超疏/超亲水界面在自清洁表面制备、油/水分离、不粘涂层和防污表面制备等领域具有重大的应用潜力。对于超润湿界面的构筑，微纳二元复合结构和低表面能物质是其卓越性能两大关键因素。在诸多的研究中，含氟材料由于其极低的表面能特性，被广泛的应用于超疏水表面的构筑，然而，含氟化合物/聚合物其化学性质稳定，分解周期长，很容易在生物体内累积，影响人类健康。同时，由于复杂微纳结构制备工艺和含氟化合物昂贵的价格及不可生物降解性，导致目前多数已报道的超疏界面构筑方法在实际工程应用中受到限制。因此，急需开发一种简便的、环境友好型的超疏界面构筑方法。

    近日，柏林自由大学（Freie Universit?t Berlin）的研究团队受贻贝足蛋白结构（mfp-5）启发，合成了树枝状的仿贻贝聚甘油分子，基于此化合物自交联制备了在不同基底具有超强吸附特性的超亲水涂层表面（SHL），进一步借助非含氟脂肪酸修饰改性成功构筑多种超疏水表面（SHP）；同时，受“猪笼草”（Nepenthes）自润滑超疏层结构启发，构筑了耐久性优异的环境友好型自润滑涂层（environmentally friendly slippery surface, eSLIPS），展现出良好的自清洁能力。

    图1. 仿贻贝树枝状聚甘油分子（MI-dPG）结构及其构筑的超疏/超亲/自润滑表面。

    该研究通过MI-dPG分子结构中氨基（-NH2）和儿茶酚基团在氧化条件下进行迈克尔加成或希夫碱反应来增加涂层的交联度。通过调节溶液的聚合物浓度和pH值，来控制MI-dPG的交联速度，从而简单的制备了涂层的微纳二元复合结构，这使得该涂层的大面积实际应用成为可能。同时，该MI-dPG涂层展现出良好的水下疏油特性，经过非含氟脂肪酸修饰改性后呈现超疏水特性，展现出优异的自清洁性能。测试结构表明该超亲/超疏涂层具有优异的长期稳定性、耐酸碱性和耐磨性。

    图2. MI-dPG表面的微纳二元复合结构（I）及水下疏油特性和自清洁特性（II）。

    研究进一步发现，传统的纤维素/PS海绵经过hMI-dPG浸渍修饰后，具有出良好的吸油特性，在油/水分离方面展现出重大的应用潜力。

    图3. hMI-dPG修饰的超疏水海绵吸油循环实验。

    进一步将上述经过hMI-dPG修饰的多孔材料进行亲脂性溶剂灌注（5-10 s），得到性能优异的eSLIPS涂层。令人惊喜的是，在该体系中日常生活所用的葵花油作为亲脂性润滑剂，其效果与纯十六烷的效果类似。而且，该eSLIPS涂层具有更好的透光性和抗细胞粘附性。

    图4. eSLIPS涂层的耐油性测试、透光性及抗细胞吸附性。

    —— 总结 ——

    从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，发展“绿色化学”、“环境友好化学”，是新世纪化学进展的主要方向之一。在该研究中，柏林自由大学的研究团队发展了一种简单、高效、低成本、非含氟的普适性超浸润体系（super-wetting systems）。该体系在超疏水/超亲水涂层、自清洁涂层、抗蛋白吸附以及油/水分离等方面展现出卓越的性能，有望在诸多领域代替传统的含氟系列超疏体系，应用前景广阔。

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责任编辑：王元

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