引用的方式全部并入本文)。

在另一个实施方案中，多孔材料可以通过电沉积方法(如STEP方法)(STEP=通过电沉积在图案化的衬底上结构转化，参见，于2011年7月19日提交的PCT申请号PCT/US11/44553和Kim等，Nano Lett.，发表中，(2011)，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)在金属表面上原位产生。可以控制电沉积条件以使得导电聚合物的纳米纤维可以在导电表面上形成。可以进一步控制电沉积条件以便提供所需要的纳米纤维直径和间距。在某些实施方案中，可以控制电沉积条件以便提供任何其它所需要的形态，所述形态可以提供另外的稳定润滑层的手段。

导电有机聚合物的形态可以通过改变沉积条件如单体的浓度、电解质和缓冲液的类型、沉积温度和时间、以及电化学条件如施加的电势来进行控制。例如，增加电化学溶液中的单体的浓度、所施加的电势、和/或温度通常导致更快的聚合速率和在生长过程中的许多寄生成核部位，从而产生类似于花椰菜的形态(参见图24A)。相比之下，更低浓度的单体、更低的施加的电势、以及更低的温度可以导致具有基本上均匀的直径的纳米纤丝生长(参见图24B)。单体的浓度或所施加的电势的进一步减少可以导致具有低表面覆盖率的聚合物纳米纤维的短棒(参见图24C)。在另一个实例中，增加电解质和缓中液的类型以便获得酸性更强的溶液可以导致花椰菜形状的形成(参见图24A)或聚合物的过度生长(参见图24D)。在另一个实例中，可以使所施加的电压循环，从而导致所沉积的聚合物层的不同氧化态，所述不同氧化态经常表现为颜色变化(例如，随着增加的施加的电压从深蓝色到绿色然后到淡黄色)。在另一个实例中，所施加的电压可以在恒定电压下脉冲以便仅在下层微立柱结构的尖端上形成聚合物，从而导致蘑菇样形态(参见图24E)。因此，可以从纳米尺度到超过微米尺度来精细地控制导电有机聚合物的形态，并且可以通过简单的修饰来产生具 有精确控制的形态的表面涂层，所述涂层通过形态的设计和控制来保证不同表面特性的定制。

在其它实施方案中，粗糙化的表面被进一步官能化以便改善润滑液所致的润湿。表面涂层可以通过本领域熟知的方法来实现，包括等离子体辅助的化学气相沉积、化学官能化、溶液沉积、以及气相沉积。例如，含有羟基(即，-OH)的表面可以用不同的商业上可获得的氟硅烷(例如，十三氟-1，1，2，2-四氢辛基一三氯硅烷、十七氟-1，1，2，2-四-氢癸基三氯硅烷，等等)进行官能化以便改善由低表面张力流体所致的润湿。在某些实施方案中，具有天然氧化物的许多材料如硅、玻璃、以及氧化铝可以使用如等离子体处理的技术来活化以便含有-OH官能团。在活化之后，气相沉积抑或溶液沉积技术可以用于附着硅烷以使得可以产生具有低表面能的表面。对于气相沉积，沉积可以通过使表面暴露于硅烷蒸气来进行。对于溶液沉积，沉积可以通过将表面浸渍在硅烷溶液中、接着在沉积之后清洗并且吹干来进行。对于分层沉积，引物的分层沉积之后接着施加牺牲性珠粒与液体B的混合物，将所述混合物干燥并且硬化。去除所述珠粒以便产生连续的多孔Teflon样表面。

在一些其它实施方案中，当表面上不存在羟基基团时，表面可以通过首先用金属(如金或铂)的薄膜涂覆它来进行官能化，并且所述金属薄膜可以用不同的商业上可获得的具有低表面能的硫醇(例如，庚烷硫醇、全氟癸烷硫醇，等等)进行官能化。类似地，气相沉积或溶液沉积技术可以与对于使用(例如)烷硫醇溶液进行硅烷沉积所描述的类似地进行。

在另一个实施方案中，粗糙化的多孔衬底可以通过喷雾方法来产生，其中由微小颗粒/纳米颗粒组成的乳液被喷雾至平整固体表面上(图14A1)。这些颗粒在溶剂干燥后组装到粗糙化的固体层中。所述固体层然后可以由润滑液浸润(图14A2)(所述润滑液还可以通过另外的喷雾来施加)。图14A示出通过喷雾方法粗糙化的表面。此处，衬底 140是通过将微粒物质142喷雾或沉积在衬底140上以便产生多孔涂层(A1)来粗糙化并且用润滑液144浸润粗糙化的表面。可以被喷雾至平整固体表面上以便形成粗糙化的多孔材料的微小颗粒/纳米颗粒的非限制性实例包括二氧化钛、二氧化硅、纳米金刚石、金属(如银、金、铂、铜、金、钯、锌、以及钛)，羟基磷灰石(HAp)纳米颗粒。

在一个或多个实施方案中，粗糙化的多孔衬底是通过化学或物理蚀刻产生，所述蚀刻包括机械粗糙化如喷珠和喷砂。参见图14B，衬底140通过蚀刻来粗糙化(B1)。蚀刻剂148由预形成的管道146携载并且沉积至衬底140上以便产生粗糙化的表面。所述表面被粗糙化后，将它用液体(未图示)或硅烷蒸气150进行官能化(B2)，并且用润滑液144浸润(B3)。

在其它实施方案中，粗糙化的多孔衬底是通过在所述表面上生长纳米结构化的材料来制成。在图14C中，纳米结构化的材料152在衬底140的表面上生长以便产生粗糙化的表面(C1)，所述粗糙化的表面用液体(未图示)或硅烷蒸气150进行官能化(C2)并且用润滑液144灌注(C3)这些纳米结构的非限制性实例包括PPy纳米纤维、碳纳米管等。纳米结构就位后，所述表面可以通过硅烷化来进行化学官能化(图14C2)并且用润滑液浸润(图14C3)。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以在多种平坦的或非平坦的表面上形成或被施加至平坦的或非平坦的表面上(参见图7和图8A-8B)。例如，图8B示出附着至圆柱形固体核心的外表面的多孔膜。它还可以附着至管和其它不规则的形状的衬底的内表面、外表面、或内表面和外表面。

在某些实施方案中，固体表面可以是大致上平整的。当所述平整表面的临界表面能高于功能性润滑液的表面张力时，这种情况可能是适用的。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以具有比得上或小于待被排斥的材料的孔隙。例如，可以利用小于原生动物(例如，10μm)、细菌(例如，1μm)、病毒(例如，0.1μm)等的大小的孔隙大小。

在一个或多个以上实施方案中，被施加有SLIPS的表面的非限制性实例包括套管、连接器、导管(例如，中央管线、外周插入的中央导管(PICC)管线、泌尿、血管、腹膜透析、以及中央静脉导管)、导管连接器(例如，鲁尔-锁(Leur-Lok)和无针连接器)、夹具、皮肤钩、护套、牵引器、分流器、针、毛细管、气管内插管、呼吸器、相关联的呼吸器管线、药物递送媒介、注射器、显微镜载玻片、平板、薄膜、实验室工作台、孔、孔板、陪替氏培养皿、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、管线连接器、柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、槽、器官、器官移植物、或器官组件(例如，子宫内装置、除颤器、角膜、乳房、膝置换物、以及髋置换植入物)、人工器官或其组件(例如，心脏瓣膜、心室辅助装置、全人工心脏、耳蜗植入物、视觉假体、以及其组件)、牙科工具、牙科植入物(例如，根形、板形、以及骨膜下植入物)、生物传感器(例如，葡萄糖和胰岛素监测器、血氧传感器、血红蛋白传感器、生物微机电装置(bioMEM)、败血症诊断传感器、以及其它蛋白质和酶传感器)、生物电极、内窥镜(子宫镜、膀胱镜、羊膜镜、腹腔镜、胃镜、纵膈镜、支气管镜、食管镜、鼻镜、关节镜、直肠镜、结肠镜、肾镜、毛细血管显微镜、胸腔镜、食管镜、喉镜、以及脑镜)、伤口敷料(例如，绷带、缝线、U形钉)、以及其组合。

润滑液(液体B)

选择润滑液以便产生本质上光滑、稳定、且无缺陷的流体表面。所述润滑液应该浸润、润湿、并且稳定地粘附至衬底。此外，它相对于固体衬底和待排斥的流体应该是化学惰性的。在某些实施方案中，当被提供在粗糙化的表面上时，润滑液具有形成大致上在分子上平整的表面的能力。在某些其它实施方案中，当被提供在粗糙化的表面上 时，润滑液具有形成大致上在原子上平整的表面的能力。在一个或多个实施方案中，润滑剂是大致上不可压缩的。

此外，润滑液能够排斥不混溶的流体，并且特别是具有任何表面张力的生物流体。例如，待排斥的流体与润滑液之间的混合的焓可以是足够高的(例如，水和油)以使得当混合在一起时它们彼此相分离。在某些实施方案中，可以选择润滑液以使得待排斥的流体具有小的或大致上无接触角滞后。例如，可以获得小于约5°、2.5°、2°、或甚至小于1°的的接触角滞后。低接触角滞后促进在低倾斜角(例如，＜5°)下的滑动，从而进一步增强表面的流体排斥特性。

给定润滑液的排斥流体的能力的有效性可以通过本领域已知的可视化技术来进行确认，所述技术包括荧光显微术和扫描电子显微术(SEM)。

在一个或多个实施方案中，润滑液相对于固体表面和生物流体是惰性的。润滑液容易地流入粗糙化表面的凹处并且通常当提供在粗糙化的表面上时具有形成超平滑表面的能力。图4A示出由斜面环氧树脂制备的平整表面的非结构化的表面410上的全氟-三戊胺(本文由商品名“FC-70”提及)润滑液的液滴400。虚线表示衬底的上表面的位置。液滴在平整表面上铺展，但保持液滴形式。图4B示出具有纳米结构的、相同组成的示例性粗糙化表面420上的相同润滑液，所述纳米结构的特征在插图中示出。如所示，所述纳米结构极大地增强润滑液在表面上的润湿，从而在形貌上产生均匀涂覆的光滑功能层。所得到的超平滑表面能够排斥流体，包括但不限于生物流体和溶液或悬浮液中的颗粒。

润滑液可以选自多种不同流体。这些流体可以基于它们的生物相容性、低(或高)毒性、抗凝结性能、在生理条件下的化学稳定性、以及从装置的表面浸出的水平进行选择。例如，被批准用于生物医学应用(例如，血液代用品、MRI造影剂)中的化合物，如全氟化烃和有机 硅酮化合物(例如硅酮弹性体)，可以用作润滑液。在一个或多个方面，润滑液是化学上惰性的、高密度生物相容流体，润滑液的非限制性实例包括全氟烷基叔胺(如全氟三-正戊胺、FC-70、全氟三-正丁胺FC-40，等等)、全氟烷基硫化物和全氟烷基亚砜、全氟烷基醚、全氟环醚(像FC-77)和全氟聚醚(如由DuPont的KRYTOX家族的润滑剂)、全氟烷基膦以及全氟烷基膦氧化物，并且使用其组合。.此外，长链全氟化羧酸(例如，全氟十八酸和其它同系物)、氟化膦酸、氟化硅烷、以及其组合可以用作液体B。全氟烷基可以是直链的或支链的。

在某些实施方案中，润滑液具有高密度。例如，润滑液具有多于1.0g/cm³、1.6g/cm^3、或甚至1.9g/cm³的密度。在某些实施方案中，润滑液的密度大于生物流体的密度以便增强流体排斥性。高密度流体减少冲击流体‘沉降’在润滑液的表面以下并且变成夹带在其中的倾向。在某些实施方案中，液体A的密度可以低于润滑液的密度。例如，液体A的密度可以比润滑液的密度低至少约1.5倍。

在某些实施方案中，润滑液具有低蒸发速率，如小于100nm/s、小于10nm/s、或甚至小于1-2nm/s。润滑液应以足以覆盖衬底的粗糙表面并且提供超平滑表面的厚度来进行施加。将润滑液典型厚度取为约10μm的并且取约1-2nm/s的蒸发速率，SLIPS可以在无任何再填充机制的情况下保持高度流体排斥持续较长一段时间。

在某些实施方案中，润滑液具有低冻结温度，如小于-5℃、-25℃、或甚至小于-50℃。具有低冻结温度允许润滑液维持它的光滑行为以便在一定温度范围内排斥多种液体或固化流体(如冰等)。

在实验上，观察到当润滑液的运动粘度小于1cm²/s时，对象A可以在润滑液的表面上变得高度可移动。由于液体粘度是温度的函数(即，液体粘度随着温度的增加而减少)，需要选择在特定温度范围下在上述粘度(即，＜1cm²/s)下操作的适当的润滑剂。具体来说，在小于-80℃至大于260℃范围的温度下，在所指定的粘度下可以找到各种 不同的商业上可获得的润滑液，如全氟化油(例如，3M^TM Fluorinert^TM和DuPont^TM 油)。例如，DuPont Krytox油的液体粘度的温度依赖性作为具体实例在表1中示出(注释：数据是由DuPont Krytox油的制造商提供)。

