專利名稱：防止微生物附著的結(jié)構(gòu)的制作方法
防止微生物附著的結(jié)構(gòu)相關(guān)申請本申請要求2010年I月28日提交的美國專利申請No. 61/299，214和2010年7月19日提交的美國專利申請No. 61/365，615的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用方式特此并入。
背景技術(shù)：
非常容易發(fā)生因微生物附著引起的表面污染并且是開發(fā)作為多細(xì)胞公共超生物體的細(xì)菌生物膜的第一步(O，Toole 等，Annu. Rev. Microbiol. 54，49-79 (2000) ；De Beer等，Prokaryotes I, 904-937(2006) ；0' Toole, J. Bacteriology 185,2687-2689(2003))。表面細(xì)菌污染和種群的重要結(jié)果是感染手術(shù)器械、生物醫(yī)學(xué)材料和假體，例如導(dǎo)管(Christensen 等，J. Clin. Microbiol. 22，996-1006 (1985) ；Costerton 等，Ann. Rev.Microbiol. 41，435-464(1987) ；Gristina, Science 237,1588-1595(1987) ；Everaert 等，Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 10,179-190 (1998) ；Jacques 等，Microbial Ecology 13,173-191 (1987) ；Hall 等，Public Health Records 79, 1021-1024(1964)；Druskin 等，J. Am. Med. Assoc. 185，966-968 (1963) ；Bent I ey 等，J. Am. Med.Assoc. 206, 1749-1752(1968) ；Corso 等，J. Am. Med. Assoc. 210, 2075-2077 (1969) ；Irwin等，Yale J. Biol. Med. 46，85-93(1973) ；Michel 等，Am. J. Surgeryl37, 745-748 (1979)；和 Shinozaki 等，J. Am. Med. Assoc. 249，223-225 (1983))。手術(shù)器械、導(dǎo)管和植入物相關(guān)的細(xì)菌污染引起的血流感染是與牽涉導(dǎo)管和植入物的手術(shù)相關(guān)的常見嚴(yán)重并發(fā)癥(Christensen 等，J. Clin. Microbiol. 22, 996-1006 (1985) ；Costerton 等，Ann. Rev.Microbiol.41，435-464(1987) ；Gristina, Science 237, 1588-1595(1987) ；Everaert 等，Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 10, 179-190(1998) ；Jacques 等，MicrobialEcology 13, 173-191 (1987) ；Hall 等，Public Health Records 79, 1021-1024(1964)；Druskin 等，J. Am. Med Assoc. 185, 966-968 (1963) ；Bent I ey 等，J. Am. Med.Assoc. 206, 1749-1752(1968) ；Corso 等，J. Am. Med. Assoc. 210, 2075-2077 (1969) ；Irwin等，Yale J. Biol. Med. 46，85-93 (1973) ；Michel 等，Am. J. Surgeryl37, 745-748 (1979);和Shinozaki 等，J. Am. Med. Assoc. 249，223-225 (1983))。細(xì)菌可通過各種機(jī)制以物理方式附著于各種各樣的親水性至疏水性表面上(O’Toole 等，Annu. Rev. Microbiol. 54，49-79 (2000) ；De Beer 等，Prokaryotes I,904-937 (2006);0' Toole, J.Bacteriology 185,2687-2689(2003)；Christensen 等，J.Clin.Microbiol. 22，996-1006(1985) ；Costerton 等，Ann.Rev.Microbiol. 41，435-464(1987) ；Gristina, Science 237,1588-1595(1987);Everaert 等，Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 10，179-190 (1998);Jacques 等，MicrobialEcology 13，173-191(1987))。典型機(jī)制包括在細(xì)菌自身附著之前，通過物理或化學(xué)吸附進(jìn)行的蛋白質(zhì)初始沉積，稱為調(diào)節(jié)層?？珊欣w連蛋白、纖維蛋白原、膠原和其它蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)膜幾乎立即涂覆生物材料表面并且為細(xì)菌或組織粘附提供受體位點(diǎn)(Gristina, Science237， 1588-1595(1987))。這些各種大分子的作用因細(xì)菌種類不同而不同。例如，金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)具有膠原和纖連蛋白的特異性結(jié)合位點(diǎn)(Gristina, Science237，1588-1595(1987))?？拷锊牧媳砻娴募?xì)菌(或組織細(xì)胞，例如骨骼、內(nèi)皮細(xì)胞或成纖維細(xì)胞)首先遇到糖蛋白調(diào)節(jié)層。手術(shù)器械和血管內(nèi)裝置(IVD)(例如導(dǎo)管)具有許多潛在的感染源。其中最重要的特征是，微生物粘附于導(dǎo)管表面與感染的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。甚至成功粘附于表面的單個細(xì)菌細(xì)胞也可發(fā)展成穩(wěn)定且感染性細(xì)菌膜并引起疾病。因此防止細(xì)菌粘附的有效策略已經(jīng)用于開發(fā)本質(zhì)上抗菌落形成的表面材料。已經(jīng)采用各種方法來用無毒防腐或抗菌藥物涂覆導(dǎo)管表面或?qū)⒋祟愇镔|(zhì)并入導(dǎo)管材料本身(Crnich等，Clinical Infectious Diseases34，1232-1242(2002))。這些抗菌表面是根據(jù)并入例如Ag-顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)、防腐劑和抗生素等化合物的原則。
發(fā)明概要描述了凸起結(jié)構(gòu)和使用此結(jié)構(gòu)防止、抑制或減少微生物附著在基底上的方法。當(dāng) 與含有微生物的污染液體接觸時，此類凸起結(jié)構(gòu)防止、抑制或減少微生物附著在基底上。接觸可因簡單暴露于污染液體而為靜態(tài)的，或動態(tài)的，例如由于飛濺或倒出含有微生物的液體而導(dǎo)致的接觸。優(yōu)選地，短暫接觸污染液體后抑制或減少了粘附。在某些實(shí)施方案中，接觸持續(xù)幾毫秒至幾分鐘。一方面，處理表面包括在動態(tài)條件下通過防止污染液體潤濕表面(例如液體倒、飛濺或?yàn)⒃诒砻嫔?有力地從基底表面排除細(xì)菌、病毒和真菌的凸起超疏水結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)的寬度，例如遠(yuǎn)端寬度小于約5 μ m(對于細(xì)菌和病毒而言)和小于約15 μ m(對于真菌而言)。在一個或多個實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度，例如遠(yuǎn)端寬度小于約2 μ m。另一方面，處理表面含有通過提供結(jié)構(gòu)間間距小于污染液體中所含微生物的大約長度和/或橫徑的凸起結(jié)構(gòu)而從基底下表面以物理方式排除微生物的凸起結(jié)構(gòu)。凸起結(jié)構(gòu)可為超疏水、疏水或親水的。在一個或多個實(shí)施方案中，處理表面含有有力地且以物理方式從基底排除微生物的凸起結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為柱。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為溝。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為閉孔結(jié)構(gòu)。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為以上的組合。凸起結(jié)構(gòu)可在基座或下表面上均勻或規(guī)則地間隔，例如柱陣列、規(guī)則間隔的溝和磚塊樣閉合結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)隨機(jī)間隔。在一些實(shí)施方案中，凸起柱結(jié)構(gòu)包括具有確保機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)的橫截面的機(jī)械加固柱。在一些實(shí)施方案中，溝結(jié)構(gòu)的壁不直并且包括機(jī)械加固幾何形狀。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)包括具有底部寬度大于遠(yuǎn)端寬度的凸起結(jié)構(gòu)的機(jī)械加固結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，這些凸起結(jié)構(gòu)包括具有更大或更寬的基座的柱、溝或閉孔，從而展現(xiàn)出增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。一方面，涂覆基底以提供凸起表面。另一方面，將凸起結(jié)構(gòu)制成設(shè)備(例如醫(yī)療設(shè)備)上的涂層，以防止、抑制或減少微生物附著于設(shè)備上。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)具有各種性狀和尺寸(例如，橫截面、高度和寬度)。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)是分離的或相互連接的。因此，由具有不同尺寸、性狀和空間排列的凸起結(jié)構(gòu)形成不同表面圖案，包括周期圖案?？赏ㄟ^許多不同技術(shù)，例如照相平版印刷術(shù)、投影光刻、電子束書寫或光刻、沉積納米線陣列、在基底表面生長納米結(jié)構(gòu)、軟光亥|J、復(fù)制模塑法、溶液沉積、溶液聚合、電聚合、電紡絲、電鍍、氣相沉積、接觸印刷、蝕亥IJ、轉(zhuǎn)移圖案化、微壓印、自組裝等產(chǎn)生本發(fā)明的凸起結(jié)構(gòu)。附圖簡述當(dāng)關(guān)于以下附圖考慮時可參考本發(fā)明的以下詳細(xì)描述全面了解本發(fā)明的各個目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同參考數(shù)字指相同元件。以下附圖僅為了說明并不旨在成為本發(fā)明的限制，后面的權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的范圍。
圖IA為超疏水柱陣列的透視圖。圖IB為呈“Cassie”或“Cassie-Baxter”狀態(tài)的一小滴水溶液接觸柱頂部的超疏水柱陣列的頂部照片，并且圖IC為相應(yīng)的橫截面?zhèn)纫晥D，其顯示了接觸柱頂部的小滴，包括限定接觸角Θ或Θ*蒸汽/液界面的分解圖。圖ID為在具有呈“Cassie”狀態(tài)并且含有僅暴露于結(jié)構(gòu)尖端的微生物的水溶液(頂部)的基底上(底部)的柱陣列的側(cè)視圖。圖IE為在具有部分或完全轉(zhuǎn)變?yōu)閃enzel (潤濕)狀態(tài)并且含有粘附于受溶液潤濕的柱上微生物的水溶液(頂部)的基底(底部)上柱陣列的側(cè)視圖。圖IF描繪了具有無序凸起結(jié)構(gòu)的基底的圖解，并且圖IG描繪了具有均勻或規(guī)則凸起結(jié)構(gòu)的基底的圖解，證明均勻凸起結(jié)構(gòu)比無序凸起結(jié)構(gòu)更有效地使污染液體(在表面上)從基底排除。圖2A-2F是一系列描繪了一些表面及其相應(yīng)接觸角的圖解和顯微圖，包括(a)平坦親水基底、(b)平坦疏水基底和(c)-(f)基底上的凸起超疏水結(jié)構(gòu)，包括柱陣列和磚塊凸起表面(“交叉壁”)。圖3描繪了圓形凸起柱(3A)、凸起溝(“壁”)(3B)和凸起閉孔磚塊(“交叉壁”)(3C)結(jié)構(gòu)的透視、俯視和側(cè)視示意圖，指出了長度(W)、節(jié)距(P)和結(jié)構(gòu)間間距(S)。圖4A為表示由凸起柱結(jié)構(gòu)形成的不同表面圖案的俯視圖的示意圖，并且說明了根據(jù)各實(shí)施方案所述的柱的各種橫截面形狀和面積以及柱有序度的改變。圖4B為表示根據(jù)各實(shí)施方案所述的不同凸起溝結(jié)構(gòu)表面的俯視圖的示意圖。圖4C為根據(jù)各實(shí)施方案所述具有各種形狀的凸起閉孔結(jié)構(gòu)且相鄰結(jié)構(gòu)間有間距的基底的俯視圖。圖4D為根據(jù)各實(shí)施方案所述具有帶相連壁的凸起閉孔結(jié)構(gòu)的基底的俯視圖，所述凸起閉孔結(jié)構(gòu)包括磚塊隔室、正方形隔室、蜂窩隔室和網(wǎng)形圖案的隔室。圖5A-D為表示根據(jù)各實(shí)施方案所述的加固分支I形(5A)、T形(5Β)、Χ形(5C)和Y形(5D)凸起柱結(jié)構(gòu)的橫截面視圖的示意圖。圖5Ε描繪了分支T形凸起Si柱示例性陣列的掃描電子顯微鏡圖像。圖5F描繪了使用模塑法制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起分支Y形聚合柱結(jié)構(gòu)陣列的光學(xué)顯微鏡圖像。圖6A-6F為描繪了落向表面(6A)、沖擊超疏水表面(6B)、散布(6C)和離開表面(6D-6F)的一小滴水溶液的一系列照片。圖7A為具有結(jié)構(gòu)間距離(S)小于微生物的大約最長直徑4和最短橫徑ds，阻止微生物接觸基底的凸起柱結(jié)構(gòu)的基底的側(cè)視圖。圖7B為具有結(jié)構(gòu)間距離小于枯草芽孢桿菌(B. subtilis)細(xì)胞的橫徑的凸起柱結(jié)構(gòu)的基底上枯草芽孢桿菌的顯微圖，證明枯草芽孢桿菌細(xì)胞留在柱結(jié)構(gòu)的尖端并且不接觸基底。圖8A-8D為具有直圓柱體(8A)、分支Y形(8B)、分支T形(8C)的形狀并且具有錐形、圓錐形形狀，底端寬度為2. 7微米的Si柱(寬度I微米、高度9微米)機(jī)械性質(zhì)的計算機(jī)模擬，其中插圖提供了試驗(yàn)部件的俯視圖并且側(cè)面柱狀圖顯示了機(jī)械應(yīng)力(von Mises, MPa)和位移(μ m)。圖9A-E為特征為隨著從遠(yuǎn)端靠近基底面寬度增加的凸起柱結(jié)構(gòu)的5個不同陣列的橫截面示意圖。圖9F描繪了使用Bosch工藝制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起圓錐形Si柱陣列的掃描電子顯微鏡圖像。圖9G 描繪了通過在時間(t)=0 ；t=5min ；t=10min ；t=15min ;和 t=20min 時使用通過導(dǎo)電聚合物的電沉積而再成形制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起圓錐形Si柱陣列的掃描電子顯微鏡圖像，證明形成基座越來越寬的柱。

