设计抗生物粘附材料的新策略

生物粘附-蛋白质、细菌、细胞、海洋微生物等在材料表面的粘附和聚集-是实际生产生活中无处不在的难题。材料表面不必要的生物粘附会使生物传感器失效,人体植入物失灵、食品变质以及海洋工业每年数以亿计的经济损失。因此,抗生物粘附表面的设计开发在这些领域扮演着至关重要的角色。然而,传统的依赖于释放重金属离子/生物杀灭剂和材料表面物理/化学设计的方法要么会引起严重的环境和健康问题,要么不能满足实际的复杂环境下的应用需求。因此,发展新型、普适、高效、环境友好和价格低廉的抗生物粘附材料仍然是一个巨大的挑战。

图片1

 

荷叶出淤泥而不染,鱼儿在石油污染的海域依然能保持自身清洁,这些神奇的自然现象也证实了具有特殊浸润性的材料表面能够实现抗生物粘附的效果。通过归纳总结,北京航空航天大学化学学院刘明杰教授课题组提出了基于仿生超浸润表面(包括超疏水表面、水下超疏油表面和全疏易滑动表面)设计抗生物粘附材料的新策略。

由于其表面的微/纳复合结构和低表面能蜡的协同作用,超疏水表面能够捕获部分空气,从而极大地减少水滴与其表面的接触,因此可以长期有效避免生物污染物的粘附以及清洗那些偶然粘附在表面的生物污染物。受此启发,大量基于超疏水的抗生物粘附材料被发展用于抗细菌、血小板和细胞的粘附。水下超疏油表面能够通过其表面的微/纳复合结构和亲水性物质将水分子捕获,从而在其表面形成一层水层,因而可以极大地降低生物污染物的粘附。利用类似的策略,全疏易滑动表面通过充满液体的多孔结构形成类液态的表面显著降低细菌等生物污染物在其表面的粘附,使其能够在微小的剪切力的作用下清除这些生物粘附物。基于超浸润性的抗生物粘附表面展现了巨大的应用前景。我们相信这一新型的抗生物粘附材料能够将生物医学技术及海洋工业带入全新的时代。在不久的将来,必将为人类健康和日常生活带来巨大贡献。相关成果发表在Small- 超浸润专刊(DOI: 10.1002/smll.201503334)

Speak Your Mind

*