“多重仿生”搭建多功能超疏水材料表面

具有仿“荷叶效应”的超疏水材料表面在自清洁、防潮、油水分离、防污/防腐等领域有着广泛的应用。诸多研究成果表明，基于仿生策略构筑复合微纳结构表面是实现材料超浸润特性的高效策略之一。但是，目前在生物医学领域基于单一仿生策略制备的现有超疏水材料表面其耐久性和生物相容性尚不能完全满足应用需求。如何简便、高效构筑具有无毒性、长使用寿命及多功能性的超疏水涂层是当前医学生物领域的研究热点。

近日，韩国浦项工科大学（POSTECH）Kijung Yong、Hyung Joon Cha等研究者基于仿生荷叶表面的超疏微纳复合结构、贻贝足丝的超高粘附性以及沙塔蠕虫带电荷分泌层，利用高效、精确的电荷控制的纳米粒子层层自组装（ECLbL），简便实现了含巯基（SH）具有高粘附性兼具良好生物相容性3D结构化不润湿性涂层表面的构筑。该“多重仿生”策略构筑的新型功能化涂层在不同材质基底具有优异的普适性，在血管抗血栓、材料表面防污以及可控组织闭合等方面具有重要的应用。

多功能超疏水涂层仿生构筑策略示意图。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

研究团队首先分别采用氨基硅烷（AS）、聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）及贻贝黏着蛋白质粘合剂（iMglue）对基底进行表面修饰，经过修饰改性后基底表面带正电荷且呈亲水特性，静态水接触角（WCA）≤50°；随后经过层层自组装技术沉积分别带正负电荷的SiO₂和TiO₂纳米粒子。所制备的三种表面含SH官能团SiO₂(TiO₂/SiO₂)₂涂层其表面均呈现超疏水状态，水接触角（WCA）分别为156.1 ± 1.1°、163.5 ± 3.1°及 154.8 ± 0.8° 。

ECLbL构筑TiO₂/SiO₂超疏水涂层。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

磨损测试表明，三种SiO₂(TiO₂/SiO₂)₂涂层具有良好的抗磨损性能。其中基底基于iMglue修饰的仿生涂层在10次磨损循环后，表面仍维持超疏水性能。将其涂覆于仿血管器件内表面，其展现出优异的抗血栓性能。

涂层耐磨性及抗血栓应用测试。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

基于仿生材料iMglue优异的生物相容性以及高粘附特性，研究团队进一步将其应用于棉布纤维表面修饰。棉布两侧经iMglue修饰后，在其一侧喷涂沉积疏水性SiO₂纳米粒子使其呈现强不润湿特性，赋予棉布表面抗污性能；另一侧的iMglue组分能够渗透到皮肤创口，与皮肤产生高粘附结合（黏附强度提升26倍），实现抗污染组织闭合绷带的功效。

iMglue改性棉布用作高效抗污染组织闭合绷带。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

总结

该论文基于多重仿生策略，构筑了表面含巯基的新型高粘附功能涂层。该新型涂层在不同基材表面不仅展现出优异的超疏水状态和机械稳定性，同时具有优异的生物相容性，在血管抗血栓、抗污染组织闭合绷带等生物医学器件应用方面具有较大的应用潜力。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Combinational Biomimicking of Lotus Leaf, Mussel, and Sandcastle Worm for Robust Superhydrophobic Surfaces with Biomedical Multifunctionality: Antithrombotic, Antibiofouling, and Tissue Closure Capabilities

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 9777–9785, DOI: 10.1021/acsami.8b21122