CN114269645A - 用于形成具有纹理化表面背景的制品的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种形成抗生物粘附制品的方法，所述方法包括通过带有突起图案的模具挤出材料，使得所述挤出的材料具有在基础表面上方具有一系列平行花键的表面，以及用第一图案化模板对所述挤出的材料的所述表面施加压力，使得所述一系列平行凸起花键形成为不同长度的离散凸起段；其中所述图案化模板包括相对于所述花键以角度α倾斜的凹槽。所述方法还包括用第二图案化模板向所述挤出的材料的所述表面施加压力，其中所述第二图案化模板包含相对于所述花键以角度β倾斜的凹槽。

Description

用于形成具有纹理化表面背景的制品的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请主张2019年6月19日提交的美国申请第62/863,349号的权利，该申请以引用方式全文并入本文。

关于联邦资助的研究或支持的声明

本发明是在美国卫生与公众服务部授予的5R44HD085616-03的政府支持下完成的，对本发明拥有一定的权利。

技术领域

本文公开了一种用于形成具有纹理化表面的制品的方法和装置。

背景技术

纹理化表面可用于多种功能，诸如控制生物粘附或流动。由于纹理化的数量级为微米或纳米，因此很难大量批量经济地生产这种表面。因此，需要一种使这些表面可以大量批量生产的高效的制造工艺。

发明内容

本文公开了一种形成抗生物粘附制品的方法，所述方法包括通过带有突起图案的模具挤出材料，使得所述挤出的材料具有在基础表面上方具有一系列平行花键的表面，以及用第一图案化模板对所述挤出的材料的所述表面施加压力，使得所述一系列平行凸起花键形成为不同长度的离散凸起段；其中所述图案化模板包括相对于所述花键以角度α倾斜的凹槽。所述方法还包括用第二图案化模板向所述挤出的材料的所述表面施加压力，其中所述第二图案化模板包含相对于所述花键以角度β倾斜的凹槽。

附图说明

图1是图案化表面的一个实施例的示例性描绘。

图2是可用于将表面纹理化的装置的示例性实施例的描绘。

具体实施方式

本文公开了一种用于制造纹理化表面的装置和方法。所述装置包括：用于生产制品的生产装置，其中制品在制品表面上具有纹理的第一部分；和用于修改纹理的第一部分以产生纹理的第二部分的修改装置。修改装置位于生产装置的下游，并通过挤压、蚀刻、压下或烧蚀纹理的第一部分的一部分来修改纹理的第一部分。制品可以是片材或管。

本文公开了一种形成抗生物粘附制品的方法，所述方法包括通过带有突起图案的模具挤出材料，使得挤出的材料具有在基础表面上方具有一系列平行花键的表面，以及用第一图案化模板对挤出的材料的表面施加压力，使得一系列平行凸起花键形成为不同长度的离散凸起段；其中图案化模板包括相对于花键以角度α倾斜的凹槽。

所述方法还包括用第二图案化模板向挤出的材料的表面施加压力，其中第二图案化模板包含相对于花键以角度β倾斜的凹槽。在一个实施例中，角度α等于角度β，而在另一个实施例中，角度α不等于角度β。在一个实施例中，角度α和角度β两者都大于40度。

在一个实施例中，第一图案化模板的凹槽具有10纳米至100微米的厚度“t”，并且其中第一模板的凹槽之间的距离“d”为10纳米至100微米。第二图案化模板的凹槽具有10纳米至100微米的厚度“t”，并且其中第二模板的凹槽之间的距离“d”为10纳米至100微米。在一个实施例中，第一图案化模板和第二图案化模板是辊，辊的轴线平行于挤出的材料的纵向轴线。在一个实施例中，辊可以围绕挤出的材料旋转(当挤出的材料是导管的形式时)，同时在整个旋转期间接触它。

图1描绘了设置在制品表面上的纹理。制品包括衬底，在衬底上设置有多个特征111。多个特征从基础表面130突出，或者另选地突出到基础表面中。基础表面130是衬底的表面。

基础表面130可以是一片材料，其可以应用于其他表面诸如小船、轮船桥等；屋顶材料，用于动力或水处理厂的进水管的内表面，可植入医疗装置或材料诸如乳房植入物、导管或心脏瓣膜或类似制品。另选地，基础表面可以是制品表面，并且特征(形成纹理)可以从基础表面130突出，或者另选地，突出到基础表面中。这些特征将在后面详细讨论。

现在参考图2，装置100包括生产装置102，生产装置生产具有纹理108的第一部分的制品104。在一个实施例中，纹理的第一部分包括沿着制品104的基础表面的整个长度延伸的花键。花键可以从基础表面向外突出，或者另选地从基础表面向内突出。花键是10纳米到100微米。

