【参赛作品】浸润性质的“中庸之道”

古代欹器因其具有“满则覆,中则正,虚则欹”的特点而常被用来阐释“谦受益,满招损,戒盈持满”的中庸之道。中庸之道不仅体现在为人处事的道理中,也体现在人体内环境中。一般,大多数人体正常细胞需要在pH值为7.4左右的体液中生存,体液过度酸性或者过度碱性都有可能导致这类正常细胞的凋亡。因此,合理调控材料表面的浸润性质,使其在满足生物相容性的同时还能契合细胞生存环境,将有助于实现人工材料在体内的生物、医药方面的应用。

最近,北京化工大学石峰教授课题组报道了一种新颖的智能表面,可以使其在酸性或者碱性条件下呈现超亲水的性质,而在中性条件下表现为超疏水的性质,即在pH值范围内顺次实现了两次pH值响应的浸润性质转变,实现了对材料表面的智能调控,有望用于适应细胞生存环境的响应性材料。他们通过结合无电电化学沉积技术和三硫醇混合自组装单层膜技术,以硅片作为基底,通过在氯金酸/氢氟酸混合溶液中的无电电化学沉积过程获得微纳结合的树枝状粗糙结构;在粗糙表面的硫醇自组装单层膜修饰过程中,他们研究了三种不同末端的硫醇,即HS(CH2)11CH3,HS(CH2)10COOH和HS(CH2)11NH2的比例对于最终表面浸润性质转变的影响,并绘制了三种硫醇的比例下,智能表面对酸碱响应性的三元关系图。结果表明,调节合适的三硫醇比例可以实现智能表面在pH值逐渐增大时从超亲水转变为超疏水再转变为超亲水,使接触角-pH值曲线呈现钟罩形。从该曲线可以看出,在相对中性条件下表面呈现超疏水性,而随着pH值向酸性或者碱性方向改变,表面疏水性逐渐下降直至超亲水性。在大量报道的文献中,通常的接触角-外界刺激曲线通常呈现类似Z型或反Z型特征,表明接触角在某一个刺激条件下从超疏水转变为超亲水,或者反之,这样的转变过程可以实现可逆。迄今为止,尚未见报道在单一刺激下,表面呈现超亲水-超疏水-超亲水两次序贯的转变,即接触角-外界刺激曲线为钟罩型,随着外界刺激的连续变化,接触角先增大后减小。这一过程也与中华传统文化中的精髓——“中庸之道”和“过犹不及”有异曲同工之处。此外,在中性条件下的特殊浸润性质有望用于对细胞微环境的响应性调控,实现生理条件下的应用。

 

 

原文链接:Bell-shaped Superhydrophilic-superhydrophobic-superhydrophilic Double Transformation on a pH-Responsive Smart Surface (Adv. Mater. 2013, ASAP, DOI: 10.1002/adma.201302187.)