加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授课题组在超滑表面的聚多巴胺沉积方面取得新进展

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贻贝等海洋生物能分泌出粘附性很高的蛋白，通过蛋白的分子间作用力，牢牢地附着在岩石或船体上。受贻贝启发，聚多巴胺（PDA）也可以很容易地沉积在几乎所有类型的基材上。近年来，加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授课题组从分子尺度研究了贻贝蛋白或聚多巴胺与不同材料表面的粘附机制，并基于其超强的粘附性设计了用于催化、水下粘接、油水分离等方面的新型功能材料。

受贻贝启发的PDA可以很容易地沉积在几乎所有类型的基材上，在潮湿条件下也具有通用的粘附性。同时，受猪笼草启发设计和制备的超滑表面材料近些年来逐渐兴起，其表面独特的润滑和自清洁功能可使污损物轻易脱除，因而备受关注。而当“什么都粘”的PDA遇到“什么都不粘”的SLIPS时会发生什么？这两种材料之间的相互作用如何呢？

为了深入地研究这些问题，曾宏波教授团队选取或制备了聚四氟乙烯膜（PTFE）、润滑液体灌注聚四氟乙烯膜的超滑表面（LI-PTFE）、有机硅烷MD(SH)M自组装的超滑表面和聚硅氧烷PDMS价接的超滑表面，并观测了PDA颗粒在这些材料表面的沉积情况（图1）。研究发现，PDA颗粒很容易沉积在PTFE和两种类型（MD(SH)M和PDMS）的固体超滑表面上，导致这些材料的表面润湿性和水滴滑动行为发生变化。相比之下，LI-PTFE可以有效地阻止PDA沉积。

图1.PTFE、液体灌注的超滑表面LI-PTFE及MD(SH)M和PDMS固体超滑表面在PDA沉积和水冲洗前后的变化。

利用AFM胶体探针（AFM colloidal probe），从纳微米尺度对PDA与不同材料表面间的相互作用进行了量化分析（图2）。纳米力学分析结果表明，PDA修饰的胶体探针与PTFE或固体超滑表面作用时存在很强的粘附力，这主要归因于范德华力和疏水力，进而导致了PDA颗粒在这些表面的沉积现象。而当PDA修饰的胶体探针与LI-SLIPS作用时产生了很强的毛细力，主要因为PDA颗粒被限制在LI-SLIPS润滑液体膜的油-水界面处，因此阻止了PDA颗粒和液体膜下面基底的接触。

图2.PDA修饰的AFM胶体探针与PTFE、LI-PTFE或MD(SH)M和PDMS固体超滑表面在水中的力学测试示意图及纳米力学曲线。

虽然PDA颗粒被限制在LI-SLIPS润滑液体膜的表面，轻柔的水冲洗可有效地去除这些PDA颗粒，很可能归因于LI-SLIPS表面超低的摩擦力。利用AFM侧向力显微镜（AFM lateral force microscopy），对比了聚多巴胺修饰的纳米探针在PTFE和LI-SLIPS表面上的摩擦性能（图3），结果表明LI-SLIPS表面的摩擦信号是PTFE表面的百分之一。LI-SLIPS表面超低的摩擦力解释了LI-SLIPS对PDA颗粒的清洁效果。

图3.（A-B）PTFE和（C-D）LI-PTFE的（A和C）表面形貌和（B和D）侧向力图谱。

这项工作揭示了PDA在超滑表面上的沉积过程，为两者在纳米尺度上的相互作用机理提供了新的见解，对设计并开发新型的具有自清洁防污功能的超滑表面提供了重要的理论指导。

以上相关成果近期以“Nanomechanical Insights on Versatile Polydopamine Wet Adhesive Interacting with Liquid-infused and Solid Slippery Surfaces”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces。论文的第一作者为谢磊博士（现为中南大学教授），共同第一作者为崔辛博士，通讯作者为曾宏波（加拿大阿尔伯塔大学教授、加拿大工程院院士、分子力和界面科学首席专家）。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22073

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