超疏/超親水界面在自清潔表面制備、油/水分離、不粘涂層和防污表面制備等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。對(duì)于超潤(rùn)濕界面的構(gòu)筑，微納二元復(fù)合結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)是其卓越性能兩大關(guān)鍵因素。在諸多的研究中，含氟材料由于其極低的表面能特性，被廣泛的應(yīng)用于超疏水表面的構(gòu)筑，然而，含氟化合物/聚合物其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，分解周期長(zhǎng)，很容易在生物體內(nèi)累積，影響人類健康。同時(shí)，由于復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)制備工藝和含氟化合物昂貴的價(jià)格及不可生物降解性，導(dǎo)致目前多數(shù)已報(bào)道的超疏界面構(gòu)筑方法在實(shí)際工程應(yīng)用中受到限制。因此，急需開發(fā)一種簡(jiǎn)便的、環(huán)境友好型的超疏界面構(gòu)筑方法。

    近日，柏林自由大學(xué)（Freie Universit?t Berlin）的研究團(tuán)隊(duì)受貽貝足蛋白結(jié)構(gòu)（mfp-5）啟發(fā)，合成了樹枝狀的仿貽貝聚甘油分子，基于此化合物自交聯(lián)制備了在不同基底具有超強(qiáng)吸附特性的超親水涂層表面（SHL），進(jìn)一步借助非含氟脂肪酸修飾改性成功構(gòu)筑多種超疏水表面（SHP）；同時(shí)，受“豬籠草”（Nepenthes）自潤(rùn)滑超疏層結(jié)構(gòu)啟發(fā)，構(gòu)筑了耐久性優(yōu)異的環(huán)境友好型自潤(rùn)滑涂層（environmentally friendly slippery surface, eSLIPS），展現(xiàn)出良好的自清潔能力。

    圖1. 仿貽貝樹枝狀聚甘油分子（MI-dPG）結(jié)構(gòu)及其構(gòu)筑的超疏/超親/自潤(rùn)滑表面。圖片來源：Polym. Chem.

    該研究通過MI-dPG分子結(jié)構(gòu)中氨基（-NH2）和兒茶酚基團(tuán)在氧化條件下進(jìn)行邁克爾加成或希夫堿反應(yīng)來增加涂層的交聯(lián)度。通過調(diào)節(jié)溶液的聚合物濃度和pH值，來控制MI-dPG的交聯(lián)速度，從而簡(jiǎn)單的制備了涂層的微納二元復(fù)合結(jié)構(gòu)，這使得該涂層的大面積實(shí)際應(yīng)用成為可能。同時(shí)，該MI-dPG涂層展現(xiàn)出良好的水下疏油特性，經(jīng)過非含氟脂肪酸修飾改性后呈現(xiàn)超疏水特性，展現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性能。測(cè)試結(jié)構(gòu)表明該超親/超疏涂層具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐酸堿性和耐磨性。

    圖2. MI-dPG表面的微納二元復(fù)合結(jié)構(gòu)（I）及水下疏油特性和自清潔特性（II）。圖片來源：Polym. Chem.

    研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的纖維素/PS海綿經(jīng)過hMI-dPG浸漬修飾后，具有出良好的吸油特性，在油/水分離方面展現(xiàn)出重大的應(yīng)用潛力。

    圖3. hMI-dPG修飾的超疏水海綿吸油循環(huán)實(shí)驗(yàn)。圖片來源：Polym. Chem.

    進(jìn)一步將上述經(jīng)過hMI-dPG修飾的多孔材料進(jìn)行親脂性溶劑灌注（5-10 s），得到性能優(yōu)異的eSLIPS涂層。令人驚喜的是，在該體系中日常生活所用的葵花油作為親脂性潤(rùn)滑劑，其效果與純十六烷的效果類似。而且，該eSLIPS涂層具有更好的透光性和抗細(xì)胞粘附性。

    圖4. eSLIPS涂層的耐油性測(cè)試、透光性及抗細(xì)胞吸附性。圖片來源：Polym. Chem.

    —— 總結(jié) ——

    從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，發(fā)展“綠色化學(xué)”、“環(huán)境友好化學(xué)”，是新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一。在該研究中，柏林自由大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種簡(jiǎn)單、高效、低成本、非含氟的普適性超浸潤(rùn)體系（super-wetting systems）。該體系在超疏水/超親水涂層、自清潔涂層、抗蛋白吸附以及油/水分離等方面展現(xiàn)出卓越的性能，有望在諸多領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的含氟系列超疏體系，應(yīng)用前景廣闊。

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責(zé)任編輯：王元

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