CN104254579A - 用于流体和固体排斥性的表面的改性 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于使表面改性以具有液体排斥性的制品、其制造方法以及用途。液体排斥表面包括表面，所述表面包括锚固层。在所述表面上形成固定分子锚固层的锚固层具有共价地连接至或吸附到所述表面和官能团上的头基。所述处理表面的官能团对涂覆至所述处理表面的润滑层具有亲和力。所述锚固层和可补充的润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。总之，这些层形成排斥某些不混溶液体并防止所述不混溶液体内含有的组分的吸附、凝固以及表面污损的超排斥光滑表面。

Description

用于流体和固体排斥性的表面的改性

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月10日提交的美国临时专利申请第61/585,059号和于2012年8月22日提交的美国临时专利申请第61/692,079号的优先权，所述专利申请都以引用方式整体并入本文。

关于联邦政府赞助的研究中政府权利的声明

本发明是在美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)授予的授权号为5U01NS073474-03以及由美国国防部(U.S.Departmentof Defense)授予的授权号为N66001-11-1-4180之下，通过政府支持进行的。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及转化来减少液体、半固体以及固体之间的摩擦并且防止它们粘附、吸附以及沉积的表面。

技术背景

在开发防止用于医疗装置如导管、注射器、透析仪器的多种可商购表面的分子或微粒粘附、吸附、沉积以及生物污损和用于防止输油管、食物表面以及烹饪表面的血液凝固或凝结以及防止冰粘附和形成的材料方面已取得有限的成功。

已制出由纳米/微米结构的衬底组成的合成表面，所述衬底注满通过粗糙化或多孔的衬底而锁定在合适的位置的流体以形成能够排斥液体的光滑界面。然而，此类表面受限于润滑液与具有一定粗糙度或孔隙度，能够保留住润滑流的衬底的特定组合。

玻璃和金属氧化物的硅烷化是用于使材料改性以使其表面对其它物质来说具有更少或更多吸引力的一种常见方法。薄的全氟化碳(“PFC”)层(如文献中所论述的憎一切(omniphobic)或两疏)通过表面的硅烷化来产生以减少复合流体内生物分子的非特异性(通常是疏水的)相互作用。在化学和生物学方面，这些处理使低浓度溶质最小程度地吸附至玻璃表面，但凭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，处理来含有氟化碳部分的表面)已被用于形成微阵列表面。例如，全氟化碳结构域附接至所关注分子的玻璃载片已被用于将所关注的分子固定在表面上。

此外，经过氟处理的微型机电“MEM”装置已被用于解决MEM制作中的众所周知的问题——静摩擦，所述静摩擦在表面粘附力高于微结构的机械恢复力时发生。一个提议的解决方案是用“类似Teflon”并共价地键合至MEMS表面的单分子涂层来涂布MEMS表面。这种方法无法防止液体的粘附。

使用聚合物物质来最小化蛋白质吸附和控制血液凝结是本领域中已知的。参见例如Barstad,R.M等，Thrombosis and haemostasis79,302-305(1998)；Niimi,Y.等Anesth.Analg.89,573-579(1999)；Chen,S.等Polymer51,5283-5293(2010)。然而，此类方法在不使用抗凝剂的情况下不能完全有效地排斥血液和防止血块形成。例如，涂布肝素化聚合物的产品是本领域中已知的。然而，由于涂布肝素化聚合物的产品不足以防止血块粘附，必须将可溶的肝素或抗凝剂添加至血液来完全防止装置上的凝固。

发明概要

存在对防止多种可商购表面上的分子或微粒粘附、污损以及血液凝固的排斥表面的需要。

公开了一种具有光滑表面的制品。所述制品包括具有锚固层的衬底。所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接地附接至所述头基的官能团。所述制品还具有包含润滑液的润滑层，所述润滑液对所述官能团具有亲和力。所述润滑层设置在所述锚固层上，并且所述层通过非共价吸引力来保持在一起。所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。

在一方面，公开了用于防止材料的粘附、吸附、表面介导的凝块形成或凝固的方法。光滑表面包括锚固层，所述锚固层包含附接至所述衬底和官能团的头基，所述官能团直接或间接附接至所述头基。涂覆对所述锚固层的所述官能团具有亲和力的润滑液来产生润滑层。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。将排斥与因此形成的光滑表面接触的不混溶材料。

在另一方面，公开了用于制造具有光滑表面的制品的方法，其中使衬底与具有与所述衬底反应的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团的反应分子相接触。它们在所述衬底上一起形成锚固层。使所述锚固层与对所述官能团具有亲和力的润滑液相接触以形成设置在所述锚固层上的润滑层。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。

还公开了用于减少血液的凝固的方法。血液接触抵抗血液凝固的表面或抵着所述表面储存。这个表面包括锚固层，所述锚固层具有附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团。所述表面还包括具有润滑液的润滑层，所述润滑液对所述官能团具有亲和力。所述润滑层设置在所述锚固层上，所述层通过非共价吸引力来保持在一起。在某些实施方案中，血液的凝固通过提供包括全氟化液体的润滑层来抵抗。

公开了从溶液提取溶质的一种方法。提供了包括锚固层的一种表面。所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接地附接至所述头基的官能团。包含对所述官能团具有亲和力的润滑液的润滑层设置在所述锚固层上。所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。使所述表面与包含一种或多种溶质的溶液相接触，其中至少一种溶质对所述润滑液比对所述溶液具有更大的亲和力。

在一个或多个实施方案中，所述头基共价地附接至或吸附到所述表面上。

在一个或多个实施方案中，所述锚固层在所述表面上形成单分子层。

在一个或多个实施方案中，被排斥的所述材料选自由以下各项组成的组：液体、溶液、悬浮液、复合流体以及固体。

在一个或多个实施方案中，所述光滑表面是疏水的或甚至是超疏水的。在其它实施方案中，所述光滑表面是疏油的或甚至是超疏油的。仍然在其它实施方案中，所述光滑表面是憎一切的或甚至是超憎一切的。在一些实施方案中，所述表面可以是两亲的。

在一些实施方案中，所述官能团是烃。

在一个或多个实施方案中，所述官能团是极性基，并且所述极性基任选地选自由以下各项组成的组：带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物、无机氧化物以及其组合。

在一个或多个实施方案中，所述官能团是全氟化碳。在一个或多个实施方案中，所述官能团是部分氟化的烃。

在一些实施方案中，所述官能团可以由以下各项组成：全氟聚醚、聚醚、多硫化物、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚两亲分子和聚两性电解质以及上述聚合物的低聚物形式。示范聚醚是聚环氧丙烷并且低聚物聚醚可以是寡(芳醚砜)，而聚烯烃的实例包括聚丙烯。

在某些实施方案中，所述锚固层的所述头基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、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、亚磺酸的甲硅烷基酯、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、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、硫醇盐、金属硫醇盐、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙、物理吸附或化学吸附或以其它形式非共价附接部分或其组合。

在某些实施方案中，头基包括马来酰亚胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、环氧化物、氮丙啶、硫杂丙环、醛、酮、叠氮化物、炔烃、二硫化物、酸酐、羧酸盐、磷酸盐、膦酸盐、硫酸盐、磺酸盐、硝酸盐、脒、硅烷、硅氧烷、氰酸盐、炔类、氰化物、卤素、缩醛、缩酮、生物素、环糊精、金刚烷以及乙烯基。

在一个或多个实施方案中，所述头基是硅烷、羧酸盐、磺酸盐或膦酸盐。

在一个或多个实施方案中，所述表面选自由以下各项组成的组：丙烯酸类物质、玻璃、聚合物、金属、碳、塑料、纸、陶瓷以及其组合。

在某些实施方案中，所述表面可以选自生物相容性材料如水溶胶、生物聚合物以及聚酯。

在具体实施方案中，所述表面选自由以下各项组成的组：聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)、丙烯酸类物质、聚苯乙烯、组织培养聚苯乙烯、金属、聚丙烯、丙烯酸类粘合剂、硅圆片、聚砜以及钠钙玻璃；所述锚固层包括共价地附接至全氟化碳尾部的甲硅烷基，并且所述润滑层包含全氟化碳油。所述锚固层和所述润滑层可以形成排斥不混溶材料的憎一切的光滑表面。

在一个或多个实施方案中，所述表面被处理来在暴露于所述锚固层之前活化所述表面。在一个或多个方面，活化包括酸或碱处理、氧化、氨化、等离子体处理以及微波处理(或其组合)。表面的活化还可以通过化学沉积(气相或溶液)、氨解、丙烯酸酯化、酯交换、还原、亲核或亲电取代、臭氧分解、或辐射来执行以将用于随后的改性的反应基或官能团与锚固层结合在一起。

在一个或多个实施方案中，所述表面防止血液的凝固。在一个或多个实施方案中，所述衬底具有自其补充润滑液的微通道。在其它实施方案中，所述衬底包括自其补充润滑液的储罐。仍然在其它实施方案中，所述衬底是有大剂量润滑液通过的管道。

在任何前述实施方案中，所述不混溶材料是固体，所述固体可以是包括干燥微粒的微粒或固体表面。在其它实施方案中，所述不混溶材料是选自由以下各项组成的组的液体：粘性液体、非粘性液体、半固体、发粘液体以及复合流体。在其它实施方案中，所述不混溶材料是溶解的分子。

在一个或多个实施方案中，所述不混溶材料含有添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的组：溶质、微粒或其组合。在一个实施方案中，所述不混溶材料被所述表面排斥并且所述添加剂被吸引至所述表面。在另一个实施方案中，所述不混溶材料和所述添加剂都被所述表面排斥。

在一个或多个实施方案中，所述不混溶材料是体液。所述体液可以选自由以下各项组成的组：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。

在一个或多个实施方案中，所述不混溶材料是含有细菌的溶液或悬浮液。所述细菌可以选自由以下各项组成的组：放线杆菌属、不动杆菌属(例如，鲍氏不动杆菌属(Acinetobacter baumannii))、气单胞菌属、博德特氏菌属、短芽孢杆菌属、布鲁氏杆菌属、拟杆菌属、伯克霍尔德氏菌属、疏螺旋体菌属、芽孢杆菌属、弯曲杆菌属、二氧化碳噬纤维菌属、心杆菌属、柠檬酸杆菌属、梭菌属、衣原体属、艾肯菌属、肠杆菌属、埃希氏菌属、弗朗西斯氏菌属、梭杆菌属、黄杆菌属、嗜血杆菌属、螺旋杆菌属、金氏杆菌属、克雷伯氏菌属、军团菌属、李斯特菌属、钩端螺旋体属、莫拉氏菌属、摩根氏菌属、支原体属、分枝杆菌属、奈瑟氏菌属、巴斯德氏菌属、变形杆菌属、普雷沃氏菌属、邻单胞菌属、假单胞菌属、普罗威登斯菌属、立克次氏体属、寡养单胞菌属、葡萄球菌属、链球菌属(A组)、无乳链球菌属(B组)、牛链球菌属、肺炎链球菌属、链霉菌属、沙门氏菌属、沙雷氏菌属、志贺氏菌属、螺菌属、密螺旋体属、韦荣球菌属、弧菌属、耶尔森氏菌属或黄单胞菌属以及其组合。根据一个或多个实施方案的所述光滑表面通过所述细菌来防止粘附、生长或生物污损。

在一个或多个实施方案中，所述不混溶材料是含有真菌的溶液或悬浮液。所述真菌可以选自由以下各项属成员组成的组：曲霉菌属、皮炎芽生菌属(Blastomyces dermatitidis)、念珠菌属、粗球孢子菌属、隐球菌属、荚膜组织胞浆菌荚膜变种(Histoplasma capsulatum var.capsulatum)、荚膜组织胞浆菌杜波变种(Histoplasma capsulatum var.duboisii)、巴西副球孢子菌属、申氏孢子丝菌属、伞枝梨头霉菌属、微小根毛霉菌属、无根根霉菌属以及其组合。根据一个或多个实施方案的所述光滑表面通过所述真菌来防止粘附、生长或生物污损。

在一个或多个实施方案中，所述材料是含有病毒的溶液或悬浮液。所述病毒可以选自由以下各项组成的组：巨细胞病毒(CMV)、登革热、埃-巴二氏病毒(Epstein-Barr)、汉坦病毒、人T细胞嗜淋巴细胞病毒(HTLV I/II)、细小病毒、肝炎、人乳头瘤病毒(HPV)、人免疫缺陷病毒(HIV)、后天性免疫缺陷综合症(AIDS)、呼吸道合胞体病毒(RSV)、水痘带状疱疹、西尼罗病毒、孢疹、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)以及其组合。根据一个或多个实施方案的所述光滑表面通过所述病毒来防止粘附或生长。

在一个或多个实施方案中，所述材料是含有颗粒的溶液或悬浮液，所述颗粒选自由以下各项组成的组：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、噬菌体、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。

在又另一方面，一种具有光滑表面的制品包括：包括锚固层的无菌衬底；锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；以及包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，其中所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。

在一个或多个实施方案中，所述衬底是在灭菌之前硅烷化。

附图简述

下图仅出于说明目的而提供，并且不意图进行限制。

图1是根据本发明的光滑的液体固定的涂布表面的示意图，其中具有固定分子的锚固层展现出与润滑层相互作用和保留住所述润滑层所必要的化学特性，所述润滑层具有与排斥材料不混溶的润滑液分子。

图2是根据一个或多个实施方案具有容纳在排斥表面下方的储罐的超光滑表面的示意图，所述储罐向表面补充润滑液。

图3是用于调节表面对将要暴露的一种或多种液体的亲和力的一般交联化学反应的示意图，其中R1表示衬底表面的反应部分，并且R2表示用于使表面改性的双官能分子上的反应部分。

图4是PDMS管道的一系列图像，其中PFC油的堵塞物通过硅烷化和非硅烷化的管道来泵运(图4A)，之后冰冻的未处理的人血证明硅烷化PDMS管道与PFC油的覆盖涂层的组合成功地防止了冰上未处理的人血的粘附，持续3分钟(图4B)和45分钟(图4C)。图中的透明液滴是PFC油。

图5是一系列图像，所述图像示出不具有抗凝剂的新鲜人血被由涂布有薄的PFC油的液体层的硅烷化PDMS表面(十三氟四氢辛基三氯硅烷)构成的超光滑表面排斥(图5B(ii))，但粘附至未处理和未改性的PDMS表面(图5A(i))、具有PFC油的非硅烷化PDMS(图5A(ii))以及不具有液油层的硅烷化PDMS(图5B(i))。

图6示出一系列图像，其中在倾斜之前(图6A)和之后(图6B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的PDMS薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的PDMS(图6B(i))、具有PFC油的PDMS(三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷)(图6B(ii))以及硅烷化PDMS(图6B(iii))，但完全被涂布有薄的PFC油层的硅烷化PDMS排斥(图6B(iv))。