表1.DuPont Krytox油的液体粘度的温度依赖性

对象A与液体B的粘度影响SLIPS的性能。由于SLIPS的液体排斥性是由液体B的存在而赋予的，因此液体B的粘度可以影响SLIPS的液体排斥性的物理特征，如对象A的速度。液体B粘度越高，给定液体A的移动性将越低。

对于恒定粘度的液体A来说，它在SLIPS上的速度随着液体B的增加的粘度而减少。例如，参见图36，对于50μL的绝对粘度为1cP的液体A，它在SLIPS上的速度在液体B的粘度为13cP、140cP、以及990cP的情况下分别是约17cm/s、约5.8cm/s、以及约0.98cm/s。因此，为了增强液体A在SLIPS上的速度，需要使用具有较低粘度的液体B。这个总体趋势对于粘度在1cP至1000cP范围内的液体A是一致的。

润滑液可以按任何所需要的厚度沉积，条件是润滑液的顶表面形成超平滑表面并且被保持并且与下层表面相互作用。如果液体层太厚，那么上表面从下层表面‘释放’并且将与液体A一起从SLIPS表面流动。与下层表面相互作用并且由下层表面保持的液体层被称为液体层的‘特征厚度’。特征厚度将取决于下层表面和环境条件(例如，温度、压力，等等)而不同。大致上近似于表面粗糙度峰到谷距离的薄膜厚 度提供衬底与润滑液之间的良好流体-固体相互作用。当固体结构在垂直于水平面的位置处倾斜时，具有低于特征长度尺度的厚度的润滑液保持基本上粘附至粗糙化的表面，而高于特征长度的流体层可以流动，从而产生流线(表面缺陷)并且破坏流体表面的平整度。例如，当峰至谷高度是约5μm时，润滑液的非限制性厚度(如从粗糙化的表面的谷所测量)是近似5-20μm。

在某些实施方案中，润滑液可以通过将数滴流体吸移至粗糙化的表面上、或通过将粗糙化的表面浸渍到携载润滑液的储器中来进行施加。在一些实施方案中，可以将润滑液喷雾、浇铸、或抽吸到粗糙化的表面上。润滑液可以通过毛细管作用浸润粗糙化的表面，所述润滑液可以润湿所述粗糙化的表面并且在所述表面之上形成薄膜。润滑液和粗糙化的表面都可以通过双喷雾方法来产生，其中首先将由纳米颗粒/微小颗粒组成的乳液喷雾至平整固体表面上以便形成大致上粗糙化的固体层，并且然后可以将润滑液喷雾至这个新形成的层用于进一步浸润。此外，润滑液可以通过毛细管作用浸润至粗糙化的表面的孔隙中并且在所述粗糙化的表面之上形成超平滑薄膜。在某些实施方案中，当提供足够量的润滑液时，润滑液可以润湿整个粗糙化的表面结构并且在下层粗糙化的表面上形成超平滑薄膜。

液体B的容易补充性

使用多孔材料的另一个有利特征可以是散装材料内毛细管网的存在，所述毛细管网可以进一步增强液体B穿过孔隙的运输。多孔结构可以在表面处提供补充流体并且可能适用于解决液体B从SLIPS表面的蒸发或其它材料损失。例如，在一部分液体B由于蒸发、突然压力净化、物理损伤等在材料的表面处减少的情况下，液体B可以通过这些网状物中的毛细管作用进行补充。补充液体B是通过毛细管芯吸抽吸穿过衬底的多孔本体以便更新SLIPS的上表面。在某些实施方案中，多孔材料本身可以用作流体储器，以便储存液体B用于随后毛细管再填充目的。

在某些实施方案中，如图9A中所示，为了进一步延长本公开的光滑表面的寿命，可以将多孔材料905连接至安置在固体衬底901上的外部流体储器903，其中多孔材料905内的毛细管网可以帮助将液体B从流体储器903转移(例如，经由芯吸)至多孔材料905。

图9B示出替代实施方案，其中具有多孔材料905作为粗糙化的表面的SLIPS是在圆柱形管的内表面中形成。如所示，圆柱形管901具有用作液体B的流体储器的第一环形区域903，然后是具有多孔材料905的SLIPS的内环形区域，所述内环形区域围绕着用于液体A的流动的空心区域907。在操作中，环形区域903中的液体B转移(例如，经由芯吸)至多孔材料905中以便形成SLIPS，并且液体A可以流动穿过所述空心区域，其中在905与907之间的界面处有少量至没有阻力。

图9C示出另一个实施方案，其中SLIPS是在任意形状的流动路径的内表面中形成。如所示，底部衬底901具有用作液体B的流体补充源的通道903，所述通道联接至SLIPS的多孔材料905。多孔材料905是通过将具有相配合的凹陷区域的底部衬底901与具有形成在其上的大致上平整的多孔材料911的顶部衬底909相组合形成。所述顶部与底部衬底部分的组合形成用于液体A的流动的空心区域907。

图9D示出关于如何能够形成图9C的底部衬底901和SLIPS905的一些光学显微照片。如所示，可以将具有孔隙的三维无规则的网状物的TEFLON滤纸930放置在界定任意流动路径的阳模940与阴模950之间，并且可以将阳模940和阴模950按压在一起以便在TEFLON滤纸930上复制所述流动路径图案。可以将模板TEFLON滤纸930放置在阴模950内部，所述阴模现在用作图9C的底部衬底901，并且可以将用作SLIPS911的具有另一个大致上平整的TEFLON滤纸的大致上平整的衬底909施加至其上(未图示)，以便形成图9C中所示的流动路径907。阴模950可以进一步包括用于根据需要补充液体B的通道903(未图示)。

图35示出SLIPS的数个其它非限制性实施方案和如何可以将液体B补充至这些实施方案的每个中的SLIPS。左栏对应于以下系统，其中SLIPS暴露于介质X与液体A(作为液滴示出)。右栏对应于以下系统，其中SLIPS大致上仅暴露于液体A(作为两个SLIPS之间的填料(plug)示出)在任一系统中，可以根据需要将液体B补充至SLIPS。顶排示出存在有限量的液体B的情景。中间一排示出存在大的液体B源(例如，从补充SLIPS所需的液体B的量的观点来看实际上无限的源)的情景。底排示出可以根据需要手动或自动地喷雾液体B来补充液体B的情况。如所示，许多不同的构造和它们的派生物是可能的。

应注意虽然本文描述的实施方案是指多孔材料，但是可以利用本文描述的任何其它适合的粗糙化的表面。

衬底-润滑液组合

SLIPS可以承受近似10³-10⁷Pa的流体冲击压力(例如，比当今技术水平的表面高至少一个数量级至五个数量级)，并且能够在临界物理损伤时以近似100ms至1s的快速自修复时间(即，比当今技术水平的表面快4个数量级)使它们自己恢复至异常的液体排斥性。

在某些实施方案中，可以选择润滑液和粗糙化的表面以使得它们具有快速自修复特性。如本文所用，“自修复”是指在物理冲击(例如，损伤)之后超平滑(并且甚至基本上在分子上平整的)表面的再形成。润滑液是在由磨损或冲击所致的对多孔材料的损伤之后快速恢复流体排斥功能的自修复涂层。自修复在润滑液通过表面能量驱动的毛细管作用朝向衬底的损伤区域流动以便自发地填充物理空隙时发生。恢复时间是润滑剂粘度的函数。例如，对于Krytox100来说，自修复时间是近似150ms至1s。对于比Krytox100的粘度更大的Krytox103来说，自修复时间是近似O(10s)或以上。在一个或多个实施方案中，流体移位的恢复时间是小于一秒。在其它实施方案中，恢复时间是零点几秒。在其它实施方案中，取决于所承受的损伤的量和所使用的润滑 液和衬底的特征，恢复时间是50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、100ms、110ms、120ms、130ms、140ms、150ms、160ms、170ms、180ms、190ms、200ms、210ms、220ms、230ms、240ms、250ms、1秒、5秒、10秒、30秒、60秒、90秒、120秒或以上。液体排斥表面的自修复行为可以是润滑液与粗糙化的表面之间的相互作用以及润滑液的粘度的函数。润滑液的典型运动粘度是在0.10cm²/s至10cm²/s的范围中。参见图28和29，颗粒冲击或刮擦可以通过(例如)破坏或去除表面的小面积的形貌特征而损坏表面。在一个实施方案中，对于FC-70润滑液在基于环氧树脂的SLIPS上的约50μm流体移位所测量的自恢复时间仅是约150ms(图28A)。典型地，冲击还可以使润滑液移位，从而产生刮痕或凹坑并且使衬底表面暴露。然而，由于润滑液的芯吸能力和良好润湿特性，液体层可以流动返回以便再填充凹坑或划痕并且再生平滑流体表面。图28A示出时间推移图像，这些图像示出的SLIPS在近似100ms的时间尺度上自约50μm宽的物理损伤的自修复能力。图28B是可能发生的损伤的类型和恢复光滑液体表面的修复过程的示意图。具有额外流体的储器可供用于使流体层厚度‘完成(top off)’，以便维持所需要的厚度。甚至更意外的是，SLIPS可以重复地对承受大面积的物理损伤的表面恢复流体排斥功能。图29是根据某些实施方案示出在临界物理损伤之后的液体排斥功能的恢复的图表(测试液体＝癸烷，γ_LV＝23.6±0.1mN/m)。

在某些实施方案中，粗糙化的表面可以进行官能化，以使得所述粗糙化的表面的临界表面能高于润滑液的表面能；在这些条件下，润滑液的完全润湿可以在整个粗糙化的表面上自发地发生。

在某些实施方案中，当粗糙化的表面的临界自由能低于润滑液的表面能时，所述粗糙化的表面可以被提供有高粗糙度，以便促进润滑液在粗糙化的表面的孔隙内的润湿。

在某些实施方案中，润滑液具有的表面能小于所述粗糙化的表面的表面能。一般来说，当液体B的表面能低于下层粗糙化的表面的 表面能时，它倾向于良好地润湿固体。更具体地说，液体的铺展取决于铺展参数(S)，其中S=[E_衬底]_干燥-[E_衬底]_润湿=γ_SO-(γ_SL+γ)，其中γ_SO、γ_SL、以及γ分别为在固体／空气、固体／液体、以及液体／空气界面处的表面能。如果S>0，那么液体完全润湿表面，而如果S<0，那么液滴部分润湿表面。(参见，例如，P.-G.deGennes，F.Brochard-Wyart，D.Quere，Capillarity and Wetting Phenomena：drops，bubbles，pearls，waves，Springer(New York，NY)，2004，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)。因此，在某些实施方案中，液体B的表面能使得铺展参数S是正的。

在某些实施方案中，粗糙化的表面的临界表面张力(即，γ_c-S)可以是比得上或低于润滑液的表面张力(即，γ_LV-B)的。例如，粗糙化的表面的临界表面张力可以是比润滑液的表面张力低至少1.25倍。

在某些实施方案中，润滑液(并且类似地液体A)可以是与粗糙化的表面不反应的。例如，可以选择粗糙化的表面和润滑液(或待排斥的液体)以使得所述粗糙化的表面在与润滑液(或待排斥的液体)接触后不会溶解。具体的说，全氟化液体(润滑液)工作异常良好，以排斥广泛范围的极性和非极性液体A以及它们的固化形式。

可以采用以上描述的粗糙化的表面与润滑液的任何适合的组合。例如，作为润滑液的全氟化液体和由聚合物(例如，环氧树脂、硅酮、以及Teflon)制成的纳米结构化的表面可以用作粗糙化的表面，所述聚合物用末端官能团-CF₃或其它类似的氟碳基团进行化学官能化。包括蓝宝石、金刚石、硅、玻璃、以及金属(例如，铝)的其它材料还可以用于适合的化学官能化方案。

预期可以将SLIPS并入以下环境中：(1)其中润滑液基本上仅暴露于对象A，或(2)其中润滑液暴露于对象A与另一个流体环境，如介质X(例如，大气、水下，等等)。

当将SLIPS并入第一环境(例如，在医用管线的内部之中、在医用管线的外部之外等)中时(参见图9B)，可以通过满足等式(e1)中所示的条件来选择固体／润滑剂／不混溶的测试液体的工作组合。

△E₀=γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX>0 (e1)

其中γ_AX和γ_BX分别表示对象A-介质X界面和润滑液-介质X界面的表面能。同样，θ_AX和θ_BX分别是对象A和润滑液在浸渍在介质X环境之下的平整固体表面上的平衡接触角。

换句话说，当将SLIPS并入第二环境中(例如，暴露于大气／水下／其它不混溶的流体环境)时，满足以下两个条件可以提供适合的SLIPS。

△E₁=R(γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX)-γ_AB>0 (e2)

△E₂=R(γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX)+γ_AX-γ_BX>0 (e3)

