中美高校联合研究在多微孔织物结构表面的抗菌防细菌黏附方面取得突破进展！
“不良”细菌微生物的黏附危害是化学化工工业、食品工业、临床医学、生物医用材料、生化工程、海洋船舶防腐防污、工业和饮用水安全等研究和应用领域中涉及的一个具有共性的、基础性和普遍性的重大问题，科学家们通过构筑调控接触或释放型抗菌、超疏水和超亲水物质表面等防细菌黏附科学方法实现在基底的防微生物黏附，各自都存在着部分的局限性难题：单一抗菌存在死菌黏附，单一超疏水表面可能会黏附部分亲油性细菌，单一超亲水对粗糙和多微孔结构表面抗黏附欠缺，且其抗黏附机制尚需进一步研究。
广州大学林璟副教授、美国田纳西大学郭占虎副教授、美国马里兰大学张佩佩博士和华南理工大学周才龙博士共同研究提出由于细菌表面具有一定的亲水和亲油性，可构筑含氟疏水疏油聚合物层实现细菌黏附，且通过设计合成不同结构的反应型抗菌季氨盐单体接枝至高分子聚合物中实现其抗菌性并减少细菌黏附，其抗菌协同防黏附性能够很好地实现织物表面的防细菌黏附，突破了粗糙和多微孔结构表面抗黏附欠缺难题，并提出了织物表面的抗菌和防黏附模型，其构筑和研究过程示意图如图1所示。
图1 抗菌防黏附织物构筑示意图
研究结果表明：自行分子设计合成的反应型抗菌季氨盐单体引入织物整理聚合物中，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌最优抗菌率分别达到99.98%和98.36%（见图2和图3），且抗菌率与分子结构、含量、抗菌聚合物在织物的上浆率具有关联性规律（见图3）。此外，发现随着含氟量的增加，也可显著提高抗菌织物的抗菌活性（见图4）。
图2不同结构和含量抗菌单体聚合物膜的抗菌荧光显微镜
图3不同烷基链抗菌织物的抗菌率 (a), 不同抗菌单体含量抗菌织物的抗菌率(b), 不同上浆率抗菌织物的抗菌率(c).
图4 不同含氟量对织物抗菌率影响图(a)和抗菌织物F3(b)及F9(c)SEM-EDX
关于防细菌黏附性：有趣的发现更加疏水的织物表面(具有更大的水接触角)具有更高的抗菌黏附率，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最大防黏附率达到99.63%和99.14%(见图5），其原因在于氟元素能够牵移至织物涂层的表面(见图4)，从而导致获得更低的表面张力(图5)和使得粗糙的织物表面变动更光滑(见图6)，疏水疏油特性使得具有更高的防细菌黏附性(图7)。
图5不同含氟量的抗菌织物的抗菌黏附率,水接触角,表面能
图6未整理和整理织物的3D形貌对比图
图7细菌黏附在空白织物和不同含氟织物表面SEM
此外，抗菌织物的抗菌耐久性和抗黏附耐久性通过加速洗涤测试结果显示，20次加速洗涤后的抗菌织物抗菌率对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别为98.83%和97.23%，保持了一个较低的下降率1.15%，细菌抗黏附率只下降了1.5%(图8)进一步证实了抗菌织物具有较好的抗菌耐久性和防细菌黏附耐久性。其原因是由于设计的抗菌单体能够接枝共聚与树脂体系使得抗菌活性物不溶出，不会随时间变化而散失，且洗涤后织物表面的水接触角改变小于10度，耐洗性较好。
图8 F3的抗菌率和抗黏附率和F3表面的水接触角(a), 20次加速洗涤后细菌在F3织物表面的SEM图(b和c分别为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌), F3织物的抑菌圈 (d和e分别为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌), 抗菌织物的表面形态(f和g分别为洗涤前和洗涤后)和未改性的织物(h)
最后，本研究提出抗菌和防细菌黏附性作用模型如图9所示。结合透射电镜织物抗菌作用模型被提出涉及三个连续过程：(I)细菌存活阶段，(II)细菌破坏阶段，(III)细菌死亡阶段。
图9(a)抗菌织物的抗菌模型，TEM图((b)和(c)分别为原始的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌; (d)和(e)分别为处理12小时后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌; (f)和(g)分别为处理24小时后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌
具体研究详见：
Jing Lin,* XiaoYu Chen,ChunYan Chen, JieTao Hu, CaiLong Zhou,* XianFang Cai, Wei Wang, Cheng Zheng, PeiPei Zhang,* Jiang Cheng, ZhanHu Guo,* Hu Liu. Durably Antibacterial and Bacterially Antiadhesive Cotton Fabrics Coated by Cationic Fluorinated Polymers, ACS Applied Materials & Interfaces, 2018,10(7):6124–6136.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b16235
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