圖10A-10F示出了根據(jù)一個或多個實(shí)施方案所述包括蜂窩和磚壁的示例性凸起閉孔結(jié)構(gòu)的光學(xué)和電子顯微圖。圖11為具有兩類圖案化表面的醫(yī)療設(shè)備的不意圖，其中(A)用包括凸起結(jié)構(gòu)的表面涂層涂覆頂部設(shè)備，并且(B)底部設(shè)備本身具有包括凸起結(jié)構(gòu)的表面。圖12A和12B為用于測試與污染液體接觸后細(xì)菌粘附于具有凸起超疏水結(jié)構(gòu)的基底上的方法的圖解。圖13A描繪了瓊脂板上的平坦疏水性(氟化)基底(Si-F)、平坦親水性基底(Si-C)，并且圖13B示出了過夜培養(yǎng)后相應(yīng)的瓊脂板。圖14A描繪了具有未圖案化(平坦)和圖案化凸起柱陣列表面的基底的圖像；圖14B描繪了瓊脂板上面朝下的基底的圖像；并且圖14C描繪了過夜培養(yǎng)后的瓊脂板圖像，示出了與大體上無微生物的圖案化表面相對應(yīng)的區(qū)域，而與平坦表面相對應(yīng)的區(qū)域具有顯著微生物生長。圖15A-C描繪了描繪了暴露于污染液體流后的細(xì)菌生長實(shí)驗(yàn)，為凸起柱寬度的函數(shù)。圖16A描繪了具有未圖案化(平坦)和圖案化區(qū)域，載有寬I. 3微米的交叉磚壁的基底的圖像；圖16B描繪了瓊脂板上面朝下的基底的圖像；并且圖16C描繪了過夜培養(yǎng)后瓊脂板的圖像，示出了與無微生物的圖案化表面相對應(yīng)的區(qū)域，而與平坦表面相對應(yīng)的區(qū)域具有顯著微生物生長。圖17A描繪了平坦(未圖案化)表面上生長的大腸桿菌(E. coli)的圖像；并且圖17B描繪了載有結(jié)構(gòu)間間距小于大腸桿菌最小尺寸的凸起柱結(jié)構(gòu)的表面的圖像，顯示在柱頂部無大腸桿菌存在，其中頂部圖像為電子顯微圖而底部圖像為光學(xué)顯微圖。發(fā)明詳述本文提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考通過引用的方式整體并入。除非另外定義，否則本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中普通技術(shù)人員通常所理解的相同含義。如有沖突，以本說明書，包括定義為準(zhǔn)。另外，材料、方法和實(shí)施例僅為說明并非旨在限制。雖然與本文所述方法和材料相似或等效的方法和材料可用于本發(fā)明的實(shí)踐或試驗(yàn)中，但是以下描述了適合的方法和材料。由以下詳細(xì)描述和權(quán)利要求書顯而易見本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。描述了凸起結(jié)構(gòu)和使用此結(jié)構(gòu)防止、抑制或減少微生物附著在基底上的方法。當(dāng)與含有微生物的污染液體接觸時，此類凸起結(jié)構(gòu)防止、抑制或減少微生物附著在基底上。接觸可因簡單或持續(xù)暴露于污染液體而為靜態(tài)的，或動態(tài)的，例如由于飛濺或倒出含有微生物的液體而導(dǎo)致的接觸。在一些實(shí)施方案中，短暫接觸污染液體后完全抑制或減少了粘附。 在一些實(shí)施方案中，接觸持續(xù)幾毫秒至幾分鐘。如此暴露的表面保持無菌或產(chǎn)生易于通過物理或化學(xué)處理去除的松散附著的微生物。無菌表面完全無菌(完全無微生物)，有效無菌(含有足夠少的松散附著或有機(jī)化不足的生物體，以致沒有微生物從該表面轉(zhuǎn)移到另外的環(huán)境中)，或表現(xiàn)出污染有限或減少(微生物附著比缺乏凸起結(jié)構(gòu)的同等表面少)。通過本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的眾多方法中的任一種，例如通過使用通過引用的方式特此整體并入的 Miles，A. A ;Misra, S. S. J. Hyg. (London)，38，732(1938)中描述的 Miles 和 Misra 方法測量每單位體積液體或每單位質(zhì)量固體存在的菌落形成單位(CFU)的數(shù)量來測量無菌狀態(tài)或微生物污染。也可通過表面上微生物生長程度的圖像分析測量無菌狀態(tài)或微生物污染。例如，對圖13B、14C、15A、B和C(下方圖像)和16C中所示瓊脂板的圖像進(jìn)行圖像分析。這些圖中所示的平面對照表面使生長后構(gòu)成原區(qū)域的75%至100%的印刷(污染)區(qū)域移動，而具有直徑和/或?qū)挾刃∮诩s2微米的凸起柱和壁的超疏水表面使為原區(qū)域0%的區(qū)域移動(即，無微生物生長)。見，例如，圖15A-B、16C。具有直徑為5微米的凸起柱的超疏水表面使為原區(qū)域的約4%的區(qū)域移動(即，一些微生物生長)。見，例如，圖15C。Christensen, G.D.等，J. Clin.Microbiol. 22，996-1006 (1985) ；Costerton, J.W.等，Ann. Rev.Microbiol.41，435-464(1987) ；Gristina, A. G. Science 237, 1588-1595 (1987)；Everaert, E. P. J. M. , van der Mei, H. C. &Busscher, H. J. Colloids and SurfacesB : Biointerfaces 10, 179-190 (1998) ； Jacques,M.,Marrie, T. J. &Costerton, J.ff.Microbial Ecology 13, 173-191 (1987) ；Hall, L. B. &Hartnett,B.A.PublicHealth Records 79, 1021-1024 (1964) ；Druskin, M. S. &Siegel, P. D. J. Am.Med. Assoc. 185, 966-968 (1963) ；Ben11 ey , D. W. &Lepper, M. H. J. Am. Med.Assoc. 206, 1749-1752 (1968) ；Corso, J. A. , Agostinelli, R. &Brandriss, M. ff. J. Am.Med. Assoc. 210, 2075-2077 (1969) ；Irwin, G. R. , Hart, R. J. Martin, CM. Pathogenesisand Prevention of Intravenous Catheter Infections.Yale Journal ofBiology and Medicine 46,85-93 (1973) ；Michel, L. , McMichan, J. C. &Bachy, J. -L.Am. H. Surgeryl37, 745-748 (1979) ；Shinozaki, T. , Deane, R. S. , Mazuzan, J. E. , Hamel, A.J. &Hazelton, D. J. Am. Med. Assoc. 249, 223-225 (1983) ；Crnich, C. J. &Maki, D.Clinical Infectious Diseases 34,1232-1242(2002)；和 Genzer, J. &Efimenko, K.Biofouling22，339-360 (2006)中討論了測量無菌狀態(tài)或微生物污染的其它方法；這些文獻(xiàn)通過弓I用的方式特此整體并入。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為柱。在另外的實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為溝。還另外的實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為閉孔結(jié)構(gòu)。還另外的實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為以上的組合。一方面，處理表面包括在動態(tài)條件下通過防止污染液體潤濕表面(例如液體倒、飛濺或?yàn)⒃诒砻嫔?有力地排除微生物的凸起超疏水結(jié)構(gòu)。如本文所使用，“超疏水的”指高度疏水且不潤濕的表面，其中液體/表面界面的接觸角Θ為至少約140°，并且液體呈所謂的“Cassie”狀態(tài)，以致液體僅與凸起表面部件的尖端接觸并停留在空氣墊上。如圖IC中所見，接觸角(Θ)是液-氣界面與固-液界面相遇的角度。液滴散布于平坦的固體表面的傾向隨接觸角減小而增大。因此，接觸角提供了可潤濕能力的反向測量。
圖IA示出了具有柱100陣列的示例性超疏水表面。柱為疏水性的，例如，它們可由疏水性或經(jīng)涂覆或經(jīng)化學(xué)處理以提供疏水表面的材料制成。液體(例如，水)積聚成珠并不潤濕超疏水表面的表面。圖IB示出了由(例如)柱100陣列構(gòu)成的超疏水表面120上的非潤濕小水滴110，例如圖IA中所示。圖IC示出了小水滴停留在微結(jié)構(gòu)超疏水表面上時小水滴的橫截面視圖。圖IC還提供了基底上液相(L)、氣相(V)的相對位置的放大視圖。在該圖中，Θ為Cassie狀態(tài)液體的接觸角，而Θ *為與穩(wěn)定平衡狀態(tài)相對應(yīng)的表觀接觸角。超疏水表面在本領(lǐng)域中是已知的，并且已知受以下因素影響，例如但不限于表面組成、凸起表面的寬度、高度和結(jié)構(gòu)間間距。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到這些因素如何影響表面所展現(xiàn)出的接觸角。圖2A-2F說明了各種表面的性質(zhì)如何影響液體/表面界面的接觸角。圖2描繪了缺乏凸起結(jié)構(gòu)的平坦(a)親水和(b)疏水表面，展現(xiàn)出小于140°的接觸角，證明單獨(dú)用疏水性材料涂覆平坦表面并不足以產(chǎn)生超疏水表面。圖像(c)-(f)描繪了載有各種寬度(或“直徑”)和節(jié)距的(c)-(e)柱陣列和(f)閉孔磚塊(“交叉壁”)結(jié)構(gòu)的凸起結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出大于140°的接觸角的氟化表面,表明本文所述凸起表面產(chǎn)生超疏水表面。在每幅圖中，上部圖像為表面的低倍放大圖像，中心圖像為表面的高倍放大圖像而下部圖像是表面上指出了接觸角的小水滴。圖2C示出了柱寬度為5μπι且柱間間距為ΙΟμπι的規(guī)則柱陣列。表面上小水滴的接觸角為146°。如圖2D中所示，減小柱尺寸和柱間間距增大了表面的疏水性和小水滴的接觸角(169° )。更小直徑的柱(300nm)和柱間間距(1.7μπι)提供大約相同的接觸角(圖2Ε)。有趣的是，圖2D和2Ε中柱的凸出表面區(qū)域(phi比例)是相似的。最后，圖2F證明除柱以外，凸起表面部件也可形成超疏水表面和大接觸角(例如，149° )。圖3A以透視圖、平面圖和橫截面視圖示出了表面10上具有柱20的柱陣列。圖3B以透視圖、平面圖和橫截面視圖示出了表面30上具有壁40的溝陣列。最后，圖3C以透視圖、平面圖和橫截面視圖示出了表面50上具有長壁60和橫向短壁65的閉孔陣列。如本文所使用，“寬度”(w)指凸起表面遠(yuǎn)端的最短橫向距離。例如，圖3顯示凸起圓形柱表面的遠(yuǎn)端寬度為其在遠(yuǎn)端的直徑(3A)，并且限定溝或閉孔結(jié)構(gòu)的凸起表面的遠(yuǎn)端寬度為在遠(yuǎn)端限定溝或閉孔結(jié)構(gòu)的壁的寬度(分別為3B和3C)。如本文所使用，“節(jié)距”(P)或周期性指相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)中心之間的距離。例如，圖3顯示柱之間的節(jié)距為相鄰柱中心之間的距離(3A)，限定溝的凸起結(jié)構(gòu)之間的節(jié)距為相鄰側(cè)壁中心之間的平均距離(3B)，并且限定閉孔結(jié)構(gòu)的凸起結(jié)構(gòu)之間的節(jié)距為限定閉孔結(jié)構(gòu)的壁或相對壁中心之間的平均距離(每個隔室)(例如，對于一些對稱隔室而言，例如展現(xiàn)出正方形、六邊形、八邊形等幾何形狀的隔室，結(jié)構(gòu)間間距將等于對面?zhèn)缺谥行闹g的距離；對于非對稱隔室而言PX和Py)。