图7示出一系列图像，其中在倾斜之前(图7A)和之后(图7B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的丙烯酸类薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的丙烯酸酯(图7B(i))、具有PFC油的丙烯酸类物质(图7B(ii))以及硅烷化丙烯酸类物质(图7B(iii))，但完全被涂布有薄的PFC油层的硅烷化丙烯酸类物质排斥(图7B(iv))。

图8示出一系列图像，其中在倾斜之前(图8A)和之后(图8B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的组织培养聚苯乙烯薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的组织培养聚苯乙烯(图8B(i))、具有PFC油的组织培养聚苯乙烯(图8B(ii))以及硅烷化组织培养聚苯乙烯(图8B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化组织培养聚苯乙烯排斥(图8B(iv))。

图9示出一系列图像，其中在倾斜之前(图9A)和之后(图9B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的聚苯乙烯薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的聚苯乙烯(图9B(i))、具有PFC油的聚苯乙烯(图9B(ii))以及硅烷化聚苯乙烯(图9B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化聚苯乙烯排斥(图9B(iv))。

图10示出一系列图像，其中在倾斜之前(图10A)和之后(图10B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的钛薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的钛(图10B(i))、具有PFC油的钛(图10B(ii))以及硅烷化钛(图10B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化钛排斥(图10B(iv))。

图11示出一系列图像，其中在倾斜之前(图11A)和之后(图11B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的钠钙玻璃，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的钠钙玻璃(图11B(i))、具有PFC油的钠钙玻璃(图11B(ii))以及硅烷化钠钙玻璃(图11B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化钠钙玻璃排斥(图11B(iv))。

图12示出一系列图像，其中在倾斜之前(图12A)和之后(图12B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的聚丙烯薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的聚丙烯(图12B(i))、具有PFC油的聚丙烯(图12B(ii))以及具有丙烯酸类粘合剂的硅烷化聚丙烯(图12B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化聚丙烯排斥(图12B(iv))。

图13示出一系列图像，其中在倾斜之前(图13A)和之后(图13B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的具有丙烯酸类粘合剂的聚丙烯薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的具有丙烯酸类粘合剂的聚丙烯(图13B(i))、具有PFC油的含有丙烯酸类粘合剂的聚丙烯(图13B(ii))以及具有丙烯酸类粘合剂的硅烷化聚丙烯(图13B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的含有丙烯酸类粘合剂的硅烷化聚丙烯排斥(图13B(iv))。

图14示出一系列图像，其中在倾斜之前(图14A)和之后(图14B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的硅圆片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的硅圆片(图14B(i))、具有PFC油的硅圆片(图14B(ii))以及硅烷化硅圆片(图14B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化硅圆片排斥(图14B(iv))。

图15示出一系列图像，其中在倾斜之前(图15A)和之后(图15B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的聚碳酸酯薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的聚碳酸酯(图15B(i))、具有PFC油的聚碳酸酯(图15B(ii))以及硅烷化聚碳酸酯(图15B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化聚碳酸酯排斥(图15B(iv))。

图16示出一系列图像，其中在倾斜之前(图16A)和之后(图16B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的聚砜薄片，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的聚砜(图16B(i))、具有PFC油的聚砜(图16B(ii))以及硅烷化聚砜(图16B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化聚砜排斥(图16B(iv))。

图17示出一系列图像，其中在倾斜之前(图17A)和之后(图17B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的平滑的PDMS薄片，其中PDMS固化在具有0.1微米的平均粗糙度的不锈钢表面上，从而展示出血液粘附至未处理和未改性的PDMS(图17B(i))、具有PFC油的PDMS(图17B(ii))以及硅烷化PDMS(图17B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的硅烷化PDMS排斥(图17B(iv))。

图18示出一系列图像，其中在倾斜之前(图18A)和之后(图18B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的粗糙的PDMS薄片，其中PDMS固化在具有1.0微米的平均粗糙度的不锈钢表面上，从而展示出血液粘附至粗糙的未处理和未改性的PDMS(图18B(i))、具有PFC油的粗糙的PDMS(图18B(ii))以及粗糙的硅烷化PDMS(图18B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的粗糙的硅烷化PDMS排斥(图18B(iv))。

图19示出一系列图像，其中在倾斜之前(图19A)和之后(图19B)血滴已涂覆至具有各种表面处理的PDMS薄片，其中PDMS固化在具有2.0微米的平均粗糙度的不锈钢表面上，从而展示出血液粘附至更粗糙的未处理和未改性的PDMS(图19B(i))、具有PFC油的更粗糙的PDMS(图19B(ii))以及更粗糙的硅烷化PDMS(图19B(iii))，但完全被具有PFC油涂层的更粗糙的硅烷化PDMS排斥(图19B(iv))。

图20示出处于非倾斜(图20A)和倾斜(图20B)状态的两个经过等离子体处理的钠钙玻璃的载片，每个含有无抗凝剂的血滴。

图21示出处于非倾斜(图21A)和非倾斜(图21B)状态的经过等离子体处理、经过三氟丙基三氯硅烷处理(用具有一个碳长的氟化碳尾部(1-PFC)的分子来硅烷化)的钠钙玻璃载片的图像，从而展示出血液粘附至经过等离子体处理的经过1-PFC处理而不具有PFC油的玻璃载片(图21B(i))，但大部分血液在经过等离子体处理的经过1-PFC处理而又具有PFC油涂层的玻璃载片上受到排斥(图21B(ii))。

图22示出处于非倾斜(图22A)和非倾斜(图22B)状态的经过等离子体处理、经过九氟己基三氯硅烷(nonafluorohexyltrichlorosilane)处理(用具有四个碳长的氟化碳尾部(4-PFC)的分子来硅烷化)的钠钙玻璃载片的图像，从而展示出血液粘附至经过等离子体处理的经过4-PFC处理而不具有PFC油的玻璃载片(图22B(i))，但所有血液在经过等离子体处理的经过4-PFC处理而又具有PFC油涂层的玻璃载片上受到排斥(图22B(ii))。

图23示出处于非倾斜(图23A)和非倾斜(图23B)状态的经过等离子体处理、经过十三氟四氢辛基三氯硅烷处理(用具有六个碳长的氟化碳尾部(6-PFC)的分子来硅烷化)的钠钙玻璃载片的图像，从而展示出血液粘附至经过等离子体处理的经过6-PFC处理而不具有PFC油的玻璃载片(图23B(i))，但所有血液在经过等离子体处理的经过6-PFC处理而又具有PFC油涂层的玻璃载片上受到排斥(图23B(ii))。

图24示出处于非倾斜(图24A)和非倾斜(图24B)状态的经过等离子体处理、经过十七氟四氢癸基三氯硅烷(heptadecafluorotetrahydrodecyltrichlorosilane)处理(用具有八个碳长的氟化碳尾部(8-PFC)的分子来硅烷化)的钠钙玻璃载片的图像，从而展示出血液粘附至经过等离子体处理的经过8-PFC处理而不具有PFC油的玻璃载片(图24B(i))，但所有血液在经过等离子体处理的经过8-PFC处理而又具有PFC油涂层的玻璃载片上受到排斥(图24B(ii))。

图25示出经过等离子体处理的玻璃载片的一系列图像，其中矿物油涂覆至一个载片(图25A(ii)和图25B(ii))，无抗凝剂的血液用移液管移到两个载片上，并且载片是非倾斜的(图25A)和倾斜的(图25B)。

图26示出经过等离子体处理的玻璃载片的一系列图像，所述玻璃载片进一步用具有线性辛烷(C8)尾部的硅烷来改性，其中矿物油涂覆至一个载片(图26A(ii)和图26B(ii))，无抗凝剂的血液用移液管移到两个载片上，并且载片是非倾斜的(图26A)和倾斜的(图26B)。

图27是根据一个或多个实施方案用于防止两个衬底粘附至彼此的光滑表面的示意图。

图28示出未经过等离子体处理的玻璃载片的一系列图像，其中PFC油添加至一个载片(图28A(ii))并且矿物油涂覆至另一个载片(图28B(iii)，并且无抗凝剂的血液用移液管移到处于非倾斜(图28A)和倾斜(图28B)状态的每个载片上。

图29示出1mm玻璃珠的三个图像，所述玻璃珠在5％v/v的乙醇(九氟己基三氯硅烷，Gelest，SIN6597.6)中硅烷化，并且之后(i)浸没在PFC油(Fluorinert FC-70)中以在珠粒表面上产生超光滑表面；(ii)暴露于不具有抗凝剂的人血；以及(iii)用PBS溶液漂洗，从而展示出存在很少乃至没有血液材料的粘附。

图30示出(i)已暴露于无抗凝剂的血液的经过洗涤的未改性的玻璃珠，所述血液在珠粒附近形成固体凝块；(ii)硅烷化的，涂布PFC油的珠粒在用移液管将血液移到珠粒上之后用PBS洗涤并且示出仅少量血液材料粘附到珠粒上；以及(iii)出于比较，在暴露于无抗凝剂的血液之前用PFC油涂层来硅烷化珠粒。

图31A是根据一个或多个实施方案防止排斥液体和所述排斥液体中含有的溶质、固体微粒或其组合粘附至衬底的超光滑表面的示意图。

图31B是根据一个或多个实施方案防止排斥液体粘附至衬底，但允许溶质、微粒或其组合粘附至或保留在衬底上或润滑液内的超光滑表面的示意图。

图31C是根据一个或多个实施方案的超光滑表面的示意图，所述超光滑表面防止排斥液体粘附至衬底，但展示出所述超光滑表面对某些溶质和/或微粒具有选择性亲和力。

图32A-B是一系列图像，所述图像示出由PETE制成的可商购的番茄酱塑料瓶可以用硅烷来改性并且用PFC油来处理以产生防止番茄酱沉积在瓶壁上的超光滑表面。

图33A-33E是示出在暴露于无抗凝剂的血液之后未处理或经过处理的医疗等级PVC管内的血迹的一系列照片：(图33A)未处理的管件；(图33B)涂布有FC-70，未灭菌；(图33C)涂布有FC-70，已灭菌；(图33D)涂覆有PFD，未灭菌；以及(图33E)涂覆有PFD，已灭菌。

图34示出在等离子体处理和硅烷化之前和之后在PMMA、聚砜以及硅圆片衬底上执行的接触角测量。

图35示出在等离子体处理、硅烷化之前和之后，以及在等离子体处理和硅烷化之后用润滑液浸涂之后使用水、十六烷以及血液在PMMA衬底上执行的倾斜角度测量。

图36示出存在和不存在各种涂布表面以及钢衬底情况下暴露于人血的聚砜表面。

图37示出未处理聚砜表面和涂布FC-70的硅烷化聚砜表面上血栓累积的远视图和近视图的扫描电子显微图像。

图38是涂布血纤蛋白原的面积百分比随着时间变化的曲线图，所述曲线图展示出在形成各种不同涂布表面之前和之后PMMA衬底上的血栓累积。

图39A-B示出在形成各种不同涂布表面之前和之后在PMMA衬底上执行的体内研究中减少的血栓累积。

图40示出未处理和涂布PVC的管道以及导管的截面图像，所述截面图像展示出涂布PVC的管道和导管内减少的血栓累积。

图41示出未处理和涂布样品的血栓重量测量，展示出涂布样品内减少的血栓累积。

图42示出裸铝(Al)、羟基氧化铝(Al-B)、氟官能化的羟基氧化铝(Al-BF)以及纯的氟代脂肪族磷酸酯含氟表面活性剂(FS100)的FT-IR光谱。

图43示出血纤蛋白原颗粒粘结至不具有全氟化碳的玻璃但并不粘结至用全氟化碳处理的表面的光学图像。

图44示出荧光标记的血栓血纤蛋白原颗粒粘结至不具有全氟化碳的玻璃但并不粘结至用全氟化碳处理的表面的光学图像。

详述

描述了用于制造超排斥液体、液体内含有的分子或微粒以及干燥固体的大多数固体表面的方法。另外，提供了用于减少两个固体表面之间的粘附和摩擦的方法。所公开的光滑的液体固定的涂布表面是包括固定至底部衬底的锚固层的合成表面，所述锚固层与具有润滑液的薄层相互作用并且保留住所述薄层。锚固层包括具有头基的部分，所述部分优先与底部表面相互作用并且向环境呈现具有有利地与润滑液相互作用的表面特性的官能团。所述部分布置在底部表面上以在表面上形成固定分子锚固层。润滑层在锚固层上形成至少一个单分子层，并且锚固层和润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。

本发明的某些实施方案总体上涉及聚合物、玻璃、金属、金属氧化物或通过有机配体和有机配体的混合物获得的复合衬底的表面涂层以及通过将液体润滑剂注入到化学官能化的衬底上来形成光滑表面的此类化学改性的衬底的用途。

本发明的某些实施方案提供有机配体的组合物和形成涂布衬底的方法，所述涂布衬底提供对表面能量、亲和力以及与所涂覆液体润滑剂的相容性的控制，和此类润滑剂在官能化衬底上改进的稳定性以及保留性。

化学官能化衬底在通过将润滑剂注入到化学官能化表面上来形成超平滑、排斥一切物质、自愈、抗凝以及光滑的表面时是有用的。组合物允许调整有待使用的润滑剂的类型以及将要被排斥的外来材料的类型或通过改变配体的性质来实现包括液体、气体以及固体主体材料(host)的各种主体介质和剪切条件中所留住的润滑剂的长期稳定性。

图1中示出了例示的超排斥表面200(未按比例绘制)。参考图1，具有固定分子的锚固层210附接至衬底230，所述固定分子展现出粘合和保留由液体构成的超薄润滑层220的化学特性。衬底230可以是平滑或粗糙化的表面。固定分子锚固层共价地附接至或吸附到衬底230上。润滑液涂覆至表面改性的衬底。表面改性锚固层增强了润滑液的润湿特性并且允许所述润滑液形成薄的润滑层。固定分子锚固层允许润滑液添加至平滑或粗糙化的衬底230并且仍然排斥不混溶材料。排斥材料240是将要排斥的材料，并且可以是液体、液体内含有的微粒、复合流体、干燥固体或干燥表面。润滑液(并且因此底部锚固层的组合物)被选择来提供排斥材料在其中不混溶的润滑层。

在一些实施方案中，锚固层吸附到底部表面上。在一些实施方案中，锚固层通过粘附来形成在底部衬底上。

在其它实施方案中，如图2中所示，锚固层可以共价地键合至底部表面。衬底含有附接至表面的固定分子锚固层。参考图2，固定分子锚固层110包括将化学键提供至衬底100的头部区域120。固定分子锚固层110还包括尾部区域130。固定分子锚固层的尾部区域改变衬底的表面特性以提供所需特性。例如，取决于排斥材料的性质，固定分子锚固层可以提高表面的疏油性、疏水性或憎一切性。尾部区域与例如涂覆至处理表面的润滑液的固定分子相互作用。因此，尾部区域通过非共价附接来保留润滑液的分子。尾部区域和润滑液的分子布置在表面上以使得润滑液的分子在表面上形成润滑层140。由于亲和力是基于润滑液与锚固层的官能区域的相互作用，润滑层可以非常薄并且可以至多是一个分子层。

