介紹

機(jī)械性能的高通量篩選可以通過幫助材料發(fā)現(xiàn)和開發(fā)預(yù)測模型來改變材料科學(xué)研究。然而，只有少數(shù)這樣的分析被報道，需要定制或昂貴的設(shè)備，而當(dāng)前的表征吞吐量無法滿足對用于預(yù)測模型的大量材料屬性數(shù)據(jù)集的日益增長的需求。

摘要

最近，美國西北大學(xué)Muzhou Wang教授團(tuán)隊通過使用普通實驗室離心機(jī)、多孔板和微粒開發(fā)高通量比色粘附篩選方法來解決這個問題。該技術(shù)使用離心作用對多孔板中的單個制劑施加均勻的機(jī)械分離力。該團(tuán)隊還開發(fā)了一種高通量樣品沉積方法，可在每個孔中制備厚度均勻的薄膜，從而最大限度地減少孔與孔之間的差異。在與眾所周知的探針粘性附著力測試建立良好的一致性后，該團(tuán)隊通過在具有兩種不同配方的多孔板上以易于辨別的模式進(jìn)行測試來證明該方法的一致性。吞吐量僅受板中孔數(shù)的限制，很容易達(dá)到 103 個樣品/運(yùn)行。憑借其簡單、低成本和大動態(tài)范圍，這種高通量方法有可能改變粘合劑材料表征的格局。相關(guān)論文以題為High-Throughput Screening Test for Adhesion in Soft Materials Using Centrifugation發(fā)表在《ACS Central Science》上。

主圖

圖 1. 離心粘附測試程序示意圖。在多孔板中澆注膠膜后，有色或熒光顆粒均勻分布在每個孔中；然后，將板離心，使顆粒朝外，使顆粒從粘附性較弱的薄膜上分離。箭頭表示離心加速度方向（最大4700g）。

圖 2. 粘性聚合物薄膜的3D光學(xué)輪廓測量法(A)在重力下和(B)在離心下干燥。在離心作用下干燥的薄膜顯示出比在重力作用下顯著更光滑的表面。在測量之前特意制造凹槽以獲得膜的厚度（20μm）。凹槽內(nèi)的基板劃痕導(dǎo)致最大測量深度高于薄膜厚度。

圖 3. (A) 由于離心機(jī)轉(zhuǎn)子的幾何形狀而導(dǎo)致的偏移效應(yīng)示意圖，如果聚合物直接澆鑄在多孔板底部，則會導(dǎo)致薄膜傾斜。(B) 原位 UV 固化程序的示意圖，由選定的井顯示（在 A 部分中框出）。(C) 所選孔中底層的3D光學(xué)輪廓儀圖像（從中心開始的第 4 個孔）。

圖 4. 在不同離心加速度下拍攝的 384 孔照片。每一行描繪了以不同速度離心的同一塊板，并在每次旋轉(zhuǎn)結(jié)束時拍攝一張照片。

圖 5. 離心粘附試驗和探針粘性試驗測量結(jié)果的比較。

圖 6. (A) 展示吞吐量的全板實驗示意圖。(B) 325 μm 半徑的粒子用于全板實驗。背景中的顆粒首先脫落，因為這些薄膜的粘性較低，顯示出“NU ROCKS”圖案。

總結(jié)

開發(fā)了一種高通量、快速且具有成本效益的離心粘附力學(xué)測試管道，可以使用易于訪問的實驗室設(shè)備和耗材來制備和表征粘附材料。獨特的離心沉積方法克服了滴注法的缺點，可以在多孔板的所有孔中沉積表面光滑、厚度均勻的薄膜。此外，離心粘附測試方法提供了一種定量測量，其結(jié)果由更標(biāo)準(zhǔn)的粘附測試驗證。團(tuán)隊設(shè)想擴(kuò)展我們基于離心力的方法以高通量測量其他機(jī)械性能，擴(kuò)展先進(jìn)材料表征的能力。該工作使粘合劑的高通量發(fā)現(xiàn)成為可能，并為材料界帶來了一種新穎的工具。此外，團(tuán)隊希望將機(jī)械特性轉(zhuǎn)換為光信號的想法可以激發(fā)高通量機(jī)械測試的其他新過程。

參考文獻(xiàn)：

doi.org/10.1021/acscentsci.1c00414

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