如本文所使用，“結(jié)構(gòu)間間距”(S)指相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)之間可用空間/間隙的最短側(cè)向尺寸。圖3A-B顯示結(jié)構(gòu)間間距等于節(jié)距減去結(jié)構(gòu)的寬度。對于結(jié)構(gòu)間間距不同的結(jié)構(gòu)而言，例如圖4A-B和4D —些方面中所見的非均勻間隔柱、非對稱隔室和非對稱溝，最好將結(jié)構(gòu)間間距定義為每個隔室相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)之間的平均最短可用空間/間隙。另一方面，表面包括具有寬度和結(jié)構(gòu)間間距均小于污染液體中所含微生物的大約長度和/或橫徑的凸起結(jié)構(gòu)，從基底下表面以物理方式排除微生物的凸起結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，微生物接觸結(jié)構(gòu)的頂部，例如由結(jié)構(gòu)的頂部構(gòu)成的網(wǎng)狀表面，并且不接觸基座或下基底。 在一些實(shí)施方案中,微生物為具有長度和橫徑的外觀化微生物,例如桿狀微生物。在其它方面，微生物為具有直徑的非外觀化微生物，例如球形微生物。在一些實(shí)施方案中，微生物為生物膜形成微生物，并且根據(jù)本文所述的方法抑制、延遲或削弱生物膜形成。在一些實(shí)施方案中，用于減少或抑制微生物附著的基底包括尺寸、形狀和空間排列可改變的凸起結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，基底上凸起結(jié)構(gòu)的高度和寬度一致。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的高度和寬度在基底上改變。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的高度在基底上逐漸變化，例如，產(chǎn)生高度梯度。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的高度在基底上隨機(jī)改變。類似地，在一些實(shí)施方案中基底上凸起結(jié)構(gòu)的寬度一致。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度在基底上改變。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度在基底上逐漸變化，例如，產(chǎn)生寬度梯度。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度在基底上隨機(jī)改變。在一些實(shí)施方案中，基底上凸起結(jié)構(gòu)的形狀一致。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的形狀在基底上改變。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的形狀在基底上逐漸變化，例如，產(chǎn)生形狀梯度。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的形狀在基底上隨機(jī)改變。在一些實(shí)施方案中，基底上凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距一致或規(guī)則。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距在基底上改變。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距在基底上逐漸變化，例如，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)間間距梯度。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距在基底上隨機(jī)改變。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)呈有序形式分布，例如對稱排列。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)隨機(jī)定位。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)分離或相互連接。因此，如圖4A-4D中示例，由具有不同尺寸、形狀和空間排列的凸起結(jié)構(gòu)形成不同表面圖案，包括周期圖案。如圖IF-G中所示，均勻凸起結(jié)構(gòu)比無序凸起結(jié)構(gòu)更有效地使污染液體(在表面上)從基底下表面排除；因此，優(yōu)選均勻凸起結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，選擇凸起結(jié)構(gòu)的寬度以防止或阻礙微生物附著在表面上。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于或?yàn)榧s5 μ m。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于或?yàn)榧s2 μ m。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度在約5 μ m至約lOOnm，或約2 μ m至約300nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于微生物的約最小軸。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于微生物的大約長度或小于微生物的大約直徑。病毒非常小并且尺寸范圍為約20至250nm。真菌孢子在1_100 μ m范圍內(nèi)(多數(shù)在2-20微米之間)，并且細(xì)菌孢子在O. 5至2微米范圍內(nèi)。可相應(yīng)地測定部件尺寸。例如，對于細(xì)菌和真菌而言，柱尺寸的上限可在生物體尺寸的約3-5倍范圍內(nèi)，從而在許多情況下使用約3-5微米的柱尺寸允許防止或阻礙細(xì)菌和真菌附著在表面上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證明5微米柱在導(dǎo)致很少至沒有微生物污染和/或防止在處理表面的生物膜形成的尺寸范圍。在某些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)通常直立定向于基底(例如，垂直)。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)傾斜定向于基底。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)包括具有分支橫截面以便機(jī)械穩(wěn)定的機(jī)械加固柱。 例如，圖5A- 顯示此柱可具有已知由于其最大機(jī)械穩(wěn)定性用于建筑中的分支T形、Y形或X形橫截面。在另外實(shí)施方案中，柱的橫截面可為S形。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)包括底端寬度大于其遠(yuǎn)端寬度的機(jī)械加固結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，將凸起結(jié)構(gòu)制成設(shè)備(例如醫(yī)療設(shè)備)上的涂層，以防止、抑制或減少微生物附著于設(shè)備上。在另外實(shí)施方案中，將表面本身構(gòu)造為以便限定本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。可通過許多不同技術(shù)，例如照相平版印刷術(shù)、投影光刻、電子束書寫或光刻、沉積納米線陣列、在基底表面生長納米結(jié)構(gòu)、軟光亥IJ、復(fù)制模塑法、溶液沉積、溶液聚合、電聚合、電紡絲、電鍍、氣相沉積、接觸印刷、蝕亥IJ、轉(zhuǎn)移圖案化、微壓印、自組裝等生產(chǎn)本發(fā)明的凸起結(jié)構(gòu)。微生物的有力排除本發(fā)明部分基于發(fā)現(xiàn)具有限定部件尺寸的超疏水凸起結(jié)構(gòu)可用于完全抑制或減少在含有微生物的污染液體動態(tài)沖擊(例如通過飛濺、倒出或?yàn)?在表面上時微生物在基底上的粘附。一方面，凸起結(jié)構(gòu)包括提供在動態(tài)條件下(例如液體倒、飛濺或?yàn)⒃诒砻嫔?通過防止污染液體潤濕表面有力地排除微生物的表面的凸起超疏水結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)的寬度小于約5μηι以防止細(xì)菌附著并且小于約15 μ m以防止真菌附著。在一些實(shí)施方案中，選擇凸起結(jié)構(gòu)的寬度以防止或阻礙微生物附著在表面上。在一些實(shí)施方案中，對于細(xì)菌或病毒而言，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于或?yàn)榧s5 μ m。對于真菌生物而言，部件寬度可小于或?yàn)榧sΙΟμπι。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于或?yàn)榧s2 μ m。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度在約5 μ m至約lOOnm，或約2 μ m至約300nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于微生物的大約最小軸。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度小于微生物的大約長度或小于微生物的大約直徑。當(dāng)部件直徑等于或小于微生物的尺寸時，微生物難以附著在凸起表面部件的頂部。當(dāng)表面呈Cassie狀態(tài)時，液體的接觸角大并且接觸區(qū)小，進(jìn)一步妨礙了微生物在表面上附著和增殖的能力。在一個或多個實(shí)施方案中，部件尺寸防止生物膜形成。在一些實(shí)施方案中，在動態(tài)條件下(倒出、灑或飛濺污染液體)寬度小于約微米的凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有效無菌表面。在另外實(shí)施方案中，在動態(tài)條件下(倒出、灑或飛濺污染液體)寬度介于約2至約20微米之間的凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生展現(xiàn)出污染有限或減少的表面。為了將小水滴和圖案化疏水表面之間的接觸區(qū)減到最小，必須最大化小滴保持呈所謂的“Cassie-Baxter”狀態(tài)(即非潤濕狀態(tài))，而不轉(zhuǎn)變?yōu)樗^的Wenzel狀態(tài)(即潤濕狀態(tài))的可能性。注意，呈“Cassie-Baxter”狀態(tài)的小滴僅潤濕凸起結(jié)構(gòu)的頂部，從而將接觸區(qū)減到最小。相反，呈Wenzel狀態(tài)的小滴潤濕整個表面，S卩，凸起結(jié)構(gòu)的上表面以及凸起部件附著的下表面。這兩種狀態(tài)的討論，見，例如，Cassie等Trans. FaradaySoc, 1944，40，546-550和Wenzel, J. Phys. Colloid Chem.，1949，53，1466-1467，其通過引用的方式特此整體并入。為最大化小滴停在“Cassie-Baxter”狀態(tài)的可能性，可在疏水表面上將凸起結(jié)構(gòu)的大小減小到恰當(dāng)尺寸，從而進(jìn)一步增強(qiáng)表面的疏水性。實(shí)際上，這種方法允許制備超疏水表面，即，在上面小水滴的接觸角等于或大于140°的表面。注意,接觸角越大，接觸區(qū)越小?？捎杉訌?qiáng)凸起表面的超疏水作用的疏水材料制成基底。超疏水表面，例如疏水柱陣列不受污染液體潤濕，以致呈所謂的“Cassie”狀態(tài)的小滴僅與表面結(jié)構(gòu)的最頂部部件接觸(見Danese, Chemistry and Biology9, 873-880(2002) ;Crnich 等，Clinical Infectious Diseases 34, 1232-1242(2002)；Crnich 等，Clinical Infectious Diseases34, 1362-1368(2002) ;Genzer 等，Biofouling22, 339-360(2006) ；Callies 等，Soft Matter I, 55-61 (2005) ；Barthlott 等，Planta202，I (1997)，通過引用的方式特此整體并入)。這在示出了接觸柱頂部并限定表面接觸角 的小滴的圖IB和IC中示出。圖ID示出了在下表面120上具有凸起柱100的超疏水表面并且說明了超疏水表面對微生物附著的限制作用。溶液130中的微生物僅與表面有限接觸(圖1D)。然而，延長暴露時間可引起表面部分或完全潤濕140 (圖1E)。因此，可限制“Cassie”狀態(tài)的壽命，并且也可限制污染液體(即，含有微生物的液體)非潤濕接觸的機(jī)會。因?yàn)榇嬖谖⑸锔街恼T導(dǎo)時間(即，微生物附著在凸起表面或基底上需要的時間)，所以可創(chuàng)造在發(fā)生微生物附著之前小水滴彈離表面的條件。污染小液滴彈離圖案化超疏水表面并且其與表面的接觸時間比微生物附著所需的時間短。相反，污染小液滴通常不彈離未圖案化的疏水表面或圖案化或未圖案化的親水表面。因此，此小滴可保持與未圖案化疏水或任何親水表面接觸并為微生物提供足夠機(jī)會附著在這些表面上。超疏水性的重要結(jié)果是沖擊小滴將散開，但是然后縮回并迅速從表面完全去潤濕(見 Feng 等，Advanced Materialsl8, 3063-3078(2006) ；Quere, Ann. Rev. MaterRes. 