背景介绍

研究表明，开发各种抗细菌黏附表面以阻止细菌的初始黏附和细菌生物膜的形成，是防止细菌和有害微生物传播危害的一种可行的科学方法，对人类健康和全球经济具有重要的研究意义。迄今为止，超疏水和超亲水型抗细菌黏附方法方面取得了重大进展，但这两种方法都是静态且被动的，超疏水型抗细菌黏附表面必须倾斜一定的角度才能使细菌液滴滚落，而超亲水表面对抗细菌黏附的耐久性较差，因此这些被动式的抗细菌黏附方法限制了它们的实际应用。

成果简介

本研究提出了一种基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略，构建了一个摩擦纳米发电驱动液滴系统（TNDDS）和布置了平行驱动电极的超疏水驱动平台(SDP)，以驱动细菌液滴的定向运动从而将细菌移除。TNDDS包括联结了周期性相互摩擦的Kapton膜及铝箔的摩擦纳米发电机（TENG）。通过操纵Kapton膜和铝箔板间的水平周期性往复摩擦，由TENG摩擦发电产生的电流传输至SDP上的平行驱动电极，并形成电场驱动细菌液滴的定向运动。液滴的驱动机制是带电液滴受到SDP上平行驱动电极的电场合力大于受到的SDP对液滴较小的摩擦阻力以至于液滴随着驱动力方向运动。结果表明，驱动液滴体积的临界值（最大驱动液滴和最小驱动液滴）与平行驱动电极的距离和电极宽度密切相关，液滴的驱动距离及电极的数量有关；TNDDS还可以主动驱动自制的高效杀菌Ag NPs三角片液滴与微细菌液滴混合杀菌，及原路返回驱离细菌液滴，并能实现微小半封闭通道中的微小细菌液滴的移除，且SDP具有极好的抗细菌黏附性。因此，基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略为抗细菌黏附的研究开辟了一条新的路径。