仿生协同防污涂层的制备及性能

目的 将低表面能、仿生、纳米粒子防污技术相结合,制备出具有仿生协同效应的海洋防污涂层.方法 利用光刻法加工出带有负向形貌的硅板,以低表面能材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,加入纳米ZnO、仿渗型防污剂苯基甲基硅油(PSO)以及固化剂、分散剂等助剂,经固化倒模,得到表面具有微米级织构的仿生协同效应的海洋防污涂层.通过扫描电子显微镜、X射线能谱仪分析观察涂层的表面形貌及元素分布.通过立体显微镜、红外分光测油仪观察并测定涂层中PSO的渗出速率.通过拉伸试验研究涂层的力学性能.通过接触角测试和硬度测试研究涂层的表观性能.通过抗菌实验研究涂层的防污性能.结果 涂层表面具有规则且完整的微米级织构,由于PSO和纳米ZnO的添加,涂层的疏水性能和力学性能显著提升,10％ZnO含量的涂层具有最佳的力学性能和防污剂释放速率.表面具有圆柱形织构的协同防污涂层的抗细菌粘附效果最好,其细菌粘附率减少了90％.结论 该仿生协同防污涂层相比单一原理防污涂层具有更为优异的防污效果,通过纳米ZnO的加入调控了防污剂PSO的渗出速率,延长了涂层的使用期效,且不会对环境产生污染,具有良好的发展前景.     

含氟两亲性聚合物刷构筑及防污应用研究进展

表面接枝聚合物刷是一种改善表面理化性质,防止蛋白质等生物大分子和其他污损生物吸附的有效方法。含氟聚合物由于其强疏水性、低表面能和低表面粘附力等特点,是构建两亲性聚合物刷的理想组分之一。本文概述了含氟两亲性聚合物刷的构筑方法、种类和防污机理,着重介绍了该类涂层在抗蛋白、抗菌、藻类以及其他污损生物吸附方面的最新研究成果,详细分析了含氟两亲性聚合物刷化学组成、表面重构和弹性模量等因素对微相分离行为以及防污性能的影响规律。亲疏水组分比例会对涂层的相分离行为产生影响,改变亲疏水组分比例可以形成不同尺度、不同形貌的相分离结构,进而影响涂层的防污性能。亲疏水组分的连接方式会影响涂层表面的重构行为,实现涂层亲疏水性能的转变,进而实现调控涂层表面的防污行为。从分子设计层面初步揭示了含氟两亲性聚合物刷的防污机理。最后指出构筑新型的多种防污机制协同作用的多功能化含氟两亲性聚合物刷,是未来两亲性聚合物涂层的主要发展方向。     

基于自清洁型海洋智能防污涂层的最新研究进展

从自修复防污涂层、可逆切换粘附表面、自更新动态表面3个方面介绍了自清洁型海洋智能防污涂层技术的研究进展,及其在延长涂层服役寿命和主动防污方面起到的关键作用。自修复涂层通过微胶囊或可逆动态键修复破损的超疏水表面,延长其防污寿命。通过可逆切换粘附表面响应p H、应力或温度变化,进行亲/疏水表面的可逆切换,从而使污染物脱附。自更新动态表面可以根据周围微环境变化产生响应,发生聚合物降解、脱落、杀菌剂控制释放等行为,不仅可以减少污损生物的附着,而且可以使附着污损脱附。综述了自清洁型海洋智能防污涂层的研究成果,介绍了智能涂层在提高海洋防污方面的特点。基于现有研究的不足,对智能涂层的响应机制和应用方面的研究进行了展望。     

改善SiO2涂层与聚酰亚胺基体界面结合性能的研究

目的 利用硅烷偶联剂(SCA)有机官能基对有机物具有反应性或相容性的特点,探讨通过SCA改善SiO2涂层与聚酰亚胺(PI,Kapton)基体界面粘附力的实验方法,提高SiO2涂层与PI基体的结合强度,同时削弱因温度变化而引起的内应力.方法 水热条件下,用低浓度碱液对PI表面进行处理,选取γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)等三种不同的SCA,在溶剂热环境中与碱处理后的PI表面进行作用.用水汽辐照试验评价SCA与PI的结合状况.样品表面形貌用SEM扫描电镜和材料分析显微镜表征,表面润湿性用接触角测量仪测定,透光率用紫外可见分光光度计表征.结果 经0.1 mol/L NaOH水热处理后,Kapton表面的水接触角由77°下降为53°.KH-550溶剂热环境下,在Kapton表面形成均匀的水解层.水汽辐照试验后,该水解层依然保持完整,透光率没有下降.但KH-560和KH-570水解层出现脱落,透光率分别下降了4.4％和9.3％.结论 SCA虽然可以有效改善聚合物基体的润湿性,提高无机涂层与基体的界面粘附性,但在SCA选取上,必须考虑其与聚合物表面的相互作用.若SCA与聚合物基体的结合不牢固,反而更易造成涂层开裂、脱落,成为潜在的不稳定因素.     