38, 71-99 (2008) ；Richard 等，Europhys. Lett. 50, 769-775 (2000) ；Richard 等，Nature417，811(2002) ；Bartolo 等，Europhys. Lett. 74，299-305 (2006)，通過引用的方式特此整體并入)。此沖擊小滴僅保持與表面接觸有限的時間，這大部分為小滴尺寸的函數(shù)而非小滴沖擊速度的函數(shù)(見Quere，Ann. Rev. Mater. Res. 38，71-99 (2008)，通過引用的方式特此整體并入)，并且對于尺寸為l_3mm的小滴而言，為IO1至IO2毫秒級。圖6示出了(6B)沖擊超疏水表面、(6C)散布和(6D-6F)然后完全從表面去潤濕(即，離開)的一小滴水溶液(6A)的一系列照片。從表面快速去潤濕和噴出的小滴，連同具有限定部件尺寸的超疏水凸起結(jié)構(gòu)干擾此類小滴中所含細(xì)菌、病毒或真菌物理附著在表面上的能力的性質(zhì)提供了抗細(xì)胞附著和生物膜形成的表面。因此，污染液體小滴從表面去潤濕和噴出后，沒有或留下極少松散附著或有機(jī)化不足的微生物。因此，完全或大體上缺乏微生物意味著表面保持完全無菌(完全無微生物)或有效無菌(含有足夠少的松散附著或有機(jī)化不足的生物體，以致沒有微生物能夠從該表面轉(zhuǎn)移到另一環(huán)境中)。細(xì)菌不能附著在表面上是小滴表面接觸時間有限和細(xì)菌或真菌附著的表面區(qū)域非常有限等因素的組合。在某些實(shí)施方案中，凸起超疏水結(jié)構(gòu)由疏水材料制備，和/或包括疏水涂層。在一些實(shí)施方案中，凸起超疏水結(jié)構(gòu)經(jīng)氟化。在具體實(shí)施方案中，凸起超疏水結(jié)構(gòu)(或凸起超疏水結(jié)構(gòu)陣列)的接觸角大于約140°，例如在約150°和約180°之間。微生物的物理方式排除進(jìn)一步地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距、尺寸和幾何形狀可用于抑制、減少或削弱微生物附著。另一方面，凸起結(jié)構(gòu)可具有小于污染液體中所含微生物的大約長度和/或橫徑的結(jié)構(gòu)間間距，從而從基底下表面物理排除微生物。在這些實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)間間距太小而不能使微生物進(jìn)入結(jié)構(gòu)間空間并附著在基座表面，并且它們反而被束縛在凸起結(jié)構(gòu)的上表面。例如，圖7A示出了具有結(jié)構(gòu)間間距s小于微生物725的大約橫徑d的凸起柱結(jié)構(gòu)700 的基底740的側(cè)視圖，從而阻止微生物接觸基底。還已知外觀化微生物720的最短橫徑ds和最長直徑4。因?yàn)槲⑸?20和725被束縛在凸起結(jié)構(gòu)的上表面，所以這些微生物更易受生物或化學(xué)攻擊影響，因?yàn)樗麄兛蓮捻敳?70和可用空間下方760接近。圖7B為此類基底上微生物枯草芽孢桿菌的顯微圖，其中細(xì)胞750留在柱結(jié)構(gòu)的尖端并不接觸基底。因此，即使存在表面潤濕的可能性，以致液體接觸表面的時間足以允許附著時，出現(xiàn)很少附著或僅出現(xiàn)弱附著。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)不為超疏水性。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為未水性。在以物理方式排除微生物的情況下，例如當(dāng)細(xì)菌僅附著在凸起部件的尖端時，可通過比平坦表面更簡單的機(jī)械或化學(xué)方式去除微生物。雖然由于表面接觸有限并且粘附減少易于機(jī)械去除，同樣由于在微生物下面具有提供了不但從頂部(例如，在平臺表面上形成的生物膜中)，而且從底部(例如，通過液體或氣體抗生素或其他化學(xué)方式)攻擊微生物的方式的多孔體積(例如，細(xì)菌生物膜)將具有向微生物底部的通道，還增加了攻擊表面區(qū)的事實(shí)，簡化了化學(xué)或生物去除。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約最小軸。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約長度而大于微生物的大約橫徑。在另外實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距減小并且小于微生物的大約最短尺寸，微生物接觸結(jié)構(gòu)的尖端并且不接觸基底。如以上所提到，還選擇凸起結(jié)構(gòu)的直徑以阻礙微生物粘附。通常，桿狀微生物的長度為約O. I μ m至約10 μ m或更長并且橫徑為約O. I μ m至約5 μ m或更寬。球形微生物可具有約O. I μ m至約I μ m的直徑。相應(yīng)地，置于基底上的凸起結(jié)構(gòu)可具有基于特定微生物長度和/或直徑的寬度。例如，多數(shù)醫(yī)院獲得性疾病的病因，銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)(菌株P(guān)A14)的側(cè)向長度為約I μ m至約2 μ m并且橫徑為約O. 5 μ m至約I μ m。對于這種微生物，具有寬度小于約2 μ m的凸起結(jié)構(gòu)的基底抑制或減少這種微生物的附著，而具有結(jié)構(gòu)間間距小于約O. 5μπι的凸起結(jié)構(gòu)的基底將控制微生物，以致將微生物限制在凸起結(jié)構(gòu)的頂部。在某些實(shí)施方案中，微生物為生物膜形成微生物，并且控制微生物的排列以抑制、延遲或削弱生物膜的形成。例如，當(dāng)在本文所述基底上由微生物形成生物膜時，由于生物膜懸在結(jié)構(gòu)的尖端，從而與表面的接觸有限的事實(shí)，此生物膜減薄并且可易于(例如)通過沖洗或洗漆從基底上去除。在某些實(shí)施方案中，表面為具有直徑小于約ΙΟμπι(對于真菌而言)或小于約5 μ m(對于細(xì)菌或病毒而言)或小于或?yàn)榧s2 μ m的凸起部件的超疏水表面，以致表面接觸區(qū)小并且液體的表面滯留時間短。通過提供小于約2μπι抑制的結(jié)構(gòu)間間距或用小于約O. 5 μ m的結(jié)構(gòu)間間距以將微生物限制在凸起結(jié)構(gòu)的頂部來進(jìn)一步減少或防止微生物粘附?？股锬け砻娴木唧w部件取決于微生物系統(tǒng)。遠(yuǎn)端寬度為5μπι或更小的表面部件將對多數(shù)細(xì)菌系統(tǒng)起作用(并且因?yàn)檎婢燃?xì)菌大，因此對真菌起作用)。然而，根據(jù)暴露性質(zhì)，可優(yōu)選另外的部件尺寸。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)寬度小于細(xì)菌/真菌細(xì)胞尺寸的約3-5倍時，表面減少有力排除(飛濺)期間細(xì)菌/真菌的附著(正如實(shí)施例3中，其中5微米柱不完全防止，但減少了附著)。在其它實(shí)施方案中，當(dāng)部件寬度小于細(xì)菌尺寸時(實(shí)施例3中為約1.5微米)，表 面在有力排除(飛濺)期間保持完全無菌。在另外其它實(shí)施方案中，當(dāng)間隙小于細(xì)菌、真菌或病毒的最小尺寸時，表面以物理方式排除長期暴露的細(xì)菌，并且微生物(例如，細(xì)菌膜)在尖端形成，其中接觸有限(導(dǎo)致更易于物理或機(jī)械去除)并且易于從底部接近(導(dǎo)致更易受來自傳播化學(xué)或生物物種的微生物下面的多孔體積的化學(xué)或生物處理的影響)。在其它實(shí)施方案中，當(dāng)寬度和間隙均小于細(xì)菌/真菌的最小尺寸時，表面有力地以物理方式去除飛濺或長期暴露的細(xì)菌。一旦在暴露于污染液體后在實(shí)施例3中所述條件下培養(yǎng)表面(或含有具有凸起部件的涂層的物品)，表面就顯示出生物膜生長的跡象。凸起結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)主要由立柱陣列構(gòu)成的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)表面易受沖擊和刮擦損壞，并且當(dāng)如此損壞時失去凸起結(jié)構(gòu)賦予的所有性質(zhì)。本發(fā)明的凸起結(jié)構(gòu)提供了具有所需抗?jié)櫇窈?或細(xì)胞排除性質(zhì)，但機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)表面。根據(jù)一個或多個實(shí)施方案所述的凸起結(jié)構(gòu)顯示出高機(jī)械穩(wěn)定性和刮擦抗性。柱最易受損壞，因?yàn)樗鼈兯蟹较虻某叽缦鄬^小。溝和閉孔結(jié)構(gòu)稍微更堅固，因?yàn)樗鼈冎辽僖粋€維度的尺寸擴(kuò)大，例如長度，并且在閉孔結(jié)構(gòu)情況下甚至交叉部件加固。在一些實(shí)施方案中，通過提供大于遠(yuǎn)端寬度的底端寬度進(jìn)一步加強(qiáng)凸起結(jié)構(gòu)，包括凸起柱結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，由于分支I、Y、T或X形柱或具有S形橫截面的柱,力口固柱結(jié)構(gòu)顯示出增強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性和刮擦抗性。與圓柱形或多邊形柱相比，這些幾何形狀的機(jī)械性質(zhì)增強(qiáng)。在一些實(shí)施方案中，由于分支橫截面(例如，分支T形、Y形或X形橫截面，或分支工字梁形狀)或非線性橫截面(例如，S形橫截面)，凸起柱結(jié)構(gòu)的這些機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)。可通過將分支柱分組或排列為模擬閉孔結(jié)構(gòu)的排列更進(jìn)一步加強(qiáng)分支橫截面部件。例如，圖5Α中，將分支工字梁形柱510排列成近似“磚塊”閉孔結(jié)構(gòu)的幾何形狀的組。類似地，圖5Β中，將分支T形柱520排列成近似“磚塊”閉孔結(jié)構(gòu)的幾何形狀的組。可將分支X形柱530排列為形成具有正方形孔的閉孔結(jié)構(gòu)(圖5C)，而可將分支Y形柱540排列為形成閉孔蜂窩結(jié)構(gòu)。
在又另外實(shí)施方案中，由于正弦曲線、波形或Z字形壁加固(圖4B)，本發(fā)明的有溝結(jié)構(gòu)具有這些增強(qiáng)的性質(zhì)。在又另外實(shí)施方案中，由于相互連接的支撐壁，閉孔結(jié)構(gòu)具有這些增強(qiáng)的性質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度的加固凸起結(jié)構(gòu)證明機(jī)械故障(例如，破裂)之前最大剪應(yīng)力至少比類似非加固結(jié)構(gòu)(底端寬度不大于加固結(jié)構(gòu)相同遠(yuǎn)端寬度的結(jié)構(gòu))增強(qiáng)2倍。在另外實(shí)施方案中，增強(qiáng)至少為3倍。在又另外的實(shí)施方案中，增強(qiáng)至少為4倍。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明具有分支T、I、X和Y形凸起柱結(jié)構(gòu)或S形橫截面的加固凸起結(jié)構(gòu)證明在機(jī)械故障(例如，破裂)之前最大剪應(yīng)力至少比類似非加固結(jié)構(gòu)(缺乏分支的結(jié)構(gòu))增強(qiáng)2倍。在另外實(shí)施方案中，增強(qiáng)至少為3倍。在又另外實(shí)施方案中，增強(qiáng)至少為4倍。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度(機(jī)械故障例如破裂之前的最 大剪應(yīng)力)大于lOMPa。在另外實(shí)施方案中，加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大于50MPa。在又另外實(shí)施方案中，加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大于lOOMPa。在又另外實(shí)施方案中，加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大于200MPa。在又另外實(shí)施方案中，加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大于300MPa。在其它實(shí)施方案中，加固凸起結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度在約100-500MPa或200_400MPa或300_400MPa的范圍內(nèi)。圖8示出了計算機(jī)模擬結(jié)果，證明破壞示例性分支T和Y形凸起柱所需的力比破壞相同尺寸的凸起圓柱形柱的力大至少3-4倍。圖8A呈現(xiàn)了寬度為1口111、高度為94 111的圓柱形Si柱的應(yīng)力場。在圖8A的插圖中示出了此類柱陣列的平面圖。機(jī)械故障(例如，破裂)之前在此結(jié)構(gòu)頂部施加的最大剪應(yīng)力(箭頭Fx所指)為約lOOMPa。圖SB呈現(xiàn)了具有相同寬度為14 111、高度為911111的分支￥形51柱的應(yīng)力場。如圖8B插圖中此類柱陣列的平面圖所示，柱呈蜂窩幾何形狀排列。機(jī)械故障(例如，破裂)之前在此結(jié)構(gòu)頂部施加的最大剪應(yīng)力為約350MPa，比簡單柱增強(qiáng)3倍。圖8C呈現(xiàn)了具有相同寬度為I μ m、高度為9μπι的分支T形Si柱的應(yīng)力場。此結(jié)構(gòu)頂部的最大剪應(yīng)力為約300MPa。