材料表面無法避免的細菌粘附生長是當前醫學、海洋航運、環保及能源等領域面臨的棘手問題。細菌在材料表面聚集生長能夠形成由多糖、蛋白質、核酸等構成的具有高抗藥性的生物膜（biofilm），進而導致船只表面的海洋生物富集、醫療器械的細菌污染、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菌或降低材料表面細菌粘附兩種策略。其中，在材料表面構筑水化層或低表面能涂層以降低材料表面細菌粘附性展現出更優的實用性，但其也仍面臨著長期抗污染性能差的問題。

    近日，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）Bastian E. Rapp教授研究團隊采用UV引發自由基乳液聚合制備含氟聚合物Fluoropor多孔材料，并進一步在該多孔基底灌注氟化潤滑液體構筑了能夠高效抑制細菌粘附的液體灌注光滑多孔表面（slippery liquid-infused porous surfaces, SLIPS）。研究人員對材料孔隙率及表面粗糙度對表面長期抑菌效果進行了詳細探究，經過優化后的改性材料表面擁有較高的透明度，且能夠實現抑制綠膿桿菌生物膜生長達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；通過簡單調節致孔劑用量（10-30 wt %）可實現材料孔隙率及表面粗糙度的精細調控（標記為：Fluoropor 10 ~30）。同時，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，Fluoropor 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，多孔材料灌注潤滑液體后透明度顯著提升。

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

    后續材料表面抑菌性能測試表明：Fluoropor-SLIPS 10 多孔材料表面7天孵化實驗后，表面形成的菌膜覆蓋面積最低，展現出最優的抑菌性能。

SLIPS表面菌膜覆蓋面積測定。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

    進一步對Fluoropor-SLIPS表面潤滑效果長期穩定性進行測試，白光干涉測量數據顯示：在流室中經過7天剪切應力作用，Fluoropor-SLIPS表面的潤滑層大部分被損耗，導致聚合物基底的裸露。盡管如此，與未經灌注的初始材料表面相比，Fluoropor-SLIPS 10 和Fluoropor-SLIPS 15體系仍展現出較低的表面粗糙度，賦予材料表面優異的抑菌性。

Fluoropor-SLIPS表面潤滑穩定性測試。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，Fluoropor-SLIPS表面菌膜呈孤立的點狀分布。同時，Fluoropor-SLIPS 30表面由剪切流形成的潤滑劑通量線存在明顯的菌膜附著。進一步表明材料表面孔隙率和粗糙度是抑制表面菌膜生長的兩個關鍵參數。

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

    總結

    該論文通過乳液聚合制備低表面能多孔聚合物材料，結合氟化潤滑劑灌注，簡便構筑了具有高效抑制菌膜生長的材料表面（Fluoropor-SLIPS）。具有低表面粗糙度的Fluoropor-SLIPS 10展現出最優的抑菌效果，同時，該體系的高透明度使其成為原位可視化觀察菌膜生長實驗的理想基底材料。

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責任編輯：王元

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