昆士兰大学/吉林大学合作 Angew：表面 PISA - 界面调控形貌的新策略及其抗污抗菌应用

2025-08-21 16:41:17 作者：化学与材料科学来源：化学与材料科学分享至：

聚合诱导自组装（Polymerization-Induced Self-Assembly，简称 PISA）是一种简便高效的制备聚合物纳米粒子的方法。该策略通常采用可控活性聚合技术（如 RAFT、ATRP 或光引发聚合），在溶液中逐步生成嵌段共聚物。随着疏水嵌段链长的增加，聚合物在反应过程中会在溶剂中自发组装，形成胶束、囊泡、纳米球等多种纳米结构。

尽管传统的 PISA 技术主要在均相溶液体系中展开（图1a），但其原理和优势也引发了研究者将其应用拓展至界面的兴趣。最近，澳大利亚昆士兰大学付长奎/Andrew Whittaker团队与吉林大学吕中元/朱有亮团队合作，将 PISA 从溶液体系拓展至平面基底表面，提出了“表面 PISA”的全新概念（图1b&c）。与溶液PISA 不同，表面 PISA 是通过在固体基底表面修饰大分子引发剂，实现聚合和自组装的原位表面构筑。研究团队利用表面引发的光诱导电子转移-可逆加成-断裂链转移（PET-RAFT）聚合的操作简便性，通过实验和动力学模拟系统研究了多个关键参数对聚合物纳米结构在表面构筑的影响，包括反应时间（图2）、接枝密度、大分子引发剂链长以及成核单体浓度等。结果显示，表面 PISA 在组装行为与形貌调控上展现出与传统溶液 PISA 明显不同的特征，为功能表面材料的精准构建提供了一种新颖而有效的策略。

图1：a) 使用自由大分子引发剂的常规溶液 PISA，b) 由锚定在平面上的大分子引发剂介导的表面 PISA，以及 c) 本研究中用于建立表面 PISA 的化学方法。

图2：不同反应时间下表面 PISA 在硅晶片表面形成的聚合物纳米粒子的a) 形貌，b) 尺寸，c) 厚度，以及d)表面粗糙度。

本工作进一步探索了表面 PISA 在抗污和抗菌方面的应用。首先，表面 PISA 所形成的聚合物纳米结构较传统高分子刷具有更出色的抗细菌粘附性能。随后，该团队通过表面 PISA 所形成的粗糙形貌，浸润润滑液体（硅油），在材料表面构建出光滑稳定的液体薄膜，从而形成了 “超滑”表面（图3），也就是 SLIPS（slippery liquid-infused porous surfaces）。测试表明，这种 SLIPS 表面对水滴、饮料以及极性有机溶剂等液体都表现出极强的滑移性，同时几乎完全阻止了细菌的附着。这一成果为制造低成本、高性能的抗污表面提供了新思路。作者也尝试通过表面PISA技术来包裹抗生素，赋予材料表面抗菌的性能。

图3：表面 PISA 实现的 SLIPS 示意图。

总的来说，该工作把原本主要在均相溶液体系中进行的PISA 技术成功拓展到平面表面，不仅能精确调控表面纳米结构，还能有效改善材料的防污和抗菌性能。通过模拟与实验，揭示了影响表面 PISA 形成的重要因素，并展示了其在抗菌药物递送和创新型 SLIPS 防污表面开发中的应用潜力。这项研究为 PISA 技术开辟了全新的应用场景，也为未来高性能功能材料的设计提供了新思路。