其中γ_AB表示对象A-润滑液界面的表面能。

此外，当在完全浸渍的环境(即，空气／水／其它不混溶的流体)中操作SLIPS时，对象A与介质X之间的密度差还可以对流体排斥性起作用。例如，为了使对象A通过重力从SLIPS滑落，对象A的密度P_A可以合意地大于介质X的密度P_X(即，P_A>P_X)。此外，对象A的大小可以近似为或大于它的毛细管长度。具体地说，毛细管长度是量化对象上的体积力对表面力的优势度(dominance)的特征长度尺度，可以定量地表达为(γ/ρg)^1/2，其中γ、ρ、以及g分别是液体的表面张力和密度、以及重力。

利用以下标准技术可以获得或估算出(e1)、(e2)以及(e3)中所提到的不同参数(即，θ_AX、θ_BX、γ_AX、γ_BX、γ_AB、R)。虽然描述了以下标准技术，但是可以利用其它技术。

表2A示出基于所提出的关系式R(γ_BXcosθ_BX-γ_AXcosθ_AX)+γ_AX-γ_BX>0的预测的光滑表面的固体、液体A和B的工作组合的实例。当所述关系式成立时，润滑液将保持与多孔固体密切接触，而不会被液体A移位。注意平衡接触角是由平整的固体表面上的液体A和润滑液的前进和后退接触角的平均值估算的。满足所述关系式可以帮助促进光滑表面的操作稳定性，其中液体层基本上完全被测试液体覆盖(即，涉及测试液体与液体层之间的单个流体界面的两相环境)并且其中液体层接触测试液体的液滴以及空气(即，涉及(i)测试液体-液体层、(ii)测试液体-空气、以及(iii)液体层-空气的三个流体界面的三相环境）。

在表2A中，“Y”指示液体B形成稳定的润滑薄膜，并且没有被对象A移位，并且“N”指示液体B被对象A移位。R表示衬底的粗糙度因子，γ_A表示对象A的表面张力，并且γ_B表示对象B的表面张力。θ_A和θ_B是由所测量的平整衬底上的静止接触角、由至少三个单独测量值估算出的(参见表2B)。

表2A.不同固体-液体A-液体B组合的控制关系与实验观察的比较

表2B.各种液体在不同平整固体上的测量的接触角

表2C.不同极性和非极性液体的测量的表面张力

应注意γ_A和γ_B与在文中所定义的γ_AX和γ_BX是等效的，并且介质X在此背景下具体地是空气。变量γ_AB表示对象A-液体B界面的界面张力。具体地说，水-全氟化碳和烃-全氟化碳界面的γ_AB是通过悬滴方法来测量(参见表2D)，水-烃界面除外，所述水-烃界面是从下式估算的：，其中和是液体表面张力的分散力贡献(Fowkes，F.M.，Ind.Eng.Chem.56，40-42，1964；Israelachvili，J.N.Intermolecular and SurfaceForces，Academic Press，2011)。水表面张力的分散力贡献是21.8mN／m(Fowkes，F.M.，Ind.Eng.Chem.56，40-42，1964）。S.环氧树脂表示硅烷化的环氧树脂衬底。烷烃以C_nH_2n+2表示，其中n=5、6、8、10、13、以及16。

表2D.全氟化碳与不同液体之间的测量的界面张力

一般来说，使粗糙化的固体与液体B之间的化学性质类似可能是重要的。例如，具有氟碳官能团的非极性液体B可以与用氟碳基团(例如-CF₃、-CF₂)进行官能化的粗糙化的固体表面粘附良好。在另一个实例中，极性液体B可以与用羟基(即，-OH)进行官能化的粗糙化的固体表面粘附良好。

在大多数情况下，可能需要使粗糙化的固体表面和液体B的表面能低于液体A的表面能以使得液体A不会使液体B从粗糙化的固体移位。

在某些实施方案中，当液体A是低表面张力非极性液体(例如，小于30mN／m)时，粗糙化的表面可以用低表面能涂料(例如，小于30mJ／m²)，如-CF₃、-CF₂H、-CF₃和-CF₂-、-CF₂-CF₃、-CF₂-CFH-、-CF₂-CH₂-、-CFH-CH₂-等进行官能化。此外，还可以选择液体B以便也展现出低表面能(例如，小于20mJ／m²)，如全氟三丁胺、全氟三-正戊胺、全氟己烷、全氟(2-丁基-四氢呋喃)、全氟环醚、全氟正烷基吗啉、全氟烷基醚、全氟三丙胺等。

在某些实施方案中，当液体A是高表面张力液体(例如，水，冷凝物)或固化流体时，液体B可以选自其它更高表面能流体(即，约20mJ／m²或更高)，如聚二甲基硅氧烷、其它液体硅酮弹性体或商业食品级润滑剂(例如，KRYTOX(TM)FG润滑剂)、油(例如，植物油或矿物油(参见图26B))等。图26中的图像(A)示出使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)液体(500MW，X粘度，OH-封端的，Sigma Aldrich)浸润至ePTFE膜(1μm，Sterlitech)中产生的SLIPS表面。图26中的图像(B) 示出使用橄榄油浸润至ePTFE膜(1μm，Sterlitech)中产生的SLIPS表面。在两种情况下，发现血液不润湿所述表面，并且滚落，而不粘附至所述表面。在某些实施方案中，与低表面张力液体一样，粗糙化的表面可以用低表面能涂料(例如，小于30mJ／m²)，如-CF₃、-CF₂H、-CF₃和-CF₂-、-CF₂-CF₃、-CF₂-CFH-、-CF₂-CH₂-、-CFH-CH₂-等进行官能化。

表3示出衬底、润滑液(液体B)、以及待排斥的液体(液体A)的组合的一些非限制性实例。例如，在一个实施方案中，固体衬底可以选自由聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚四氟乙烯等组成的组。在这个实施方案中，可以将润滑液如液体硅酮弹性体(例如，聚二甲基硅氧烷)、植物油或矿物油、液烃、以及其组合施加至所述固体衬底，以便产生SLIPS表面以排斥如简单的水性流体(例如，水)、复杂的水性流体(例如，血液)、固化流体、以及其组合的材料(表3，第1排)。

在另一个实施方案中，固体衬底可以选自由以下各项组成的组：氟硅烷化的金属(例如，氟硅烷化的铝、银、金、铂、铜、金、钯、锌、钛等)、氟硅烷化的天然聚合物(例如，氟硅烷化的合成聚合物(例如，氟硅烷化的环氧树脂、硅酮、硅酮橡胶、胶乳、聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟化乙丙烯、热塑性弹性体、Teflon等)、以及其组合。可以将润滑液如全氟化流体施加至这些固体衬底以便排斥任何非全氟化液体(表3，2排)。

表3.用于制成SLIPS表面的材料的组合的实例

在一些实施方案中，可能需要具有光学透明的SLIPS。通过选择具有匹配的折射率的衬底和润滑液，可以使SLIPS在可见和／或近红外波长中是光学透明的(图16A-16C)。图16A示出显示与非灌注的超疏水性纳米结构的表面(右)在可见光范围中的显著散射相比，基于环氧树脂的SLIPS(左)的增强的光学透明性的光学图像。图16B示出基于环氧树脂的SLIPS在可见光范围（400-750nm)中的光透射测量值。图16C示出基于Teflon的SLIPS在近红外范围(800-2300nm)中的光透射测量值。例如，图34示出通过用全氟化碳(FC-70)(B)浸润高度有序的纳米多孔SiO2玻璃层(A)制成的透明SLIPS表面的图像。当完全浸润时，所述层是高度透明的(C)。

Θ_ax、Θ_bx：前进角和后退角、静止角的测量

液体在表面上的行为通过平衡接触角来进行描述。平衡接触角θ是液体／蒸气界面接触固体表面的角度，所述角度是由三个界面(例如，固体／液体／蒸气)上的相互作用来确定。在实验上，液滴在真实表面上的最稳定的平衡接触角可能是难以达到的。安置在表面上的液滴展现出由两个极端值约束的多个接触角。上限值被称为表观前进接触角(θ_A），而下限值被称为表观后退接触角(θ_R)。这些值之间的差被称为接触角滞后(即，△θ=θ_A-θ_R，其中θ_A>θ≥θ_R)，所述接触角滞后表征表面的液体排斥性。常规地，平衡接触角可以通过前进角和后退角的平均值(即，θ=(θ_A+θ_R)／2)、或通过静止接触角θ_静止(即，θ=θ_静止)来进行粗略地估算。

实际上，接触角测量可以通过多种不同的已充分确立的技术(如固着液滴法和Wilhelmy法)来执行。具体来说，固着液滴法是用于接触角测量的最普遍技术之一。在这种技术中，将液滴沉积在所靶向的固体表面上，其中通过测角仪的光学系统捕获液体轮廓并且在几何上进行拟合以便获得接触角。从沉积在表面上的静止液滴测量的接触角被称为静止接触角θ_静止。使用相同的系统，当液滴的体积增加直到湿润线开始前进时，可以测量前进接触角θ_A。可以通过减少液滴的体 积并且就在湿润线后退之前测定接触角来测量后退接触角θ_R。或者，液滴的前进角和后退角还可以通过逐渐倾斜固体表面直到液滴开始移动来测定。

流体-流体界面张力γ_AX、γ_BX、γ_AB的测量

流体-流体界面张力可以通过许多充分确立的技术进行测量，所述技术如Wilhelmy平板法、Du Noüy环法以及悬滴法(例如，参见Drelich等，Encyclopedia ofSurface and Colloid Science中第3152至3166页，Marcel Dekker Inc，2002，所述文献的内容是以引用的方式全部并入本文)。在所有技术之中，悬滴法是最普遍的和通用的技术之一，其可以容易地扩展至双液系统。悬滴法测量流体-流体界面的形状并且量化由于流体-流体界面张力与重力之间的竞争所引起的形状扭曲。实际上，一滴更致密的流体(例如，对象A)通过注射针悬浮在介质X(即，空气／水／润滑液)中。由于重力的影响，更致密的液滴将随着液体体积的增加而变形。当液体体积增加至最大可能的大小(即，在液滴从注射针分离之前)时，液滴的形状轮廓被光学系统捕获并且随后通过计算机软件进行分析。流体-流体界面的界面张力γ然后可以从公式γ=△ρgD²／H推导出，其中△ρ是两种不混溶的流体之间的密度差，g是重力，D是液滴的赤道直径，并且H是液滴形状依赖性参数，所述参数是液滴的形状轮廓的函数。

表面粗糙度R的测量

表面的粗糙度可以通过多种间接和直接方法来定量地估算。例如，量化表面粗糙度的最简单的间接方法之一是使用Wenzel关系式来通过测量表面的表观接触角来估算粗糙度。确切地讲，Wenzel关系式可以由式cosθ*=Rcosθ进行描述，其中θ*和θ分别是粗糙化的表面的所测量的表观接触角和大致上平整的表面(具有相同材料)的平衡接触角。

对于直接测量，表面粗糙度可以通过使用原子力显微镜或通过扫描电子显微镜来定量地测量。具体地说，使用原子力显微镜(AFM)允许表面形态的简单且直接的3维映射。实际上，取决于表面特征的长宽比来选择适合的AFM探针用于测量(注释：长宽比被定义为表面特征的高度与宽度之间的比率)。根据经验，具有非常高的长宽比(即，>10)的锐AFM探针(即，尖端曲率半径<10nm)将允许具有一般形态的表面的相对精确的测量。或者或另外，扫描电子显微镜的使用还可以用于表面形态的顶视图和截面图的测量，以用于估算表面粗糙度。

在某些实施方案中，3-D多孔材料的粗糙度可以通过测量多孔材料的最顶层的表面形态来进行估算。具体地说，当表面的完全湿润主要是由与流体密切接触的材料的表面层的粗糙度诱导时，估算可能是特别适合的。

在一些实施方案中，其中SLIPS用于排斥复杂生物流体，而不容许粘附、凝块形成、或积垢，润滑液是有机氟油(即，全氟化油，包括，但不限于，全氟烷基叔胺(如全氟三-正戊胺，FC-70；全氟三-正丁胺FC-40，等等)、全氟烷基硫化物、全氟烷基亚砜、全氟烷基醚、全氟环醚(像FC-77)、全氟聚醚(如DuPont的KRYTOX家族的润滑剂)、全氟烷基膦、以及全氟烷基膦氧化物)。

在某些实施方案中，本公开的光滑表面具有低于聚四氟乙烯(PTFE或TEFLON)的摩擦系数。在某些实施方案中，摩擦系数小于0.1、小于0.05，或甚至小于0.04。在某些实施方案中，摩擦系数可以针对抛光刚、Teflon、或本公开的光滑表面本身(例如，光滑表面／光滑表面)进行测量。

如图27A和27B中所示，存在两种工作构造用于本发明。在第一构造中，如图27A中所示，润滑液(液体B)外覆粗糙化的固体表面，并且形成超平滑表面。液体B可以润湿粗糙化的表面，从而填充所 述粗糙化的表面的丘和谷，并且在所述粗糙化的表面上形成超平滑表面。具体地说，液体B可以在粗糙化的表面上形成液体层，以使得液体层覆盖所述粗糙化的表面以便形成液体B的超平滑表面(图6A和6B)。在某些实施方案中，表面的平均表面粗糙度基于高分辨率原子力显微术测量是近似或小于约1nm。微结构／纳米结构的存在可以显著增强液体B的润湿，由此在所述形貌上产生均匀涂覆的光滑功能层。第一构造可以适用于排斥液体、气体、或包含在液体内的分子或微粒。