如圖8C插圖中此類柱陣列的平面圖所示，柱呈磚塊幾何形狀排列。該應(yīng)力場模型表明具有這些機(jī)械加固形狀的柱的最大剪應(yīng)力增強(qiáng)至少約3倍。在其它實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)因底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度，機(jī)械穩(wěn)定性和刮擦抗性增強(qiáng)。在一些實(shí)施方案中，穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的這些凸起結(jié)構(gòu)包括柱、溝或閉孔隔室。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度大于約I: I至大于10:1，或介于2:1和9:1之間，介于3:1和8:1之間，介于4:1和7:1之間，或介于5:1和6:1之間的因數(shù)。在其它實(shí)施方案中，底端寬度是遠(yuǎn)端寬度的2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。此結(jié)構(gòu)顯示出比非加固類似物強(qiáng)5-100倍的機(jī)械穩(wěn)定性和/或強(qiáng)度，這取決于遠(yuǎn)端和底端寬度之間的比例。例如，圖8D示出了計算機(jī)模擬結(jié)果，證明破壞示例性圓錐形結(jié)構(gòu)所需的力比破壞相同遠(yuǎn)端寬度的圓柱形柱所需的力大至少10倍。如以上所討論，圖8A呈現(xiàn)了寬度為I μ m、高度為9 μ m的圓柱形Si柱的應(yīng)力場，其顯示此結(jié)構(gòu)頂部的最大剪應(yīng)力為約lOOMPa。圖8D呈現(xiàn)了遠(yuǎn)端寬度為I μ m、底端寬度為2. 7 μ m、高度為9 μ m的圓錐形Si柱的應(yīng)力場。此結(jié)構(gòu)頂部的最大剪應(yīng)力為約llOOMPa，最大剪應(yīng)力比缺乏這種機(jī)械加固的柱增強(qiáng)約11倍。在動態(tài)條件下，可優(yōu)選使用顯示出更高機(jī)械堅韌性和液滴壓力穩(wěn)定性的圖案化表面。事實(shí)上，具有機(jī)械加固凸起結(jié)構(gòu)(例如，錐形隔室)的表面顯示出增強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性、壓力穩(wěn)定性和/或超疏水性/潤濕轉(zhuǎn)變。注意，液滴壓力穩(wěn)定性與液滴可施加在圖案化表面上而不轉(zhuǎn)變?yōu)闈櫇駹顟B(tài)的最大壓力有關(guān)。凸起柱結(jié)構(gòu)在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)高度外觀化，例如棒、柱或?qū)挾刃∮诟叨鹊钠渌Y(jié)構(gòu)。柱的橫截面形狀可為圓柱形、金字塔形、圓錐形、分支Y、T、X、I形、S形或其組合。在該實(shí)施方案中凸起結(jié)構(gòu)的高度通常為O. Iym-IOO μ m(優(yōu)選為Iym至25 μ m并且最優(yōu)選為2 μ m至10 μ m)。對于凸起結(jié)構(gòu)在動態(tài)條件下通過抗?jié)櫇裥再|(zhì)有力地從基底表面排除微生物的實(shí)施方案，凸起結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端寬度為O. ο μπι至5μηι并且節(jié)距為O. 05 μ m至50 μ m(優(yōu)選為 O. I μ m至20 μ m并且最優(yōu)選為O. 5 μ m至10 μ m)。實(shí)施例3和圖15A-C中證明由具有這些規(guī)定尺寸的凸起結(jié)構(gòu)有力排除。對于通過控制結(jié)構(gòu)間間距并通過限制粘附的可用寬度，凸起結(jié)構(gòu)從基底下表面以物理方式排除微生物，和微生物僅接觸頂部表面，接觸區(qū)減小的實(shí)施方案，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距為O. 01 μ m至10 μ m(優(yōu)選為O. I μ m至2 μ m),并且遠(yuǎn)端寬度為O. 01 μ m至5 μ m。更特別地，物理排除表面的結(jié)構(gòu)間間距和結(jié)構(gòu)寬度應(yīng)小于污染溶液或介質(zhì)中所含微生物的尺寸。應(yīng)使得這些尺寸適合污染環(huán)境中預(yù)期的應(yīng)用和特殊物種。因?yàn)槲⑸飶南卤砻嬉晕锢矸绞脚懦?，所以不需要表面為疏水性。在一些?shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)為疏水性。在又另外實(shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)并非為疏水性。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度沿其高度恒定。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度沿其高度變化。在一些實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)從遠(yuǎn)端靠近基底面，凸起結(jié)構(gòu)的寬度增加。在一些實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)從遠(yuǎn)端靠近基底面，凸起結(jié)構(gòu)的寬度從頂部至底部呈線性、指數(shù)或一些其它梯度增加(例如，具有為曲線的橫截面輪廓)。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度從遠(yuǎn)端至基底面呈逐步形式增加。在一些實(shí)施方案中，柱的輪廓為圓柱形、圓錐形、金字塔形、棱柱形或曲線形。凸起結(jié)構(gòu)可為各種形狀的凸起柱，包括但不限于圓形、橢圓形或多邊形(例如三角形、正方形、五邊形、六邊形、八邊形等)。雖然以上所述示例性基底說明了具有均勻形狀和尺寸的凸起柱，但是給定基底上凸起柱的形狀和/或尺寸可改變。在具體的實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)并非隨機(jī)分布。例如，基底可為一行行凸起柱的陣列，其中給定行中的柱的尺寸和/或形狀與凸起柱相鄰行中的柱不同。可選地，可將第一群相似尺寸和/或形狀的凸起柱置于基底的特殊位置，并且可將第二群具有不同于第一群的尺寸和/或形狀的凸起柱置于基底上不同于第一群的位置，產(chǎn)生不同尺寸和/或形狀的柱的圖案。凸起結(jié)構(gòu)也可展現(xiàn)出大于遠(yuǎn)端寬度的底端寬度。例如，底端寬度可大于遠(yuǎn)端寬度，比例大于1:1至10:1。圖3A示出了凸起結(jié)構(gòu)的透視示意圖。圖4A示出了具有不同形狀的凸起柱結(jié)構(gòu)的俯視不意圖。在一些實(shí)施方案中，本文所述凸起柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造為獲得增強(qiáng)的穩(wěn)定性和增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，凸起柱結(jié)構(gòu)形狀為分支I、Y、T或X柱或橫截面為S形。圖5A-D為表示加固分支I形、T形、X形和Y形凸起柱結(jié)構(gòu)的橫截面視圖的示意圖。圖5E描繪了分支T形凸起Si柱示例性陣列的掃描電子顯微鏡圖像。圖5F描繪了使用模塑法制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起分支Y形聚合柱結(jié)構(gòu)陣列的光學(xué)顯微鏡圖像。在一些實(shí)施方案中，底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度的凸起柱結(jié)構(gòu)賦予了增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。圖9A-E示出了底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度的凸起柱結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖9F描繪了使用Bosch工藝制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起圓錐形Si柱結(jié)構(gòu)的示例性陣列的掃描電子顯微鏡圖像。圖9G描繪了通過電沉積導(dǎo)電聚合物再成形制造的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)的凸起圓錐形聚合柱結(jié)構(gòu)陣列的掃描電子顯微鏡圖像。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約最小軸。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約長度而大于微生物的大約橫徑。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距大于微生物的大約最大軸。在另外實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距減小且小于微生物的大約最短尺寸，微生物接觸結(jié)構(gòu)的尖端而不接觸基底。在一些實(shí)施方案中，本文所述凸起柱結(jié)構(gòu)用作基底的涂層以賦予基底所需的抗生 物膜性質(zhì)。凸起溝結(jié)構(gòu)在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)限定了若干側(cè)壁，產(chǎn)生可彎曲的溝結(jié)構(gòu)、槽或葉片。術(shù)語“槽”指由底面和兩個凸起連續(xù)結(jié)構(gòu)，例如兩個非交叉壁劃定界限的溝。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)限定了沿其整個長度大體上筆直且平行的側(cè)壁。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)限定了彎曲、鋸齒狀或具有其它加固幾何形狀和排列(例如，正弦曲線、波形或Z字形)的側(cè)壁，保持了以下所述的結(jié)構(gòu)間間距。雖然示例性基底描述了限定一致形狀和尺寸的側(cè)壁的凸起結(jié)構(gòu)，但是給定基底上側(cè)壁的形狀和/或尺寸可不同。圖3B示出了凸起溝結(jié)構(gòu)的透視示意圖。圖4B示出了具有筆直、彎曲或隨機(jī)形狀的各種凸起溝結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。在該實(shí)施方案中凸起結(jié)構(gòu)的高度通常為O. I μπι至100 μπι(優(yōu)選為I μ m至25 μ m并且最優(yōu)選為2 μ m至10 μ m)。對于其中凸起結(jié)構(gòu)在動態(tài)條件下通過抗?jié)櫇裥再|(zhì)有力地從基底表面排除微生物的實(shí)施方案，凸起結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端寬度為O. 01 μ m至5 μ m并且節(jié)距為O. 05 μ m至50 μ m(優(yōu)選為0·2μηι至20μηι并且最優(yōu)選為O. 5 μ m至10 μ m)。對于其中通過控制結(jié)構(gòu)間間距，凸起結(jié)構(gòu)從基底下表面以物理方式排除微生物的實(shí)施方案，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距為O. 01 μ m至10 μ m(優(yōu)選為O. I μ m至2 μ m),并且遠(yuǎn)端寬度為O. 01 μ m至5 μ m。更特別地，物理排除表面的結(jié)構(gòu)間間距和結(jié)構(gòu)寬度應(yīng)小于污染溶液或介質(zhì)中所含微生物的尺寸。應(yīng)使得這些尺寸適合污染環(huán)境中預(yù)期的應(yīng)用和特殊物種。因?yàn)槲⑸飶南卤砻嬉晕锢矸绞脚懦?，所以不需要表面為疏水性。在一些?shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)為疏水性。在另外實(shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)為超疏水性。在又另外的實(shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)并非為疏水性。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度沿其高度恒定(例如，限定如圖3B中所示的平底溝)。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度沿其高度變化。在一些實(shí)施方案中，由隨其從遠(yuǎn)端靠近基底面其寬度增加的凸起結(jié)構(gòu)限定溝。在一些實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)從遠(yuǎn)端靠近基底面，凸起結(jié)構(gòu)的寬度呈線性、指數(shù)或一些其它梯度增加(例如，具有為曲線的橫截面輪廓，限定圓底的溝)。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度從遠(yuǎn)端至基底面呈逐步形式增加。在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約最小軸。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距小于微生物的大約長度并且大于微生物的大約橫徑。在又另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距大于微生物的最大軸。在另外實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距減小并且小于微生物的大約最短尺寸，微生物接觸結(jié)構(gòu)的尖端并不接觸基底。在一些實(shí)施方案中，修改本文所述凸起結(jié)構(gòu)以獲得增強(qiáng)的穩(wěn)定性和增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度的凸起溝結(jié)構(gòu)賦予了增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，本文所述的凸起溝結(jié)構(gòu)用作基底的涂層以為賦予基底所需的抗生物膜性質(zhì)。
