材料表面無法避免的細(xì)菌粘附生長(zhǎng)是當(dāng)前醫(yī)學(xué)、海洋航運(yùn)、環(huán)保及能源等領(lǐng)域面臨的棘手問題。細(xì)菌在材料表面聚集生長(zhǎng)能夠形成由多糖、蛋白質(zhì)、核酸等構(gòu)成的具有高抗藥性的生物膜（biofilm），進(jìn)而導(dǎo)致船只表面的海洋生物富集、醫(yī)療器械的細(xì)菌污染、飲用水的健康威脅等諸多連鎖危害。目前，材料表面抗菌處理主要分為殺死粘附細(xì)菌或降低材料表面細(xì)菌粘附兩種策略。其中，在材料表面構(gòu)筑水化層或低表面能涂層以降低材料表面細(xì)菌粘附性展現(xiàn)出更優(yōu)的實(shí)用性，但其也仍面臨著長(zhǎng)期抗污染性能差的問題。

    近日，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）Bastian E. Rapp教授研究團(tuán)隊(duì)采用UV引發(fā)自由基乳液聚合制備含氟聚合物Fluoropor多孔材料，并進(jìn)一步在該多孔基底灌注氟化潤(rùn)滑液體構(gòu)筑了能夠高效抑制細(xì)菌粘附的液體灌注光滑多孔表面（slippery liquid-infused porous surfaces, SLIPS）。研究人員對(duì)材料孔隙率及表面粗糙度對(duì)表面長(zhǎng)期抑菌效果進(jìn)行了詳細(xì)探究，經(jīng)過優(yōu)化后的改性材料表面擁有較高的透明度，且能夠?qū)崿F(xiàn)抑制綠膿桿菌生物膜生長(zhǎng)達(dá)7天。

多孔聚合物基底孔隙率及表面粗糙度表征。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    研究人員以環(huán)己烷為非溶劑型致孔劑，通過乳液聚合制備多孔聚合物材料；通過簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)致孔劑用量（10-30 wt %）可實(shí)現(xiàn)材料孔隙率及表面粗糙度的精細(xì)調(diào)控（標(biāo)記為：Fluoropor 10 ~30）。同時(shí)，隨著材料表面粗糙度及孔徑增大引起光散射，多孔材料（厚度~ 118.4 ± 5.0 μm）透明度逐漸降低；其中，F(xiàn)luoropor 10 具有與無孔含氟聚合物材料近似的透明度。此外，基于氟化潤(rùn)滑液體和含氟聚合物材料具有相似的折射率，多孔材料灌注潤(rùn)滑液體后透明度顯著提升。

多孔聚合物材料透明度測(cè)試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    后續(xù)材料表面抑菌性能測(cè)試表明：Fluoropor-SLIPS 10 多孔材料表面7天孵化實(shí)驗(yàn)后，表面形成的菌膜覆蓋面積最低，展現(xiàn)出最優(yōu)的抑菌性能。

SLIPS表面菌膜覆蓋面積測(cè)定。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    進(jìn)一步對(duì)Fluoropor-SLIPS表面潤(rùn)滑效果長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，白光干涉測(cè)量數(shù)據(jù)顯示：在流室中經(jīng)過7天剪切應(yīng)力作用，F(xiàn)luoropor-SLIPS表面的潤(rùn)滑層大部分被損耗，導(dǎo)致聚合物基底的裸露。盡管如此，與未經(jīng)灌注的初始材料表面相比，F(xiàn)luoropor-SLIPS 10 和Fluoropor-SLIPS 15體系仍展現(xiàn)出較低的表面粗糙度，賦予材料表面優(yōu)異的抑菌性。

Fluoropor-SLIPS表面潤(rùn)滑穩(wěn)定性測(cè)試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    7天后Fluoropor-SLIPS表面所形成菌膜顯微鏡觀察表明：相比于空白玻璃基底，F(xiàn)luoropor-SLIPS表面菌膜呈孤立的點(diǎn)狀分布。同時(shí)，F(xiàn)luoropor-SLIPS 30表面由剪切流形成的潤(rùn)滑劑通量線存在明顯的菌膜附著。進(jìn)一步表明材料表面孔隙率和粗糙度是抑制表面菌膜生長(zhǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

Fluoropor-SLIPS表面所形成菌膜觀察。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    總結(jié)

    該論文通過乳液聚合制備低表面能多孔聚合物材料，結(jié)合氟化潤(rùn)滑劑灌注，簡(jiǎn)便構(gòu)筑了具有高效抑制菌膜生長(zhǎng)的材料表面（Fluoropor-SLIPS）。具有低表面粗糙度的Fluoropor-SLIPS 10展現(xiàn)出最優(yōu)的抑菌效果，同時(shí)，該體系的高透明度使其成為原位可視化觀察菌膜生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的理想基底材料。

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責(zé)任編輯：王元

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