润滑层140通过将锚固层110固定在表面100上并且将润滑液涂覆至含有固定单分子表面层110的表面来形成。润滑液将衬底的处理表面润湿并且形成润滑层140。锚固层110和润滑层140通过非共价吸引力来保持在一起。总之，衬底和衬底上的润滑层形成抵抗分子和颗粒的粘附的光滑表面并且排斥某些不混溶流体。这允许材料以各种流率(包括高流率)通过，而不允许所述材料粘附至、附接至表面、污损表面或在生物流体如血液的情况下凝固。因此，这些表面可以用于各种各样的环境如实验室中，用在医疗装置、医疗设备上，用于包括抗凝和抗生物素形成的医疗应用、工业应用、商业应用以及其它实践应用中。如文本所使用，对“环境材料”或“环境液体”的提及指示根据本发明的超光滑层被设计来排斥或减少粘附的流体或固体或其它材料。其它术语如“排斥材料”、“排斥液体”、“将要排斥的材料”、“将要排斥的流体”、“将要排斥的液体”等意图表示此类相似材料。

在一个实施方案中，全氟化碳(“PFC”)油用作润滑液，特别是在将要排斥或排除的材料在疏油液体中不混溶的情况下。“类似Teflon”的PFC油通过例如含氟表面的表面上的“类似Teflon”的层来保留在表面上，所述表面用作锚固层。处理的含氟表面对其它氟化碳具有亲和力，并且因此在将PFC油涂覆至处理表面时，表面通过具有抵抗液体粘附和排斥材料的PFC油的薄层来润湿并且保留住所述薄层。

衬底

根据本发明可以使用许多类型的衬底。一般来说，具有化学反应表面(或可以被活化来提供化学反应表面的表面)的固体可以用于与锚固层和涂覆至表面的润滑层相互作用并且固定所述锚固层和所述润滑层。在一个实施方案中，所述表面是平滑的。在其它实施方案中，所述表面不限于任何表面粗糙度程度。

本文公开的液体排斥表面具有独立于底部衬底的几何形状的特性。因此，衬底的几何形状可以是适合各种材料的构造的任何形状、形式或构造。液体排斥表面可以采用的形状、形式以及构造的非限制性实例包括大体球状(例如，珠粒)(参见图29和图30)、管状(例如，套管、连接器、导管、针、毛细管或注射器)(参见图4A-4C)、平面状(例如，应用于显微镜载片、平板、圆片、薄膜或实验室工作台)(参见图5-26和图28)或任意形状(例如，孔、孔板、陪替氏培养皿、瓷砖、大口瓶、烧瓶、烧杯、小瓶、试管、管柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶或槽)(参见图32)。衬底可以是柔性或刚性的固体。

在一些实施方案中，衬底是柔性的，例如像医疗应用中所使用的柔性管件或管道。图4A-4C示出根据本发明的一个或多个实施方案已处理并且超排斥液体的柔性PDMS管道。

衬底可以是能够表面改性来形成固定分子锚固层的任何材料。许多合适的材料是可商购的，或可以通过本领域中已知的各种制造技术来制得。可以用于制备本文所描述的超光滑表面的表面的非限制性实例包括例如玻璃、聚合物(例如，聚砜、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯、聚氨酯、有机硅等)、金属(例如，不锈钢、镍钛合金、钛、金、铂、银、铝、钴铬合金等)、纸、塑料、各种形式的碳(例如，钻石、石墨、炭黑等)、金属氧化物以及其它陶瓷材料、复合材料、以上各项的组合等。

在某些实施方案中，衬底被选择来与装置的目标用途相容。例如，在医疗装置中，优选的是固体材料在安全性和生物相容性方面符合FDA标准。

合适的衬底含有处于其天然形式的反应表面部分，或可以被处理来提供用于与锚固化合物连接的合适的反应部分。示例性反应表面部分包括含氧表面基团如氧化物、氢氧化物、羧基、羰基、苯酚、环氧化物、醌以及内酯基等；含氮表面基团如氨基、C＝N基团、叠氮化物、酰胺、腈基、类似吡咯的结构等；含硫部分如硫醇等以及含有表面基团如炔烃和烯烃的反应碳。

表面可以使用已良好理解的技术来处理以活化表面并且使所述表面易于表面改性。示例性表面处理包括酸或碱处理、氧化、氨化、等离子体处理、微波处理以及各种蚀刻技术。

锚固层

根据一个或多个实施方案，衬底通过提供锚固层来改性，所述锚固层对润滑液具有亲和力并且具有将所述润滑液保留在衬底上的能力。已知具有较强憎一切特性的材料并不粘附至或良好铺展在大多数亲水或疏水衬底上。类似地，已知具有较强疏水特性的材料并不粘附至或良好铺展在大多数亲水或憎一切的衬底上，并且已知具有较强亲水特性的材料并不粘附至或良好铺展在大多数疏水或憎一切的衬底上。适当的固定分子锚固层的选择可以改进此类液体的润湿特性并且因此使表面具有优异的液体排斥特性。

一般来说，锚固层包含共价地附接至或吸附到衬底上的头基和非共价地与润滑层相互作用以将润滑层保留在表面上的官能团。这个锚固层在衬底上形成至少一个单分子层。在一些实施方案中，这个层在衬底上形成不止一个单分子层。

在一些实施方案中，锚固层通过粘附来形成在底部衬底上。粘附是不同颗粒和/或表面彼此粘着的趋势。可以采用来形成锚固层的非限制性粘附力包括机械力、范德尔力或静电力中的一种或多种。

在一些实施方案中，锚固层与底部衬底形成共价键合。锚固层可以通过携带官能尾部的双官能分子的反应头基(图3中的“R2”)与衬底310的表面上的反应物质(图3中的“R1”)的反应来制备。R2和R1的反应形成将官能团固定在衬底的表面上的共价键320。例如，表面上的反应氧部分(“R1”)与全氟化或聚氟化有机硅烷的三氯硅烷部分(“R2”)反应以形成甲硅烷氧基(Si-O)键并且提供具有暴露的全氟化或聚氟化尾部的改性表面。

举例来说，反应头基(R2)是与以下各项反应的基团：含氧表面基团(R1)如氧化物、氢氧化物、羧基、羰基、苯酚、环氧化物、醌以及内酯基等；含氮表面基团(R1)如氨基、C＝N基团、酰胺、叠氮化物、腈基、类似吡咯的结构等；含硫部分如硫醇和衬底的表面上的类似物质以及含有表面基团如炔和烯烃的反应碳。

R1与R2反应时形成的基团的一些实例包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、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、亚磺酸的甲硅烷基酯、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、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、硫醇盐、金属硫醇盐、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙、物理吸附或化学吸附或以其它形式非共价附接的部分或其组合。

R2的非限制性实例包括羧酸、胺、卤化物、硅烷醇、硫醇、羰基化合物、醇、膦酸、磺酸、无机氧化物(例如，二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等)、反应金属(例如，金、铂、银)、叠氮化物、烯烃以及炔烃。

例如，具有羟基(即，-OH)的表面可以用各种可商购的物质来官能化，所述物质例如聚氟烷基硅烷(例如，十三氟-1,1,2,2-四氢辛基-三氯硅烷、十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷等)、烷基硅烷、氨基硅烷(例如，(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷)、缩水甘油氧基硅烷(例如，(3-缩水甘油丙氧基)-二甲基-乙氧基硅烷)以及(巯基烷基)硅烷(例如，(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷)。在某些实施方案中，具有氧化物或可以在表面上容易地形成氧化物的各种材料如二氧化硅、玻璃、氧化铝以及有机聚合物可以使用技术如等离子体处理来活化以含有-OH官能团。在活化之后，气相或溶液沉积技术可以用来将各种有机甲硅烷基部分附接至衬底。有机甲硅烷基部分可以选自全氟化、部分氟化或非氟化的部分。

在某些实施方案中，R2的非限制性实例包括与金属衬底反应的硫醇基，所述金属衬底例如金、铜、银、铂、钯、铑、钌、其合金以及金属间化合物。

在另一个实施方案中，示例性反应基团(R2)的非限制性列表包括取代或未取代的羧酸、取代或未取代的磺酸、取代的亚磺酸、取代的硫酸、取代的膦酸、取代的次膦酸、取代的磷酸以及其相应的酯或其组合。

在一个或多个实施方案中，锚固层包括具有至少一个碳的尾部长度的全氟化碳尾部。在具体实施方案中，全氟化碳尾部可以具有1-50或2-20或4-16或6-12个的碳长度。在一个或多个实施方案中，锚固层头基是反应硅烷基例如三氯硅烷与衬底表面上的氧部分的反应中形成的甲硅烷氧基(Si-O)。许多可商购的全氟化碳三氯硅烷是可获得的。如本文所使用，对“硅烷化”表面的提及指示头基包括Si-O键的锚固层。

在其它实施方案中，交联剂可以用于将反应表面与锚固层分子连接在一起。例如，如下文所示，双官能接头如表氯醇、戊二醛、己二酸二酰肼可以将羟基、氨基以及羧酸封端的化合物附接至其相应的活化表面。

表1示出连接化学品的另外的实例。示出了任一端具有相同或不同反应基团的示例性连接试剂的非限制性列表。试剂通过化学基团连接(左列)和其化学成分(右列)来分类。

表1

锚固层中所使用的官能团(尾部)可以被选择来对润滑层的分子具有亲和力如非共价相互作用并且将所述润滑层保留在表面上。如本文所使用，高亲和力是指润滑剂的扩展系数相对于官能团的扩展系数来说是积极的(例如具有吸引力并且彼此大体混溶)，以使得润滑液与锚固层的官能团具有的吸附平衡常数比将要排斥的材料与锚固层的官能团的更大。具体来说，可以在润滑液与锚固层之间产生无滑动条件以使得润滑液中有最外层分子粘接至锚固层，但所述润滑液的其它部分可能被迫离开衬底(例如，剪切变形、高冲击压力等)。例如，包括烃如烷烃、烯烃、炔烃和芳香族化合物以及其组合的官能团可以用于产生对同样疏水或亲水的润滑液具有亲和力的疏水表面。组合的表面层和润滑液可用于排斥亲水或憎一切的流体。在另一个实施方案中，亲水官能团可以用于产生对亲水流体具有亲和力的亲水表面。示例性亲水基团包括带电多肽、聚阴离子(例如，硫酸肝素、寡核苷酸、硫酸葡萄糖)、聚阳离子(例如，壳聚糖、甲壳质、海地美溴铵、二乙氨乙基纤维素)、极性聚合物(聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇)、多糖(葡萄糖、琼脂糖、菊糖、琼脂糖凝胶)、胺(例如，氨基丙基、二乙氨基乙醇)、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺以及金属氧化物。组合的表面层和润滑液可用于排斥疏水或憎一切的流体。仍然在另一个实施方案中，官能团包括全氟化基团(例如，全氟聚(或低聚)醚等)，所述全氟化基团对润滑剂具有亲和力以产生用于排斥亲水或疏水流体的憎一切的表面。

衬底可以通过本领域中熟知的方法来涂布有锚固层，所述方法包括等离子体辅助化学气相沉积、化学官能化、化学溶液沉积、化学气相沉积、化学交联以及原子层沉积。例如，化学气相沉积可以通过使衬底暴露于反应硅烷蒸汽来执行。对于化学溶液沉积，沉积可以通过例如将衬底浸没在生理食盐水溶液中之后漂洗和干燥来执行。类似地，其它反应头基可以通过使用本领域中熟知的气相和溶液相方法来与表面相接触并且与所述表面反应。

锚固层能够以足以覆盖衬底的表面的厚度来涂覆。涂覆层的实际厚度可能随着应用方法的变化而变化。以典型厚度涂覆的锚固层被认为是单分子层，然而，所述层可能并未完全覆盖住整个表面但仍足以修改衬底的表面特性。类似地，所述层可不止是一个单分子层，

某些实施方案可能涉及具有范围从乙基至十二烷基的碳链长度的全氟烷基胺如1H,1H-全氟辛胺与不同表面如聚酯、聚氨酯或聚氯乙烯通过主链中酯和氨基甲酸酯的氨解或亲核取代来反应。

在某些实施方案中，底部衬底用所需锚固层经由两步过程来官能化，所述两步过程例如使衬底表面发生反应以提供所需反应部分，所述反应部分之后可以进一步与所需锚固层反应。例如，底部衬底(例如，二氧化硅)可以反应来提供异氰酸酯基，所述异氰酸酯基之后可以用于在羟基或氨基封端的氟代化合物(HO-Rf和NH₂-Rf)与异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷(ICPTES)之间进行氨基甲酰化反应以分别通过氨基甲酸乙酸和尿素形成来形成氟硅烷接头。

作为另外的实例，如下文所示，羟基化表面可以用三乙氧基甲硅烷基丁醛(ABTES)来官能化并且进一步与氨基封端的氟代化合物反应。

在某些实施方案中，全氟烷基胺可以通过迈克尔加成、酰胺化、亲核加成以及开环机制来与携带丙烯酸酯、马来酰亚胺、羧酸、酸酐、醛以及环氧化合物的表面反应。

其它亲核全氟化分子包括可以与亲电子试剂如马来酰亚胺以及含二硫化物的衬底反应的全氟烷基硫醇如全氟癸硫醇。

在某些实施方案中，全氟烷基醇如1H,1H,2H,2H-全氟-1-辛醇可以通过酯化反应来锚固至含羧酸的衬底。

在某些实施方案中，含有胺和相关亲核试剂的衬底可以与全氟烷基丙烯酸酯(碳链长度范围从乙基至十二烷基，如1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯)或全氟烷基环氧化物(如全氟己基丙基环氧化物或全氟辛基丙基环氧化物)反应。

在某些实施方案中，具有范围从乙基至十二烷基的碳长度的全氟烷基碘化物如2-(全氟辛基)乙基碘化物可以在存在胺和金属盐的情况下与携带烯烃的表面反应以产生碘加合物。

上述反应的烃类似物可以同样使用具有范围从C2至C22的各种碳链长度的脂肪酸、脂类、烷基胺、烷烃硫醇、烷基醇、烷基卤化物、丙烯酸烷基酯以及烷基环氧化物来容易地获得。

