Biomimetic modification of polymeric surfaces: A promising pathway for tuning of wetting and adhesion

Macromolecular Materials and Engineering

Volumn 297, Issue 8, 2012, Pages 743-760

  Shahsavan, Hamed ^a   Arunbabu, Dhamodaran ^a   Zhao, Boxin ^a  

^a UNIVERSITY OF WATERLOO   (Canada)

Author keywords

adhesion; biomimetic; microstructures; surface modification; wetting

Indexed keywords

ADHESION PROPERTIES; BIOMIMETIC MODIFICATION; HIGH ASPECT RATIO; HIGH-ADHESION; LOW ADHESION; LOW ASPECT RATIO; LOW SURFACE ENERGY; MICRO PATTERNING; MICROPATTERNS; NUMBER DENSITY; POLYMERIC SURFACES; SIDE-WALL FRICTION; SUPERHYDROPHOBICITY; SURFACE PATTERNING;

ASPECT RATIO; BIOMIMETICS; FUNCTIONAL POLYMERS; MICROSTRUCTURE; SURFACE TREATMENT; WETTING;

ADHESION;

EID: 84864701692     PISSN: 14387492     EISSN: 14392054     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/mame.201200016     Document Type: Article

References (147)

1. J. Berg, in " Adhesion Science and Engineering ", Vol. 2A (Eds:, D. Chaudhury, M. K. Pocius,), Elsevier, Amsterdam 2002, Chapter 1.
2. B. Zhao, L. Bursztyn, R. Pelton, J. Adhes. 2006, 82, 121.
3. R. Jovanović, M. Dubé, J. Macromol. Sci., Part C: Polym. Rev. 2004, 44, 1.
4. H. Shahsavan, B. Zhao, Langmuir 2011, 27, 7732.
5. F. K. Yang, B. Zhao, Surf. Sci. 2011, 3, 115.
6. B. Zhao, H. J. Kwon, J. Adhes. Sci. Technol. 2011, 25, 557.
7. N. S. Pesika, Y. Tian, B. Zhao, K. Rosenberg, H. Zeng, P. McGuiggan, K. Autumn, J. N. Israelachvili, J. Adhes. 2007, 83, 383.
8. N. S. Pesika, H. Zeng, K. Kristiansen, B. Zhao, Y. Tian, K. Autumn, J. N. Israelachvili, J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 464132.
9. Y. Tian, N. Pesika, H. Zeng, K. Rosenberg, B. Zhao, P. McGuiggan, K. Autumn, J. Israelachvili, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 19320.
10. H. Zeng, N. Pesika, Y. Tian, K. L. Turner, J. N. Israelachvili, B. Zhao, Y. Chen, M. Tirrell, Langmuir 2009, 25, 7486.
11. B. Zhao, N. Pesika, K. Rosenberg, b. Y. Tian, H. Zeng, P. McGuiggan, K. Autumn, J. Israelachvili, Langmuir 2008, 24, 1517.
12. B. Zhao, N. Pesika, H. Zeng, Z. Wei, Y. Chen, K. Autumn, K. Turner, J. Israelachvili, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3615.
13. A. K. Geim, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, K. S. Novoselov, A. A. Zhukov, S. Y. Shapoval, Nat. Mater. 2003, 2, 461.
14. M. Sitti, R. S. Fearing, J. Adhes. Sci. Technol. 2003, 17, 1055.
15. M. P. Murphy, B. Aksak, M. Sitti, J. Adhes. Sci. Technol. 2007, 21, 1281.
16. B. Aksak, M. P. Murphy, M. Sitti, Langmuir 2007, 23, 3322.
17. M. Sitti, B. Cusick, B. Aksak, A. Nese, H.-I. Lee, H. Dong, T. Kowalewski, K. Matyjaszewski, ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 2277.