304不锈钢表面聚吡咯纳米结构的构建及其抗细菌粘附性能

目的在304不锈钢表面制备抗细菌粘附的聚吡咯涂层。方法采用电化学无模板方法,在304不锈钢表面构建具有超疏水性能的纳米锥结构聚吡咯涂层,实现抗细菌粘附的功能。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱分析了聚吡咯涂层的表面形貌和化学成分,同时采用X射线光电子能谱技术表征了涂层的元素组成,采用接触角仪测试了涂层的亲疏水性,采用原子力显微镜的Kelvin探针力显微镜模块研究了涂层的表面电势,通过平板计数法研究了聚吡咯涂层的抗细菌粘附特性,并进一步通过扫描电子显微镜观察了细菌在涂层表面的粘附情况。结果通过两次电化学聚合在304不锈钢表面构建了萘磺酸掺杂的纳米锥结构聚吡咯涂层,该涂层的接触角为121.1°,具有较强的疏水性,平滑结构聚吡咯和纳米锥结构聚吡咯的表面电势分别为(136±3)mV和(335±3)mV。大肠杆菌粘附实验结果表明,大肠杆菌几乎不粘附于纳米锥结构聚吡咯表面,纳米结构的聚吡咯涂层具有抗细菌粘附的性能。结论纳米锥结构聚吡咯具有较强的疏水性,同时具有高的表面电势,从而使细菌与表界面的相互排斥力大于吸引力,因此纳米锥结构聚吡咯具有抗细菌粘附的性能。     

电泳沉积制备TA有机复合涂层及其性能

目的通过便捷的共混方式在聚合物涂层中引入单宁酸(TA)锚定涂层,并改善涂层性能,提供新颖、简单的水性聚合物涂层固定及增强方法。方法通过简单的溶解分散方式将TA混入聚合物自组装成的纳米粒子分散液中,并采用阴极电泳在裸钛表面制备TA复合涂层。通过扫描电子显微镜对涂层形貌进行分析。通过超景深显微镜粗糙度测定、铅笔硬度测试、划格法附着力测试、浸泡法等,分别评价NP-TA_x复合涂层的厚度、粗糙度、硬度、附着力、耐久性等性质。最后通过防污测试评价TA复合对聚合物涂层防污性能的影响。结果成功合成了一种两性离子型水性聚合物PIDS,并自组装成纳米粒子,粒子呈球形形貌,粒径约184.8 nm。将纳米粒子与TA混合后,成功通过阴极电泳技术在钛表面制备复合涂层,通过调节沉积电压和时间可以获得不同厚度及表面微结构的涂层表面,涂层制备简便可控。制备NP-TA_x复合涂层后,TA提高了涂层的成膜性,涂层表面结构变得更为平整。NP-TA_x复合涂层的附着力由NP的2级增加到0级,硬度由NP的HB上升为1H,稳定性也大幅提升。通过防污测试表明,TA复合的两性离子涂层对蛋白质和细菌仍具有良好的防污效果,表明TA复合不会影响涂层现有性质。结论 TA与水性聚合物纳米粒子复合制备涂层,可大大提升聚合物涂层综合性能,是一种新颖、简单而且有效的水性聚合物涂层固定及增强途径。     

医用Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面自组装活性抗凝血复合涂层的构建及其血液相容性

为改善新型近β钛合金Ti3Zr2Sn3Mo25Nb(TLM)的抗凝血性能和血液相容性,通过溶胶-凝胶和表面官能化技术在TLM合金表面制备出一层活性TiO2薄膜,再利用自组装技术在TiO2薄膜表面构建一个肝素-白蛋白多层功能复合涂层。利用Raman光谱分析改性处理后TLM合金表面涂层的相组成,借助SEM、AFM研究了复合涂层的表面形貌和微观特征,通过溶血率测试、血小板粘附试验对TLM合金表面改性前后的血液相容性进行评估。结果表明,经表面肝素-白蛋白复合涂层修饰处理后,TLM合金的溶血率显著降低,表面粘附的血小板数量明显减少且激活反应轻微,即TLM合金的抗凝血性能和血液相容性均得到了明显改善。     