在某些实施方案中，膦酸可以用作锚固层的一部分。如本文所使用，术语“膦酸”是指具有以下结构的有机化合物：

其中R是有机(含碳)基团或残基，其中磷原子键合至R基团的碳原子。本领域普通技术人员应意识到，附接至膦酸的OH基团的氢是酸性的并且可以通过碱或处于适当的pH中以形成膦酸的盐来去除，所述膦酸的盐具有膦酸根单或二阴离子，所述阴离子具有以下结构：

应理解，在呈现为阴离子时，磷酸根可以包括一个或多个相关联的抗衡离子，例如，包括锂、钠或钾的一价阳离子或包括钙或锌的一个或多个二价阳离子。有机“R”基团或残基包含至少一个碳原子，并且包括但不限于许多熟知的含碳基团、残基、或本领域普通技术人员熟知的基团。R基团可以含有各种杂原子，或通过包括氧、氮、硫、磷等的杂原子来键合至另一个分子。合适的R基团的实例包括但不限于烷基类如甲基、丁基或十八烷基等，或取代的烷基类如羟甲基、卤烷基、全氟烷基，芳香族化合物如苯基或取代的芳香族化合物如苯酚或苯胺；或聚合残余物如PEG、PPG、有机硅、聚乙烯、氟聚合物如全氟聚醚、Teflon或Viton、聚碳酸酯等以及类似物质。在许多非聚合实施方案中，膦酸根的R基团包含1至18个碳原子、1至15个碳原子、1至12个碳原子、1至8个碳原子或1至4个碳原子。

在某些实施方案中，膦酸配体可以附接至金属氧化物衬底表面。

在另一方面，膦酸配体可以在金属氧化物衬底的表面上形成涂层。

在另外的方面，至少一个膦酸配体包括具有R_n-X_n结构的化合物的残余部分，其中R是配体基团并且X是具有以下结构的膦酸基团：

以及

其中每个n独立地为1、2或3。

在又另一方面，每个n是1。仍然在另外的方面，化合物包含R-X结构。

在一方面，本发明的化学官能化衬底可以包含至少一个膦酸配体。

在另外的方面，本发明的化学官能化衬底可以包含多个膦酸配体。

在又另一方面，本发明的化学官能化衬底可以由膦酸配体覆盖。

在又另外的方面，本发明的化学官能化衬底可以由多于一种类型的膦酸配体的混合物覆盖。

如本文所使用的术语“膦酸配体”是指附接至或能够附接至金属氧化物衬底的表面的衍生自膦酸的基团或残基。本领域普通技术人员将理解膦酸或它们的阴离子盐可以通过在磷原子与金属氧化物表面上的氧原子或离子之间用范围从共价至极性共价至离子以及包括通过氢键合的键合来替换膦酸的一个或多个氧原子来容易地附接至具有金属氧化物的表面。

在某些方面，至少一个有机膦酸包含甲基膦酸、辛基膦酸、癸基膦酸、十八烷基膦酸、苯基膦酸、苄基膦酸、五氟苄基膦酸、11-羟基十一烷基膦酸、(11-膦基十一烷基)膦酸、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)膦酸、五溴苄基膦酸、(11-丙烯酰氧基十一烷基)膦酸或其混合物。

在一方面，膦酸配体通过将膦酸配体的一个、两个或三个氧原子键合至金属氧化物表面来附接至表面。例如，如下文所示的一个或多个结构所示，有机膦酸配体可以通过范围从共价至极性共价至离子以及包括通过氢键合的键合来附接至表面：

在一方面，R可以是包含1至18个碳原子的有机基团，例如包含1至16个碳，1至14个碳，1至12个碳，1至10个碳，1至8个碳，1至6个碳，或1至4个碳的有机基团。

在另外的方面，R是具有以下结构的烷基取代的聚醚：

其中n是1至25(包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24以及25)，并且R′是C1-C4烷基(包括1、2、3或4个碳)。在又另外的方面，R选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基以及十二烷基。

在另一方面，R包含取代的或未取代的、直链或支链的C₃至C₅₀脂肪族或环状脂肪族，氟烷基，寡(乙二醇)，芳基或氨基。

在另一方面，R可以包含直链或支链的烷基，所述烷基具有至多12个碳(包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11以及12个碳)或具有至多8个碳(包括1、2、3、4、5、6、7以及8个碳)，并且α和β可以独立地是从1至12的整数(包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11以及12)或从1至8的整数(包括1、2、3、4、5、6、7以及8)。

在另外的方面，R是氟化基团。例如，R可以包含-(CH₂)_β-(OCH₂CH₂)_αF、-OCHCH₂-(CF₂)_βCF₃、-(CF₂CF₂)_α-(CF₂)_βCF₃、-(CF₂)_β-(CF₂CF₂)_αCF₃、-(CF₂CF₂)_α-(CH₂)_βCF₃或-(CF₂)_β-(CF₂CF₂)_αCF₃，其中α是从0至25的整数并且其中β是从0至25的整数。在各个另外的方面，α和β可以独立地是从1至12的整数(包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11以及12)或从1至8的整数(包括1、2、3、4、5、6、7以及8)。

润滑层

用于形成润滑层的润滑液涂覆至锚固层。因此，在衬底上容易流动的润滑层可以稳定地但非共价地键合至锚固层的官能团以形成连续的排斥层。润滑层可以基于其排斥不混溶材料的能力来选择。在一个或多个实施方案中，润滑层相对于底部衬底和将要排斥的环境材料来说是惰性的。

润滑层可以由各种流体制备。在一个或多个实施方案中，超光滑表面用于医疗设置中，在所述情况下，润滑液是例如基于其生物相容性、毒性水平、抗凝特性以及在生理条件下的化学稳定性来选择。例如，批准用于生物医疗应用中的化合物可以根据本发明来使用。具体来说，全氟化有机液体适于用在生物医疗应用中。在一些方面，润滑层是全氟化油，所述全氟化油的非限制性实例包括PFC油如FC-43、FC-70、全氟三丙胺、全氟三戊胺、全氟三丁胺、全氟萘烷、全氟辛烷、全氟丁烷、全氟丙烷、全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、全氟壬烷、全氟癸烷、全氟十二烷、全氟辛基溴化物、全氟(2-丁基-四氢呋喃)、全氟全氢化菲、全氟乙基环己烷、全氟(丁基四氢呋喃)、全氟聚醚(KRYTOX)以及其组合。在其它方面，润滑层是氟化烃油，所述氟化烃油的非限制性实例包括油如3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷、三氟甲烷、二氟甲烷、五氟乙烷、氢氟醚等。在其它方面，润滑层是烃油，所述烃油的非限制性实例包括油如烷烃(例如，丁烷、戊烷、己烷、环己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十二烷、十六烷、十八烷)、三酰甘油酯、矿物油、烯烃、胆固醇、芳香族烃(例如，苯、苯酚、萘、萘酚)以及其组合。在其它方面，润滑层是亲水液体，所述亲水液体的非限制性实例包括水、水溶液(例如，酸、碱、盐、聚合物、缓冲液)、乙醇、甲醇、甘油、离子液体(例如，硝酸乙铵、乙基甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；关于可以使用的离子液体的其它实例参见：“Ionic Liquids inSynthesis”P.Wasserscheid和T.Welton(编辑),Wiley-VCH；第2版(2007年11月28日)，所述文献的内容以引用方式并入本文)以及其组合。

在一些方面，润滑层的粘度可以针对具体应用来选择。例如，润滑油的粘度可以<1cSt、<10cSt、<100cSt、<1000cSt或<10,000cSt。

在一些方面，润滑层具有低冰点，例如低于-5℃、-25℃或-50℃。具有低冰点的润滑层允许所述层在低温下仍然保持液体以维持润滑层和官能化表面的组合排斥各种液体或固化流体如冰等的能力。

在一些方面，润滑层具有低蒸发率或低蒸汽压。例如，润滑液的蒸汽压可以小于25℃下的10mmHg，小于25℃下的5mmHg，小于25℃下的2mmHg，小于25℃下的1mmHg，小于25℃下的0.5mmHg或小于25℃下的0.1mmHg。润滑层能够以足以覆盖锚固层的厚度来涂覆。在一些实施方案中，润滑层以足以在衬底上形成单分子层的厚度来涂覆。在其它实施方案中，润滑层以10nm至10μm的厚度涂覆在衬底上。在其它实施方案中，润滑层以10μm至10mm的厚度涂覆在衬底上。以典型厚度涂覆的润滑层(被认为是单分子层)可以使液体排斥性保持一段长的时间而不需补充。举例来说，表面可以使液体排斥性保持超过1小时、或超过6小时、或超过24小时、超过一周、或超过一年或更长的时间段。

润滑液可以一次性或重复地喷洒、浇注或抽吸到衬底上。在某些实施方案中，润滑层可以通过将润滑液的液滴旋转涂布到，用移液管移到表面上，或通过将所述表面浸泡在含有润滑液的储罐或通道中，使所述润滑液通过底部衬底的壁内的微米尺度孔，或通过用润滑液使所述表面预饱和来涂覆至表面以形成润滑层。润滑液还可以通过吸附、芯吸、薄层沉积或通过使一定容量的润滑液间歇地穿过表面(例如，导管内流动的小的堵塞物或气泡)来涂覆。在一些实施方案中，任何多余润滑液可以通过旋转涂布制品或通过使橡胶刮板涂刮整个表面或用另一种液体冲洗和漂洗来去除。

在一些实施方案中，液体排斥表面的使用寿命可以在一定时间间隔内通过重新涂覆润滑层来延长。例如，图4A-4C示出泵，借助于所述泵，润滑液405的堵塞物(示出为管道中的亮色区域)定期地通过用硅烷进行预处理的PDMS管道410,420来输送(还参见实施例2)。在一些方面，每1、5、10、15、20、30、40、50或60秒对润滑层进行补充。在其它方面，每5、10、15、20、30、40、50或60分钟对润滑层进行补充。仍然在其它方面，每2、4、6、8、10、12、24、48、60或72小时或更多对润滑层进行补充。又在其它方面，能够以恒定或变化的速率对润滑液进行连续补充。在其它实施方案中，表面可以用来自如图2中所示容纳在衬底100下方的储罐160的润滑液来补充。润滑液通过微通道150抽吸来补充损失到环境中的润滑液。

用途

在一个或多个实施方案中，任何任意液体(例如，生物流体)和其含有的固体微粒都可能被根据本发明改性的表面强烈排斥。类似地，使用本文所公开的方法可以防止一个固体表面粘附至另一个固体表面或可以减少两个固体表面之间的摩擦。

例如，图31A是超光滑表面3100的图示，所述超光滑表面包括衬底3130上的锚固层3110和润滑层3120，所述衬底用于防止环境液体3140和液体3140内所含有的溶质和固体微粒3145粘附至底部衬底3130。因此，可以防止溶液和悬浮液粘附至已涂布有根据一个或多个实施方案的超光滑涂层的制品的表面。在其它实施方案中，超光滑表面3100使低摩擦界面具有环境液体3140(以及被夹带的溶质和颗粒3145)。

范围从心血管医学和肿瘤学至整形外科学和眼科学的医学学科愈来愈依赖于将医疗装置植入到冠状动脉、颈静脉和股静脉、关节以及许多其它身体部位中。这些装置的使用存在发生植入体诱导血栓形成或血液凝结的风险。类似地，血液处理设备如血液透析仪器(具体来说透析导管)必须采取预防措施来防止血液凝结。具体来说，在暴露于玻璃时，血液自然而然会凝固。在一个应用中，通常接触血液的表面可以涂布有本文所描述的超光滑涂层以减少血栓形成例如血液凝结和凝固。如以下实施例中所展示，使用全氟化锚固层和全氟代烃润滑层的超光滑涂层甚至是在流动条件下都高效地减少长时间接触非肝素化的血液的表面上的血栓形成。

在另一个实施方案中，图31B示出超光滑表面3155，所述超光滑表面用于防止环境液体3160粘附至衬底3130表面，同时将选择的溶质或微粒保留在表面上。超光滑表面包括锚固层3170和润滑层3180。除了相对于环境液体3160来说的不混溶性之外，润滑层3180因其溶解或保留溶质或微粒3165的能力而被选择。在一个或多个实施方案中，光滑表面用作选择性过滤器，所述选择性过滤器允许环境液体3160中含有的溶质、微粒或其混合物例如通过溶解或变得悬浮在润滑层3180中来粘附至或保留在衬底上。对环境液体3160中含有的组分的这种选择性亲和力可以例如使用环境液体中含有的组分可混溶在液体C中的润滑液，或使用含有对润滑液或环境液体中含有的特定组分都具有亲和力的分子或键合至对环境液体中含有的特定组分具有亲和力的衬底的分子的润滑液来实现。

图31C示出超光滑表面3155对某些溶质和/或微粒的选择性亲和力。衬底3130包括润湿和粘合含有润滑液的润滑层3180的锚固层3170。光滑表面可以例如位于导管的内表面，借助于所述导管，环境液体3160在由箭头所指示的方向上流动。环境液体含有对润滑液具有低亲和力的第一溶质(溶质1)以及对润滑液具有高亲和力的第二溶质(溶质2)。由于环境液体在具有润滑液的界面上流动，溶质2优先地吸附到含有润滑液的稳定液体层中。

对将要排斥的液体内含有的组分的选择性亲和力在许多情况中是有用的。例如，对液体内含有的组分的选择性亲和力可以用于使色谱柱改性以捕获或粘合穿过管柱的液体内含有的所需分子，但防止捕获或粘合其它分子。

在暴露于玻璃时，血液自然而然会凝固。因此，特别有用的是，可以根据本发明来使玻璃载片和玻璃珠改性以防止表面上的血块形成和细胞粘附，同时对某些血液组分具有选择性亲和力。在经过改性以允许对血液组分的选择性亲和力时，此类表面可以用于将细胞、病原体以及其它组分与血液分离。结合蛋白如抗体、凝集素以及酶可以连接至玻璃珠以吸引所需的自由和束缚的血液组分。例如，连接至肝素酶的玻璃珠可以根据本文所公开的方法来改性以吸引和去除肝素，同时排斥血液和其中含有的其它组分。血液还可以穿过色谱柱来去除生物分子如自身抗体、类风湿因子等等。改性用于对血液组分具有选择性亲和力的表面可以用于透析情境中以在血液返回到患者之前去除组分如有毒代谢物。此外，表面可以被改性来除去血液的组分如糖尿病患者的血液中存在的多余葡萄糖。

