【参赛作品】可多次修复自身划痕的光学透明抗菌薄膜

自修复材料是一类拥有结构上自愈合能力的智能材料,能修复由于长期的机械使用所造成的损害。发明这种材料的灵感源于在受伤后能自我修复的生物系统。世界上已经有一些材料具备了自修复功能,比如一些高分子和陶瓷材料。在经过一系列的不同的工艺过程后,它们能修复自身的损伤。这样的材料能够在降解之前使用更长的时间,甚至可以减少由于材料报废而造成的损失,而且它的修复过程必须是无人参与。

透明薄膜作为一种防护材料,广泛用于光学与显示仪器。但是,与人体直接接触产生的划痕与手指携带的细菌和病毒这两个问题限制了透明薄膜的发展。

吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室的孙俊奇教授、 裘令瑛工程师等在期刊《Advanced Functional Materials》上发表了一篇名为《Optically Transparent Antibacterial Films Capable of Healing Multiple Scratches》(Adv. Funct. Mater. 2014. DOI:10. 1002/ adfm. 201302109)的文章,声明开发出可多次修复自身划痕的光学透明抗菌薄膜。


研究人员采用层-层(LbL)组装技术,将带有支链的聚乙烯亚胺(bPEI)和聚丙烯酸(PAA)通过分子间作用力与氢键交替沉积得到bPEI/PAA薄膜。将表面活性剂溴化十六烷基三甲铵(CTAB)作为微胶囊,封装抗菌剂三氯生(学名“二氯苯氧氯酚”,triclosan)形成triclosan@CTAB溶液,将bPEI/PAA薄膜浸没其中。亲水的CTAB将包覆的triclosan装载在bPEI/PAA薄膜上,成功制备triclosan-(bPEI/PAA)薄膜。

这种薄膜能够持续的释放出抗菌剂三氯生,有效地抑制革兰氏阳性菌和阴性菌。图1a和b分别以大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为例,可以发现triclosan-(bPEI/PAA)薄膜周围有一圈清晰的细菌抑制带。

同时,研究人员将玻璃上的triclosan-(bPEI/PAA)薄膜刮花后再用水湿润受损表面,30min后目视观察薄膜完好如初(如图2)。通过原子力显微镜(AFM)验证了目视的结论。这是因为bPEI和PAA在潮湿的环境中可以流动重组,即使重复5次被刮划也可以自修复。

但是通过扫描电子显微镜(SEM)发现,重复5次损伤——修复循环后triclosan-(bPEI/PAA)薄膜的厚度由原来的19.9μm减少到14.3μm,说明该薄膜并不是可以无限循环使用。

研究表明,triclosan-(bPEI/PAA)薄膜在潮湿的环境下依然具有令人满意的机械稳定性能,预示着具有抗菌性能的透明防护材料有着广阔的应用前景。研究人员正在尝试将纳米填充物接入LbL组装膜中,制备自修复透明强力膜,基于非共价键可逆的内在自修复是制备自修复透明薄膜的实际出路。

选材出处: Optically Transparent Antibacterial Films Capable of Healing Multiple Scratches