制品104可以是管、圆柱体或片材。当制品向前行进时(由于更多的材料从生产装置102发出)，它被一个或多个修改装置106A、106B接触。在一个实施例中，修改装置是带凹槽表面(包括凹槽110)，带凹槽表面在接触制品104时被压入制品的表面中。在一个实施例中，第一修改装置106A和第二修改装置106B围绕位于纸张平面内并且也平行于制品104行进方向的轴线旋转。只要两个装置不是同时在同一个地方，两个修改装置都可以在同一个方向或相反的方向上旋转。在一个实施例中，修改装置106A和106B可以围绕圆形制品的圆周行进，以产生路径112A和112B，路径将在下面详细讨论。

当第一修改装置106A接触制品表面时，它挤压花键(即修改纹理的第一部分)以在制品表面上产生第一路径112A。这一第一路径相对于行进方向的垂直线以角度α倾斜。当花键从基础表面向外突出时，在挤压花键期间，修改装置的凹槽不会穿入基础表面。角度α可以从5度变化到80度。凹槽的厚度“t”为10纳米至100微米，优选地1微米至5微米。凹槽之间的距离“d”(也称为凹槽的节距)为10纳米至100微米。

当花键突出至基础表面中时，第一修改装置106A被压入制品表面中，至等于或小于花键深度的深度。在制品被第一修改装置接触后保留在制品上的纹理包括一系列长度等于凹槽的节距“d”的突出部。

当制品被第二修改装置106B接触时，它也挤压花键，产生第二路径112B。第二修改装置106B也围绕平行于制品行进方向的轴线旋转。当第二修改装置106B接触制品表面时，它也挤压花键(即，修改纹理的第一部分)以在制品表面上产生第二路径112B。这一第二路径相对于行进方向的垂直线以角度β倾斜。角度β可以从5度变化到80度。角度α和β是在相反的方向上测量的。

优选地角度α和β两者分别大于40度。

第二修改装置上的凹槽也具有10纳米至100微米，优选地1微米至5微米的厚度“t”。凹槽之间的距离“d”(也称为凹槽的节距)为10纳米至100微米。可以看出，每个辊(模板)具有多个凹槽。这些凹槽(在单个模板上)可以彼此平行。在另一个实施例中，单个辊上的这些凹槽可以彼此不平行。

路径112A和112B之间的角度取决于α和β的值，并且等于α+β的和。α和β的值可以相同，也可以不同。在一个实施例中，α的值大于β，反之亦然。换句话说，希望α和β的值彼此不同。如图2所示，路径112A和112B周期性相交。如图1所示，可以看到路径112A和112B组合产生正弦路径，如图1所见。

路径106A和106B之间的角度还取决于制品104的线速度(沿其行进方向)以及第一修改装置和第二修改装置的线速度。

修改装置产生的纹理详述如下。

在一个实施例中，具有用于抵抗生物体的生物粘附的表面形貌的制品包括具有表面的基础制品。表面和/或基础制品的组成包括聚合物、金属或合金、陶瓷。聚合物、金属和陶瓷的组合也可用于基础制品。表面具有包括多个图案的形貌；每个图案由从基础制品突出的多个间隔开的特征限定。多个特征各自具有至少一个微米级(微米或纳米尺寸)尺寸，并且具有至少一个具有基本上不同几何形状的相邻特征。在表面的至少一部分上，相邻特征之间的平均第一特征间距优选地为至少1nm，更优选地至少10nm，再更优选地至少100nm，还更优选至少1微米，甚至更优选地至少10微米且不超过500微米，优选地不超过200微米，更优选不超过100微米，其中所述多个间隔开的特征由周期函数表示。应当注意，多个特征中的每个特征彼此分离，并且不相互接触。

所述方法便于制作表面与所述基础制品单片集成的制品，其中基础制品的组成与表面的组成相同。在另一个实施例中，所述方法可用于制作图案化片材，片材随后被粘附到基础制品。经粘附片材的组成可以不同于基础制品的组成。

如上所述，图案通过曲折路径与相邻图案分离。曲折路径可以用周期函数来表示。对于每个曲折路径，周期函数可能不同。在一个实施例中，图案可以通过由两个或更多个周期函数表示的曲折路径彼此分离。周期函数可以包括正弦波。在示例性实施例中，周期函数可以包括两个或更多个正弦波。

在一个实施例中，多个间隔开的特征具有基本上平坦的顶表面。在另一个实施例中，多元件平台层可以设置在表面的一部分上，其中所述平台层的元件之间的间距提供第二特征间距；当与第一特征间距相比时，第二特征间距实质上不同。二次图案化可以通过在模具上图案化和/或通过在压机上图案化来实现。