因此，所公开的液体排斥表面可以用于许多生物应用中，包括防止血液凝结、细胞粘附以及对大部分表面的污损。此外，这些表面在用于防止血块形成时并不要求抗凝剂。

在另一个实施方案中，根据本发明描述的表面可以用于防止两个衬底粘附或减少两个衬底之间的摩擦。图27是用于防止第一衬底2710与第二衬底2720粘结的超光滑表面2700的示意图。固体衬底2710，2720各自拥有超光滑表面，所述超光滑表面分别包括分别与润滑液2740，2745相互作用并且保留所述润滑液的锚固层2730，2735。液体2740，2745被选择成彼此不混溶。此外，衬底2710对润滑液2740具有优先亲和力，而衬底2720对润滑液2745具有优先亲和力。在衬底2710，2720处于彼此面对关系时，润滑液2740，2745处界定的液/液界面允许减少衬底之间的摩擦。

在一些方面，出于工业、商业或实践目的而对所述表面改性以用于液体排斥性。例如，可以针对潜在应用来根据本发明对表面改性，所述潜在应用例如粘性液体、非粘性液体、复合流体、半固体、发粘液体(例如，食物产品、燃料产品、树脂等)、水(例如，露、雾、霜、冰等)、涂料、铁屑、碳屑、污物、碎片、昆虫的低摩擦传输或排斥，用于涂布油管路和管道以防止快艇和船用罩面漆的生物污损等。图32示出根据一个或多个实施方案的食物容器(此处是番茄酱)的内表面的超光滑涂层的应用。将由聚对苯二甲酸乙二酯(“PETE”)制成的可商购的塑料瓶硅烷化以形成含氟表面并且之后用PFC油处理。与未处理的瓶子(图32A(i))相比较，所述涂层防止番茄酱粘附至经过处理的瓶子(图32B(ii))的内表面。

在一个或多个以上实施方案中，可以变得具有液体排斥性的表面的非限制性实例包括珠粒、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、尿壶、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、相关联的呼吸器管道、药物递送媒介、注射器、显微镜载片、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、管道连接器、管柱、容器、比色皿、瓶子、转鼓、大桶、槽、器官、器官植入物、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)、体外膜式氧合机、心肺机、外科手术应用(例如，缝合线和血管移植物)、血管应用(例如，分流器)、外科手术贴片(例如，疝贴片)、以及其组合。

在一个实施方案中，根据本发明改性的表面可以排斥流体而不造成表面粘附、表面介导的凝块形成、凝固或聚集。生物流体的非限制性实例包括：水、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、合成流体(例如，合成血液、激素、营养素)、以及其组合。

在另一个实施方案中，根据本发明改性的表面可以排斥各种类型的细菌。在一个实施方案中，这些表面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，所公开的改性表面排斥的细菌的类型是革兰氏阴性细菌。根据本发明改性的表面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)、不动杆菌属(例如，鲍氏不动杆菌)、气单胞菌属(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)、短芽孢杆菌属、布鲁氏菌属、拟杆菌属(例如，脆弱拟杆菌)、伯克霍尔德氏菌属(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)、弯曲杆菌属(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)、柠檬酸杆菌属、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(Fusobacterium)、黄杆菌属、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)、金氏杆菌属(例如，金格杆菌)、克雷伯氏杆菌属(例如，肺炎克雷伯氏杆菌)、军团杆菌属(例如，嗜肺性军团杆菌)、李斯特菌属(例如，单核细胞增增生李斯特菌)、钩端螺旋体属、莫拉氏菌属(例如，卡他莫拉氏菌)、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)、奈瑟氏菌属(例如，淋病奈瑟氏菌或脑膜炎奈瑟氏菌)、巴斯德氏菌属(例如，多杀巴斯德氏菌)、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)、普罗威登斯菌属、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，嗜麦芽糖寡养单胞菌)、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组)、无乳链球菌(B组)、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，嗜麦芽糖寡养单胞菌)以及其组合。

根据本发明改性的表面可以排斥各种类型的真菌。改性表面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、以及抗土曲霉)、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、克鲁斯念珠菌以及季也蒙假丝念珠菌(Candidaguillermondii))、粗球孢子菌、隐球菌属(例如，新型隐球菌、浅白隐球菌、以及罗伦隐球菌)、荚膜组织胞浆菌荚膜变种、荚膜组织胞浆菌杜波变种、巴西副球孢子菌属、申氏孢子丝菌属、伞枝梨头霉菌属、微小根毛霉菌属、无根根霉菌属以及其组合。

根据本发明改性的表面还可以排斥各种类型的病毒和病毒样颗粒。在一个或多个实施方案中，这些表面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。根据本发明改性的表面排斥的病毒的非限制性实例包括巨细胞病毒(CMV)、登革热、埃-巴二氏病毒、汉坦病毒、人T-细胞嗜淋巴细胞病毒(HTLV I/II)、细小病毒、肝炎(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。

仍然在另一个实施方案中，根据本发明改性的表面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、凝固、污损或聚集。所公开的改性表面的憎一切性质使得它们能够保护材料免受各式各样污染物的影响。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、噬菌体、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)。

在又另一个实施方案中，可商购装置(例如，医疗等级的设备或部件)可以根据本发明的某些方面来处理。例如，医疗等级的PVC管可以处理来使得它们的内表面可以拥有本发明中所描述的某些排斥特征。在一个或多个实施方案中，所述表面被处理来减少流过医疗管道的血液的凝结。

在一些情况中，所述表面在处理之前或之后可以进行灭菌。已展示出如本文所描述的超光滑涂层是足够坚固的以使得它们甚至是在灭菌之后都可以维持它们的光滑特征。表面处理(例如，硅烷化)可以是足够稳定或坚固的以使得所述表面在延长的一段时间(例如，一天、一周、一个月或更多)之后和/或在灭菌过程情况下维持它的排斥特征。

实施例

以下实施例仅出于说明的目的而呈现并且不意图进行限制。

实施例1

已发现用PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)处理的硅烷化PDMS在不存在抗凝剂的情况下能防止血液的粘附和凝固。

在真空下，将全氟化碳硅烷(十三氟四氢辛基三氯硅烷，Sigma)气相沉积到PDMS薄片(SylgardDow Corning)和PDMS管道(长16英寸，内径1.52mm，过氧化物固化有机硅，Cole Parmer))上，持续沉积10小时。通过来自移液管(全氟三戊胺，Sigma)的PFC的涂覆来使硅烷化和非硅烷化PDMS薄片涂布有PFC油(分别参见图5B(ii)和图5A(ii))。

用移液管将75微升体积的无抗凝剂的人血移到PDMS薄片上并且将所述薄片倾斜。如图5中所示，血液粘附至未处理和未改性的PDMS表面(图5A(i))、具有全氟三戊胺(PFC油)的PDMS(图5A(ii))以及硅烷化PDMS(图5B(i))。然而，血液并未粘附至具有全氟三戊胺(PFC油)的硅烷化PDMS并成功地受到所述硅烷化PDMS的排斥(图5B(ii))。具有PFC油的硅烷化PDMS在不补充PFC油的情况下成功地排斥血液持续约90分钟。在全氟萘烷作为PFC油存在于硅烷化PDMS薄片上的情况下也示出了血液排斥性(未示出)。

实施例2

如实施例1中所描述处理的硅烷化PDMS管道已示出能成功地防止血液通过管道的蠕动泵运期间的粘附和凝固。参考图4A，硅烷化410和非硅烷化420PDMS管道的内部均涂布有0.5mL PFC油。以约100微升/分钟的速率使血液泵运通过管道，持续45分钟。将PFC油的堵塞物泵运通过硅烷化管道。PFC油的堵塞物中看不到血液，从而展示出血液尚未粘合至管道的表面。之后将0.5mL PFC油和0.5mL去离子水泵运通过两组管道。

参考图4B，在3分钟之后，如由仍然保持可见的PFC油的透明液滴所证明，血液尚未涂布血液和PFC油的堵塞物泵运通过的硅烷化管道410的内部。可比较地，与硅烷化410管道相比，非硅烷化管道420中观察到了显著更多的血液组分的粘合。

在45分钟血流之后，PFC油跟随水泵运通过两组管道。如图4C所示，甚至是在用水和血液冲洗之后，硅烷化的涂布PFC油的PDMS管道410都示出比非硅烷化的涂布PFC油的PDMS管道420显著更少的血液粘合。

实施例3

研究用PFC油处理的官能化PDMS排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的PDMS、用PFC油处理的PDMS以及硅烷化PDMS的液体排斥性进行比较。在60℃下，在镜面抛光铝制品上固化四个PDMS(Dow Corning184)薄片。使用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷(Sigma，产品编号448931)通过真空气相沉积约12小时来将两个PDMS薄片硅烷化过夜。一旦硅烷化，就将250μL PFC油涂覆至两个硅烷化PDMS薄片中的一个和一个未改性的PDMS薄片。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图6A)。

然后使所述表面成像。一旦成像，就手动将PDMS薄片倾斜并且如图6B中所示立即将所述薄片再成像。图6示出血液粘附至未处理和未改性的PDMS(图6B(i))、具有PFC油的PDMS(图6B(ii))以及硅烷化PDMS(图6B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化PDMS排斥(图6B(iv))。

实施例4

用PFC油处理的官能化丙烯酸类物质排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的丙烯酸类物质、用PFC油处理的丙烯酸类物质以及硅烷化丙烯酸类物质的所述能力来研究。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个0.060”厚的Clear Cast丙烯酸类薄片(McMaster Carr，产品编号8560K171)改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个丙烯酸类薄片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的丙烯酸类薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图7A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图7B中所示立即将所述表面再次成像。图7示出血液粘附至未处理和未改性的丙烯酸类物质(图7B(i))、具有PFC油的丙烯酸类物质(图7B(ii))以及硅烷化丙烯酸类物质(图7B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化丙烯酸类物质排斥(图7B(iv))。

实施例5

官能化组织培养聚苯乙烯排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的组织培养聚苯乙烯、用PFC油处理的组织培养聚苯乙烯以及硅烷化组织培养聚苯乙烯的所述能力来研究。本实验中使用了先前由生产商(BD Biosciences，产品编号353025)用等离子体处理的组织培养聚苯乙烯的四个薄片。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将四个组织培养聚苯乙烯薄片中的两个硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的组织培养聚苯乙烯薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图8A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图8B中所示立即将所述表面再次成像。图8示出血液粘附至未处理和未改性的组织培养聚苯乙烯(图8B(i))、具有PFC油的组织培养聚苯乙烯(图8B(ii))以及硅烷化组织培养聚苯乙烯(图8B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化组织培养聚苯乙烯排斥(图8B(iv))。

实施例6

官能化聚苯乙烯排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的聚苯乙烯、用PFC油处理的聚苯乙烯以及硅烷化聚苯乙烯的所述能力来研究。本实验中使用了四个1/32"厚的聚苯乙烯薄片(McMaster Carr，产品编号8734K29)。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使所述薄片改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将四个聚苯乙烯薄片中的两个薄片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的聚苯乙烯薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图9A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图9B中所示立即将所述表面再次成像。图9示出血液粘附至未处理和未改性的聚苯乙烯(图9B(i))、具有PFC油的聚苯乙烯(9B(ii))以及硅烷化聚苯乙烯(图9B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化聚苯乙烯排斥(图9B(iv))。

实施例7

研究用PFC油处理的官能化钛排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的钛、用PFC油处理的钛以及硅烷化钛的所述能力进行比较。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个钛薄片改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个钛薄片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的钛薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图10A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图10B中所示立即将所述表面再次成像。图10示出血液粘附至未处理和未改性的钛(图10B(i))、具有PFC油的钛(10B(ii))以及硅烷化钛(图10B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化钛排斥(图10B(iv))。

实施例8

用PFC油处理的钠钙玻璃载片排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的钠钙玻璃载片、用PFC油处理的钠钙玻璃以及硅烷化钠钙玻璃的所述能力来研究。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个钠钙玻璃载片(Corning，产品编号2947-75x50)改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个钠钙玻璃载片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的钠钙玻璃载片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图11A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图11B中所示立即将所述表面再次成像。图11示出血液粘附至未处理和未改性的钠钙玻璃(图11B(i))、具有PFC油的钠钙玻璃(图11B(ii))以及硅烷化钠钙玻璃(图11B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化钠钙玻璃排斥(图11B(iv))。

实施例9

研究用PFC油处理的官能化聚丙烯排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的聚丙烯、用PFC油处理的聚丙烯以及硅烷化聚丙烯的所述能力进行比较。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个矩形的1/8”厚的聚丙烯长条(McMaster Carr，产品编号8782K31)改性60秒。用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个聚丙烯长条硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的聚丙烯长条以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图12A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图12B中所示立即将所述表面再次成像。图12示出血液粘附至未处理和未改性的聚丙烯(图12B(i))、具有PFC油的聚丙烯(12B(ii))以及硅烷化聚丙烯(图12B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化聚丙烯排斥(图12B(iv))。

实施例10

用PFC油处理的官能化胶带排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的胶带、用PFC油处理的胶带以及硅烷化胶带的所述能力来研究。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将四个具有丙烯酸类粘合剂的聚丙烯薄片(McMaster Carr，产品编号75495A36)的粘附剂侧至多硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的胶带薄片的粘附剂侧以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面的粘附剂侧(参见图13A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图13B中所示立即将所述表面再次成像。图13示出血液粘附至未处理和未改性的胶带(图13B(i))、具有PFC油的胶带(13B(ii))以及硅烷化胶带(图13B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化胶带排斥(图13B(iv))。

实施例11

研究用PFC油处理的官能化硅圆片排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的硅圆片、用PFC油处理的硅圆片以及硅烷化硅圆片的所述能力进行比较。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使两个硅涂布圆片(University Wafer)的抛光侧改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将一个硅圆片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至近一半硅烷化圆片和一半非硅烷化圆片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至两个表面的所有两个半部分(参见图14A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图14B中所示立即将所述表面再次成像。图14示出血液粘附至未处理和未改性的硅圆片的半部分(图14B(i))、用PFC油处理的硅圆片半部分(14B(ii))以及硅烷化硅圆片半部分(图14B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化硅圆片半部分排斥(图14B(iv))。

实施例12

用PFC油处理的官能化聚碳酸酯排斥液体的能力通过比较这种能力与未处理和未改性的聚碳酸酯、用PFC油处理的聚碳酸酯以及硅烷化聚碳酸酯的所述能力来研究。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个1/8"厚的抗刮擦的透明聚碳酸酯(McMasterCarr，产品编号8707K111)改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个聚碳酸酯薄片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的聚碳酸酯薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图15A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图15B中所示立即将所述表面再次成像。图15示出血液粘附至未处理和未改性的聚碳酸酯(图15B(i))、具有PFC油的聚碳酸酯(15B(ii))以及硅烷化聚碳酸酯(图15B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化聚碳酸酯排斥(图15B(iv))。

实施例13

研究用PFC油处理的官能化聚砜排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的聚砜、用PFC油处理的聚砜以及硅烷化聚砜的所述能力进行比较。在500mTorr下，用氧等离子体处理来进一步使四个聚砜薄片(McMaster Carr)改性40秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将两个聚砜薄片硅烷化过夜，持续约13个小时。