在图27B中所示的第二构造中，润滑液(液体B)浸润于固体纹理内，从而形成复合固体-液体界面。代替形成图27A的超平滑表面，润滑液(液体B)可以浸润粗糙化的固体表面并且在其上形成遵循下层粗糙化的固体表面的形貌的薄涂层。在某些实施方案中，所述薄涂层可以共形地涂覆粗糙化的表面的顶表面。如本文所用，“共形涂层”可以包涵形成围绕所述粗糙化的表面的材料的分子单层或多分子层。然而，所述“共形涂层”未足够厚到形成外涂层以便形成如图27A中所描述的超平滑表面。在某些实施方案中，第二构造可以特别适用于排斥呈固体形式的材料。

为了使润滑液(液体B)保持与粗糙化的表面附着，需要至少以下三种特性：(1)润滑液(液体B)容易吸入、润湿、并且稳定地粘附在衬底内，(2)粗糙化的表面优选由润滑液(液体B)而不是待排斥的材料润湿，并且(3)润滑液(液体B)和待排斥的材料是不混溶的。

对象A和润滑液组合

在某些实施方案中，润滑液的固化温度可以低于液体A的固化温度。在某些实施方案中，润滑液可以在液体A的固化温度以下维持它的液体状态，从而保持它的光滑特性。不希望受理论约束，可能存在至少两个原因将润滑液维持在液体状态中，甚至在液体A固化时。

首先，使润滑液维持在液体状态可以导致与待排斥的材料的固化形式与其它固体表面(即，粗糙化的表面)之间的界面处的粘附相比，在垂直于并且与衬底表面相切的方向上、在对象A与润滑液之间的界面处的粘附减少。表面之间的粘附可以与接触表面积成比例，其中由于与粗糙化的表面相比在界面处的较小的表面积，润滑液表面的平滑性可以将对象A与润滑液之间的接触面积最小化。减少的粘附可以有利于对象A在每单位面积力大大减少的情况下从润滑液表面的去除。

第二，润滑液的超光滑表面还可以在润滑液的表面冷却至低于液体A的固化温度的温度时减少液体A从空气的冷凝(即，假定液体A的气化形式存在于空气中)。这可能是由于以下事实：在润滑液表面上存在很少或甚至没有成核部位，这极大地减少所排斥液体的成核机率。因此，与其它固体表面相比，雾和霜(即，所排斥液体在微米尺度和纳米尺度下的固化形式)在所述表面上的形成可能要求更严谨的条件(例如，液体A在空气中的更低的温度或更高的蒸气压)。为了将润滑液维持在液体状态，润滑液的固化温度可以比液体A在大气压下的固化温度低25℃。

在某些实施方案中，润滑液的沸点可以高于液体A的固化温度。在某些实施方案中，润滑液可能能够在液体A的固化温度以上维持它的液体状态。此外，维持液体状态可以有利于所述表面被保持在液体A的固化温度以上的温度下时，液体A由于上述液体-光滑功能而从润滑液表面上的去除。这对于在表面除霜方面的应用可能是特别重要的，其中与其它固体表面相比，润滑液可以使用最少的能量输入(例如，在较低的温度下)进行除霜。为了将润滑液维持在液体状态，润滑液的沸点可以比液体A在大气压下的固化温度高2l5℃。

在某些实施方案中，假定对象A大于特征大小，当所述表面相对于水平面以一定角度倾斜时，待排斥的固体(或对象A)可以通过重力从润滑液的表面滑落。具体地说，当对象A的大小比液体A的毛 细管长度大得多时，重力对所述对象的作用可能是更显著的。具体地说，毛细管长度是量化对象上的体积力对表面力的优势度的特征长度尺度，所述毛细管长度可以定量地表达为(γ/ρg)^1/2，其中γ、ρ、以及g分别是液体的表面张力和密度、以及重力。例如，对象A可以比液体A的毛细管长度的至少大3倍。

在某些实施方案中，可以选择润滑液以满足固体A或对象A所需要的另外标准。例如，当对象A是生物对象时，可以选择润滑液以使得润滑液对对象A是无毒的，以使得对象A在不减少对象A的生物活性的情况下容易运输至所需要的位置。在另一个实例中，可以选择润滑液以使得润滑液对对象A是有毒的，以使得对象A的去除可以进一步与减少对象A的生物活性相结合。

多孔材料的某些优点

在某些实施方案中，使用具有高度物理粗糙度的多孔材料用于粗糙化的表面可能是特别有利的。所述物理粗糙度的存在不仅可以诱导润滑液的完全润湿，而且为多孔固体内的润滑液提供另外的毛细管粘附，以便进一步增强机械稳定性、芯吸特征以及将液体B“固持”“就位”(甚至在高倾斜角度下)的能力。

此外，使用多孔材料的另一个重要特征可以是：可能不需要表面的进一步结构化，因为物理结构已经包埋在散装材料内。在所述情况下，多孔材料可以是自支撑的、独立式的膜，所述膜可以附着／胶合／粘附至具有任何种类的几何形状的材料的外表面或内表面(参见图7和图8)。

此外，使用多孔材料的独特特征之一可以是散装材料内毛细管网的存在，所述毛细管网可以进一步增强液体B穿过孔隙的运输。例如，在一部分液体B由于蒸发、突然压力净化、物理损伤等而在材料的表面处局部消耗的情况下，液体B可以通过这些网状物中的毛细管作用有效地进行补充。在某些实施方案中，多孔材料本身可以用 作流体储器以便储存氟化液体，以用于随后的毛细管再填充(参见图8)。

在某些实施方案中，为了进一步延长本公开的光滑表面的寿命，还可以将多孔材料连接至外部流体储器或更大的储存容量，其中毛细管网可以帮助将液体从所述流体储器自主地转移至散装材料本身(参见图8)。

在某些实施方案中，多孔材料的孔隙大小可以粗略地近似为液体B的毛细管长度或更小。所述大小可以允许将液体B稳定在多孔材料中。毛细管长度λ_c可以被定义为其中γ是液体B的表面张力，ρ是液体B的密度，并且g是重力。

采取利用氟化液体作为液体B的示例性情况，氟化液体的表面张力在约l800kg／m³的典型密度下是在约10至20mN／m的范围中。典型的孔隙大小可以在约50nm至约100μm或多达约1mm、如约750μm至1mm的范围内。

在某些实施方案中，使用多孔材料用于粗糙化的表面可以提供比使用具有某些形貌的固体表面可以获得的高压力变化甚至更高的对压力变化的抵抗性。例如，虽然图5A中所示的2.5D(竖直挤出的)纳米结构化的结构可能能够承受近似为每秒10⁵Pa的最大速率的压力变化，但使用多孔材料(例如，Teflon膜)可能能够耐受高达约每秒6×10⁶Pa的压力变化，而不使液体B移位。不希望受理论约束，3D多孔材料的改善的压力耐受性可以归因于错综复杂的3D多孔网状物与液体B之间的增强的毛细管相互作用。

在某些实施方案中，使用多孔材料用于粗糙化的表面可以提供比使用具有某些形貌的固体表面(例如，“2.5D”纳米结构化的表面)可以获得的高压力稳定性甚至更高的压力稳定性。例如，使用多孔材料(例如，Teflon膜)可能能够耐受高达约6.9×10⁷Pa的绝对压力，而同时维持它的液体光滑功能。不希望受理论约束，3D多孔材料的改善的压 力耐受性可以归因于润滑层的不可压缩性以及液体渗透至多孔结构中的阻力。

微生物附着和生物膜形成的防止或减少

SLlPS可以排斥的材料(对象A)包括微生物如细菌。细菌主要存在于称为生物膜的稳固的、与表面相关联的群落中，所述群落在自然和人为环境中都普遍存在。由微生物附着引起的表面污染容易地发生，并且是朝向作为多细胞群落超有机体的细菌生物膜发展的第一步(De Beer，D.＆Stoodley，P.Microbial Biofilms.Prokaryotes1：904-937(2006)；O’Toole，G.，Kaplan，H.B.＆Kolter，R.Biofilm Formation as MicrobialDevelopment.Annu.Rev.Microbiol.54：49-79(2000)).成熟的生物膜抵抗范围广泛的抗微生物处理并且造成持久的致病性威胁。

细菌可以通过多种机制物理地附着至各种各样的表面——从亲水性的至疏水性性的(O’Toole等，2000；De Beer等，2006；O'Toole2003；Christensen等，1985；Costerton等，1987；Gristina，1987；Jacques等，1987)。典型的机制包括蛋白质通过物理或化学吸附的初始沉积(被称为条件层)，所述蛋白质的初始沉积是在细菌本身的附着之前。可以包含纤连蛋白、纤维蛋白原、胶原、以及其它蛋白质的条件膜几乎立即涂覆生物材料表面并且提供用于细菌或组织粘附的受体部位(Gristina，1987)。

生物膜形成对于工业和卫生保健而言是值得关注的，因为它造成配管、油井、热交换器、建筑通风、食物贮藏、医学植入物、以及其它系统的污染。生物膜通过触发免疫反应、释放有害内毒素和外毒素、以及阻塞留置导管而威胁人类健康；事实上，生物膜造成了美国每年接近100,000例的医院内死亡和人类中所有微生物感染的80％或更多。

粘附的生物膜的处理或去除是困难的、昂贵的，并且在医疗系统中常常是不可能的。必要的是防止而不是处理生物膜形成，并且因此 已经提出了范围广泛的抗菌性表面。同时，已经发现基于表面化学处理的用于生物膜防止的策略仅短暂地影响初始附着。用于防止生物膜形成的许多当前策略依赖于杀生物化合物的释放或抑制粘附(Banerjee，I.，R.C.Pangule，以及R.S.Kane，Antifouling coatings：recent developments in thedesign of surfaces that prevent fouling by proteins，bacteria，and marineorganisms.Advanced Materials，2011；Zhao，L.等，Antibacterialcoatings on titaniumimplants.Journal of Biomedical Materials Research Part B：AppliedBiomaterials，2009.91(1)：第470页-480页)。

在第一种情况下，传统技术涉及释放试剂如抗生素、季铵盐、以及银离子至周围水环境中的涂层的设计。已经将所述试剂并入多种工程聚合物和其它材料中(Banerjee(2011))。

后一种方法集中在使用抑制蛋白质吸附的表面化学官能团作为抑制细菌吸附的手段。最常研究的所述表面改性之一是聚(乙二醇)或PEG(Park，K.D.等，Bacterialadhesion on PEG modified polyurethane surfaces.Biomaterials，1998.19(7-9)：第851页-859页；Prime，K.L.和G.M.Whitesides，Self-assembled organic monolayers：modelsystems for studying adsorption of proteins at surfaces.Science(NewYork，NY)，1991.252(5010)：第1164页))。

最近，由于结构化的超疏水性表面的微米尺度/纳米尺度表面特征之间的截留的空气和因此，原则上，用于生物膜的减少的可用的固体附着面积，结构化的超疏水性表面已被建议用于防止生物膜附着(参见例如2011年1月19日提交的美国专利申请号61/434,217，所述专利申请全部并入本文)。

然而，这些策略通常是短暂的。通过表面化学单独难以达成持久抗菌的材料。表面化学受制于随时间推移的解吸，即推动了在加强例如PEG涂层的物理吸附的领域中的许多研究的限制(Banerjee2011)。 然而，即使没有发生沉积并且细菌不能直接附着至衬底，但是蛋白质和由细菌分泌的表面活性剂的非特异性吸附仍然能够掩蔽潜在化学功能性(Bos，R.等，Retention of bacteria on a substratum surface with micro patternedhydrophobicity.Fems Microbiology Letters，2000.189(2)：第311-315页)。此外，表面化学中的任何缺陷或空隙可以作为细菌附着的成核部位。呈Cassie(截留空气)状态的结构化的超疏水性表面易于不可逆转的润湿(Wenzel转换)，尤其是在产生细菌表面活性剂的情况下，这严重地限制它们在浸没环境中的寿命(Poetes，R.等，Metastable UnderwaterSuperhydrophobicity.Physical Review Letters，2010.105(16))。

涉及杀生物剂的浸出的策略在较长的时间尺度上受限制，因为它们的储器是有限的并且受制于耗竭(Zhao，L.等，Antibacterial coatings on titaniumimplants.Journal of Biomedical Materials Research Part B：AppliedBiomaterials，2009.91(1)：第470-480页)。同样，抗生素和银抗性致病菌株的出现与对释放杀生物剂的涂层在海洋环境中的使用的新限制一起已经使新策略的发展成为必需(Hall-Stoodley，L.，J.W.Costerton，以及P.Stoodley，Bacterial biofilms：from thenatural environment to infectious diseases.Nature Reviews Microbiology，2004.2(2)：第95-108页；Trevors，J.，Silvet resistance and accumulation inbacteria.Enzyme and Microbial Technology，1987.9(6)：第331-333页；Costerton，J.，P.Stewart，以及E.Greenberg，Bacterial biofilms：a common cause of persistentinfections.Science，1999.284(5418)：第1318页)。