18. H. Chung, P. Glass, J. M. Pothen, M. Sitti, N. R. Washburn, Biomacromolecules 2011, 12, 342.
19. M. P. Murphy, S. Kim, M. Sitti, ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 849.
20. A. Jagota, S. J. Bennison, Integr. Comp. Biol. 2002, 42, 1140.
21. N. J. Glassmaker, A. Jagota, C.-Y. Hui, W. L. Noderer, M. K. Chaudhury, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 10786.
22. S. Vajpayee, A. Jagota, C.-Y. Hui, J. Adhes. 2010, 86, 39.
23. S. Vajpayee, K. Khare, S. Yang, C.-Y. Hui, A. Jagota, Adv. Func. Mater. 2010, 21, 547.
24. N. J. Glassmaker, T. Himeno, C.-Y. Hui, J. Kim, J. R. Soc. Interface 2004, 1, 23.
25. C. Greiner, A. D. Campo, E. Arzt, Langmuir 2007, 23, 3495.
26. A. del Campo, C. Greiner, E. Arzt, Langmuir 2007, 23, 10235.
27. M. T. Northen, C. Greiner, E. Arzt, K. L. Turner, Adv. Mater. 2008, 20, 3905.
28. C. Greiner, E. Arzt, A. del Campo, Adv. Mater. 2009, 21, 479.
29. C. Greiner, S. Buhl, A. del Campo, E. Arzt, J. Adhes. 2009, 85, 646.
30. C. Greiner, R. Spolenak, E. Arzt, Acta Biomater. 2009, 5, 597.
31. G. Castellanos, E. Arzt, M. Kamperman, Langmuir 2011, 27, 7752.
32. J. Lee, R. S. Fearing, Langmuir 2008, 24, 10587.
33. J. Lee, C. Majidi, B. Schubert, R. S. Fearing, J. R. Soc. Interface 2008, 5, 835.
34. J. Lee, B. Bush, R. Maboudian, R. S. Fearing, Langmuir 2009, 25, 12449.
35. B. Schubert, C. Majidi, R. E. Groff, S. Baek, B. Bush, R. Maboudian, R. S. Fearing, J. Adhes. Sci. Technol. 2007, 21, 1297.
36. C. Majidi, R. E. Groff, Y. Maeno, B. Schubert, S. Baek, B. Bush, R. Maboudian, N. Gravish, M. Wilkinson, K. Autumn, R. S. Fearing, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 18.
37. H. E. Jeong, S. H. Lee, P. Kim, K. Y. Suh, Nano Lett. 2006, 6, 1508.
38. H. E. Jeong, J.-K. Lee, H. N. Kim, S. H. Moon, K. Y. Suh, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 5639.
39. H. E. Jeong, R. Kwak, A. Khademhosseini, K. Y. Suh, Nanoscale 2009, 1, 331.
40. S.-H. Lee, Y.-T. Kim, S. Yang, E.-S. Yoon, D.-E. Kim, K. Y. Suh, ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 1308.
41. M. K. Kwak, H. E. Jeong, W. G. Bae, H.-S. Jung, K. Y. Suh, Small 2011, 7, 2266.
42. M. K. Kwak, H.-E. Jeong, K. Y. Suh, Adv. Mater. 2011, 23, 3949.
43. D. Sameoto, C. Menon, J. Micromech. Microeng. 2010, 20, 115037.
44. D. Sameoto, C. Menon, Smart Mater. Struct. 2010, 19, 103001.
45. D. Sameoto, C. Menon, J. Micromech. Microeng. 2009, 19, 115002.
46. D. Sameoto, C. Menon, J. Micromech. Microeng. 2009, 19, 115026.
47. C. Neinhuis, Ann. Bot. 1997, 79, 667.
48. M. Groenendijk, Laser Tech. J. 2008, 5, 44.
49. X. Y. Ling, I. Y. Phang, G. J. Vancso, J. Huskens, D. N. Reinhoudt, Langmuir 2009, 25, 3260.
50. K. Autumn, Y. A. Liang, S. T. Hsieh, W. Zesch, W. P. Chan, T. W. Kenny, R. Fearing, R. J. Full, Nature 2000, 405, 681.