凸起閉孔結(jié)構(gòu)在一些實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)為形成閉孔結(jié)構(gòu)或隔室，即，各自由底面和一個或多個壁劃定界限的腔的相連壁。閉孔結(jié)構(gòu)包括若干限定封閉空間的壁。在一些實(shí)施方案中，閉孔結(jié)構(gòu)與相鄰閉孔共有壁并形成緊密堆積的閉孔結(jié)構(gòu)陣列(見圖3C和圖10A-10F)。具有相連壁的此閉孔結(jié)構(gòu)與柱或溝結(jié)構(gòu)相比具有增強(qiáng)的機(jī)械性質(zhì)和刮擦抗性。在該實(shí)施方案中凸起結(jié)構(gòu)的高度通常為O. I μπι至100μπι(優(yōu)選為I μ m至25 μ m并且最優(yōu)選為2 μ m至10 μ m)。對于其中凸起結(jié)構(gòu)在動態(tài)條件下通過抗?jié)櫇裥再|(zhì)有力地從基底表面排除微生物的實(shí)施方案，凸起結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端寬度為O. 01 μ m至5 μ m，并且每個隔室內(nèi)壁與壁的最短距離為O. 02 μ m至50 μ m (優(yōu)選為O. 2 μ m至20 μ m并且最優(yōu)選為O. 5 μ m至10 μ m)。對于其中通過控制結(jié)構(gòu)間間距，凸起結(jié)構(gòu)從基底下表面以物理方式排除微生物的實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)間間距為O. 01 μ m至10 μ m(優(yōu)選為O. I μ m至2 μ m),并且遠(yuǎn)端寬度為O. 01 μ m至5 μ m。更特別地，物理排除表面的結(jié)構(gòu)間間距和結(jié)構(gòu)寬度應(yīng)小于污染溶液或介質(zhì)中所含微生物的尺寸。應(yīng)使得這些尺寸適合污染環(huán)境中預(yù)期的應(yīng)用和特殊物種。因?yàn)槲⑸飶南卤砻嬉晕锢矸绞脚懦?，所以不需要表面為疏水性。在一些?shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)為疏水性。在另外實(shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)為超疏水性。在又另外實(shí)施方案中，表面和凸起結(jié)構(gòu)并非為疏水性。在一些實(shí)施方案中，閉孔結(jié)構(gòu)由寬度沿其高度恒定的凸起結(jié)構(gòu)限定(例如，限定平底隔室)。在又另外實(shí)施方案中，閉孔結(jié)構(gòu)由寬度沿其高度變化的凸起結(jié)構(gòu)限定。在一些實(shí)施方案中，閉孔結(jié)構(gòu)由隨其從遠(yuǎn)端靠近基底面其寬度增加的凸起結(jié)構(gòu)限定。在一些實(shí)施方案中，隨著凸起結(jié)構(gòu)從遠(yuǎn)端靠近基底面，凸起結(jié)構(gòu)的寬度呈線性、指數(shù)或一些其它梯度增加(例如，具有為曲線的橫截面輪廓，限定圓底隔室)。在另外實(shí)施方案中，凸起結(jié)構(gòu)的寬度從遠(yuǎn)端至基底面呈逐步形式增加?；谙噙B凸起結(jié)構(gòu)的數(shù)量和兩個連續(xù)凸起結(jié)構(gòu)之間的角度，可形成不同幾何形狀的隔室。此隔室的實(shí)例包括但不限于正方形隔室(即，由4個相同壁劃定界限)、矩形隔室(即，由4個壁且兩兩相對的壁相同劃定界限)、三角形隔室(S卩，由3個壁劃定界限)、六邊形隔室(即，由6個壁劃定界限)、圓形或橢圓形隔室(即，由I個壁劃定界限)、隨機(jī)形狀的隔室及其組合。其它凸起結(jié)構(gòu)可包括任何其它凸起結(jié)構(gòu)，例如閉孔結(jié)構(gòu)陣列、蜂窩陣列、卵封閉壁陣列、磚塊陣列等。在一些實(shí)施方案中，隔室形狀規(guī)則。在另外實(shí)施方案中，隔室形狀不規(guī)則。例如，閉孔結(jié)構(gòu)可類似網(wǎng)狀圖案，其中閉孔的形狀和尺寸不同。在其它實(shí)例中，基底含有不同尺寸和形狀的孔。圖3C示出了凸起閉孔磚塊結(jié)構(gòu)的透視示意圖。圖4C示出了不共有壁并相互隔開的凸起閉孔結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖4D示出了凸起閉孔磚塊、正方形、蜂窩和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖10示出了包含蜂窩和磚壁的示例性凸起閉孔結(jié)構(gòu)的光學(xué)和電子顯微圖。凸起結(jié)構(gòu)和隔室形成的圖案可根據(jù)凸起結(jié)構(gòu)的空間排列(即，壁)改變。在一些實(shí)施方案中，凸起閉孔結(jié)構(gòu)共有壁(見，例如，圖4D)。例如，與橫向壁交叉(例如，垂直)的平行縱向壁形成一行行平行隔室，例如“磚塊樣”隔室。兩相鄰且平行行中的隔室可交錯。在一些實(shí)施方案中，這些閉孔結(jié)構(gòu)顯示出增強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性和刮擦抗性。在另外實(shí)施方案中，凸起閉孔結(jié)構(gòu)沒有交叉壁(見，例如，圖4C)。
在一些實(shí)施方案中，進(jìn)一步修改本文所述的凸起閉孔結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的穩(wěn)定性和增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，底端寬度大于遠(yuǎn)端寬度的凸起閉孔結(jié)構(gòu)賦予了增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，本文所述的凸起閉孔結(jié)構(gòu)用作基底的涂層以為賦予基底所需的抗生物膜性質(zhì)。用于本發(fā)明的基底可具有一種或多種上述表面圖案。制造方法可通過用于使凸起結(jié)構(gòu)沉積在基底上的任何已知方法產(chǎn)生本發(fā)明的凸起結(jié)構(gòu)。非限制性實(shí)例包括常規(guī)照相平版印刷術(shù)、投影光刻、電子束書寫或光刻、沉積納米線陣列、在基底表面生長納米結(jié)構(gòu)、軟光刻、復(fù)制模塑法、溶液沉積、溶液聚合、電聚合、電紡絲、電鍍、氣相沉積、接觸印刷、蝕刻、轉(zhuǎn)移圖案化、微壓印、自組裝等。例如，可通過使用Bosch反應(yīng)離子蝕刻法的照相平版印刷術(shù)制造具有柱陣列、磚塊陣列、溝或“葉片”陣列、盒陣列或蜂窩陣列的娃基底(如Plasma Etching:Fundamentals and Applications, M. Sugawara等，OxfordUniversity Press, (1998)，ISBN-10:019856287X中所述)，通過引用的方式特此整體并入。通過引用的方式特此整體并入的W02009/158631中描述了另外示例性方法。也可通過軟光刻法獲得作為復(fù)制品(例如，環(huán)氧復(fù)制品)的圖案化表面(見，例如，Pokroy等，Advanced Materials, 2009, 21, 463,通過引用的方式特此整體并入)?？赏ㄟ^通過引用的方式特此整體并入的Plasma Etching:Fundamentals and Applications, M.Sugawara 等，Oxford University Press, (1998)，ISBN-10:019856287X 中所述的 Bosch 反應(yīng)離子蝕刻法和同向性反應(yīng)蝕刻技術(shù)的組合獲得具有圓底(例如，圓底磚塊陣列)的圖案化表面?？赏ㄟ^本領(lǐng)域中已知的方式(例如，卷到卷壓印或壓花)制造具有圖案化表面的聚合物膜。這樣形成的圖案化表面，如果并非由固有疏水材料制造,可用疏水材料涂覆,例如低表面能氟聚合物(例如，聚四氟乙烯)和氟硅烷(例如，十七烷基氟代-1，1，2，2-四-氫癸基-三氯硅烷)。可通過本領(lǐng)域中眾所周知的方法實(shí)現(xiàn)表面涂層，包括等離子體輔助化學(xué)氣相沉積、溶液沉積和氣相沉積。注意，圖案化表面可為基底的主要部分或基底上的獨(dú)立層。例如，可由一種材料(例如，硅片或聚合物膜)制造圖案化表面并用于覆蓋另一種材料(例如，鋁板)。當(dāng)更易于由不同于基底材料的材料制造圖案化表面時，這可用。同樣，為在大基底上獲得大圖案化表面，往往必須制造較小圖案化表面，然后將其置于大基底上。為了用圖案化表面覆蓋基底，人們可使用標(biāo)準(zhǔn)方法(例如，鋪砌、壓花和用圖案化滾筒壓印等)，如Whitesides等,Chem. Review, 2005, 105, 1171-1196中所述,通過引用的方式特此整體并入。為了分析圖案化表面的拓?fù)?，人們可使用眾所周知的方法，例如掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)。如以上所提及，用于本發(fā)明的疏水表面上的小水滴表現(xiàn)出大于90°，優(yōu)選大于140°的接觸角?？赏ㄟ^本領(lǐng)域中眾所周知的方法(例如，用接觸角測角計)測定實(shí)際接觸角。也可使用模塑技術(shù)，例如通過引用的方式特此整體并入的2009年12月30日公開的WO 2009/158631中所述的技術(shù)，制造本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)包括使用任何已知技術(shù)制成原復(fù)制品，接著使用適合的復(fù)制材料形成復(fù)制陰模。最后，使用復(fù)制陰模作為模型制成復(fù)制品。然后這些復(fù)制品可涂覆任何平坦或彎曲表面(包括所示管的內(nèi)側(cè)或外側(cè))。 此彎曲圖案化管在導(dǎo)管或血管相關(guān)應(yīng)用中特別重要。也可使用電沉積技術(shù)，例如通過引用的方式特此整體并入的2010年7月19日提交的美國專利申請No. 61/365，615中所述的技術(shù)，制造本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。尤其，可通過電化學(xué)沉積或無電直接溶液沉積對導(dǎo)電有機(jī)聚合物進(jìn)行原位沉積來制造本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。在這些方法中，可通過改變沉積條件，例如單體的濃度、電解質(zhì)和緩沖液的類型、沉積溫度和時間，和電化學(xué)條件例如電壓和電流控制導(dǎo)電有機(jī)聚合物的形態(tài)?？稍诩{米至微米級以上精細(xì)控制導(dǎo)電有機(jī)聚合物的形態(tài)。因此，可通過簡單改變來產(chǎn)生精確控制形態(tài)的表面涂層，從而保證通過設(shè)計和控制形態(tài)定制各種表面性質(zhì)。可由適合材料制成本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。此類材料的非限制性實(shí)例包括聚合物，例如環(huán)氧樹脂、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基異丁烯酸(PMMA)和各種水凝膠和生物大分子(例如，藻酸鹽、膠原、瓊脂)；金屬和合金，例如Au金屬和Ti合金；和陶瓷，包括A1203、TiO2, HfO2, SiO2, ZrO和BaTi03。也可使用其它聚合材料、金屬、合金和陶瓷。在一些實(shí)施方案中，材料為能夠形成本文所述凸起結(jié)構(gòu)的任何生物相容性材料。疏水涂層在一些實(shí)施方案中，制造后用疏水涂層處理凸起結(jié)構(gòu)以致使凸起結(jié)構(gòu)超疏水。例如，如以上所討論，可使用氟化硅烷，通過溶液或氣相沉積處理涂覆疏水表面涂層。在一些實(shí)施方案中，通過用硅油，例如聚硅氧烷、烷基硅烷或烷基硅氮烷處理致使凸起結(jié)構(gòu)超疏水。