系统性和局部抗微生物产品已经广泛用于对抗卫生保健、农业、以及工业环境中的生物膜污染，并且还被公众越来越多地使用。商业产品采用经常以液体形式并且有时作为蒸气递送的多种多样的活性化学剂、或杀生物剂。对防腐剂和消毒剂的一篇评论鉴别了12类液体剂和5种常见类型的气相消毒剂。不管具体的化学法或机制，杀生物剂必须能够到达靶细胞以便造成损伤。因此，在多细胞水平下，有 效的杀生物剂必须渗透至细胞外基质(ECM)——生物膜的粘液样“粘合剂”中。然而，生物膜向其成员细胞提供保护免受环境威胁。据报道ECM充当某些抗生素的扩散障壁和带电的结合过滤器，并且它对去除抗微生物剂的细胞补充酶和多抗药性泵。对威胁的抗性覆盖范围广泛的处理：据报道暴露至氯漂白剂持续60分钟的生物膜仍然具有活细胞；在管道中用多种杀菌剂连续冲洗7天的生物膜在所述管道中再定殖，并且据报道生物膜在瓶装碘溶液中存活高达15个月。生物膜对抗微生物剂的抗性可能与其表面的极端不可润湿性以及对蒸气渗透的抗性有关。

SLIPS可以排斥不同类型的细菌并且防止生物膜形成。SLIPS可以排斥、或防止或减少悬浮在溶液中的细菌、空气传播细菌等的附着。在一个实施方案中，SLIPS排斥的细菌的类型是革兰氏阳性细菌。在另一个实施方案中，SLIPS排斥的细菌的类型是革兰氏阴性细菌。SLIPS排斥的细菌的非限制性实例包括选自由以下各项组成的组的属的成员：放线杆菌属(例如，伴放线放线杆菌)、不动杆菌(例如，鲍氏不动杆菌)、气单胞菌属、博德特氏菌属(例如，百日咳博德特氏菌、支气管败血性博德特氏菌、以及副百日咳博德特氏菌)、短芽孢杆菌、布鲁菌属、类杆菌属(例如，脆弱类杆菌)、伯克霍尔德氏菌(例如，洋葱伯克霍尔德菌和类鼻疽伯克霍尔德氏菌)、疏螺旋体属(例如，伯氏疏螺旋体)、芽孢杆菌属(例如，炭疽芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌)、弯曲杆菌(例如，空肠弯曲杆菌)、二氧化碳嗜纤维菌属、心杆菌属(例如，人心杆菌)、柠檬酸细菌属、梭菌属(例如，破伤风梭菌或艰难梭菌)、衣原体属(例如，沙眼衣原体、肺炎衣原体以及鹦鹉热衣原体)、艾肯氏菌属(例如，啮蚀艾肯氏菌)、肠杆菌属、埃希氏菌属(例如，大肠杆菌)、弗朗西斯氏菌属(例如，土拉热弗朗西斯氏菌)、梭杆菌属、黄质菌属、嗜血杆菌属(例如，杜克雷嗜血杆菌或流感嗜血杆菌)、螺杆菌属(例如，幽门螺杆菌)、金氏菌属(例如，金氏金氏菌)、克雷白氏杆菌属(例如，肺炎克雷白氏杆菌)、军团杆菌属(例如，嗜肺性军团杆菌)、李斯特菌属(例如，单核细胞增多性李斯特菌)、细螺旋体属、莫拉克 斯氏菌属(例如，卡他莫拉菌)、摩根氏菌属、支原体属(例如，人型支原体和肺炎支原体)、分枝杆菌属(例如，结核分枝杆菌或麻风分枝杆菌)、奈瑟氏球菌属(例如，淋病奈瑟氏球菌或脑膜炎奈瑟氏球菌)、巴斯德氏菌属(例如，出血败血性巴斯德氏菌)、变形杆菌属(例如，普通变形杆菌和奇异变形杆菌)、普雷沃氏菌属、邻单胞菌属(例如，类志贺邻单胞菌)、假单胞菌属(例如，绿脓假单胞菌)、普罗维登斯菌属、立克次氏体属(例如，立克氏立克次氏体和斑疹伤寒立克次氏体)、寡养单胞菌属(例如，嗜麦芽寡养单胞菌)、葡萄球菌属(例如，金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌)、链球菌属(例如，草绿色链球菌、酿脓链球菌(A群)、无乳链球菌(B群)、牛链球菌、以及肺炎链球菌)、链霉菌属(例如，吸水链霉菌)、沙门氏菌属(例如，肠炎沙门氏菌、伤寒沙门氏菌以及鼠伤寒沙门氏菌)、沙雷氏菌属(例如，粘质沙雷氏菌)、志贺氏杆菌属、螺菌属(例如，小螺菌)、密螺旋体属(例如，梅毒密螺旋体)、韦荣球菌属、弧菌属(例如，霍乱弧菌、副溶血性弧菌、以及创伤弧菌)、耶尔森氏菌属(例如，小肠结肠炎耶尔森氏菌、鼠疫耶尔森氏菌、以及假结核耶尔森氏菌)、黄单胞菌属(例如，嗜麦芽黄单胞菌)以及其组合。

具体地说，SLIPS已经显示出在流动和静止条件下防止99.6％的常见细菌生物膜附着，这代表与在基于PEG化的最好的情况场景、当今技术水平的表面处理相比，生物膜附着减少至少30倍。

此外，SLIPS可以排斥不同类型的真菌。SLIPS排斥的真菌的非限制性实例包括以下属的成员：曲霉属(例如，黄曲霉、烟曲霉、灰绿曲霉、构巢曲霉、黑曲霉、以及土曲霉)、皮炎芽生菌、念珠菌属(例如，白色念珠菌、光滑念珠菌、热带念珠菌、近平滑念珠菌、克柔念珠菌以及吉勒莫地念珠菌)、粗球孢子菌、隐球菌属(例如，新型隐球菌、浅白隐球菌、以及罗伦隐球酵母)、荚膜组织胞浆菌荚膜变种、荚膜组织胞浆菌杜波氏变种、巴西副球孢子菌、申克孢子丝菌、伞枝梨头霉；微小根毛霉、无根根霉、以及其组合。

SLIPS还可以排斥不同类型的病毒和病毒样颗粒。在一个或多个实施方案中，SLIPS排斥的病毒选自由以下各项组成的组：dsDNA病毒、ssDNA病毒、dsRNA病毒、(＋)ssRNA病毒、(-)ssRNA病毒、ssRNA-RT病毒、dsDNA-RT病毒、以及其组合。SLIPS排斥的病毒的非限制性实例包括巨细胞病毒(CMV)、登革热、Epstein-Barr、汉坦病毒、人嗜T-淋巴细胞病毒(HTLV I/II)、细小病毒、肝炎病毒(例如，甲型肝炎、乙型肝炎、以及丙型肝炎)、人类乳头瘤病毒(HPV)、人类免疫缺陷病毒(HIV)、后天性免疫缺陷综合征(AIDS)、呼吸道合胞体病毒(RSV)、水痘带状疱疹、西尼罗河病毒、疱疹、脊髓灰质炎、天花、黄热病、鼻病毒、冠状病毒、正粘病毒科(流感病毒)(例如，甲型流感病毒、乙型流感病毒、丙型流感病毒、传染性鲑鱼贫血病毒属以及索戈托病毒属)、以及其组合。

在另一个实施方案中，SLIPS能够排斥悬浮液或溶液中的颗粒，而不造成表面粘附、表面介导的凝块形成、积垢、或聚集。SLIPS的憎恶一些物质的性质允许它保护表面免受范围广泛的污染物。悬浮液或溶液中的颗粒的非限制性实例包括：细胞(例如，正常细胞、病变细胞、寄生的细胞、癌细胞、外源细胞、干细胞、以及被感染的细胞)、微生物(例如，病毒、病毒样颗粒、细菌、噬菌体)、蛋白质和细胞组分(例如，细胞器、细胞碎片、细胞膜、细胞膜碎片、病毒、病毒样颗粒、细胞溶质蛋白、分泌性蛋白、信号分子、包埋性蛋白、核酸/蛋白复合物、核酸沉淀剂、染色体、细胞核、线粒体、叶绿体、鞭毛、生物矿物、蛋白复合物、以及微细胞)。

在其它实施方案中，SLIPS排斥药物、静脉内溶液、药物制造、以及药剂递送系统中使用的天然和合成溶液。

防止或减少蛋白质吸附

在一个实施方案中，SLIPS用于防止或减少蛋白质吸附。

与同外源表面的接触相关联的生物相容性和污染问题涉及非特异性蛋白质吸附。生物相容性是材料在特定环境或应用中允许适当宿主反应的能力。一般来说，医疗仪器和医疗装置的外源表面吸引多种生物吸附事件和生物反应，并且非常难以防止、减少、或控制这些过程(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004))。对与生物积垢事件、免疫反应、蛋白质吸附、血栓形成等相关联的体内和离体外源性表面有复杂多样的生物反应(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004))。蛋白质具有沉积在表面上作为紧密结合吸附物的固有趋向，这强烈地影响与所述表面的随后细胞(或微生物)相互作用(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004))。细菌通过蛋白质条件层附着至表面。植入的生物材料或医疗装置被血清和周围基质的成分迅速地涂覆，所述成分包括纤连蛋白、骨粘连蛋白、玻连蛋白、白蛋白、纤维蛋白原、层粘连蛋白、胶原以及共价结合的短链低聚糖(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004)；Gristina，A.G.等，Biomaterial-centered sepsis and the total artificialheart.Microbial adhesion vs tissue integration.JAMA259：870-874(1988))。细菌与组织细胞然后可以附着至这些不同的蛋白质。

蛋白质吸附还在装置在体内触发免疫反应时发生。当触发免疫反应时，补体蛋白调理外源表面用于吞噬。补体活化导致补体组分的沉积，所述沉积玷污外源表面(SkattumL等，Mol.Immunol.，48(14)：1643-55(2011))。

迄今为止，已经全面测试了表面改性如抗血栓形成剂(肝素)的附着或聚氧化乙烯(PEO)或聚乙二醇(PEG)的固定化，但是它们在避免蛋白质吸附上的成功仍然有限(George，P.A.等，J.J.Self-assembling polystyrene-block-poly(ethylene oxide)copolymersurface coatings：resistance to protein and cell adhesion.Biomaterials30：2449-2456(2009))。虽然基于PEG的表面抵抗非特异性蛋白质吸附和细胞粘附，但它们最终在大多数生物化学环境中氧化(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004)；Chen，S.等.Surface hydration： Principles and applications toward low-fouling/non-fouling biomaterials.Polymer51：5283-5293(2010))。防玷污材料的不玷污特性通常是由作为蛋白质吸附的物理和能量障壁的紧密结合的水层造成。Chen，S.等.Polymer51：5283-5293(2010)。然而，这些表面最终劣化并且允许吸附发生。

因此，在一个或多个实施方案中，SLIPS可以用于防止或减少与SLIPS相接触的蛋白质的吸附。

防止或减少生物流体的粘附

润滑液强烈地排斥施加至、或与SLIPS相接触的流体(如生物流体)。如本文所用，“流体”包括流体和悬浮液或溶液中的颗粒，包括来自活的有机体和医学中使用的合成溶液的那些。

这种表面设计代表控制生物流体的粘附的全新方法。可以由SLIPS排斥而不造成表面粘附或聚集的生物流体的非限制性实例包括：全血、血清、血浆、水、汗液、粪便、尿液、唾液、眼泪、阴道液、前列腺液、齿龈液、羊水、眼内液、脑脊液、精液、痰液、腹水液、脓液、鼻咽液、伤口渗出液、眼房水、玻璃体液、胆汁、耳垢、内淋巴、外淋巴、胃液、粘液、腹膜液、胸膜液、皮脂、呕吐物、合成流体(例如，合成血液、激素、营养素)、以及其组合。

SLIPS的应用

抗凝表面

通过排斥凝结级联机制中涉及的血液组分(如血小板和纤维蛋白)来防止或减少血液凝固的表面可以根据本公开来制成。在一个实施方案中，将SLIPS施加至与复杂流体(如血液)相接触的的医疗装置以便产生抗凝表面。合成表面上的血液凝结是医学中的长期和普遍性问题(Thompson，A.R.& Harker，L.A.Manual of Hemostasis and Thrombosis，(F.A.Davis，Philadelphia，l983)；Colman，R.W.，Hirsch，J.，Marder，V.J. & Salzman，E.W.(编).Hemostasisand Thrombosis，(Lippincott Williams和Wilkins，2005))。血栓形成首先通过蛋白质吸附在表面上起始，所述蛋白质吸附促进血小板粘附、凝血酶的活化和释放，凝血酶裂解纤维蛋白原并且激活纤维蛋白凝块形成(Thompson，A.R.& Harker，L.A.Manual of Hemostasis and Thrombosis，(F.A.Davis，Philadelphia，1983)；Colman，R.W.，Hirsch，J.，Marder，V.J.& Salzman，E.W.(编).Hemostasis and Thrombosis，(Lippincott Williams和Wilkins，2005))。