51. K. Kendall, Science 1994, 263, 1720.
52. J. N. Israelachvili, " Intermolecular and Surface Forces ", 2nd edition Academic Press, London, UK 1992.
53. K. L. Johnson, K. Kendall, A. D. Roberts, Proc. R. Soc. A 1971, 324, 301.
54. K. R. Shull, Mater. Sci. Eng., R 2002, 36, 1.
55. K. Kendall, " Molecular Adhesion and Its Applications The Sticky Universe ", 1st edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, USA 2001.
56. B. Bhushan, Y. C. Jung, Prog. Mater. Sci. 2011, 56, 1.
57. C. R. Crick, I. P. Parkin, Chem. Eur. J. 2010, 16, 3568.
58. K. Liu, X. Yao, L. Jiang, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3240.
59. B. N. J. Persson, J. Adhes. Sci. Technol. 2007, 21, 1145.
60. S. N. Gorb, M. Sinha, K. A. Peressadko, A. Daltorio, R. D. Quinn, Bioinspiration Biomimetics 2007, 2, S117.
61. G. Xuefeng, Nature 2004, 432, 36.
62. B. Dean, B. Bhushan, Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. A 2010, 368, 4775.
63. Y. Fang, G. Sun, T. Wang, Q. Cong, L. Ren, Chin. Sci. Bull. 2007, 52, 711.
64. Y. Zheng, X. Gao, L. Jiang, Soft Matter 2007, 3, 178.
65. W. Barthlott, C. Neinhuis, Planta 1997, 202, 1.
66. K. Autumn, in " Biological adhesives " (Eds:, A. M. Smith, J. A. Callow,), Springer, Heidelberg 2006, Chapter 12
67. B. Bhushan, J. Adhes. Sci. Technol. 2007, 21, 1213.
68. K. Autumn, N. Gravish, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 2008, 366, 1575.
69. A. Majumder, A. Sharma, A. Ghatak, in: " Microfluidics and Microfabrication " (Ed:, S. Chakraborty,), Springer, Heidelberg 2010, Ch7
70. B. Bhushan, A. G. Peressadko, T.-W. Kim, J. Adhes. Sci. Technol. 2006, 20, 1475.
71. K. Autumn, M. Sitti, A. Peattie, W. Hansen, S. Sponberg, Y. A. Liang, T. Kenny, R. Fearing, J. Israelachvili, R. J. Full, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 12252.
72. G. Huber, H. Mantz, R. Spolenak, K. Mecke, K. Jacobs, S. N. Gorb, E. Arzt, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 16293.
73. W. Sun, P. Neuzil, T. S. Kustandi, S. Oh, V. D. Samper, Biophys. J. 2005, 89, L14.
74. C.-Y. Hui, N. J. Glassmaker, T. Tang, A. Jagota, J. R. Soc. Interface 2004, 1, 35.
75. W. R. Hansen, K. Autumn, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 385.
76. K. Autumn, S. T. Hsieh, D. M. Dudek, J. Chen, C. Chitaphan, R. J. Full, J. Exp. Biol. 2006, 209, 260.
77. K. Autumn, A. Dittmore, D. Santos, M. Spenko, M. Cutkosky, J. Exp. Biol. 2006, 209, 3569.
78. Z. Guo, W. Liu, B.-L. Su, J. Colloid Interface Sci. 2011, 353, 335.
79. R. Maboudian, W. Ashurst, Tribol. Lett. 2002, 12, 95.
80. W. Ashurst, C. Carraro, R. Maboudian, W. Frey, Sens. Actuators A 2003, 104, 213.
81. W. R. Ashurst, C. Carraro, IEEE Trans. Dev. Mater. Reliab. 2003, 3, 173.