将二百五十μL的FC-70涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的聚砜薄片以产生“具有PFC油”的表面。将七十五μL不具有抗凝剂的人血涂覆至所有四个表面(参见图16A)。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图16B中所示立即将所述表面再次成像。图16示出血液粘附至未处理和未改性的聚砜(图16B(i))、具有PFC油的聚砜(图16B(ii))以及硅烷化聚砜(图16B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化聚砜排斥(图16B(iv))。

实施例14

研究PDMS表面粗糙度对产生光滑表面的影响。在60℃下，在具有0.1微米的平均粗糙度，#8镜面光洁度(McMaster Carr，产品编号9759K11)的超级耐腐蚀的不锈钢上(型号316)上固化四个平滑的PDMS薄片。之后将两个PDMS薄片硅烷化(三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，Sigma，产品编号448931))过夜，持续约12个小时。用250μL PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个硅烷化的平滑PDMS薄片和一个平滑的非硅烷化PDMS薄片(分别参见图17A(ii)和图17A(iv))。

用移液管将75微升体积的无抗凝剂的人血移到所有四个PDMS薄片上。如图17中所示，将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图17B中所示立即将所述表面再次成像。图17示出血液粘附至未处理和未改性的平滑PDMS(图17B(i))、具有PFC油的平滑PDMS(图17B(ii))以及硅烷化的平滑PDMS(图17B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化的平滑PDMS排斥(图17B(iv))。

如图18中所示类似地制备四个粗糙的PDMS薄片。在60℃下，在具有1.0微米的平均粗糙度，#4毛面光洁度(McMaster Carr，产品编号9745K11)的超级耐腐蚀的不锈钢上(型号316)上固化四个粗糙的PDMS薄片。将两个PDMS薄片硅烷化(三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，Sigma，产品编号448931))过夜，持续约12个小时。用250μLPFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个硅烷化的粗糙PDMS薄片和一个非硅烷化的粗糙PDMS薄片(分别参见图18A(ii)和图18A(iv))。

用移液管将75微升体积的无抗凝剂的人血移到所有四个PDMS薄片上。如图18中所示，将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图18B中所示立即将所述表面再次成像。图18示出血液粘附至未处理和未改性的粗糙PDMS(图18B(i))、具有PFC油的粗糙PDMS(图18B(ii))以及硅烷化的粗糙PDMS(图18B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化的粗糙PDMS排斥(图18B(iv))。

如图19中所示类似地测试在60℃下具有2.0微米的平均粗糙度，#2B轧制光洁度(McMaster Carr，产品编号88885K12)的超级耐腐蚀的不锈钢(型号316)上固化的粗糙等级更高的PDMS。将所述薄片硅烷化并且用移液管将75微升的无抗凝剂的血液移到所述薄片上。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图19B中所示立即将所述表面再次成像。图19示出血液粘附至未处理和未改性的更粗糙PDMS(图19B(i))、具有PFC油的更粗糙PDMS(图19B(ii))以及硅烷化的更粗糙PDMS(图19B(iii))，但完全被具有PFC油的硅烷化的更粗糙PDMS排斥(图19B(iv))。

图17B(iv)(平滑PDMS)、18B(iv)(粗糙PDMS)以及19B(iv)(更粗糙PDMS)的比较示出无抗凝剂的人血完全被具有PFC油的硅烷化PDMS排斥，而与所使用的PDMS材料的平滑度无关。

实施例15

尾部具有不同氟碳链长度的硅烷用于确定氟碳链长度是否影响表面排斥液体和材料的能力。参考图20，用氧等离子体处理来使两个钠钙玻璃载片改性40秒。用250μL PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个玻璃载片，并用移液管将75微升无抗凝剂的血液移到两个载片上。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图20B中所示立即将所述表面再次成像。血液粘附至不具有PFC油的经过等离子体处理的玻璃载片(图20B(i))以及具有PFC油的经过等离子体处理的玻璃载片(图20B(ii))两者。

用经过等离子体处理的，经过1-PFC处理的钠钙玻璃载片来重复这个过程。参考图21，用氧等离子体处理来将两个钠钙玻璃载片改性40秒并且硅烷化(约2小时)(三氟丙基三氯硅烷，Gelest，SIT8371.0)以实现经过1-氟化碳处理的玻璃。用250μL PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个玻璃载片，并用移液管将75微升无抗凝剂的血液移到两个载片上。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图21B中所示立即将所述表面再次成像。血液粘附至不具有PFC油的经过等离子体处理的，经过1-PFC处理的玻璃载片(图21B(i))。相比之下，大部分血液在具有PFC油的经过等离子体处理的经过1-PFC处理的玻璃载片上受到排斥(图21B(ii))。

用经过等离子体处理的，经过4-PFC处理的钠钙玻璃载片来再次重复这个过程。如图22中所示，用氧等离子体处理来将两个钠钙玻璃载片改性40秒并且硅烷化(约2小时)(九氟己基三氯硅烷，Gelest，SIN6597.6)以实现经过4-氟化碳处理的玻璃。用250μL PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个玻璃载片，并用移液管将75微升无抗凝剂的血液移到两个载片上。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图22B中所示立即将所述表面再次成像。血液粘附至不具有PFC油的经过等离子体处理的，经过4-PFC处理的玻璃载片(图22B(i))。相比之下，血液并不粘附至具有PFC油的经过等离子体处理的，经过4-PFC处理的玻璃载片(图22B(ii))。

类似地，比较具有与不具有PFC油的经过6-PFC处理的玻璃载片排斥血液的能力。用经过等离子体处理的，经过4-PFC处理的钠钙玻璃载片来再次重复这个过程。如图23中所示，用氧等离子体处理来将两个钠钙玻璃载片改性40秒并且硅烷化(约2小时)(十三氟四氢辛基三氯硅烷，Gelest，SIT8174.0)以实现经过6-氟化碳处理的玻璃。用250μL PFC油(SigmaFC-70，产品编号F9880)涂布一个玻璃载片，并用移液管将75微升无抗凝剂的血液移到两个载片上。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且如图23B中所示立即将所述表面再次成像。血液粘附至不具有PFC油的经过等离子体处理的，经过6-PFC处理的玻璃载片(图23B(i))。相比之下，血液并不粘附至具有PFC油的经过等离子体处理的，经过6-PFC处理的玻璃载片(图23B(ii))。

类似地，在用经过8-PFC处理的玻璃载片(所述玻璃载片被硅烷化2小时(十七氟四氢癸基三氯硅烷，Gelest，SIH5841.0))来重复这个过程时，血液粘附至不具有PFC油的经过等离子体处理的，经过8-PFC处理的玻璃载片(图24B(i))，但没有血液粘附至具有PFC油的经过等离子体处理的，经过8-PFC处理的玻璃载片(图24B(ii))。

实施例16

进行实验来确定亲油表面和烃油是否可以用于产生能够排斥血液的光滑表面。作为对照，用氧等离子体处理来使两个钠钙玻璃载片改性40秒。用250μL轻质矿物油(Sigma,M8410)来涂布一个玻璃载片，并且将75μL无抗凝剂的人血涂覆至两个载片。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像(图25B)。血液粘附至两个玻璃载片而未发生表面沉积(参见图25B(i)和图25B(ii))。

参考图26，用氧等离子体处理来使钠钙玻璃载片改性40秒，并且之后硅烷化2小时(三氯(辛基)硅烷，Sigma，235725)(图26C)。用250μL轻质矿物油(Sigma,M8410)来涂布一个玻璃载片，并且将75μL无抗凝剂的人血涂覆至两个载片。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像(图26B)。血液粘附至经过8-HC处理的玻璃载片(图26B(i))，但没有血液粘附至用矿物油处理的经过8-HC处理的玻璃载片(参见图26B(ii))。

图28示出不具有等离子体处理，未改性的钠钙玻璃载片，所述钠钙玻璃载片与未处理的玻璃、具有PFC油(Fluorinert FC-70(Sigma,F9880))的玻璃以及具有250μL轻质矿物油(Sigma,M8410)的玻璃比较。载片都未硅烷化。将七十五μL无抗凝剂的人血涂覆至每个载片。将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像(图28B)。血液粘附至非硅烷化钠钙玻璃(图28B(i))、用PFC油处理的非硅烷化玻璃(图28B(ii))以及用轻质矿物油处理的非硅烷化玻璃(图28B(iii))。

实施例17

所公开的方法可以用于防止血液凝固或粘附至玻璃珠。图29示出硅烷化1mm的玻璃珠的三个图像。使珠粒在肥皂水中经受1小时的超声处理，并且将1M氢氧化钠添加1小时。在5％v/v的乙醇(九氟己基三氯硅烷，Gelest，SIN6597.6)中将珠粒硅烷化并且添加PFC油(Fluorinert FC-70)来在所述珠粒上产生超光滑表面(i)。将二十mL无抗凝剂的人血添加至珠粒(ii)。用PBS溶液漂洗的珠粒显示出很少乃至没有血液材料的粘附(iii)。

类似地，图30示出已暴露于无抗凝剂的血液的经过洗涤的未改性的玻璃珠，所述玻璃珠在珠粒周围形成固体凝块(i)。已用移液管将血液起到其上并且用PBS洗涤的硅烷化的涂布PFC油的珠粒显示出少量血液材料粘附到所述珠粒上(ii)。具有PFC油涂层的硅烷化珠粒在暴露于无抗凝剂的血液之前未在珠粒上显示出血液(iii)。

实施例18

图32示出本文所描述的排斥液体的表面的商业应用。将由PETE制成的两个可商购的番茄酱瓶子的番茄酱清空，用去离子水和乙醇成功地漂洗，并且在60℃下烘烤18小时。将九氟己基三氯硅烷(Gelest，产品编号SIN6597.6)气相沉积到一个瓶子的内表面上，持续5小时。用PFC油(FC-70,Sigma)涂布一个硅烷化瓶子的内部，并且将多余的油倒出来。将番茄酱倒回到两个瓶子里。将处理的和未处理的瓶子的内容物倒入到锥形瓶中(图32A)并且被允许竖直放置(图32B)。在10分钟之后，未处理、未改性的瓶子显示出番茄酱显著粘附到瓶子的壁上(图32B(i))。然而，很少乃至没有番茄酱粘附至用PFC油处理的硅烷化的番茄酱瓶子(图32B(ii))。

实施例19

在一些实施方案中，以下示例性实验条件和步骤可以用于测试表面处理的坚固性和稳定性：

1)在170mTorr氧气下，以100W对1/4"医疗等级的PVC管(Sorin Group#020463101)进行等离子体处理，持续120秒，并且使用5％十三氟-1,1,2,2-氢基辛基三氯硅烷(Gilest#SIT8174.0)来在乙醇(％v/v)中液体硅烷化1小时并且在60℃下干燥过夜；

2)将以上一半PVC管封装在自封灭菌包装袋(Cardinal Health#92713)内并且在标准医院灭菌协议下使用环氧乙烷来灭菌。以上另一半PVC管是未灭菌的并且在室温下覆盖起来储存；

3)在七天之后，用Fluorinert FC-70(3M)或全氟萘烷(sigma)来涂布灭菌和未灭菌的管件并且允许对所述管件进行简单的排放操作；

4)收集到具有100单位/kg肝素的CPD袋内的猪血使用40um细胞过滤器(BD)来过滤并且用7.5mM氯化钙/氯化镁(100mM CaCl2，75mM MgCl2)来再次钙化，并且用3.5mg/ml来鱼精蛋白硫酸盐来去肝素化。之后通过注射泵驱动来使30mL以30毫升/分钟流过所述管件；

5)之后在重力下从管道排出所述血液并且对所述管道成像来比较处理与未处理的管道以及灭菌与未灭菌的管道。(未处理的对照管件是非硅烷化、未灭菌或未用全氟化碳油涂布的，但另外对所述管件进行与经过处理的管件相同的处理。)

图33A-E展示出使用未处理或处理的医疗等级的PVC管的一系列血迹实验(例如，如上文步骤和条件中所描述)的测试结果。图33A展示出显著的血迹仍然留在未处理的管件内。图33B展示出血迹在经过FC-70处理的(未灭菌的)管件内显著减少。图33C展示出排斥特征在很大程度上不受灭菌的影响。图33D展示出血迹在经过PFD处理的(未灭菌的)管件内显著减少。图33E展示出排斥特征在很大程度上不受灭菌的影响。

实施例20

在160mTorr下，使用氧等离子体以100W对来自UniversityWafer的硅圆片、来自McMaster Carr的丙烯酸类物质(PMMA)以及来自McMaster Carr的聚砜进行等离子体处理，持续1分钟。之后用具有纯乙醇(无水)的5％(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三氯硅烷(v/v)执行硅烷处理1小时，随后进行乙醇、去离子水以及乙醇的漂洗，并且在65℃下烘烤2小时。用移液管将5μL水放置在每个样品上并且使用针对每个样品的3个图像来测量平均偏差和标准偏差。如图34中所示，接触角在等离子体处理之后减小但在硅烷化之后增大。

实施例21

在160mTorr下，使用氧等离子体以100W对来自McMaster Carr的1/4厚的丙烯酸类物质(PMMA)进行等离子体处理，持续1分钟。之后用具有纯乙醇(无水)的5％(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三氯硅烷(v/v)执行硅烷处理1小时，随后进行乙醇、去离子水以及乙醇的漂洗，接着在65℃下烘烤2小时。在等离子体处理和硅烷化之前和之后的丙烯酸类物质表面的原子力显微分析(AFM)表面测量在丙烯酸类物质表面(Mcmaster Carr)上执行，其中执行均方根表面粗糙度的平均偏差和标准偏差。在150mTorr氧气下，以100W对丙烯酸类物质表面进行等离子体处理，持续60秒，并且用具有纯乙醇(无水)的5％(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三氯硅烷(v/v)来硅烷化1小时，随后进行乙醇、去离子水以及乙醇的漂洗，并且在65℃下烘烤2小时。在硅烷化之后，表面粗糙度从3.4nm±1.1nm下降至约2.0±0.2nm。

用全氟萘烷(FluoroMed)来浸涂硅烷化丙烯酸类样品并且通过用移液管将5μL液体放置在所制备的样品上来测量水、十六烷以及具有柠檬酸的人血的倾斜角度。然后，用测角器(Edmund Scientific)来手动将所述样品倾斜。不再进一步倾斜在倾斜角度达到10度之后未使液体移动的样品并且倾斜角度记录为10度。