结果证明SLIPS不允许血液润湿并且粘附至SLIPS。防止或减少血液凝固的抗凝血剂表面可以通过产生超低阻力无凝块的表面(就像活的内皮那样)来进行开发(参见实施例2)。

本文公开的抗凝表面代表用于控制凝结级联机制中涉及的血液组分(如血小板和纤维蛋白)的粘附的新颖和出人意料地有效方法。抗凝表面通过产生超低阻力无凝块的表面(就像活内皮那样)而不允许血液润湿、或粘附至SLIPS。图1示出具有低表面能、化学上惰性、全氟化液体浸润在周围的多孔或粗糙层。全氟化油可以通过SLIPS结构的特征固持就位。这一组合在衬底的表面上产生物理上光滑的、超排斥、并且化学上均匀的润滑膜，因为多孔结构将低表面能流体固持就位。多孔材料的物理粗糙度的存在不仅诱导润滑液的完全润湿，而且还可以为多孔固体内的润滑液提供另外的粘附。薄的润滑膜将表面不均匀性最小化、减少保持力、并且增强流体沿SLIPS的移动性，这就像内皮细胞膜中的脂质双层一样。因此，对与SLIPS相接触的流体的阻力是最小的，并且流体保持在SLIPS上高度可移动。润滑膜是通过由多孔材料诱导的流体浸润过程产生的。

在所公开的实施方案的一个或多个方面，SLIPS支持血液在100mL/小时下流动1、2、3、4、5、或10小时或更长时间，而无血小板活化或凝结。在其它方面，SLIPS支持血液在500mL/小时下流动8、10、15、或20小时或更长时间，而无血小板活化或凝结。在其它方 面，SLIPS支持血液在1000mL/小时下流动12、15、20、或24小时或更多，而无血小板活化或凝结。在其它方面，SLIPS支持血液在1250mL/小时下流动24、36、或48小时或更多小时，而无血小板活化或凝结。在其它方面，SLIPS支持血液在1250mL/小时下流动数天、数月、或数年的一段时间。

医疗装置

在其它实施方案中，将SLIPS并入医疗装置中以便防止或减少蛋白质、微生物、血液、组织等的粘附。

与生物医疗环境中所使用的医疗装置相关联的外源表面通常被细菌、病毒、以及真菌微生物污染。受污染的医疗装置表面可以发展成持续生物膜感染，并且造成身体的其它位置的感染(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004))。当前，不存在可以防止、延迟、或减少与蛋白质吸附、细菌附着、以及炎症反应相关联的生物过程的材料。许多材料或涂层(如肝素化的表面和Teflon(PTFE))通过化学或生物化学手段防止生物化学附着和反应。因为所述材料和涂层依赖于化学或生物化学手段来防止生物化学附着和反应，所以这些材料的使用局限于某些环境中。此外，这些材料排斥流体的能力局限于某些生物种。

体内的医疗装置和生物医疗植入物可以对围绕所述装置或植入物的组织造成伤害。炎症、伤口愈合、斑块沉积、以及异物反应是对这些伤害的常见反应。医疗装置和植入物可以造成慢性炎症、肉芽组织的形成、以及纤维化或纤维包裹的终末期愈合反应(Ratner(编)，Biomaterials Science，Academic Press(2004))。然而，不存在防止这些伤害发生的装置或涂层。

进行了不同尝试来用无毒性的防腐剂或抗微生物药物涂覆导管表面、或将所述物质并入至导管材料本身中(Cmich等，2002)。这些抗细菌表面是基于并入如Ag颗粒复合结构、防腐剂、以及抗生素的化 合物的原理。然而，如在大量的与医疗仪器相关联的感染中所证实，由于抗生素种类从材料扩散出的限制性，这些方法最终受其有效性限制(Crnich2002，Gristina1987)。

例如，导管、套管、以及分流器常用于身体的内部和外部以便允许引流、施用流体或气体、或通过外科仪器接取。它们可以是暂时的或永久的(例如，留置导管)。这些医疗装置可以由一系列聚合物制成，所述聚合物包括硅酮橡胶、乳胶、以及热塑性弹性体。导管和套管以及分流器的细菌感染和定殖经常造成严重的相关医学病状如脓毒(Cmich，C.J.＆G.Maki，D.G.The Promise of Novel Technology for the Prevention ofIntravascular Device-Related Bloodstream Infection.II.Long-TermDevices.Clinical Infectious Diseases34：1362-1368(2002))。

其它问题包括炎症和伤口反应。由于感染或阻塞，支架通常失效或发生故障(Tuli，S.，Drake，J.，Lawless，J.，Wigg，M.&Lamberti-Pasculli，M.Risk factors forrepeated cerebrospinal shunt failures in pediatric patients withhydrocephalus.J.Neurosurg.92：31-38(2000)；Noetzel，M.J.＆Baker，R.P.Shunt fluidexamination：risks and benefits in the evaluation of shunt malfunction andinfection.J.Neurosurg.61：328-332(1984))。

此外，支架还易受可以造成体内严重感染的细菌污染。将支架插入到体内的天然通道或管道中以便防止或抵制疾病诱导的、局部的流动收缩。它还可以用于在外科手术过程中暂时地保持天然管道开放。支架经常进行肝素化以便减少血栓形成和细菌感染作用。然而，尽管有这种预防措施，与凝块形成、感染、伤口反应以及细菌定殖相关联的问题持续存在(Garg，N.，Garg，R.，Gordon，C.，Singh，R.&Singh，A.Acute Coronary SyndromeCaused by Coronary Artery Mycotic Aneurysm Due to Late Stent InfectionLocalized With Radiolabeled Autologous Leukocyte Imaging.Clin.Nucl.Med.34：753-755(2009)；Dieter.R.S.Coronary artery stentinfection.Catheter.Cardio.Inte. 62：281-281(2004)；Dieter，R.S.Coronary arterystent infection.Clin.Cardiol.23：808-810(2000)；Hearn，A.T.等.Endovascular stentinfection with delayed bacterial challenge.American dournal of Surgery 174：157-159(1997))。

其它医疗装置和植入物造成与粘附和附着相关联的问题。人工心脏瓣膜、心室辅助装置(VAD)、以及全人工心脏(TAH)经常造成细菌感染、心内膜炎、以及一般炎症(Cribier，A.等.Percutaneous transcatheter implantation of an aortic valveprosthesis for calcific aortic stenosis-First human casedescription.Circulation106：3006-3008(2002)；Dismukes等.Prosthetic valveendocarditis.Analysis of38cases.Circulation48：365-377(1973)；Karchmer，A.W.等.Staphylococcus epidermidis causing prosthetic valve endocarditis：microbiologic and clinical observations as guides to therapy.Ann InternMed98：447-455(1983)；Gristina，A.G.等.Biomaterial-centered sepsis and the totalartificial heart.Microbial adhesion vs tissue integration.JAMA259：870-874(1988))。

粘附、附着、以及伤口反应经常在将生物传感器和生物电极植入体内时发生。由于感染、积垢、以及炎症反应，体内生物传感器的使用寿命通常受限制(Wilson，G.S.＆Gifford，R.Biosensors for real-time in vivomeasurements.Biosens.Bioelectron.20：2388-2403(2005)；Reichert，W.M.、Koschwanez，H.E.、Yap，F.Y.&Klitzman，B.In vitro and in vivo characterization of porouspoly-L-lactic acid coatings for subcutaneously implanted glucosesensors.Journal of Biomedical Materials Research Part A87A：792-807(2008)；Munro，W.A.，Thomas，C.L.P.，Simpson，I.，Shaw，J.＆Dodgson，J.Deterioration of pHelectrode response due to biofilm formation on the glass membrane.SensorActuat B-Chem37：187-194(1996))。

同样，起搏器和生物电极(如神经电极)也面临频繁的感染、积垢以及炎症反应问题(S.Karnam等.Mycobacterium phlei，a previously unreported cause of pacemakerinfection：Thinking outside the box in cardiac device infections.CardiologyJournal17(2010)；Sohail，M.R.等.Risk factor analysis of permanent pacemakerinfection.Clin Infect Dis45：166-173(2007))。

内窥镜难以清洁和灭菌，并且因此呈现出与细菌、真菌、或病毒感染从一个患者转移至另一个患者的相关问题(Beilenhoff，U.等.ESGE-ESGENA guideline：Cleaning anddisinfection in gastrointestinal endoscopy Update2008.Endoscopy40：939-957(2008)；Banerjee，S.，等.Infection control during GI endoscopy.GastrointestEndosc67：781-790(2008)).此外，气管内插管、呼吸器、以及相关联的呼吸器管线典型地受持久性细菌生物膜污染，并且因此要求频繁的清洁和置换(Afessa，B.等.AssociationBetween a Silver-Coated Endotracheal Tube and Reduced Mortality in PatientsWith Ventilator-Associated Pneumonia.Chest137：1015-1021(2010))。

此外，植入的体内药物递送装置的成功经常受体内生物积垢过程限制，所述过程减少药物递送的有效性(Bhardwaj，U等.A review of the development of a vehiclefor localized and controlled drug delivery for implantable biosensors.JDiabetes Sci Technol2：1016-1029(2008)；Voskerician，G.等.Biocompatibility andbiofouling of MEMS drug delivery devices.Biomaterials24：1959-1967(2003))。

SLIPS用于防止、减少、或延迟各种流体和其它生物材料润湿表面和颗粒粘附至表面。例如，可以将SLIPS并入微流体装置(例如，芯片实验室)中，所述装置控制微量的流体或气体的流动，用于操纵生物流体。SLIPS表面适用于防止、减少、或延迟装置中和上的炎症反应、血液凝固、防积垢、以及生物来源的其它产物的粘附，所述装置包括伤口敷料、导管、支架、以及其它生物医学装置(例如，支架、 透析机、中央静脉-静脉血液滤过装置、体外膜氧合设备以及联结导管)；以使得装置可以支持流体的流动，而不允许流体的润湿、颗粒的附着或粘附(参见，例如，图22A-22B)。医疗仪器和医疗装置的表面吸引多种难以防止、减少、以及控制的生物吸附事件和生物反应。可以将SLIPS施加至医疗仪器和医疗装置以便减少、防止、或介导与蛋白质吸附、细胞附着、细菌感染、以及炎症反应相关联的过程。

例如，SLIPS可以用于伤口护理中，所述伤口包括由(例如)割伤、撞伤、刺伤、擦伤、裂伤、以及烧伤造成的伤口。在一个实施方案中，SLIPS用于防止或减少对损伤的皮肤的进一步损伤并且氧合SLIPS表面覆盖的组织。这个实施方案的一方面是烧伤伤口护理。由于损伤的组织层，烧伤伤口变得缺氧。当前烧伤处理涉及将损伤的组织暴露于高水平的氧气。这可以在(例如)高压室中完成。然而，所述伤口必须用伤口敷料覆盖，所述伤口敷料防止或减少损伤的组织暴露于迫切需要的氧气，或被暴露并且易受感染。已经灌注有氧合润滑液的SLIPS处理的伤口敷料可以用于在不粘附至伤口的情况下保护伤口免受由暴露于环境所造成的感染，并且提供给伤口氧气以便促进愈合。

医疗/外科仪器

细菌污染和表面种群的重要后果是外科仪器、生物医学材料以及假体(如导管)的感染(Costerton，J.W.等.Bacterial biohlms in nature anddisease.Ann.Rev.Microbiol.41：435-464(1987)；Gristina，A.G.，Dobbins，J.J.，Giammara，B.，Lewis，J.C.＆DeVries，W.C.Biomaterial-centered sepsis and the totalartificial heart.Microbial adhesion vs tissue integration.JAMA259：870-874(1988))。由外科仪器相关的细菌污染所造成的血流感染是与涉及导管和植入物的程序相关联的频繁且严重的并发症(Costerton等，1987；Gristina，1988)。所述感染触发体内的免疫反应，所述免疫反应可以导致感染部位的炎症。

外科仪器和血管内装置(IVD)(如导管)具有许多潜在感染源。微生物粘附至导管表面是与由导管的使用所造成的感染的发病机理相关联的最重要特征。甚至成功地粘附至表面的单个细菌细胞也可以发展成稳固的且感染性的细菌膜并且造成疾病。因此，需要用于防止或减少细菌粘附的有效策略。

伤口敷料

在另一个实施方案中，将SLIPS并入伤口敷料中。当与生物流体相接触时，SLIPS表面不允许蛋白质或细胞粘附。此外，全氟化碳对于氧气具有高溶解度(Clark，Leland C.；Gollan，F.Science152(3720)：1755-56(1966)；Shaffer，T.H.等，Pulmonol.14：102-109(1992))。因此，并入SLIPS与(例如)全氟化碳衬底的伤口敷料提供透气表面，所述透气表面防止蛋白质或细胞的粘附以便促进更快的伤口愈合(参见，例如，图23)。

