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域具有重大的應用潛力。對于超潤濕界面的構筑，微納二元復合結構和低表面能物質是其卓越性能兩大關鍵因素。在諸多的研究中，含氟材料由于其極低的表面能特性，被廣泛的應用于超疏水表面的構筑，然而，含氟化合物/聚合物其化學性質穩定，分解周期長，很容易在生物體內累積，影響人類健康。同時，由于復雜微納結構制備工藝和含氟化合物昂貴的價格及不可生物降解性，導致目前多數已報道的超疏界面構筑方法在實際工程應用中受到限制。因此，急需開發一種簡便的、環境友好型的超疏界面構筑方法。

    近日，柏林自由大學（Freie Universit?t Berlin）的研究團隊受貽貝足蛋白結構（mfp-5）啟發，合成了樹枝狀的仿貽貝聚甘油分子，基于此化合物自交聯制備了在不同基底具有超強吸附特性的超親水涂層表面（SHL），進一步借助非含氟脂肪酸修飾改性成功構筑多種超疏水表面（SHP）；同時，受“豬籠草”（Nepenthes）自潤滑超疏層結構啟發，構筑了耐久性優異的環境友好型自潤滑涂層（environmentally friendly slippery surface, eSLIPS），展現出良好的自清潔能力。

    圖1. 仿貽貝樹枝狀聚甘油分子（MI-dPG）結構及其構筑的超疏/超親/自潤滑表面。

    該研究通過MI-dPG分子結構中氨基（-NH2）和兒茶酚基團在氧化條件下進行邁克爾加成或希夫堿反應來增加涂層的交聯度。通過調節溶液的聚合物濃度和pH值，來控制MI-dPG的交聯速度，從而簡單的制備了涂層的微納二元復合結構，這使得該涂層的大面積實際應用成為可能。同時，該MI-dPG涂層展現出良好的水下疏油特性，經過非含氟脂肪酸修飾改性后呈現超疏水特性，展現出優異的自清潔性能。測試結構表明該超親/超疏涂層具有優異的長期穩定性、耐酸堿性和耐磨性。

    圖2. MI-dPG表面的微納二元復合結構（I）及水下疏油特性和自清潔特性（II）。

    研究進一步發現，傳統的纖維素/PS海綿經過hMI-dPG浸漬修飾后，具有出良好的吸油特性，在油/水分離方面展現出重大的應用潛力。

    圖3. hMI-dPG修飾的超疏水海綿吸油循環實驗。

    進一步將上述經過hMI-dPG修飾的多孔材料進行親脂性溶劑灌注（5-10 s），得到性能優異的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胞粘附性。

    圖4. eSLIPS涂層的耐油性測試、透光性及抗細胞吸附性。

    —— 總結 ——

    從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染，發展“綠色化學”、“環境友好化學”，是新世紀化學進展的主要方向之一。在該研究中，柏林自由大學的研究團隊發展了一種簡單、高效、低成本、非含氟的普適性超浸潤體系（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/水分離等方面展現出卓越的性能，有望在諸多領域代替傳統的含氟系列超疏體系，應用前景廣闊。

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責任編輯：王元

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