適合的聚硅氧烷的非限制性實(shí)例包括直鏈、支鏈或環(huán)狀聚二甲基硅氧烷；分子鏈中具有羥基的聚硅氧烷，例如硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷、硅烷醇封端的聚二苯基娃氧燒、_■苯基娃燒醇封端的聚_■甲基苯基娃氧燒、甲醇封端的聚_■甲基娃氧燒、輕基丙基封端的聚二甲基硅氧烷和聚二甲基-羥基環(huán)氧烷甲基硅氧烷；分子鏈中具有氨基的聚硅氧燒，例如_■(氣基丙基_■甲基)娃氧燒、氣基丙基封端的聚_■甲基娃氧燒、含有氣基燒基的T結(jié)構(gòu)聚二甲基硅氧烷、二甲基氨基封端的聚二甲基硅氧烷和二(氨基丙基二甲基)硅氧燒；分子鏈中具有環(huán)氧丙基氧燒基的聚娃氧燒，例如環(huán)氧丙氧基丙基封端的聚_■甲基娃氧烷、含有環(huán)氧丙氧基丙基的T結(jié)構(gòu)聚二甲基硅氧烷、聚環(huán)氧丙氧基丙基甲基硅氧烷和聚環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲基硅氧烷共聚物；分子鏈中具有氯原子的聚硅氧烷，例如氯甲基封端的聚二甲基硅氧烷、氯丙基封端的聚二甲基硅氧烷、聚二甲基-氯丙基甲基硅氧烷、氯封端的聚二甲基硅氧烷和1，3-二(氯甲基)四甲基二硅氧烷；分子鏈中具有甲基丙烯酰氧基烷基的聚硅氧烷，例如甲基丙烯酰氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷、含有甲基丙烯酰氧基丙基的T結(jié)構(gòu)聚二甲基硅氧烷和聚二甲基-甲基丙烯酰氧基丙基甲基硅氧烷；分子鏈中具有疏基燒基的聚娃氧燒，例如疏基丙基封端的聚~■甲基娃氧燒、聚疏基丙基甲基娃氧燒和含有疏基丙基的T結(jié)構(gòu)聚_■甲基娃氧燒；分子鏈中具有燒氧基的聚娃氧燒，例如乙氧基封端的聚二甲基硅氧烷、一端具有三甲氧基甲硅烷基的聚二甲基硅氧烷和聚二甲基辛氧基甲基硅氧烷共聚物；分子鏈中具有羧基烷基的聚硅氧烷，例如羧基丙基封端的聚二甲基硅氧燒、含有輕基丙基的T結(jié)構(gòu)聚_■甲基娃氧燒和竣基丙基封端的T結(jié)構(gòu)聚_■甲基娃氧燒；分子鏈中具有乙稀基的聚娃氧燒，例如乙稀基封端的聚_■甲基娃氧燒、四甲基_■乙稀基_■娃氧烷、甲基苯基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的聚二甲基-聚苯基硅氧烷共聚物、乙烯基封端的聚二甲基-聚二苯基硅氧烷共聚物、聚二甲基-聚甲基乙烯基硅氧烷共聚物、甲基二乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷共聚物、含有乙稀基的T結(jié)構(gòu)聚_■甲基娃氧燒、乙稀基封端的聚甲基乙氧苯基娃氧燒和環(huán)狀乙烯基甲基硅氧烷；分子鏈中具有苯基的聚硅氧烷，例如聚二甲基-二苯基硅氧烷共聚物、 聚二甲基-苯基甲基硅氧烷共聚物、聚甲基苯基硅氧烷、聚甲基苯基-二苯基硅氧烷共聚物、聚二甲基硅氧烷-三甲基硅氧烷共聚物、聚二甲基-四氯苯基硅氧烷共聚物和四苯基二甲基娃氧燒；分子鏈中具有氛基燒基的聚娃氧燒，例如聚_■(氛基丙基)娃氧燒、聚氛基丙基甲基硅氧烷、聚氰基丙基-二甲基硅氧烷共聚物和聚氰基丙基甲基-甲基苯基硅氧烷共聚物；分子鏈中具有長鏈烷基的聚硅氧烷，例如聚甲基乙基硅氧烷、聚甲基辛基硅氧烷、聚甲基十八燒基娃氧燒、聚甲基癸基_ ~■苯基娃氧燒共聚物和聚甲基乙氧苯基娃氧燒_甲基己基硅氧烷共聚物；分子鏈中具有氟代烷基的聚硅氧烷，例如聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷和聚甲基-1，1,2, 2-四氫氟辛基硅氧烷；分子鏈中具有氫原子的聚硅氧烷，例如氫封端的聚二甲基硅氧烷、聚甲基氫硅氧烷和四甲基二硅氧烷；六甲基二硅氧烷；和聚二甲基硅氧烷-環(huán)氧烷共聚物。許多聚硅氧烷作為防水劑在市場上銷售，例如主要由聚二甲基硅氧燒(由Unelko供應(yīng))的Super Rain X和主要由末端基團(tuán)被氯原子取代的聚二甲基娃氧燒(由Petrarch Systems Inc.供應(yīng))形成的Glass Clad 6C。這些聚娃氧燒可單獨(dú)或聯(lián)合使用。其它適合的聚硅氧烷為美國專利No. 5，939，491中公開的有機(jī)聚硅氧烷，其通過引用特此整體并入。適合的烷基硅烷包括但不限于正丁基三甲氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、異丁基二甲氧基娃燒、正己基二甲氧基娃燒和環(huán)己基甲基~■甲氧基娃燒。燒基娃燒可單獨(dú)使用或兩種或更多種混合使用。可選地，可使用氟化疏水硅烷，例如具有氟和可水解硅烷的全氟化烷基、醚、酯、尿烷或其它化學(xué)部分。美國專利No. 5，081，192 ;5，763，061 ;和6，227，485中描述了可用于涂覆凸起結(jié)構(gòu)的其它示例性氟硅烷，其通過引用的方式特此整體并入。凸起結(jié)構(gòu)可完全涂覆或部分涂覆，例如與基底相對的凸起結(jié)構(gòu)垂直末端。在一些實(shí)施方案中，用疏水涂層涂覆凸起納米結(jié)構(gòu)和基底。按約Inm至約30nm的厚度涂覆涂層。如果結(jié)構(gòu)由疏水材料制造，無需另外的疏水涂層。通過使用已知方法測量一小滴污染液體和凸起超疏水結(jié)構(gòu)陣列表面之間的接觸角來定量超疏水性。在具體實(shí)施方案中，陣列的接觸角大于約140°，或大于約150°，或大于約155°或大于約160°，或大于約165°或大于約170°，或大于約175°。微生物細(xì)菌細(xì)朐
在某些實(shí)施方案中，本文所述凸起結(jié)構(gòu)可用于防止、抑制或減少細(xì)菌在基底上的附著。在示例性方法中，細(xì)菌為生物膜形成細(xì)菌。細(xì)菌可能為革蘭氏陰性細(xì)菌種或革蘭氏陽性細(xì)菌種。此類細(xì)菌的非限制性實(shí)例包括放線桿菌屬(Actinobacillus)成員(例如伴放線放線桿菌(Actinobacillus actinomycetemcomitans))、不動桿菌屬屬(Acinetobacter)成員(例如鮑曼不動桿菌(Acinetobacter baumannii))、氣單胞菌屬(Aeromonas)成員、博代氏桿菌屬(Bordetella)成員(例如百日咳博代氏桿菌(Bordetella pertussis)、支氣管敗血性博代氏桿菌(Bordetella bronchiseptica)或副百日咳博代氏桿菌(Bordetella parapertussis))、短芽抱桿菌屬(Brevibacillus)成員、布魯氏菌屬(Brucella)成員、擬桿菌屬(Bacteroides)成員(例如脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis))、伯克氏菌屬(Burkholderia)成員(例如洋蔥伯克氏菌(Burkholderia cepacia)或類鼻疽伯克氏菌(Burkholderia pseudomallei))、疏螺旋體屬(Borelia)成員(例如博氏疏螺旋體(Borelia burgdorfen))、桿菌屬(Bacillus)成員(例如炭疽桿菌(Bacillus anthracis)或枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis))、彎曲桿菌屬(Campylobacter)成員(例如空腸彎曲桿菌(Campylobacter jejuni))、嗜二氧化碳嗷細(xì)胞菌屬(Capnocytophaga)成員、心桿菌屬(Cardiobacterium)成員(例如人心桿菌(Cardiobacterium hominis))、梓樣酸細(xì)菌屬(Citrobacter)成員、梭狀芽胞桿菌屬(Clostridium)成員(例如破傷風(fēng)梭狀芽胞桿菌(Clostridium tetani)或艱難梭狀芽胞桿菌(Clostridium difficile))、衣原體屬(Chlamydia)成員(例如沙眼衣原體(Chlamydia trachomatis)、肺炎衣原體(Chlamydia pneumoniae)或嬰I鶴熱衣原體(Chlamydia psiffaci))、?？暇鷮?Eikenella)成員(例如腐蝕?？暇?Eikenellacorrodens))、腸桿菌屬(Enterobacter)成員、埃希氏菌屬(Escherichia)成員(例如大腸桿菌(Escherichia coli))、腸桿菌屬(Entembacter)成員、弗朗西斯菌屬(Francisella)成員(例如土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis))、梭桿菌屬(Fusobacterium)成員、產(chǎn)黃菌屬(Flavobacterium)成員、嗜血桿菌屬(Haemophilus)成員(例如杜氏嗜血桿菌(Haemophilus ducreyi)或流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae))、螺桿菌屬(Helicobacter)成員(例如幽門螺桿菌(Helicobacter pylori))、金氏菌屬(Kingella)成員(例如金格桿菌(Kingella kingae))、克雷白桿菌屬(Klebsiella)成員(例如肺炎克雷白桿菌(Klebsiella pneumoniae))、軍團(tuán)桿菌屬(Legionella)成員(例如匹茨堡軍團(tuán)菌(Legionella pneumophila))、李斯特菌屬(Listeria)成員(例如單核細(xì)胞增多性李斯特氏菌(Listeria monocytogenes))、鉤端螺旋體屬(Leptospirae)成員、莫拉氏菌屬(Moraxella)成員(例如卡他莫拉菌(Moraxella catarrhalis))、摩根菌屬(Morganella)成員、支原體屬(Mycoplasma)成員(例如人支原體(Mycoplasma hominis)或肺炎支原體(Mycoplasma pneumoniae))、分支桿菌屬(Mycobacterium)成員(例如結(jié)核分支桿菌(Mycobacterium tuberculosis)或麻風(fēng)分支桿菌(Mycobacterium leprae))、奈瑟球菌屬(Neisseria)成員(例如淋病奈瑟球菌(Neisseria gonorrhoeae)或腦膜炎奈瑟球菌(Neisseria meningitidis))、巴斯德菌屬(Pasteurella)成員(例如出血敗血性巴斯德菌(Pasteurella multocida))、變形菌屬(Proteus)成員(例如普通變形菌(Proteus vulgaris)或奇異變形菌(Proteusmirablis))、普雷沃菌屬(Prevotella)成員、鄰單胞菌屬(Plesiomonas)成員(例如志賀鄰單胞菌(Plesiomonas shigelloides))、假單胞菌屬(Pseudomonas)成員(例如銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa))、普羅威登斯菌屬(Providencia)成員、立克次體屬(Rickettsia)成員(例如立氏立克次體(Rickettsia rickettsii)或地方性斑疫傷寒立克次體(Rickettsia typhi))、寡養(yǎng)單胞菌屬(Stenotrophomonas)成員(例如嗜麥芽黃桿菌(Stenotrophomonas maltophila))、葡萄球菌屬(Staphylococcus)成員(例如金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)或表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis))、鏈球菌屬(Streptococcus)成員(例如草綠色鏈球菌(Streptococcus viridans)、釀胺鏈球菌(Streptococcus pyogenes)(A 族)、無乳鏈球菌(Streptococcus agalactiae) (B 族)、牛鏈球菌(Streptococcusbovis)或肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae))、鏈霉菌屬(Streptomyces)成員(例如吸水鏈霉菌(Streptomyces hygroscopicus))、沙門氏菌屬(Salmonella)成員(例如沙門氏菌(Salmonella enteriditis)、傷寒沙門氏菌(Salmonella typhi)或鼠 傷寒沙門氏菌(Salmonella typhimurium))、沙雷氏菌屬(Serratia)成員(例如粘質(zhì)沙雷菌(Serratia marcescens))、志賀菌屬(Shigella)成員、螺旋狀菌屬(Spirillum)成員(例如小螺菌(Spirillum minus))、密螺旋體屬(Treponema)成員(例如蒼白密螺旋體(Treponema pallidum))、韋榮球菌屬(Veillonella)成員、弧菌屬(Vibrio)成員(例如霍亂弧菌(Vibrio cholerae)、副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)或變形弧菌(Vibrio vulnificus))、耶爾森氏菌屬(Yersinia)成員(例如小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌(Yersinia enter ocolitica)、鼠疫耶爾森氏菌(Yersinia pestis)或假結(jié)核耶爾森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis))和黃單胞菌屬(Xanthomonas)成員(例如嗜麥芽黃單胞菌(Xanthomonas maltophilia))。真菌細(xì)胞在一些實(shí)施方案中，本文所述凸起結(jié)構(gòu)可用于防止、抑制或減少真菌在基底上的附著。在示例性方法中，真菌為生物膜形成真菌。可使用本文所述方法控制的真菌種類包括但不限于曲霉屬(Aspergillus)成員(例如，黃曲霉(Aspergillus flavus)、煙曲霉(Aspergillus fumigatus)、灰綠曲霉(Aspergillus glaucus)、構(gòu)巢曲霉(Aspergillusnidulans)、黑曲霉(Aspergillus niger)和土曲霉(Aspergillus terreus));皮炎芽生菌(Blastomyces dermatitidis);念珠菌屬(Candida)成員(例如，白念珠菌(Candidaalbicans)、光滑念珠菌(Candida glabrata)、熱帶念珠菌(Candida tropicalis)、近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)、克魯斯念珠菌(Candida krusei)和吉利蒙念珠菌(Candida guiIlermondii));粗球抱子菌(Coccidioides immitis);隱球菌屬(Cryptococcus)成員(例如，新型隱球菌(Cryptococcus neoformans)、淺白隱球菌(Cryptococcus albidus)和勞倫氏隱球菌(Cryptococcus Iaurentii));莢膜組織胞衆(zhòng)菌莢膜變種(Histoplasma capsulatum var. capsulatum);莢膜組織胞衆(zhòng)菌杜波氏變種(Histoplasma capsulatum var. duboisii);巴西副球抱子菌(Paracoccidioidesbrasiliensis)；申克抱子絲菌(Sporothrix schenckii);傘枝犁頭霉菌(Absidiacorymb if era);微小根毛霉(Rhizomucor pusillus);和少根根霉(Rhizopus arrhizus)。