低表面能润滑涂层让细菌“站不住脚”

2019-02-28 15:37:38 作者：本网整理来源： X一MOL资讯分享至：

材料表面无法避免的细菌粘附生长是当前医学、海洋航运、环保及能源等领域面临的棘手问题。细菌在材料表面聚集生长能够形成由多糖、蛋白质、核酸等构成的具有高抗药性的生物膜（biofilm），进而导致船只表面的海洋生物富集、医疗器械的细菌污染、饮用水的健康威胁等诸多连锁危害。目前，材料表面抗菌处理主要分为杀死粘附细菌或降低材料表面细菌粘附两种策略。其中，在材料表面构筑水化层或低表面能涂层以降低材料表面细菌粘附性展现出更优的实用性，但其也仍面临着长期抗污染性能差的问题。

近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）Bastian E. Rapp教授研究团队采用UV引发自由基乳液聚合制备含氟聚合物Fluoropor多孔材料，并进一步在该多孔基底灌注氟化润滑液体构筑了能够高效抑制细菌粘附的液体灌注光滑多孔表面（slippery liquid-infused porous surfaces, SLIPS）。研究人员对材料孔隙率及表面粗糙度对表面长期抑菌效果进行了详细探究，经过优化后的改性材料表面拥有较高的透明度，且能够实现抑制绿脓杆菌生物膜生长达7天。

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

研究人员以环己烷为非溶剂型致孔剂，通过乳液聚合制备多孔聚合物材料；通过简单调节致孔剂用量（10-30 wt %）可实现材料孔隙率及表面粗糙度的精细调控（标记为：Fluoropor 10 ~30）。同时，随着材料表面粗糙度及孔径增大引起光散射，多孔材料（厚度~ 118.4 ± 5.0 μm）透明度逐渐降低；其中，Fluoropor 10 具有与无孔含氟聚合物材料近似的透明度。此外，基于氟化润滑液体和含氟聚合物材料具有相似的折射率，多孔材料灌注润滑液体后透明度显着提升。

多孔聚合物材料透明度测试。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

后续材料表面抑菌性能测试表明：Fluoropor-SLIPS 10 多孔材料表面7天孵化实验后，表面形成的菌膜覆盖面积最低，展现出最优的抑菌性能。

SLIPS表面菌膜覆盖面积测定。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

进一步对Fluoropor-SLIPS表面润滑效果长期稳定性进行测试，白光干涉测量数据显示：在流室中经过7天剪切应力作用，Fluoropor-SLIPS表面的润滑层大部分被损耗，导致聚合物基底的裸露。尽管如此，与未经灌注的初始材料表面相比，Fluoropor-SLIPS 10 和Fluoropor-SLIPS 15体系仍展现出较低的表面粗糙度，赋予材料表面优异的抑菌性。

Fluoropor-SLIPS表面润滑稳定性测试。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

7天后Fluoropor-SLIPS表面所形成菌膜显微镜观察表明：相比于空白玻璃基底，Fluoropor-SLIPS表面菌膜呈孤立的点状分布。同时，Fluoropor-SLIPS 30表面由剪切流形成的润滑剂通量线存在明显的菌膜附着。进一步表明材料表面孔隙率和粗糙度是抑制表面菌膜生长的两个关键参数。