图35示出虽然液体甚至是在10度的倾斜角度下都并不在未处理的样品上移动，但用全氟萘烷处理的表面显示出低于2度的倾斜角度。

实施例22

使用体外研究来执行用润滑液处理之前和之后的生物表征。在150mTorr氧气下，以100W对聚砜表面进行等离子体处理，持续60秒，并且用具有纯乙醇(无水)的5％(十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)三氯硅烷(v/v)来硅烷化1小时，随后进行乙醇、去离子水以及乙醇的漂洗，并且在65℃下烘烤2小时。“无PFC油”样品是经过等离子体处理的/硅烷化的但之后并未添加任何润滑液。将“全氟溴烷”、“全氟萘烷”以及“Fluorinert FC-70”样品浸涂在相应的润滑剂中并且在暴露于血液之前立即通过重力来将多余润滑液去除。在生理食盐水漂洗之后对样品照相。在知情同意的情况下，血液从捐赠2周内未服用阿司匹林并且不吸烟的健康的男性志愿者获得。血液在从Harvard Committee onHuman Studies获得批准后根据Declaration of Helsinki(协议编号M20403-101)来采集。在90度角度下实施血液倾斜实验。

研究全人血在光滑PMMA和聚砜上血栓形成的速率并且通过在血液中掺加荧光血纤蛋白原来量化粘附。在针对未处理表面研究的所有光滑表面上都观察到了减少的表面粘附和纤维蛋白形成。对于血液粘附实验来说，用肝素化血液(0.25U/ml)来将聚砜或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)物质(11mm x8mm)孵育30、60或90分钟，所述肝素化血液含有在孔中用BSA(1％(w/v))阻断的15ug/mL荧光血纤蛋白原。图36中示出了BSA阻断的聚苯乙烯孔板中聚砜和PMMA上轻微肝素化的人血的血栓累积约30分钟、60分钟以及90分钟的时间过程。如图所示，用全氟萘烷和FC70处理的样品显示出血栓累积的最有效减少。

图37示出未处理聚砜和经过等离子体处理、硅烷化并在30分钟之后涂布有FC-70的表面的扫描电子显微图像。与图36类似，用FC-70处理的样品显示出血栓累积的显著减少。

在90分钟内，在BSA阻断的聚苯乙烯孔板内的丙烯酸类物质上存在荧光血纤蛋白原的情况下，进一步观察到来自轻微肝素化的人血的血栓累积的时间过程。在生理食盐水漂洗之后通过荧光显微法来测量所述样品并且用ImageJ softwared分析图像。如图38中所示，用FC-70处理的样品显示出最少量的血纤蛋白原涂布面积。与未处理的PMMA相比，化学表面改性显著减少了纤维蛋白粘附(P<0.001)。在90分钟之后在具有FC-70的光滑PMMA上，纤维蛋白形成减少了97％，这在统计学上是有意义的(P<0.001)。

实施例23

光滑表面改性和具有医疗等级的全氟化液体的涂层在体外研究中接触未经抗凝处理的血液时减少了表面的血栓形成。

在170mTorr氧气下，对PVC管(Tygon3603)进行等离子体处理，持续120秒并且液体硅烷化(乙醇中5％十三氟-1,1,2,2-氢基辛基三氯硅烷)1小时，用乙醇、去离子水以及3X乙醇来漂洗，并且在60℃下干燥过夜。将一半PVC管封装起来并且通过环氧乙烷灭菌来对其灭菌。在室温下，将其余部分覆盖起来储存。

在七天之后，用全氟萘烷(FluoroMed)润滑灭菌的和未灭菌的管道。在46.9ul/ml 100mM CaCl2/75mM MgCl2(3/4)之前通过40um细胞过滤器来过滤未处理的猪血，并且将3.5ug鱼精蛋白硫酸盐(1/2)添加至猪血。

使用注射泵使30ml猪血以30毫升/分钟流过所述管道。用100mMCaCl2和75mM MgCl2以及10ug/U鱼精蛋白硫酸盐来使所述血液再次活化。使用8F导管(Medtronic)和1/4”管道(Sorin Group)在Yorkshire猪的股动脉和静脉中建立动静脉分流器。在重力下将所述管道的血液清空并且立即在水平方向上将所述管道成像。如图38中所示，具有全氟萘烷的灭菌和未灭菌的管道并未保留住血液，但未处理的管道保留住了血液。因此，灭菌看起来并不影响硅烷化并且表面仍然保持光滑。

实施例24

光滑表面改性和具有医疗等级的全氟化液体的涂层在体内研究中接触未经抗凝处理的血液时减少了表面的血栓形成。

使用体内研究来执行用润滑液处理之前和之后的生物表征。具有和不具有光滑表面处理的医疗等级的塑料通过在40kg猪的股动脉与静脉之间形成动静脉(AV)桥来执行。8Fr套管通过24x1/4英寸的PVC管来连接。在未使用添加的抗凝剂的情况下，将约1升/分钟(60升/小时)的血流测试8小时。光滑分流器在8小时内仍然保持畅通无阻(可利用的)，血流是约1升/分钟，而未处理的分流器在90分钟内被完全阻塞。

在170mTorr氧气下，对医疗等级的PVC管(Sorin group)进行等离子体处理，持续180秒并且液体硅烷化(乙醇中5％十三氟-1,1,2,2-氢基辛基三氯硅烷)1小时，用乙醇、去离子水以及3X乙醇来漂洗，并且在60℃下干燥过夜。

类似地，在170mTorr氧气下，对医疗等级的聚氨酯导管进行等离子体处理，持续120秒并且液体硅烷化(乙醇中5％十三氟-1,1,2,2-氢基辛基三氯硅烷)1小时，用乙醇、去离子水以及3X乙醇来漂洗，并且在60℃下干燥过夜。

在用全氟萘烷进行润滑之前通过环氧乙烷来对两个样品灭菌。

如图39A中所示，其上未涂覆润滑液的医疗等级的套管和PVC桥显示出显著的凝结/阻塞，尤其是在套管：桥连接器内。阻塞在1至1.5小时内发生。相比之下，如图39B中所示，在医疗等级的套管和PVC桥上形成光滑表面时，甚至是在8小时之后都能观察到最少凝结和最少血小板活化。

如图40中所示，将所述导管和管道切片并且对它们成像。如图所示，与未处理的对照样品相比，具有光滑表面的样品显示出减少的凝结。

此外，如图41中所示，在填充满生理食盐水时和在将生理食盐水清空之后对所述样品称重，以测定回路中的血栓的重量。在处理样品中比在对照样品中观察到更少的血栓累积。

实施例25

展示了用羧基封端的全氟聚醚作为锚固层的金属表面改性。Krytox157FSH(羧基封端的聚(六氟环氧丙烷)，MW7000-7500，MillerStephenson)用作锚固层。FC-70(Aldrich，批次#MKBF9431V)或Krytox10x用作润滑剂。Al合金6061-T6用作衬底。30％过氧化氢(AquaSolutions)、无水乙醇(Pharmco)、HFE-7100(30-50％甲基九氟丁基醚和70-50％甲基九氟异丁基醚(Miller Stephenson)的混合物)按原样来使用。用于洗涤的水是Millipore等级的。

表2 中呈现了扁平Al样品的代表性粗糙度和波纹度数据。

表2.针对扁平Al样品测量的粗糙度和波纹度数据

在30％H₂O₂、水以及无水乙醇中顺序地对铝板进行超声处理，持续30分钟并且之后在烘箱中在100℃的空气中将所述铝板干燥30分钟。

将预清洁的样品垂直地放置在Teflon固定器中，并且然后放置到装备有回流冷凝器、热电偶、加热套以及氮气层(起泡器)的500mL三颈烧瓶中。将Krytox-157FSH的HFE-7100(370.5mL中是8.46g)的3mM溶液装入所述烧瓶中。如图1b中可见，所述溶液完全覆盖住所述板。在氮气下，在60℃下，将混合物回流3小时，之后将所述混合物冷却至室温，去除样品，在40mL HFE-7100和40mL无水乙醇中顺序地漂洗所述样品，并且在烘箱中在80℃的空气中将所述样品干燥55分钟。同时处理两个样品并且在下一组样品的处理中再次使用所述溶液和所述漂洗。

在室温下使用CAM101(KSV Instruments LTD)仪器和Millipore等级水来进行接触角测量。所呈现的值对于每个位置来说是左侧、右侧和平均角度。针对每个样品，测试一至三个位置。在测量过程中，使所述样品保持水平。表3中呈现了代表性接触角数据。

样品	CA(L)，度	CA(R)，度	CA(M)，度	注释
					中心	120.217	119.267	119.742	a)
边缘	109.751	110.147	109.949	a)

a)在回流之后，在室温下将样品留在反应混合物中过夜。

表3.针对表面官能化Al6061-T6样品测量的接触角数据

通过将60μL(约130mg)的总FC-70放置到样品的表面上来使表面经过预处理的铝试样注满FC-70(Aldrich，批次#MKBF9431V)。允许FC-70铺展达数分钟。用润滑剂相当容易润湿样品，从而产生平滑具有光泽的表面。

为测试所处理的样品的表面的液体排斥性，将单滴水(30μL，Millipore)放置在铝表面上，并且在使所述表面在各个方向上倾斜时，观察水滴的行为并且对所述行为录像。显而易见的是，水滴在官能化和润滑的表面上容易滑动，具有非常小的阻力，处于小倾斜角度并且不会被锁住。

下文示出了官能化化学反应。在官能化之后，扁平的化学官能化的样品展现出110-120度的接触角，所述接触角接近扁平的PTFE表面上记录的最大水接触角约120度。观察值指示并未发生官能化。

如所期望，氟化润滑剂FC-70容易地铺展在官能化衬底上，从而产生展现出流体排斥行为的平滑光滑表面，如液滴在小倾斜角度、不具有阻力并且不锁住的情况下在表面上自由运动所证实。

实施例26

展示了用膦酸配体对固体衬底进行化学官能化以匹配液体润滑剂的亲和力以形成光滑表面。

所有化学品都购自Sigma-Aldrich并且除非另有指明，否则在不进一步纯化的情况下使用。

使用全氟化膦酸配体对金属氧化物衬底进行溶液相化学官能化以用于匹配具有润滑剂的衬底的亲和力。

为了在羟基氧化铝衬底表面上产生单层氟烷基链，在70℃下，我们将样品浸没在1H,1H,2H,2H-全氟辛基膦酸(F13PA)的1重量％溶液或FS100(氟代脂肪族磷酸酯含氟表面活性剂，Mason ChemicalCompany)的95:5的乙醇:水中，持续1小时。在另一方面，一部分在高温下会被损坏的衬底在更低温度下，在相同的浴液中氟化，持续一段更长的时间(例如，在40℃下持续3-4小时或在室温下过夜)。在又另一方面，一部分会被醇损坏的衬底(例如，PMMA，医疗等级的PVC)于在存在1重量％Pluronic F-68(EO₇₈PO₃₀EO₇₈，FW＝8400，Affymetrix)下所制备的FS100的水溶液中氟化以溶解FS100，之后遵循与用于其它衬底的步骤相同的步骤。

在1mTorr气压和600W/0W线圈/压盘功率下，使用感应耦合等离子体反应离子蚀刻系统(STS MPX/LPX RIE)，使用C₄F₈等离子体来将与溶液相化学官能化方法不相容的衬底(例如，PDMS、PHEMA水溶胶)氟化8秒，其中C₄F₈流率是120sccm(标准立方厘米/分钟)。

所有氟化表面通过涂覆全氟聚醚(PFPE)润滑剂(DuPont KrytoxGPL100，“K100”)来润滑。为了使润滑剂铺展开来，将所述衬底倾斜或在旋转涂布器上旋涂所述衬底。多余润滑剂通常通过在更高旋转速率(>3,000rpm，1分钟)下旋转所述衬底或通过在高压水流中压力冲洗所述衬底来去除。

图42通过FTIR光谱示出如由裸铝(Al)、羟基氧化铝(Al-B)、氟官能化的羟基氧化铝(Al-BF)以及纯的氟代脂肪族磷酸酯含氟表面活性剂(FS100)的官能化的四个不同阶段中产生的特征峰值所证实，成功形成了光滑表面。

实施例27

用或不用PFD(进行添加并且之后用移液管去除)对玻璃底24孔板(Matek Corporation，P24G-0-13-F)进行等离子体和硅烷处理。然后，将1ml的0.5ug/ml的荧光血纤蛋白原Alexa Fluor647(Invitrogen，F35200)的磷酸盐缓冲生理盐水溶液添加至每个孔。使用具有多点定位的63x油型物镜在Leica TIRF的DM16000B上拍摄图像。

如图43(比例尺＝20um)中所示，生理食盐水中的血纤蛋白原分子受到光滑玻璃排斥。荧光血纤蛋白原颗粒(参见箭头)在不存在全氟化碳(上图)的情况下粘结至玻璃但却不粘结至用全氟化碳材料处理(下图)的玻璃表面并且继续在所述玻璃上移动。

实施例28

用或不用Vitreon(进行添加并且之后用移液管去除)对玻璃底24孔板(Matek Corporation，P24G-0-13-F)进行等离子体和硅烷处理。然后，将掺加了1.5ug/ml荧光血纤蛋白原Alexa Fluor647(Invitrogen，F35200)溶液的1ml肝素化全人血添加至每个孔。用Leica SP5X MP倒置共焦显微镜，使用具有多点定位的20X物镜来拍摄图像。

如图44(比例尺＝100um)中所示，全血受到光滑玻璃排斥。荧光血栓(参见箭头)在不存在全氟化碳(上图)的情况下粘结至玻璃但却不粘结至用全氟化碳材料处理(下图)的玻璃表面并且继续在所述玻璃上移动。

实施例29

研究用PFC油处理的官能化滤纸排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的滤纸、用PFC油处理的滤纸以及硅烷化滤纸的所述能力进行比较。在170mTorr下，在200W下，用氧等离子体处理来进一步使两张滤纸(Whatman，#B-2，10347673)改性60秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将那两张滤纸硅烷化过夜，持续约13个小时。

将七十五μL的全氟萘烷涂覆至一张硅烷化和一张非硅烷化的滤纸以产生“具有PFC油”的表面。将二十五μL人血涂覆至所有四个表面。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像。血液粘附至未处理和未改性的滤纸、用PFC油处理的滤纸以及硅烷化滤纸，但完全被具有PFC油的硅烷化滤纸排斥。

实施例30

研究用PFC油处理的官能化玻璃纤维过滤器排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的玻璃纤维过滤器，用PFC油处理的玻璃纤维过滤器以及硅烷化玻璃纤维过滤器的所述能力进行比较。在170mTorr下，在200W下，用氧等离子体处理来进一步使两个玻璃纤维过滤器(Millipore，AP2007500)改性60秒。在真空下，用三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷将那两个过滤器硅烷化过夜，持续约13个小时。