82. A. Nakajima, K. Abe, K. Hashimoto, Thin Solid Films 2000, 376, 140.
83. Y. Akamatsu, K. Makita, H. Inaba, Thin Solid Films 2001, 389, 138.
84. J. Lu, Y. Yu, J. Zhou, L. Song, X. Hu, A. Larbot, Appl. Surface Sci. 2009, 255, 9092.
85. Z.-G. Guo, W.-M. Liu, B.-L. Su, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 063104.
86. Q. Pan, M. Wang, H. Wang, Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 6002.
87. F. Mumm, A. T. J. van Helvoort, P. Sikorski, ACS Nano 2009, 3, 2647.
88. B. Xu, Z. Cai, Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 5899.
89. Y. Ofir, B. Samanta, P. Arumugam, V. M. Rotello, Adv. Mater. 2007, 19, 4075.
90. M. Qu, G. Zhao, Q. Wang, X. Cao, J. Zhang, Nanotechnology 2008, 19, 55707.
91. J.-Y. Shiu, C.-W. Kuo, P. Chen, C.-Y. Mou, Chem. Mater. 2004, 16, 561.
92. Y. Xiu, L. Zhu, D. W. Hess, C. P. Wong, Langmuir 2006, 22, 9676.
93. J. Bravo, L. Zhai, Z. Wu, R. E. Cohen, M. F. Rubner, Langmuir 2007, 23, 7293.
94. X. Gao, X. Yan, X. Yao, L. Xu, K. Zhang, J. Zhang, B. Yang, L. Jiang, Adv. Mater. 2007, 19, 2213.
95. R. Singh, E. Yoon, H. Kim, J. Kim, H. Jeong, K. Suh, Mater. Sci. Eng., C 2007, 27, 875.
96. Z. Yoshimitsu, A. Nakajima, T. Watanabe, K. Hashimoto, Langmuir 2002, 18, 5818.
97. S. Kim, E. Cheung, M. Sitti, Langmuir 2009, 25, 7196.
98. J. Yeo, D. S. Kim, Microsyst. Technol. 2010, 16, 1457.
99. J. Yeo, M. J. Choi, D. S. Kim, J. Micromech. Microeng. 2010, 20, 25028.
100. S. M. Lee, C. Y. Park, S. I. Bae, J. S. Go, B. Shin, J. S. Ko, Jpn. J. Appl. Phys. 2009, 48, 95504.
101. Y. C. Jung, B. Bhushan, Langmuir 2008, 24, 6262.
102. J. Gao, Y. Liu, H. Xu, Z. Wang, X. Zhang, Langmuir 2010, 26, 9673.
103. M. Ma, R. M. Hill, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2006, 11, 193.
104. H. E. Jeong, K. Y. Suh, Nano Today 2009, 4, 2009.
105. L. Qu, L. Dai, M. Stone, Z. Xia, Z. L. Wang, Science 2008, 322, 5899.
106. Y. Zhao, T. Tong, L. Delzeit, A. Kashani, M. Meyyappan, A. Majumdar, J. Vac. Sci. Technol., B 2006, 24, 331.
107. L. Ge, L. Ci, A. Goyal, R. Shi, L. Mahadevan, P. M. Ajayan, A. Dhinojwala, Nano Lett. 2010, 90, 4509.
108. S. Hu, H. Jiang, Z. Xia, X. Gao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 2570.
109. A. del Campo, E. Arzt, Chem. Rev. 2008, 108, 911.
110. S. Kim, M. Sitti, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 261911.
111. J. Yu, S. Chary, S. Das, J. Tamelier, N. S. Pesika, K. L. Turner, J. N. Israelachvili, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 3010.
112. A. del Campo, C. Griener, J. Micromech. Microeng. 2007, 17, R81.
113. S. Reddy, E. Arzt, A. Del Campo, Adv. Mater. 2007, 19, 3833.
114. J. Kwon, E. Cheung, S. Park, M. Sitti, Biomed. Mater. 2006, 1, 216.
