Lim, Jin Ik;Kim, Seung Il;Jung, Youngmee;Kim, Soo Hyun
Polymer(Korea)
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v.37
no.4
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pp.411-419
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2013
Various biomaterials have been widely used for biomedical applications, including bio-organs, medical devices, and clinical devices like vessel, blood pumps, artificial kidneys and hearts, even in contact with blood. The issue of blood compatibility has been studied intensively to prevent negative effects such as thrombosis due to the implanted devices. The use of lotus-leaf-like structured surfaces has been extended to an increasing number of applications such as contamination prevention and anticorrosion applications. Various methods such as template, sol-gel transition, layer-by-layer, and other methods, developed for the fabrication of lotus-leaf-like surfaces have been reported for major industrial applications. Recently, the non-wettable character of these surfaces has been shown to be useful for biomedical applications ranging from blood-vessel replacement to antibacterial surface treatment. In this review, we provide a summary of current and future research efforts and opportunities in the development and medical applications of lotus-leaf-like structure surfaces.
Lotus leaf has a special dual micro and nano surface structure which gives its highly hydrophobic surface characteristics and so-called self cleaning effect. In order to endow PVDF hollow fiber membrane with this special structure and improve the hydrophobicity of membrane surface, PVDF hollow fiber composite membranes was obtained through the immersion coating of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) dilute solution on the outside surface of PVDF support membrane. The prepared PVDF composite membranes were used in the vacuum membrane distillation (VMD) for the desalination. The effects of PVDF-HFP dilute solution concentration in the dope solution and coating time on VMD separation performance was studied. Membranes were characterized by SEM, WCA measurement, porosity, and liquid entry pressure of water. VMD test was carried out using $35g{\cdot}L^{-1}$ NaCl aqueous solution as the feed solution at feed temperature of $30^{\circ}C$ and the permeate pressure of 31.3 kPa. The vapour flux reached a maximum when PVDF-HFP concentration in the dilute solution was 5 wt% and the coating time was kept in the range of 10-60 s. This was attributed to the well configuration of micro-nano rods which was similar with the dual micro-nano structure on the lotus leaf. Compared with the original PVDF membrane, the salt rejection can be well maintained which was greater than 99.99 % meanwhile permeation water conductivity was kept at a low value of $7-9{\mu}S{\cdot}cm^{-1}$ during the continuous testing for 360 h.
Simple poor-cosolvent casting was used to surface treat biodegradable elastic poly(L-lactide-co-${\varepsilon}$-caprolactone) (PLCL; 50:50) copolymer films that presented lotus-leaf-like structures. We evaluated whether the lotus-leaflike-structured PLCL (L-PLCL) films could be used as a biomaterial for artificial vascular grafts. The surface morphology, hydrophobicity, and antithrombotic efficiency of the films were examined while immersed in platelet-rich plasma (PRP) using scanning electron microscopy (SEM) and a contact angle meter. The recovery and crystallinity of the films were measured using a tensile-strength testing machine and an X-ray diffractometer, respectively. The solvent containing acetic acid, as a poor co-solvent, and methylene chloride mixed in a 1:2 ratio produced an optimal PLCL film with a water contact angle of approximately $124^{\circ}$. Furthermore, the surface of the L-PLCL films immersed in PRP showed a lower rate of platelet adhesion (<10%) than that of the surface of an untreated PLCL film immersed in PRP.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.24-24
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2018
One of the challenges in tissue engineering is the design of optimal biomedical scaffolds, which can be governed by topographical surface characteristics, such as size, shape, and direction. Of these properties, we focus on the effects of nano - to micro - sized hierarchical surface. To fabricate the hierarchical surface structure on poly(${\varepsilon}$-caprolactone) (PCL) film, we employed a nano/micro-casting technique (NCT) and modified plasma process. The micro size topography of PCL film was controlled by sizes of the micro structures on lotus leaf. Also, the nano-size topography and hydrophilicity of PCL film were controlled by modified plasma process. After the plasma treatment, the hydrophobic property of the PCL film was significantly changed into hydrophilic property, and the nano-sized structure was well developed, as increasing the plasma exposure time and applied power. The surface properties of the modified PCL film were investigated in terms of initial cell morphology, attachment, and proliferation using osteoblast-like-cells (MG63). In particular, initial cell attachment, proliferation and osteogenic differentiation in the hierarchical structure were enhanced dramatically compared to those of the smooth surface.
Kim, Dong-Hyun;Park, Hyun-Chul;Lee, Kun-Hong;Hwang, Woon-Bong
Composites Research
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v.20
no.2
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pp.17-20
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2007
Superhydrophobic polytetrafluoroethylene ($Teflon^{(R)}$, Dupont) sub-micro and nanostructures were fabricated by the dipping method, based on anodization process in oxalic acid. The polymer sticking phenomenon during the replication creates the sub-microstructures on the negative polytetrafluoroethylene nanostructure replica. This process gives a hierarchical structure with nanostructures on sub-microstructures, which looks like the same structures as lotus leaf and enables commercialization. The diameter and the height of the replicated nano pillars were 40 nm and 40 um respectively. The aspect ratio is approximately 1000. The fabricated surface has a semi-permanent superhydrophobicity, the apparent contact angle of the polytetrafluoroethylene sub-micro and nanostructures is about $160^{\circ}$, and the sliding angle is less than $1^{\circ}$.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.365-365
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2010
Similar to the superhydrophobic surfaces of lotus leaf, water strider leg is attributed to hierarchical structure of micro pillar and nano-hair coated with low surface energy materials, by which water strider can run and even jump on the water surface. In order to mimick its leg, many effort, especially, on the fabrication of nanohairs has been made using several methods such as a capillarity-driven molding and lithography using poly(urethane acrylate)(PUA). However most of those effort was not so effective to create the similar structure due to its difficulty in the fabrication of nanoscale hairy structures with hydrophobic surface. In this study, we have selected a low surface energy polymeric material of polytetrafluoroethylene (PTFE, or Teflon) assisted with surface modification of CF4 plasma treatment followed by hydrophobic surface coating with pre-cursor of hexamethyldisiloxane (HMDSO) using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). It was found that the plasma energy and duration of CF4 treatment on PTFE polymer could control the aspect ratio of nano-hairy structure, which varying with high aspect ratio of more than 20 to 1, or height of over 1000nm but width of 50nm in average. The water contact angle on pristine PTFE surface was measured as approximately $115^{\circ}$. With nanostructures by CF4 plasma treatment and hydrophobic coating of HMDSO film, we made a superhydrophobic nano-hair structure with the wetting angle of over $160^{\circ}C$. This novel fabrication method of nanohairy structures has been applied not only on 2-D flat substrate but also on 3-D substrates like wire and cylinder, which is similarly mimicked the water strider's leg.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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