将七十五μL的全氟萘烷涂覆至一个硅烷化和一个非硅烷化的玻璃纤维过滤器以产生“具有PFC油”的表面。将二十五μL人血涂覆至所有四个表面。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像。血液粘附至未处理和未改性的玻璃纤维过滤器、用PFC油处理的玻璃纤维过滤器以及硅烷化玻璃纤维过滤器，但完全被具有PFC油的硅烷化玻璃纤维过滤器排斥。

实施例31

研究硅烷上离去基团的组成以及硅烷化期间溶剂的组成。全氟萘烷用作用于沉积硅烷的溶剂。研究用三乙氧基硅烷或三氯硅烷官能化并进一步用PFC油处理的丙烯酸类物质排斥液体的能力并且将所述能力与未处理和未改性的丙烯酸类物质、用PFC油处理的丙烯酸类物质以及用三乙氧基硅烷或三氯硅烷官能化的丙烯酸类物质的所述能力进行比较。获得六个0.060”厚的Clear Cast丙烯酸类薄片(McMaster Carr，产品编号8560K171)的薄片。在全氟萘烷中用五体积百分比的三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷(Gelest，SIT8174.0)将两个丙烯酸酯薄片硅烷化1小时。在全氟萘烷(FluoroMed，AP140-HP)中用五体积百分比的三乙氧基(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷(Gelest，SIT8175.0)将两个分开的过滤器硅烷化1小时。四个硅烷化薄片用1毫升全氟萘烷漂洗，用压缩空气来干燥，并且在60℃下烘烤2小时。

将七十五μL的全氟萘烷涂覆至用三氯硅烷硅烷化的一个薄片、用三乙氧基硅烷硅烷化的一个薄片以及一个非硅烷化的丙烯酸类薄片以产生“具有PFC油”的表面。将二十五μL人血涂覆至所有六个表面。

将所述表面成像，之后手动将所述表面倾斜并且立即将所述表面再次成像。血液粘附至未处理和未改性的丙烯酸类物质、用PFC油处理的丙烯酸类物质以及用三乙氧基硅烷或三氯硅烷官能化的丙烯酸类物质，但完全被用三乙氧基硅烷或三氯硅烷官能化并进一步用PFC油处理的丙烯酸类物质排斥。

如本领域普通技术人员由阅读本发明将显而易见，本发明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。例如，意图实现某些医疗相关响应(例如抗凝、排斥血液或其它生理流体、释放药物、压制感染、促进组织生长等)的所需功能性可以工程化到锚固层和润滑层的组成中。以上描述的具体实施方案因此应被认为是说明性的而非限制性的。本领域技术人员将会认识到或将能够确定仅使用至多常规实验，就能实现本文所描述的具体实施方案的许多等效物。本发明的范畴是如所附权利要求书和其等效物中所阐述的，而非局限于前述描述中所包括的实施例。

Claims (65)

1.一种具有光滑表面的制品，其包括：

包括锚固层的衬底，所述锚固层包括：

附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；以及

包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，

其中所述锚固层和所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液基本上是不混溶的。

2.如权利要求1所述的制品，其中所述不混溶材料选自由以下各项组成的组：液体、复合流体、溶液、悬浮液以及固体。

3.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是疏水的。

4.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是亲水的。

5.如权利要求1所述的制品，其中所述光滑表面是憎一切的(omniphobic)。

6.如权利要求1所述的制品，其中所述锚固层的所述头基包括醚、硅醚、硅氧烷、羧酸的酯、磺酸的酯、亚磺酸的酯、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、亚磺酸的甲硅烷基酯、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、碳环、具有至少一个氧原子的杂环、具有至少一个氮原子的杂环、具有至少一个硫原子的杂环、具有至少一个硅原子的杂环、“点击”反应衍生的杂环、Diels-Alder反应衍生的碳环、Diels-Alder反应衍生的杂环、酰胺、酰亚胺、硫化物、硫醇盐、金属硫醇盐、氨基甲酸乙酯、肟、酰肼、腙、物理吸附或化学吸附或其它非共价附接部分或其组合。

7.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包含烃，并且所述润滑层包含烃液体，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水光滑表面。

8.如权利要求7所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括烷烃、烯烃、炔烃和芳香族化合物以及其组合。

9.如权利要求1至6中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物或其组合。

10.如权利要求1至6中任一项所述的制品，其中所述锚固层的所述官能团包括全氟化碳、全氟低聚醚以及全氟聚醚。

11.如权利要求1至6中任一项所述的制品，其中所述锚固层包含共价地附接至烃或全氟化碳尾部的甲硅烷基，并且所述润滑层包含烃类或全氟化碳液体，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水或憎一切的光滑表面。

12.如权利要求1至6中任一项所述的制品，其中所述锚固层包含共价地附接至烃或全氟化碳尾部的磷酸酯基或羧酸酯基，并且所述润滑层包含烃或全氟化碳液体，其中所述锚固层和所述润滑层形成疏水或憎一切的光滑表面。

13.如权利要求1所述的制品，其中所述憎一切的光滑表面对于水基和烃基液体来说是光滑的。

14.如权利要求1所述的制品，其中所述憎一切的光滑表面对于生理流体来说是光滑的。

15.如权利要求1所述的制品，其中所述憎一切的光滑表面对于非肝素化血液来说是光滑的。

16.如权利要求1所述的制品，其中所述憎一切的光滑表面包括玻璃珠。

17.如权利要求1所述的制品，其中所述憎一切的表面包含医疗等级材料或医疗装置。

18.一种具有低摩擦界面的制品，其包括：

包括第一锚固层的第一衬底，所述锚固层包括：

附接至所述衬底的第一头基和直接或间接附接至所述头基的第一官能团；以及

包含润滑液的第一润滑层，所述润滑液对所述第一官能团具有亲和力并且设置在所述第一锚固层上，其中所述第一锚固层和所述第一润滑层通过非共价吸引力来保持在一起；以及

包括第二锚固层的第二衬底，所述锚固层包括：

附接至所述衬底的第二头基和直接或间接附接至所述头基的第二官能团；以及

包含润滑液的第二润滑层，所述润滑液对所述第二官能团具有亲和力并且设置在所述第二锚固层上，其中所述第二锚固层和所述第二润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，

其中所述第一衬底和第二衬底处于彼此面对关系以使得所述第一润滑层与所述第二润滑层相对，以及

其中所述第一润滑层与第二润滑层是不混溶的。

19.如权利要求18所述的制品，其中所述第一润滑层对所述第一衬底比对所述第二衬底具有更大的亲和力。

20.如权利要求18或19中任一项所述的制品，其中所述第二润滑层对所述第二衬底比对所述第一衬底具有更大的亲和力。

21.如权利要求18至20中任一项所述的制品，其中第一润滑层或第二润滑层中的一个是疏水的。

22.如权利要求18至20中任一项所述的制品，其中第一润滑层或第二润滑层中的一个是亲水的。

23.如权利要求18至20中任一项所述的制品，其中第一润滑层或第二润滑层中的一个是憎一切的。

24.一种用于从液体中优先分选溶质或颗粒的系统，其包括：

包括锚固层的衬底，所述锚固层包括：

附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；以及

包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起；以及

不混溶液体，所述不混溶液体静态或动态地与所述润滑层相接触，所述不混溶液体包含一种或多种所关注的溶质或颗粒，其中所述润滑液与所述液体是不混溶的，但对所关注的所述溶质或颗粒具有亲和力。

25.如权利要求24所述的系统，其进一步包括：

用于使所述不混溶层在所述润滑层上流动的导管。

26.如权利要求24至25中任一项所述的系统，其中所述头基共价地附接至所述表面。

27.如权利要求24至26中任一项所述的系统，其中所述头基吸附到所述表面上。

28.如权利要求24至27中任一项所述的系统，其中所述锚固层在所述表面上形成单分子层。

29.如权利要求24至28中任一项所述的系统，其中所述官能团是烃。

30.如权利要求24至29中任一项所述的系统，其中所述官能团选自由以下各项组成的组：带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物、无机氧化物以及其组合。

31.如权利要求24至30中任一项所述的系统，其中所述官能团是全氟化碳。

32.如权利要求24至31中任一项所述的系统，其中所述表面选自由以下各项组成的组：丙烯酸类物质、玻璃、聚合物、金属、碳、塑料、纸、陶瓷以及其组合。

33.如权利要求24至31中任一项所述的系统，其中所述表面选自由以下各项组成的组：聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)、丙烯酸类物质、聚苯乙烯、组织培养聚苯乙烯、金属、聚丙烯、丙烯酸类粘合剂、硅圆片、聚砜以及钠钙玻璃。

34.如权利要求24至32中任一项所述的系统，其中所述光滑表面是无菌的。

35.一种防止材料粘附到、吸附到、表面介导的凝块形成在或凝固到衬底上的方法，其包括

提供光滑表面，其包括锚固层，所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；和包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起；以及

使不混溶材料接触所述光滑表面。

36.如权利要求35所述的方法，其中所述头基共价地附接至所述表面。

37.如权利要求35所述的方法，其中所述头基吸附到所述表面上。

38.如权利要求35所述的方法，其中所述锚固层在所述表面上形成单分子层。

39.如权利要求35所述的方法，其中所述表面选自由以下各项组成的组：丙烯酸类物质、玻璃、聚合物、金属、碳、塑料、纸、陶瓷以及其组合。

40.如权利要求35所述的方法，其中所述表面被处理来在暴露于所述锚固层之前活化所述表面。

41.如权利要求40所述的方法，其中活化包括酸处理、碱处理、氧化、氨化、等离子体处理或微波处理。

42.如权利要求35所述的方法，其中所述光滑表面是疏水的。

43.如权利要求35所述的方法，其中所述光滑表面是亲水的。

44.如权利要求35所述的方法，其中所述光滑表面是憎一切的。

45.如权利要求35所述的方法，其中所述官能团是烃。

46.如权利要求35所述的方法，其中所述官能团选自由以下各项组成的组：带电多肽、聚阴离子、聚阳离子、极性聚合物、多糖、胺、羧酸、胍、醇、硫氢基、羧酰胺、金属氧化物以及其组合。

47.如权利要求35所述的方法，其中所述官能团是全氟化碳。

48.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料选自由以下各项组成的组：非粘性液体和粘性液体、复合流体、半固体、发粘液体以及固体。

49.如权利要求35所述的方法，其中所述表面减少血液的凝固。

50.如权利要求35所述的方法，其中所述表面减少纤维蛋白、血纤蛋白原、血小板、白细胞、红血细胞以及凝固因子的粘附。

51.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料含有添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的组：溶质、微粒或其组合。

52.如权利要求51所述的方法，其中所述不混溶材料被所述表面排斥并且所述添加剂被吸引至所述表面。

53.如权利要求52所述的方法，其中所述不混溶材料和所述添加剂被所述表面排斥。

54.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料选自由以下各项组成的组：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。

55.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料是含有细菌的溶液或悬浮液，所述细菌选自由以下各项组成的组：放线杆菌属、不动杆菌属(例如，鲍氏不动杆菌属)、气单胞菌属、博德特氏菌属、短芽孢杆菌属、布鲁氏杆菌属、拟杆菌属、伯克霍尔德氏菌属、疏螺旋体菌属、芽孢杆菌属、弯曲杆菌属、二氧化碳噬纤维菌属、心杆菌属、柠檬酸杆菌属、梭菌属、衣原体属、艾肯菌属、肠杆菌属、埃希氏菌属、弗朗西斯氏菌属、梭杆菌属、黄杆菌属、嗜血杆菌属、螺旋杆菌属、金氏杆菌属、克雷伯氏菌属、军团菌属、李斯特菌属、钩端螺旋体属、莫拉氏菌属、摩根氏菌属、支原体属、分枝杆菌属、奈瑟氏菌属、巴斯德氏菌属、变形杆菌属、普雷沃氏菌属、邻单胞菌属、假单胞菌属、普罗威登斯菌属、立克次氏体属、寡养单胞菌属、葡萄球菌属、链球菌属(A组)、无乳链球菌属(B组)、牛链球菌属、肺炎链球菌属、链霉菌属、沙门氏菌属、沙雷氏菌属、志贺氏菌属、螺菌属、密螺旋体属、韦荣球菌属、弧菌属、耶尔森氏菌属、黄单胞菌属以及其组合。

56.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料是含有真菌的溶液或悬浮液，所述真菌选自由以下各项属成员组成的组：曲霉菌属、皮炎芽生菌属、念珠菌属、粗球孢子菌属、隐球菌属、荚膜组织胞浆菌荚膜变种、荚膜组织胞浆菌杜波变种、巴西副球孢子菌属、申氏孢子丝菌属、伞枝梨头霉菌属、微小根毛霉菌属、无根根霉菌属以及其组合。

57.如权利要求35所述的方法，其中所述不混溶材料是含有病毒的溶液或悬浮液，所述病毒选自由以下各项组成的组：巨细胞病毒(CMV)、登革热、埃-巴二氏病毒、汉坦病毒、人T细胞嗜淋巴细胞病毒(HTLV I/II)、细小病毒、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)以及其组合。

58.如权利要求35所述的方法，其中所述材料是含有颗粒的溶液或悬浮液，所述颗粒选自由以下各项组成的组：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、噬菌体、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。

59.一种制造具有光滑表面的制品的方法，其包括：

使衬底与具有与所述衬底反应的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团的反应分子相接触以在所述衬底上形成锚固层；以及

使所述锚固层与对所述官能团具有亲和力的润滑液相接触以形成设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起，

其中所述锚固层与所述润滑层形成光滑表面，所述光滑表面被构造和安排成用于与材料相接触，所述材料与所述润滑液是不混溶的。

60.如权利要求59所述的方法，其中使所述锚固层与润滑液相接触包括使润滑液穿过所述衬底中的微通道。

61.如权利要求59所述的方法，其中所述衬底包括自其补充润滑液的储罐。

62.如权利要求59所述的方法，其中所述衬底包括管道并且其中使所述锚固层与润滑液相接触包括使大剂量润滑液穿过所述管件。

63.如权利要求59所述的方法，其中将所述润滑液补充到所述锚固层上。

64.一种用于减少血液的凝固或减少纤维蛋白、血纤蛋白原、血小板、白细胞、红血细胞以及凝固因子的粘附的方法，其包括：

使血液接触抵抗血液的凝固的表面或抵着所述表面储存血液，所述表面包括：

锚固层，所述锚固层包括：

附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；以及

包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起。

65.一种从溶液提取溶质的方法，其包括：

提供表面，其包括锚固层，所述锚固层包含附接至所述衬底的头基和直接或间接附接至所述头基的官能团；和包含对所述官能团具有亲和力的润滑液并设置在所述锚固层上的润滑层，其中所述锚固层和所述润滑层通过非共价吸引力来保持在一起；以及

使所述表面与包含一种或多种溶质的溶液相接触，其中至少一种溶质对所述润滑液比对所述溶液具有更大的亲和力。