实施例

以下实施例仅出于说明的目的而呈现并且不旨在是限制性的。

实施例1

制作一组SLIPS以便排斥跨越广泛范围的表面张力的流体。为了产生粗糙度，测试了两种类型的多孔固体。所述多孔固体是周期性地有序的和无规则的：(i)用低表面能聚氟烷基硅烷官能化的纳米立柱的阵列，和(ii)分布在整个散装衬底中的Teflon纳米纤维的无规则的网状物(图17)。非挥发性并且与水相和烃相都不混溶并且因此能够与衬底形成稳定的光滑界面(即E₁＞0并且□E₂＞0)以用于多种极性和非极性液体(包括水、酸和碱、烷烃、醇、以及铜)的低表面张力全氟化液体(例如，FC-70，γ_B＝17.1mN/m；或Dupont^TM 油)(图15和图17)被选择用于润滑液。通过液体浸润至多孔材料中来产生SLIPS，这导致具有约1nm粗糙度的均匀且接近分子上光滑的表面。

这些SLIPS中的每个展现出极端流体排斥性，如由相对于表面张力在约17.2±0.5mN/m(即，正戊烷)至72.3±0.3mN/m(即，水)范围的流体，非常低的接触角滞后(CAH，Δθ＜2.5°，图17和图18A)和非常低的滑动角(对于液滴体积≥2μL，α≤5°)所表示。CAH(移动液滴的前进接触角与后退接触角之间的差)和滑动角(液滴运动所要求的表面倾斜)直接表征对移动的抵抗性；因此低值确认束缚的缺乏，这与接近无缺陷的表面一致。基于所测量的CAH和液滴体积(约4.5μL)，所估算的流体在SLIPS上的保持力是0.83±0.22μN，n＝6。这种性能比当今技术水平的莲叶启发的憎恶一些物质的表面优接近一个数量级，所述表面的流体保持力对于相似流体体积的低表面张力流体(即，γ_A＜25mN/m)是近似5μN。此外，SLIPS的流体排斥性对于纹理几何形状(图18A)不敏感，其条件是润滑液层覆盖所述纹理。此外，与其中CAH取决于流体表面张力并且在表面张力减少时显著增加(图18A)的基于莲花的憎恶一些物质的表面不同，由于流体-流体界面的化学均匀性和物理平滑度，这种依赖性对于SLIPS是不存在的。

实施例2

所公开的表面提供能够防止、减少、或延迟与SLIPS相接触的流体的表面润湿的超平滑表面。

进行了一个实验，其中比较血液在PDMS上的表面粘附与血液在油浸润的PTFE表面上的表面粘附的差异。使用来自人受试者的0.75mL新鲜全血，不添加肝素。将全血吸移至四个表面上，一个由用全氟化油(FC-70)浸透的微结构化的PTFE(Teflon；1μm孔隙大小)组成，第二个用作对照物、由未处理的微结构化的PTFE组成，第三个表面是未处理的玻璃，并且第四个表面是未处理的PDMS。图11示出添加至PDMS(图11A)和用全氟化油浸透的微结构化的PTFE(图11B)的血液样品的序列图像。由PDMS(图11A)、微结构化的PTFE(图12D)、以及玻璃(图12A)制成的表面均允许血液样品润湿所述表面并且迅速地凝固且粘附至这些材料。由用全氟化油浸透的微结构化的 PTFE组成的SLIPS(图11B)造成血液样品立刻串珠成液滴并且沿SLIPS滑动。

参见图13，使用光学(图12(A)(i)、12(B)(i))和扫描(图12(A)(ii)、12(B)(ii))电子显微镜对这些表面的随后分析显示血液种类如细胞、血小板、以及蛋白质可见地沉积在未处理的玻璃、PDMS、以及PTFE对照表面上，而在油浸润的PTFE材料上没有什么可见。因此，当与新鲜未肝素化的人血液相接触时，这种‘流体样’表面表现出对于防止或减少血小板的粘附和纤维蛋白凝块形成是非常有效的。

实施例3

使用2μm聚苯乙烯颗粒进行的实验显示对光滑表面的粘附力是非常低的，以使得颗粒容易地由流体/空气边界界面拖曳穿过SLIPS，并且集中在干燥液滴的中心处，而不是留下‘咖啡环’沉积。

实施例4

进行实验以便确定来自SLIPS的流体是否浸出至周围生物学流体中。将用全氟化油(Fluorinert FC-70)浸润的纳米结构化的立柱阵列表面(2μm高的立柱，300nm直径，0.9μm间距)整合至微流体系统中。去离子水以12mL/分钟(即，720mL/小时)的速率流动进入通道持续5分钟。发现全氟化油在纳米结构化的表面上保持完整。通过将一滴癸烷放置在所述表面上来检查表面的光滑性。如果施加至所述表面的癸烷在所述表面上维持其移动性，那么润滑剂保持附着在结构化的表面上。然而，如果癸烷保持束缚在所述表面上，那么润滑剂层未得以维持。还可以通过将已经越过SLIPS的流体萃取到氟化溶剂中、接着进行色谱法和质谱法以及19F-NMR的来监测流体的浸出。

将浸润流体的最大浸出定义为浸润所述表面的全氟化油的总量与在所述微流体系统中所处理的水的体积之间的比率，最大浸出＜0.2％。因为全氟化碳已经由食品与药品管理局(Food and Drug Administration)批准作为血液代用品，所以这种量的油的浸出预计是无害的。可以增加有效粘度以便减少浸出的量，同时维持抵抗血液凝块附着的‘流体样’表面。

实施例5

根据本发明的方法产生的光滑表面显示出优异地防止附着性和／或有助于在表面上孵育的成熟细菌生物膜的低力脱离。具体地说，这种能力针对铜绿假单胞菌得以证明，铜绿假单胞菌是人机会病原体且是导管的衬里和囊性纤维病患者的肺中最常见的医院内感染之一。

通过将满足润滑液标准的100μL的不同商业流体芯吸至具有0.2μm孔隙大小的30mm圆形的Teflon滤过膜中来制作表面，然后将所述表面安装至标准聚苯乙烯陪替氏培养皿上。在光滑表面上，将接种有1％铜绿假单胞菌预培养物的2mL胰蛋白胨肉汤小池进行沉积并且静态孵育持续24小时。细菌在这个时间范围中形成成熟的生物膜，并且结合成分细胞的粘液样基质趋向于使所述小池胶凝。

根据本公开产生的光滑表面使所述粘液质质量块在倾斜时容易地滑落，如图19中所示，甚至是在低于10°的倾斜角度下。根据本公开产生的光滑表面上的生物膜粘液的有效滑动去除与未填充的0.2μm Teflon过滤器(图19的左边)上以及氟硅烷化的超疏水性硅微结构／纳米结构阵列(图19的右边)上(它们的流体排斥特性在条件膜和生物膜的粘液产生过程中失效)的粘液的基底层的粘附和束缚形成对比。

除生物膜粘液的可见地明显滑落之外，根据本公开产生的光滑表面显示在所述表面上几乎没有粘附的细菌。将任何剩余的粘附细菌用含5％戊二醛的磷酸盐缓冲盐水进行固定、透化、并且用核酸染色剂进行标记以用于荧光细胞成像。荧光显微术揭示在24小时孵育之后缺乏生物膜结构或任何小菌落剩余在根据本发明方法产生的光滑表面上，如图20中所示。相比之下，在未填充的0.2μm Teflon过滤器 以及三个不同的氟硅烷化的超疏水性硅微结构／纳米结构阵列(亚微米立柱和10μm以及5μm“砖壁”图案)上留下显著剩余的生物质。

实施例6

根据本公开产生的光滑表面可以通过润滑液的适当选择而设计成是无毒性的，从而实现具有医学和环境要求的应用。在已可供使用的商业流体之中，筛选了可以满足润滑液要求的八种产品并且针对低毒性，鉴别出了五种候选物(参见图21)。毒性筛选测定是基于将1％和0.01％的每种商业产品添加至10mL的胰蛋白胨肉汤的等分试样中，将它们用1％初始接种浓度的铜绿假单胞菌(PA-14)预培养物进行接种并且在定轨振荡器中在37℃下孵育过夜。将所振荡的培养物进行连续地稀释、接种、并且孵育用于集落形成单位(CFU)量化。与0.01％浓度的FC70、Krytox100、以及全氟萘烷相对比，在1％浓度下显著减少的CFU指示抑制作用并且筛选出这些产品用于毒性敏感性应用。剩余的五种产品——Krytox103／104／105以及FG40／45——对于被设计成最小化细菌粘附以及毒性的光滑流体表面是可行的候选物。

实施例7

根据本公开制备的Teflon和硅晶片SLIPS表面示出防止细菌附着。

SL IPS制柞

为了制备SLIPS，将润滑液(Dupont^TM 100和103)添加至多孔固体，即具有≥200nm的平均孔隙大小和约60-80μm厚的Teflon膜(Sterlitech Corporation，WA，USA)上，以便形成外涂层。流体通过毛细管芯吸自发地铺展至整个衬底上。

硅微结构阵列制作

通过Bosch方法(M.Sugawara等，Plasma Etching：Fundamentals andApplications.Series on semiconductor science and technology.第7卷.1998，NewYork：Oxford University Press)在4"硅晶片上制作超疏水性微结构阵列。所述微结构由以下四种类型的几何形状组成：d=500nm HAR纳米立柱，2μm间距；d=1μm HAR微立柱，p=3μm；5μm T形的微立柱；以及10μm T形的微立柱。将晶片用EtOH进行清洗、氧等离子体处理30秒、并且通过将样品与含有0.2mL十七氟-1，1，2，2-四氢癸基三氯硅烷(Gelest Inc)的玻璃小瓶一起放置在真空干燥器中过夜来使所述晶片具有疏水性。

细菌制备和生长

将菌株铜绿假单胞菌PA14、金黄色葡萄球菌SC01、以及大肠杆菌ZK2686在定轨振荡器上在松弛加盖的管中在37℃下各自在LB培养基(EMD LB Broth Miller)中生长过夜至固定相。然后将这个LB预培养物在1％浓度下在以下各项之一中进行接种：TB生长培养基(BD Bacto Tryptone)用于铜绿假单胞菌；用0.5％葡萄糖和3％NaCl补充的TSB培养基用于金黄色葡萄球菌；或M9培养基用于大肠杆菌。将这些培养物在实验过程中在室温下在工作台上进行孵育。

流动池设置

将内径为1／8″的Tygon管安装在蠕动泵(Cole Parmer)中并且经由软管倒钩式配件(World Precision Instruments)连接至双室3D印刷的流动池(室尺寸l=10cm，w=1cm，h=1mm)。

将管线构造成允许连续地流动通过所述两个室。每个室的底表面和侧壁内衬有压力配合多孔Teflon膜；一个灌注有Krytox103以便产生SLIPS并且另一个不加处理作为对照。将细菌培养物泵送至每个管中直到环路是满的并且截留的空气已经通过气泡逃逸而消除，此后以10mL／分钟操作所述泵。

毒性筛选

将1％铜绿假单胞菌在TB中的振荡培养物一式三份与1体积％的以下试剂一起进行生长：Krytox100、Krytox103、全氟萘烷、FC70、漂白剂、以及0.1％的AgNO₃和戊二醛。还制备仅含有介质和试剂的背景样品以及无添加试剂的对照培养物。将样品在定轨振荡器中在37℃下在200rpm下进行孵育。在Perkin Elmer Lambda40UV-Vis光谱仪上在第3、6、9、以及30小时时在550nm下进行光密度测量。通过减去背景值(即，仅TB中的试剂)将光密度标准化。

成像和分析

对于附着的细菌细胞的荧光成像，将安装在流动池中的PTFE衬底去除、在磷酸盐缓冲盐水(PBS)(Lonza Biowhittaker)中轻轻地清洗(1次)，并且将粘附的细菌通过5％戊二醛溶液固定至少1小时。含0.01％Triton X100的PBS(PBST)用于经15分钟将细菌膜透化，此后将细胞用含0.5μM SYTOX绿色核酸染色剂(Invitrogen)的PBST染色30分钟。在LeicaDMX显微镜上执行成像。

为了分析来自对照和SLIPS流动池衬底的显微照片的荧光强度，在ImageJ中产生每个样品的显微照片组的平均强度图像并且针对每个平均强度图像计算平均[(R+G+B)／3]像素值和标准偏差。

生物膜通过结晶紫染色的量化

将PTFE衬底用柳叶刀小心地切成3×3cm区段，从流动池去除、轻轻地在PBS中清洗、并且通过0.1％结晶紫染色20分钟。将所染色的样品在DIW浴中进行清洗，并且将每个上所结合的结晶紫洗脱至4mL的100％EtOH中。在Perkin Elmer Lambda 40 UV-Vis光谱仪上在590nm下测量吸光度值。

