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  細(xì)菌一旦接觸傷口，在適宜的溫濕度環(huán)境中能夠迅速滋生并繁殖，導(dǎo)致病人傷口潰爛引發(fā)內(nèi)部感染；此外，生物被膜的產(chǎn)生還會對材料和醫(yī)療器械的功能造成不良影響進(jìn)而縮短其使用壽命。因此，研發(fā)新型抗菌材料并優(yōu)化其理化性能，有效防止細(xì)菌粘附及生物被膜的形成，在臨床醫(yī)療與健康護(hù)理領(lǐng)域具有十分重要的意義，也是目前研究的熱點(diǎn)。

  具有超疏水性能的蜂窩狀有序多孔膜材料能夠降低細(xì)菌與固體表面的附著力，使細(xì)菌在表面形成生物膜之前就能被輕易除去，在自清潔領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但是，由于多孔膜不具備抗菌性能，可能造成部分微生物長期存活，繼而形成細(xì)菌膜。因此，開發(fā)具有高效抗菌性能以及抗細(xì)菌粘附雙重性能的多孔膜材料是目前亟待解決的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)。

  基于此，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院任學(xué)宏教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種兼具抗菌及抗細(xì)菌粘附功能的N-鹵胺基POSS多孔材料。該工作首次將抗菌劑鹵胺化合物與POSS基嵌段共聚物多孔膜結(jié)合，以含氟POSS嵌段共聚物為成膜基材，通過呼吸圖案法制備表面形貌可控的有序多孔薄膜；繼而通過滴加與噴涂的技術(shù)，將鹵胺化合物修飾到多孔膜上，得到具有微針墊結(jié)構(gòu)的N-鹵胺基POSS嵌段共聚物多孔膜，制備流程如圖1所示。

圖1 POSS-(PTFEMA)8剝離膜的細(xì)菌吸附及HQS-Cl滴加和噴涂針形膜抗菌過程示意圖

Fig. 1 Schematic illustration of the bacterial adsorption of the POSS-(PTFEMA)8 pincushion structure films and the antibacterial process of HQS-Cl adding and spraying pincushion films

  通過剝離技術(shù)處理多孔膜，目的是進(jìn)一步提高多孔表面的粗糙度，得到微針墊多孔表面結(jié)構(gòu)的超疏水膜，在自清潔領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，制備得到的多孔膜及剝離膜的接觸角分別為119.2°和163.5°，并具有優(yōu)異的耐酸耐堿性、耐高溫性以及力學(xué)性能良好。POSS嵌段共聚物多孔膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的抗細(xì)菌粘附性能，如圖2和圖3所示。

圖2.金黃色葡萄球菌細(xì)胞在不同膜上的吸附的SEM圖像 (a)平面膜，(b)多孔膜，(c)剝離膜；插圖是相應(yīng)膜對水的接觸角；(d)-(f)是相應(yīng)的(a)-(c)的細(xì)菌吸附模型。

Fig. 2 SEM images of S. aureus cells adsorption on the different films. (a) flat film, (b) porous film, (c) pincushion film. The inset images were the water contact angles on the corresponding films. (d)-(f) were bacterial adsorption models of the corresponding (a)-(c)

圖3 大腸桿菌在不同膜上的吸附的SEM圖像 (a)平面膜, (b)多孔膜,(c)剝離膜

Fig. 3 SEM images of E. coli O157:H7 adsorption on the different films. (a) flat film, (b) porous film, (c) pincushion film.

  N-鹵胺基POSS嵌段共聚物膜的殺菌性能優(yōu)異，經(jīng)滴加的方法得到的疏水抗菌膜與細(xì)菌接觸30min后能夠使所有接種的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌失活；經(jīng)噴涂的方法得到的疏水抗菌膜與細(xì)菌接觸30min后能夠殺死100%的大腸桿菌，如圖4所示。

圖4 改性多孔膜對(a)金黃色葡萄球菌和(b)大腸桿菌O157:H7的抗菌活性

Fig. 4 Biocidal activities of the modified pincushion films against (a) S. aureus and (b) E. coli O157:H7

  研究者還展示出了材料的多種表征及性能。如圖5所示，剝離膜的AFM表面具有尖銳的峰，而多孔膜的表面為鈍角。多孔膜的粗糙度為69.7 nm，剝離膜的粗糙度為299.0 nm。通過納米壓痕技術(shù)表征了多孔膜和剝離膜的力學(xué)性能，其負(fù)荷深度的曲線如圖6(a)和(b)所示，多孔膜和針形多孔膜的模量分別為4.0220 GPa和3.6421 GPa，硬度分別為0.0436 GPa和0.0304 GPa。

圖5(a)多孔膜，(b)剝離膜的AFM圖像

Fig.5 The AFM images of the (a) porous film and (b) pincushion film

圖6載荷深度曲線 (a)多孔膜，(b)剝離膜

Fig. 6 Curves of load-depth (a) porous film, (b) pincushion film

  該研究的最大意義在開發(fā)出具有高效抗菌以及抗細(xì)菌粘附雙重功能的新型多孔膜材料，解決了材料因長期使用過程中粘附少量細(xì)菌導(dǎo)致細(xì)菌膜的形成而造成二次污染的問題，為自清潔膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用開辟新思路。

  研究成果以“Hydrophobic N-halamine based POSS block copolymer porous films with antibacterial and resistance of bacterial adsorption performances”為題近日發(fā)表在Chemical Engineering Journal（2021, 410, 128407）上。通訊作者是江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院任學(xué)宏教授，第一作者是江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院2017級博士研究生孔雀。

  上述研究得到了輕工技術(shù)與工程一流學(xué)科(LITE2018-21)、江蘇省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（BK20180588）、江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYCX19_1853）等基金的支持。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721000061