低表面能改性聚丙烯酸酯的合成及防污性能研究

目的制备环境友好型的海洋防污涂料,即低表面能海洋防污涂料。方法以含氟单体甲基丙烯酸十二氟庚酯(FMA)和含硅单体γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为改性单体,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和丙烯酸丁酯(BA)为主要单体,通过自由基共聚合制得氟硅改性的聚丙烯酸酯树脂层,采用傅里叶红外光谱和差示扫描量热法,分别对改性聚丙烯酸酯树脂的化学结构和热性能进行了分析表征。通过对改性聚丙烯酸酯树脂涂层的扫描电子电镜(SEM)分析、接触角测试、表面能计算、附着力测试、耐酸碱测试,防污性能测试等,探讨了FMA和KH570含量对树脂涂层性能的影响。结果当FMA、KH570的含量分别为15%、10%时,树脂涂层的接触角达到112.0°,表面能低至18.425 m J/m~2,附着力达到1级,具有良好的防污性能。结论氟单体和硅单体单独参与共聚改性均具有降低聚丙烯酸酯树脂表面能的作用,而氟单体和硅单体共同改性聚丙烯酸酯对树脂涂层表面能的降低更显著,可作为一种很有潜力的海洋低表面能防污涂料。     

海洋防污涂层的抗污机制及制备策略研究进展

首先简要陈述了海洋生物/微生物在金属基底表面的生物粘附和代谢物-腐蚀过程,包括条件膜吸附、生物膜形成、藻类和幼虫附着、大型生物寄居4个阶段。其次介绍了海洋防污涂层的2种抗污机制,分别是利用物理法抑制生物污损在材料表面附着和利用化学法释放防污剂或是产生活性氧杀灭微生物,并对比和分析了2种抗污机制的差异及其局限性。进一步将海洋防污涂层的构筑策略分为协同抗污和仿生抗污这两大类,其中协同抗污策略包括利用复配防污剂来提升抗菌广谱性,降低耐药性,或是引入电、热、磁等外场干预来协同强化涂层抗污效果。仿生抗污策略则是师法自然,在材料表面构筑微纳米结构,赋予涂层超浸润、超润滑、动态自抛光等仿生学特性,从而实现涂层的高效抗污。此外,还可以在涂层中引入天然防污剂或合成其衍生物,以降低防污剂对生态环境的毒害作用。最后展望了涂层防污机制的研究方向,并提出了新一代防污涂层的设计思路。     

医用钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb表面自组装抗凝血复合涂层的构建及其血液相容性(英文)

为了提高新型近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)的抗凝血性能,先通过优化溶胶凝胶技术在TLM合金试样表面制备出一层致密、均匀的TiO2薄膜,再结合表面官能化处理和静电层自组装技术,在TiO2薄膜表面构建一个多层肝素功能涂层。通过XRD分析改性处理后TLM合金表面涂层的相组成,借助SEM、AFM研究功能涂层的表面形貌和微观特征,通过动态凝血时间、溶血率、血小板粘附实验对TLM合金表面改性前后的抗凝血性能和血液相容性进行评估。结果表明,经表面肝素化修饰处理后,TLM合金试样表面光滑、平整,同时材料表面的动态凝血时间延长,溶血率明显降低,试样表面粘附的血小板很少且没有被明显激活,TLM合金的抗凝血性能和血液相容性均得到了明显的改善。     