防止生物膜附着／形成

在简单测试方案中，将铜绿假单胞菌TB培养物沉积在小池中，所述小池静态地生长在三种表面类型上，其中两种在图36A中示出。多孔PTFE膜(0.2μm孔隙大小)用作平整的、常规低粘性对照表面；以四种不同高长宽比的微立柱阵列为特征的氟硅烷化的图案化的硅晶片(未图示)呈现出超疏水性性、排斥和滚落水的能力；并且灌注有Krytox-103的PTFE膜提供SLIPS液体光滑表面。在室温生长48小时之后，强加在两个表面上的细菌培养物的活细胞浓度是近似10⁸mL^-1。将细菌进行固定和染色，并且所得到的生长的荧光显微照片在图36A的插图中示出。虽然在平整的PTEE与超疏水性硅(未图示)上都观察到了稳固且均匀的生物膜覆盖，但是在SLIPS上仅看到稀疏且分离的细胞(参见，例如，图36C)。

将测试表面手动倾斜以便比较宏观生物膜粘液的粘附。生长在对照和超疏水性衬底上的生物膜显示表面的完全润湿，并且在它倾斜时在PTFE上留下一薄层的粘液。相比之下，SLIPS衬底上的生物膜容易地滑动而不留下任何粘液薄膜或其它可见的残余物。在SLIPS的边缘处与裸聚苯乙烯陪替氏培养皿相接触生长的生物膜保持束缚。然而，它没有附着至下面的SLIPS衬底：当束缚的小池的一部分与边缘断开连接并且朝向中心操纵时，它变成是完全可移动的。

表面(即，SLIPS和多孔Teflon)的接触线束缚特征通过监测在干燥时细菌培养物液滴的蒸发动力学以及保持在所述表面上的沾污来进行表征。在不存在束缚的情况下，液滴应遵循接近恒定的接触角模式的蒸发，而不形成咖啡环沾污。

这些假设与细菌液滴在SLIPS上的蒸发的观察一致。不存在咖啡环形成还指示与由液滴的弯液面所赋予的力相比，细菌在SLIPS上的粘附较小，并且证明了所干燥的生物膜通过胶带容易从SLIPS去除。相比之下，多孔Teflon上的蒸发液滴被强烈地束缚，从而导致恒定接触面积模式的蒸发，所述蒸发也导致不能去除的咖啡环的形成。生 物膜不附着至SLIPS并且抵抗3.5×10⁸mL^-1细菌液的这些论证与本文获得的宏观与微观量化数据一致。

大多数浸没的生物膜形成在不同流动条件下发生，例如，在配管、船体、导管等中。因此，在内衬有双3D印刷的流动池的测试表面上研究生物膜附着，细菌培养物通过蠕动泵连续地循环通过所述流动池。在10mL／分钟和约1cm／s的流动条件下，对照PTFE与SLIPS表面平行地暴露于PAl4细菌培养物持续24小时、48小时、以及7天(168小时)周期。在48小时生长之后两个衬底的照片显示浅黄色、粘液质对照衬底和可见未污染的SLIPS(图37A-37B)。

当倾斜时，生物膜粘液铺展在对照衬底上，但是从SLIPS滑落。所附着的生物膜还通过结晶紫染色用于肉眼检查与通过光密度来进行定量生物质比较。这个宏观测定显示衬底之间的显著差异，如(图37A-37B)中所示。实际上，与所附着的生物质成比例的结晶紫吸光度显示在7天细菌生长之后与对照PTFE相比，生物膜在SLIPS上有99.6％的平均减少(图37C)。通过比较，据报告PEG化的钛表面在5小时生长之后使生物膜附着减少86％。据发现铜绿假单胞菌在Ti-涂覆的载玻片上的48小时生长与PTFE有<19％的差异，这指示这两个对照上的类似的长期生物膜附着并且因此对附着减少有类似的起点。即使假定PEG脱附由于多链系附着方面的最近进展而不会发生，并且即使在浸没在细菌培养物中7天之后没有发生化学掩蔽，14％的剩余生物膜也将比SLIPS衬底上多约35倍。

值得注意的是在本实验中约1cm／s的流速是保守地温和条件。在生物膜形成的其它环境中，例如，1/2-英寸建筑物水管或20节巡航速度的船体，典型的流速可以分别是近似1m／s和10m／s，其中剪切力成比例地更高，所述剪切力将支持生物膜从SLIPS衬底去除。在生物和生物医学系统如留置导管、泌尿道、以及人血管系统中，流速还经常是更迅速的，近似10-100cm／s。

为了在微米尺度上表征生物膜至PTFE和SLIPS衬底的附着，将24小时、48小时、以及7天流动条件生长之后的多个样品面积进行荧光成像。结果与在初始静态生长实验中取得的那些类似。对照表面上的生物膜表现出在特征上是致密、三维、且均匀的(图38A-38B)。在SLIPS上，仅观察到稀疏、分离的单个细胞或小菌落(图38C-38D)，并且这些单个细胞或小菌落表现出是未附着的，即，与环境流体中的对流流一起漂流。这个观察进一步支持液体表面对单个细菌或小菌落提供非常低的粘附。将每个衬底20个代表性视野的平均荧光强度计算为数字像素平均值[(R+G+B)／3]。虽然没有完全捕获对照表面上的离焦生物膜结构的强度，但是可以将对照值视为下界，因此从PTFE到SLIPS存在至少98％的荧光信号平均强度降低，这与通过结晶紫的全局量化类似。

为了确认SLIPS衬底上的显著生物膜附着抑制不是SLIPS液体的细胞毒性的结果，将所述液体中的四种针对对细菌生长的作用进行筛选。这些液体包括在本研究中的用于SLIPS制作的Krytox103，以及FC70、Krytox100、以及全氟萘烷(传统上用作血液代用品)。铜绿假单胞菌的生长曲线是在具有1％和0.1％浓度的各SLIPS液体的振荡TB培养物中生长(从而假定均匀暴露)之后进行测量。如在图38E中所见，光密度显示与对照培养物相比，对于所有测试的SLIPS液体和浓度在第3、6、9、以及30小时时的细菌生长在统计学上难以分辨。还测试了相等浓度的三种阴性对照——硝酸银(常见防腐剂化合物并且代表银浸透的表面)、漂白剂、以及戊二醛(常用于临床工具灭菌)。如所预期的，所有三种阴性对照在这些时间范围内都展现出大量毒性，这与SLIPS液体的无效作用形成对比。

在完全相同的流动条件下研究两种其它临床上重要的、致病性的生物膜形成物种金黄色葡萄球菌(SC01)和大肠杆菌(ZK2686)的附着，持续48小时。观察到SLIPS性能可比得上针对铜绿假单胞菌的性能。如图39A-39B中所示，与PTFE相对比，金黄色葡萄球菌附着减少97.2％并且大肠杆菌减少96％。虽然这些物种都不能形成如铜绿假单 胞菌所形成的的那样的稳固生物膜，但是它们至SLIPS的最终附着基于结晶紫吸光度是同样地较低。在图39D-39F中通过荧光可视化，致密均匀覆盖的和稀疏的、分离的细胞分别附着至对照表面和SLIPS。这指示SLIPS的抗生物膜功能是非特异性的并且跨越系统发育地不同致病菌。

因此，显然用光滑液体“表面”呈现细菌，并且因此，细菌不能如在固体表面上将可能的那样经由菌毛和其它细胞机制锚定至所述表面。SLIPS润滑液还与水性细菌介质(液体A)是不混溶的，并且在界面处的表面张力(近似50mN／m)对于细菌来说可能是难以渗透的，即使是在有细菌表面活性剂产生的情况下。实际上，没有观察到细菌包埋在SLIPS内，这指示细菌不能浮动通过所述界面。在不能到达润滑液下面的固体材料的情况下，细菌不能附着，并且保持受制于环境流动并且因此受制于被动去除。

实施例8

SLIPS可以用于涂覆医疗装置(包括管线)，以便防止、减少、或延迟血液凝块形成和细胞粘附。图31A示出包括24"环路的SLIPS管(ePTFE+FC70)和作为对照的24"环路的标准硅酮管线(0.250"ID)的试验设置。预形成的ePTFE管用PFC FC70油饱和，并且包装在硅酮管中以便帮助防止油损失和蒸发。将ePTFE SLIPS管与硅酮管对照填充12mL的稀释的血液。将24"预形成的ePTFE管用PFC FC-70饱和、并且包装在硅酮管中，其中它与其它区域中的蠕动泵和Tygon管线相接口以便产生FC-70储器。将不含抗凝血剂的新鲜全人血液(12mL，用盐水1：l稀释)在3,000mL／小时下泵送通过两组管线。在20分钟之后，在管线的整个长度内不存在凝结的迹象(图30和图31B)。在蠕动泵滚动接触的区域中存在一些沾污(表面吸附)(图30B)，这表明在这个部位处的潜在机械损伤和血液浸润至ePTFE中。在流动30分钟之后，在SLIPS管线的整个长度内不存在凝结的迹象，且存取最少的表 面粘附(图31C)。在所述硅酮管线中，在管内存在凝结的迹象和显著的表面粘附。

如本领域技术人员由阅读本公开将显而易见，本公开的方面可以按与以上所具体公开的那些不同的形式来体现。以上描述的具体实施方案因此应被认为是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员将会认识到或将能够确定仅使用常规实验，就可以实现本文描述的具体实施方案的许多等效物。本发明的范围是如所附权利要求和其等效物中所限定的，而不是局限于前述描述中所包括的实施例。

Claims (22)

1.一种防止、减少、或延迟生物材料在与其相接触的装置上的粘附、吸附、表面介导的凝块形成、或凝固的方法，所述方法包括：

提供

装置，所述装置具有包括粗糙化的表面的衬底，

其中所述粗糙化的表面包含一个或多个化学附着至所述粗糙化的表面的官能团，

其中所述粗糙化的表面具有大于或等于1的粗糙度因子R，

其中所述粗糙度因子被定义为真实表面积与投影的表面积的比率；和

润湿并且粘附至所述粗糙化的表面以便形成稳定的液体上覆层的润滑液，

其中所述润滑液覆盖具有特征厚度的所述粗糙化的表面而提供小于5°的接触角滞后，并且

其中

所述附着至所述粗糙化的表面的一个或多个官能团和所述润滑液对彼此具有亲和力，且

所述粗糙度因子选择为使得所述润滑液被固定在所述官能化的粗糙化的表面内、上和上方；并且

使所述生物材料与所述装置相接触。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法防止、减少、或延迟细菌污染或生物膜形成。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述生物材料包含血，且所述表面防止血液凝固。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自由以下各项组成的组：套管、连接器、导管、针、毛细管、管线、注射器以及其组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自由以下各项组成的组：载玻片、平板、薄膜、工作表面、孔、孔板、陪替氏培养皿、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、槽、以及其组合。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自由以下各项组成的组：夹具、皮肤钩、护套、牵引器、分流器、针、毛细管、管线、以及其组合。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自由以下各项组成的组：气管内插管、呼吸器、相关联的呼吸器管线、药物递送媒介、子宫内装置、注射器、内窥镜、以及其组合。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自由器官、人工器官、植入物、支架、以及其组合组成的组。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述装置选自：生物传感器、光学窗口、内窥镜、结肠镜或其组合。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述装置是伤口敷料。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底是包含多孔材料的粗糙化的表面。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述润滑液具有的密度大于所述生物材料的密度。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述润滑液能够在物理性损伤之后通过芯吸回至所述衬底的任意损伤区域来自修复。

14.一种防止、减少、或延迟生物材料在与其相接触的装置上的粘附、吸附、表面介导的凝块形成、或凝固的装置，所述装置包括：

包括粗糙化的表面的衬底，

其中所述粗糙化的表面包含一个或多个化学附着至所述粗糙化的表面的官能团，

其中所述粗糙化的表面具有大于或等于1的粗糙度因子R，

其中所述粗糙度因子被定义为真实表面积与投影的表面积的比率；和

润湿并且粘附至所述粗糙化的表面以便形成稳定的液体上覆层的润滑液，

其中所述润滑液覆盖具有特征厚度的所述粗糙化的表面而提供小于5°的接触角滞后，并且

其中

所述附着至所述粗糙化的表面的一个或多个官能团和所述润滑液对彼此具有亲和力，且

所述粗糙度因子选择为使得所述润滑液被固定在所述官能化的粗糙化的表面内、上和上方，

其中所述生物材料不使润滑液在平衡条件下移位，并从表面上被排斥。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自由以下各项组成的组：套管、连接器、导管、针、毛细管、管线、注射器以及其组合。

16.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自由以下各项组成的组：载玻片、平板、薄膜、工作表面、孔、孔板、陪替氏培养皿、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、槽、以及其组合。

17.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自由以下各项组成的组：夹具、皮肤钩、护套、牵引器、分流器、针、毛细管、管线、以及其组合。

18.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自由以下各项组成的组：气管内插管、呼吸器、相关联的呼吸器管线、药物递送媒介、子宫内装置、注射器、内窥镜、以及其组合。

19.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自由器官、人工器官、植入物、支架、以及其组合组成的组。

20.如权利要求14所述的装置，其中所述装置选自：生物传感器、光学窗口、内窥镜、结肠镜或其组合。

21.如权利要求14所述的装置，其中所述装置是伤口敷料。

22.如权利要求14所述的装置，其中所述装置能够在物理性损伤之后通过芯吸回至所述衬底的任意损伤区域来自修复。