本发明的方法在制作如图1所示间隔开的特征具有相似几何形状和不同尺寸的制品时特别有用。虽然根据模具中的突出部和压机表面上的图案，可以通过这种方法制造具有各种几何形状特征的各种制品，但是本发明特别适合制作多边形，尤其是四边形、三角形等。

如将在下文所述，曲折路径可以由正弦函数、样条函数、多项式函数等定义。曲折路径通常存在于多组间隔开的特征之间，并且可能偶尔被特征的存在或两个特征之间的接触中断。如果在曲折路径中充当障碍物的特征被绕过，则曲折路径可以具有在其上设置图案的表面的整个长度上延伸的长度。在两个相邻图案的两个相邻特征之间测量的曲折路径的宽度为约10纳米至约500微米，具体为约20纳米至约300微米，具体为约50纳米至约100微米，更具体为约100纳米至约10微米。

在一个实施例中，间隔开的特征在它们之间具有线性路径或通道。

如上所述，间隔开的特征可以具有不同的尺寸(高度、宽度和长度的尺寸)。间隔开的特征的平均尺寸可以是纳米级的(例如，它们可以小于100纳米)或者大于或等于约100纳米。在一个实施例中，间隔开的特征可以在高度、宽度和长度的每个方向上独立地具有至少1纳米，具体地至少10纳米，更具体地至少100纳米，再更具体地至少500纳米，并且最具体地至少1微米且不超过500微米，具体地不超过约200微米，更具体地不超过约100微米，再更具体地不超过约50微米，并且最具体地不超过约10微米的平均尺寸。通常，特征将具有相似的高度，并且相邻特征将具有不同于相邻特征的长度或宽度中的至少一个。

在另一个实施例中，间隔开的特征之间的平均周期性可以是约1纳米至约500微米。在一个实施例中，间隔开的特征之间的周期性可以是约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一个实施例中，间隔开的特征之间的平均周期性可以是约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一个实施例中，周期性可以是约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。在又一实施例中，平均周期性可以是约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。

在一个实施例中，图案的每个特征具有至少一个具有不同几何形状(例如，尺寸或形状)的相邻特征。图案的一个特征是单一元素。一个图案的每个特征有至少2、3、4、5或6个相邻特征，这些特征与所述特征具有不同的几何形状。

在本方法中用于制作制品的材料必须适合通过模具挤出和用压机成型。这种材料的示例是金属、聚合物，且在一些情况下是陶瓷。聚合材料特别合适。根据一个实施例，优选为热塑性塑料。如果制品在其使用过程中将经受高温以防止回流和特征图案的损失，则还优选为可交联热塑性塑料。可以使用某些热固性材料，只要它们可以在低于发生热固性的温度下被挤出。然后，最终固化可以在将模具压在结构上的过程中或之后发生。可以使用聚合物和共聚物的掺合物。也可以使用具有低表面张力或其他所需表面特性的聚合物。

有机聚合物的示例是聚缩醛、聚烯烃、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳基化物、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并恶唑、聚苯酞、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚砜酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、苯乙烯丙烯腈、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氨酯、乙烯丙烯二烯橡胶(EPR)、聚四氟乙烯、全氟弹性体、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚硅氧烷等，或包括至少一种前述有机聚合物的组合。

本文公开的方法的优点在于，它可以在移动产品的表面上快速产生均匀一致的纹理。

虽然已经参考一些实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于作为实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (9)

1.一种形成抗生物粘附制品的方法，包括：

通过带有突起图案的模具挤出材料，使得挤出的材料具有在基础表面上方具有一系列平行花键的表面；

用第一图案化模板对所述挤出的材料的所述表面施加压力，使得所述一系列平行凸起花键形成不同长度的离散凸起段；其中所述图案化模板包括相对于所述花键以角度α倾斜的凹槽。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括用第二图案化模板向所述挤出的材料的所述表面施加压力，其中所述第二图案化模板包含相对于所述花键以角度β倾斜的凹槽。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述角度α等于所述角度β。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述角度α不等于所述角度β。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一模板的所述凹槽具有10纳米至100微米的厚度“t”，并且其中所述第一模板的所述凹槽之间的距离“d”为10纳米至100微米。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二模板的所述凹槽具有10纳米至100微米的厚度“t”，并且其中所述第二模板的所述凹槽之间的距离“d”为10纳米至100微米。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一图案化模板和所述第二图案化模板是辊，所述辊的轴线平行于所述挤出的材料的纵向轴线。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述角度α和所述角度β两者都大于40度。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述辊中的每一者可以围绕所述挤出的材料旋转。

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