NH2-ZIF-7 MOFs负载羧基化苯并异噻唑啉酮防污剂的制备和抗菌防污性能研究

目的 开发长效缓释且具有生物相容的绿色环保防污剂,消除防污剂在涂层中初期“爆释”、后期无法释放的弊端,实现新型缓释剂长效防污的功效。方法 通过简单的浸渍法负载防污剂分子,实现有效且缓慢释放;通过SEM、TEM观察负载前后纳米粒子的形貌;通过FT-IR、XRD、TGA、XPS、BET探究客体分子与纳米容器间的耦合作用,利用UV-Vis测试其释放性能;通过抑菌圈、平板菌落计数法、浊度法测试其抑菌性能;通过激光共聚焦观察涂层表面防细菌/藻类贴附性能。结果 氨基ZIF-7(NH2-ZIF-7)成功负载羧基化1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT-COOH),实现了有效封装和稳定释放,并且金属有机框架材料负载后(NH2-ZIF-7@BIT-COOH),革兰氏阴性菌(E.coli)和革兰氏阳性菌(S.aureus)的抑菌圈直径分别提高至(21.7±0.2)和(21.7±0.3)mm。进一步利用激光共聚焦观察涂层表面的细菌/藻类贴附情况,表明添加质量分数4%NH2-ZIF-7@BIT-COOH的混合树脂涂层具有优异的防细菌/藻类贴附性能。结论 利用NH2-ZIF-7封装BIT-COOH防污剂,可有效捕获、稳定释放并具有优异的抗菌性能,另外在丙烯酸树脂涂层中加入NH2-ZIF-7@BIT-COOH新型缓释防污剂能够有效抑制细菌/海藻的贴附,为新型缓释长效广谱低毒的防污剂开发提供了新的思路。     

钛合金表面主−被动抑菌改性方法研究进展

钛合金材料具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性,被广泛用于医疗领域,特别是可植入器械。医疗器械的型号多样、结构复杂、局部尺寸较小,且在使用过程中会接触多种媒介,极易黏附污渍,导致微生物的聚集,引发器械感染,安全、可靠的医疗器械是提高救治效率的关键。从细菌生长机制出发,将现有金属材料表面抑菌改性方法归纳为两大类:依靠抗菌涂层主动杀菌的改性方式和控制表面润湿性的被动抑制细菌黏附的改性方式。采用主动改性方式,虽然能从根本上杀死细菌,但是在实际应用中这些杀菌剂存在耐药性、成本高、生物毒性等问题。被动改性方式无法直接杀死细菌,一旦表面被细菌定植,就会失去抑菌效果。为了实现医疗器械表面高效、长时、安全的清洁,研究者提出主–被动协同抑菌改性方法,将化学杀菌方法与抗黏附抑菌方法相结合,充分发挥2种方法的优势,这是未来研究的重点。     

抗菌低表面能复合型海洋防污涂料的研究进展

海洋生物污损给海洋工程与装备带来了巨大的困难与挑战,低表面能型海洋防污涂料由于环境友好,近年来已发展成为防污涂料研究与开发的重点。通过在低表面能防污涂料中引入抗菌剂,制备具有复合功能的防污涂料,可进一步提高涂料的综合防污能力。针对该技术背景,首先对海洋防污涂料的技术原理和低表面能防污涂料的研究现状进行了简要介绍,分析了该类型防污涂料的技术优势,同时提出了其静态防污能力差、对细菌型污损生物抗污性能弱的技术短板;然后,围绕低表面能防污涂料抗菌复合改性这一焦点问题,从添加型和结构型2种抗菌复合改性方式入手,分别阐述了各自涂料的适用抗菌剂种类、主要制备方式和改性后涂料综合防污性能的相关研究成果;在此基础上,梳理了以上2类抗菌复合防污涂料存在的问题,并提出了针对性的解决途径;最后,提出了无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂应用于防污涂料的未来研究方向,并对抗菌低表面能复合型海洋防污涂料的发展与应用前景进行了展望。     

纳米颗粒增强TiO_2涂层的制备及其防污性能

为提高二氧化钛涂层的防污性能,采用KH-550硅烷改性锐钛矿型TiO_2颗粒,并充分分散于二氧化钛凝胶涂层中。通过降解亚甲基蓝溶液、细菌贴附试验、藻类贴附试验,分别评价了涂层的光催化性能、抗菌性能及抗藻类附着性能,并利用激光共聚焦显微镜及扫描电子显微镜对藻类在涂层表面的附着情况进行分析。结果表明,添加TiO_2纳米颗粒涂层的防污性能较未添加TiO_2纳米颗粒涂层有较大程度的提高。添加粒径为5~10 nm TiO_2颗粒的二氧化钛涂层对小球藻、三角褐指藻及小新月菱形藻的附着降低率分别达到了92.1%、71.5%和62.1%,相较于纯二氧化钛涂层对3种藻类的附着降低率分别提高了29.7%、68.4%和43.5%。TiO_2颗粒的加入可以有效地提高涂层的光催化性能,光催化使得涂层具有亲水、抗菌及自清洁的性能进而有利于提高涂层的防污性能。     