115. A. del Campo, I. Álvarez, S. Filipe, M. Wilhelm, Adv. Func. Mater. 2007, 17, 3590.
116. D. Suh, S.-J. Choi, H. H. Lee, Adv. Mater. 2005, 17, 1554.
117. H. E. Jeong, S. H. Lee, P. Kim, K. Y. Suh, Colloids Surf., A 2008, 313-314, 359.
118. S. Kim, M. Sitti, C.-Y. Hui, R. Long, A. Jagota, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 161905.
119. R. Long, C.-Y. Hui, S. Kim, M. Sitti, J. Appl. Phys. 2008, 104, 44301.
120. A. del Campo, C. Greiner, I. Álvarez, E. Arzt, Adv. Mater. 2007, 19, 1973.
121. R. N. Wenzel, Ind. Eng. Chem. 1936, 28, 988.
122. A. Cassie, S. Baxter, Trans. Faraday Soc. 1944, 40, 546.
123. P. Roach, N. J. Shirtcliffe, M. I. Newton, Soft Matter 2008, 4, 224.
124. N. Patankar, Langmuir 2004, 20, 7097.
125. L. Barbieri, E. Wagner, P. Hoffmann, Langmuir 2007, 23, 1723.
126. J. Bico, C. Marzolin, D. Quéré, Europhys. Lett. 1999, 47, 220.
127. B. He, N. Patankar, Langmuir 2003, 19, 4999.
128. C. W. Extrand, Langmuir 2004, 20, 5013.
129. P. G. de Gennes, Rev. Mod. Phys. 1985, 57, 827.
130. W-jin. Chang, D. Akin, M. Sedlak, M. R. Ladisch, R. Bashir, Biom. Microdev. 2003, 5, 281.
131. E. Arzt, S. Gorb, R. Spolenak, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 10603.
132. K. Autumn, A. M. Peattie, Integr. Compar. Biol. 2002, 42, 1081.
133. R. Spolenak, S. Gorb, H. Gao, E. Arzt, Proc. R. Soc., Sect. A 2005, 461, 305.
134. W. Federle, J. Exp. Biol. 2006, 209, 2611.
135. J. Liu, C. Y. Hui, A. Jagota, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2009, 47, 2368.
136. J. Liu, C.-Y. Hui, L. Shen, A. Jagota, J. R. Soc. Interface 2008, 5, 1087.
137. E. P. Chan, D. Ahn, A. J. Crosby, J. Adhes. 2007, 83, 473.
138. T. Thomas, A. J. Crosby, J. Adhes. 2006, 82, 311.
139. A. J. Crosby, M. Hageman, A. Duncan, Langmuir 2005, 21, 11738.
140. G. Y. Lee, K. Cheung, W. Chang, L. P. Lee, in 1st Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine & Biology 1, 2000, Chapter 1
141. A. Mahdavi, L. Ferreira, C. Sundback, J. W. Nichol, E. P. Chan, D. J. D. Carter, C. J. Bettinger, S. Patanavanich, L. Chignozha, E. Ben-Joseph, A. Galakatos, H. Pryor, I. Pomerantseva, P. T. Masiakos, W. Faquin, A. Zumbuehl, S. Hong, J. Borenstein, J. Vacanti, R. Langer, J. M. Karp, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 2307.
142. P. B. Aaron, Lau. K. H. Messersmith, in: " Biological Adhesive Systems " (Eds:, J. Von Byern, I. Grunwald,), Springer, Heidelberg 2010, Ch.13
143. E. Buselli, V. Pensabene, P. Castrataro, P. Valdastri, A. Menciassi, P. Dario, Meas. Sci. Technol. 2010, 21, 105802.
144. K. Kendall, J. Phy. D: Appl. Phys. 1975, 8, 1449.
145. C. Wang, J. Mater. Sci. 1997, 32, 483.
146. H. Lee, B. P. Lee, P. B. Messersmith, Nature 2007, 448, 338.
147. P. Glass, H. Chung, N. R. Washburn, M. Sitti, Langmuir 2010, 26, 17357.