病毒細(xì)朐在一些實(shí)施方案中，本文所述凸起結(jié)構(gòu)可用于防止、抑制或減少病毒在基底上的附著?？墒褂帽疚乃龇椒刂频牟《痉N類包括但不限于巨細(xì)胞病毒(CMV)、登革熱、巴爾病毒(Epstein-Barr)、漢灘病毒、人類T細(xì)胞白血病病毒(HTLV I/II)、細(xì)小病毒、A、B或C型肝炎病毒、人乳頭瘤病毒(HPV)、呼吸道合胞病毒(RSV)、帶狀皰疹病毒、西尼羅河病毒、皰疹病毒、脊髓灰質(zhì)炎、天花和黃熱病病毒。使用凸起結(jié)構(gòu)具有本文所述凸起結(jié)構(gòu)的基底可用于抑制或減少微生物附著于基底上。此類表面可為任何表面，優(yōu)選為易于微生物粘附的堅硬表面。預(yù)期表面的實(shí)例包括由一種或多種以下材料制成的堅硬表面金屬、塑料、橡膠、板材、玻璃、木材、紙、混凝土、巖石、大理石、石膏和陶瓷材料，例如瓷器，所述表面任選(例如)用油漆或釉質(zhì)涂覆。 可使用復(fù)制模塑法用凸起部件處理基底以生產(chǎn)具有高長寬比凸起部件的表面。復(fù)制模塑法可用于形成可(例如)使用膠水或其它粘合劑貼至物品表面的薄片。復(fù)制模塑法也可用于形成直接具有經(jīng)凸起部件處理的表面的物體。通過引用的方式特此整體并入的W02009/158631中描述了關(guān)于適合復(fù)制模塑技術(shù)的更多詳情。在某些實(shí)施方案中，表面為醫(yī)療設(shè)備、儀器或植入物。非限制性實(shí)例包括鉗子、鑷子、剪刀、皮膚鉤子、管(例如氣管內(nèi)管或胃腸管)、針、牽開器、刮器、鉆、鑿子、銼刀、鋸、導(dǎo)管(包括留置導(dǎo)管(例如導(dǎo)尿管、血管導(dǎo)管、腹膜透析導(dǎo)管、中心靜脈導(dǎo)管)、導(dǎo)管組件(例如針、Leur-Lok連接器、無針連接器))、矯形裝置、人工心臟瓣膜、假體關(guān)節(jié)、發(fā)聲假體、支架、分流器、起搏器、矯正釘、呼吸器、通氣機(jī)和內(nèi)窺鏡。在一個或多個實(shí)施方案中，制備凸起結(jié)構(gòu)并附于設(shè)備，例如醫(yī)療設(shè)備上。在其它實(shí)施方案中，將凸起結(jié)構(gòu)直接模塑至設(shè)備結(jié)構(gòu)中，或壓印在設(shè)備表面。圖11為本發(fā)明一個或多個實(shí)施方案的圖解。圖IlA描繪了具有由展現(xiàn)出凸起結(jié)構(gòu)204的表面涂層203涂覆的表面202的醫(yī)療設(shè)備201的一部分的透視圖。圖IlB描繪了具有包括凸起結(jié)構(gòu)207的表面206的醫(yī)療設(shè)備205的一部分的透視圖。圖2B中，未用表面涂層涂覆設(shè)備，而是表面自身載有本文所述的凸起結(jié)構(gòu)。如以上所討論，將構(gòu)建凸起結(jié)構(gòu)以賦予設(shè)備抗微生物性質(zhì)。其它基底包括引流管、浴盆、廚房電器、工作臺面、浴簾、薄泥漿、衛(wèi)生間、工業(yè)化食品和飲料生產(chǎn)設(shè)備和地板的表面。其它表面包括海事結(jié)構(gòu)，例如船、橋墩、石油平臺、進(jìn)水口、濾網(wǎng)和觀察口。在具體應(yīng)用中，可將凸起超疏水結(jié)構(gòu)貼在插入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備，例如手術(shù)器械或?qū)Ч苌?，以防止外部環(huán)境中飛濺或暴露于污染溶液時此類設(shè)備受污染(例如，插入之前)。在緊急醫(yī)療情況下，包括軍事環(huán)境中，其中不容易實(shí)現(xiàn)對無菌狀態(tài)和清潔度的控制并且醫(yī)療儀器或植入物表面暴露于污染液體，被污染液體濺到或用污染液體洗滌，此表面處理可能尤其重要。在以下實(shí)施例中進(jìn)一步描述了本發(fā)明，以下實(shí)施例并不限制權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的范圍。實(shí)施例實(shí)施例I :圖案化疏水表面的制造使用按照Bosch工藝的照相平版印刷術(shù)由IOOmm娃片制造許多不同圖案的表面，包括圓柱形柱陣列、蜂窩陣列、磚塊陣列、盒陣列和溝陣列。下表列出了制造的5個具有給定尺寸的不同圖案化表面。下表還列出了如以下所述用氟化化合物涂覆的某些表面的水接觸角。表I
權(quán)利要求
1.一種具有抗生作用的表面的物品，所述表面包括 基底；和 在所述基底一面上的多個凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)間間距、其底端寬度及其遠(yuǎn)端寬度限定； 其中 所述遠(yuǎn)端寬度小于約50 μ m，其中選擇所述遠(yuǎn)端寬度為小于接觸所述物品的污染液體源中微生物最大尺寸的5倍，并且所述表面是超疏水的。
2.一種具有抗生作用的表面的物品，所述表面包括 基底；和 在所述基底一面上的多個凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)間間距、其底端寬度及其遠(yuǎn)端寬度限定； 其中 所述遠(yuǎn)端寬度小于約50 μ m，其中選擇所述遠(yuǎn)端寬度為小于接觸所述物品的污染液體源中微生物最大尺寸的5倍； 所述結(jié)構(gòu)間間距小于約5 μ m ;并且 選擇所述結(jié)構(gòu)間間距為小于所述微生物的最大尺寸。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述遠(yuǎn)端寬度小于約20μπι。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述遠(yuǎn)端寬度小于約5μπι。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述凸起結(jié)構(gòu)是氟化的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述表面的接觸角范圍為約140°至約 180。。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述底端寬度大于所述遠(yuǎn)端寬度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述表面有效無菌。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中選擇所述遠(yuǎn)端寬度為小于接觸所述物品的污染液體源中微生物最大尺寸的3倍。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中在所述基底上所述遠(yuǎn)端寬度一致。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中在所述基底上所述遠(yuǎn)端寬度改變。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述凸起結(jié)構(gòu)為柱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的物品，其中所述柱的橫截面形狀為圓形、橢圓形、多邊形、“S”形并且形狀為圓柱形、圓錐形、金字塔形或隨機(jī)形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的物品，其中所述柱的橫截面為分支T形、Y形、X形或I形。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述凸起結(jié)構(gòu)限定溝或槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物品，其中所述溝或槽為圓底的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述凸起結(jié)構(gòu)限定閉孔結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的物品，其中所述閉孔結(jié)構(gòu)為蜂窩或磚塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的物品，其中所述閉孔結(jié)構(gòu)為圓底的。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述凸起結(jié)構(gòu)在所述基底的一面上以有序排列垂直定向。
21.根據(jù)權(quán)利要求I或3-20中任一項(xiàng)所述的物品，其中 所述結(jié)構(gòu)間間距小于約5 μ m ;并且 選擇所述結(jié)構(gòu)間間距為小于所述微生物的最大尺寸。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述底端寬度大于所述遠(yuǎn)端寬度大于約1:1的因數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物品，其中所述比例大于約2:1。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物品，其中所述比例大于約10:1。
25.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其中所述表面是超疏水的。
26.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其中所述表面不是超疏水的。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述物品為醫(yī)療設(shè)備。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的物品，其中所述醫(yī)療設(shè)備選自鉗子、鑷子、剪刀、皮膚鉤子、管、針、牽開器、刮器、鉆、鑿子、銼刀、鋸、導(dǎo)管(包括留置導(dǎo)管、導(dǎo)管組件)、矯形裝置、人工心臟瓣膜、假體關(guān)節(jié)、發(fā)聲假體、支架、分流器、起搏器、矯正釘、呼吸器、通氣機(jī)和內(nèi)窺鏡。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-26中任一項(xiàng)所述的物品，其中所述物品選自引流管、浴盆、廚房電器、工作臺面、浴簾、薄泥漿、衛(wèi)生間、工業(yè)化食品和飲料生產(chǎn)設(shè)備和地板。其它表面包括海事結(jié)構(gòu)，例如船、橋墩、石油平臺、進(jìn)水口、濾網(wǎng)和觀察口。
30.一種抑制微生物附著于基底上的方法，所述方法包括 使根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的物品與污染液體短暫接觸，從而抑制所述微生物附著于所述基底上。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述微生物是具有長度和橫徑的外觀化微生物。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述遠(yuǎn)端寬度小于所述微生物的約橫徑。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述遠(yuǎn)端寬度小于約Iμ m。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中每小滴所述污染液體接觸所述物品少于約5min。
35.根據(jù)權(quán)利要求30-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述微生物為細(xì)菌、病毒或真菌。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中當(dāng)所述寬度小于所述細(xì)菌、真菌或病毒細(xì)胞尺寸的約3-5倍時,所述表面在動態(tài)條件下在有力排除期間減少細(xì)菌、真菌或病毒的附著。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中當(dāng)所述部件寬度小于所述微生物的尺寸時，所述表面在動態(tài)條件下在有力排除期間保持完全無菌。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中當(dāng)所述結(jié)構(gòu)間間距小于所述細(xì)菌、真菌或病毒的最小尺寸時所述表面在靜態(tài)條件下以物理方式排除細(xì)菌，并且然后所述微生物以有限接觸附著于所述凸起結(jié)構(gòu)的尖端。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中當(dāng)所述寬度和所述結(jié)構(gòu)間距離小于所述細(xì)菌、病毒或真菌的最小尺寸時，所述表面在動態(tài)或靜態(tài)暴露下有力地并且以物理方式排除細(xì)菌、真菌或病毒。
全文摘要
本發(fā)明描述了制造和使用具有凸起結(jié)構(gòu)的基底以抑制微生物粘附的方法。
文檔編號A61M25/00GK102834124SQ201180016399
公開日2012年12月19日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者B·哈頓, J·艾森貝格 申請人:哈佛大學(xué)校長及研究員協(xié)會