海洋细菌和舟形底栖硅藻在辣椒素防污涂层上的附着行为与机制

针对目前含辣椒素防污涂层抑菌、抑藻试验主要集中在如金黄色葡萄球菌等特定菌种的情况,为了考察含辣椒素防污涂层对海洋微生物的影响,选取大连黄海海域的天然海洋细菌和舟形底栖硅藻作为研究对象,通过对添加辣椒素海水饱和溶液（60 mg/L）的天然新鲜海水和舟形底栖硅藻进行培养,研究了辣椒素对海洋细菌和底栖硅藻生长活性的影响。通过海洋细菌附着试验、海洋细菌的分层取样试验和底栖硅藻的叶绿素a值测定,研究了辣椒素及辣椒素涂层对海洋细菌和舟形底栖硅藻的作用机制。结果表明,海水饱和溶液浓度的辣椒素并不会对海洋细菌和舟形底栖硅藻的生长活性造成影响;含辣椒素防污涂层能够通过辣椒素的驱避作用有效地抑制海洋细菌在涂层表面附着;而辣椒素对舟形底栖硅藻在涂层上的附着无抑制作用。     

基于表面引发聚合构建表面抗菌功能化牙科植入体

目的 提高钛种植体的生物相容性能和抗菌性能。方法 用多巴胺包覆和表面引发聚合法将季铵化聚乙烯亚胺（QPEI）接枝到酸蚀钛片表面。通过扫描电子显微镜、水接触角测试、X射线光电子能谱（XPS）、激光共聚焦、细胞实验、动物实验等方法,分别评价修饰材料的表面形貌、亲水性、结构、抗菌性、细胞毒性、生物相容性和抗感染性能。结果 聚乙烯亚胺（PEI）上的叔氨基成功转变为季铵基团,通过多巴胺包覆及表面引发聚合的方法均可以在种植体表面成功接枝QPEI,但其抗菌性能和细胞相容性存在差异,通过表面引发聚合进行表面功能化的Ti-PGED-Q组的抗菌性能显著优于通过多巴胺自聚进行功能化的Ti-PDA-Q组,其抑菌率为89.69%。表面引发聚合修饰能影响早期细胞粘附,但对细胞增殖没有显著影响,并显著抑制了带菌种植体造成的体内炎症反应,材料在体内埋植7天时,其表面抑菌率为85.4%,起到良好的抗菌作用。结论 通过原位聚合法对种植体表面进行修饰,可以提高其表面的抗菌性能,并保持良好的生物相容性。     

医用介入导丝用疏水和亲水涂层的研究进展

医用介入导丝被广泛应用于各类介入手术,是目前经皮冠状动脉成形（PTCA）术及经皮血管成形术（PTA）中常用的医疗器械之一。在医用介入导丝表面添加亲水或疏水涂层,可以减小导丝在临床应用中的组织摩擦和组织损伤,有效提高导丝的通过性、抗菌性和生物相容性,减少炎症。综述了近年来国内外医用介入导丝亲水和疏水涂层材料,介绍了这些涂层的机理、附着力优化、抗菌修饰等方面内容,重点介绍了聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚对二甲苯等涂层材料体系的研究进展,介绍了不同材料体系在医用导丝亲水和疏水涂层的作用机理和实际应用,同时介绍了亲疏水涂层的制备工艺,重点阐述了层层自组装、紫外光接枝、等离子体接枝和化学气相沉积等制备方法的可操作性、优势和劣势。最后在总结前人研究成果的基础上,对医用介入导丝涂层的现状及面临的问题进行了探讨,并对医用介入导丝涂层的发展方向及提高涂层综合性能等方面进行了展望。     

Surface morphology and in vitro bioactivity of biocompatible hydroxyapatite coatings on medical grade S31254 steel by RF magnetron sputtering deposition

Hydroxyapatite (HA) is popularly used as a biocompatible coating material for metallic implants, in view of its improved bone fixation property, leading to an increased life of the implant. However, the deposition of HA on medical grade UNS S31254 stainless steel (SS254) for orthopaedic implant applications by the radio-frequency magnetron sputtering technique is unreported in the literature so far. The surface morphology of the deposited HA coatings was characterised using scanning electron microscopy and atomic force microscopy, while their phase composition was determined using X-ray diffraction. The thickness and adhesive strength of the HA coatings were determined using an ellipsometer and a tensometer, respectively. Finally, the antibacterial efficacy and bioactivity of the deposited coatings were confirmed using fluorescence activated cell sorting and immersion testing in simulated body fluid environment. The results obtained showed that the HA coatings grown on SS254 using magnetron sputtering possess desirable surface properties as well as good adhesion and biocompatibility properties, ideally suited for potential applications in orthopaedic implants.