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  貽貝等海洋生物能分泌出粘附性很高的蛋白，通過蛋白的分子間作用力，牢牢地附著在巖石或船體上。受貽貝啟發(fā)，聚多巴胺（PDA）也可以很容易地沉積在幾乎所有類型的基材上。近年來(lái)，加拿大阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授課題組從分子尺度研究了貽貝蛋白或聚多巴胺與不同材料表面的粘附機(jī)制，并基于其超強(qiáng)的粘附性設(shè)計(jì)了用于催化、水下粘接、油水分離等方面的新型功能材料。

  受貽貝啟發(fā)的PDA可以很容易地沉積在幾乎所有類型的基材上，在潮濕條件下也具有通用的粘附性。同時(shí)，受豬籠草啟發(fā)設(shè)計(jì)和制備的超滑表面材料近些年來(lái)逐漸興起，其表面獨(dú)特的潤(rùn)滑和自清潔功能可使污損物輕易脫除，因而備受關(guān)注。而當(dāng)“什么都粘”的PDA遇到“什么都不粘”的SLIPS時(shí)會(huì)發(fā)生什么？這兩種材料之間的相互作用如何呢？

  為了深入地研究這些問題，曾宏波教授團(tuán)隊(duì)選取或制備了聚四氟乙烯膜（PTFE）、潤(rùn)滑液體灌注聚四氟乙烯膜的超滑表面（LI-PTFE）、有機(jī)硅烷MD(SH)M自組裝的超滑表面和聚硅氧烷PDMS價(jià)接的超滑表面，并觀測(cè)了PDA顆粒在這些材料表面的沉積情況（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，PDA顆粒很容易沉積在PTFE和兩種類型（MD(SH)M和PDMS）的固體超滑表面上，導(dǎo)致這些材料的表面潤(rùn)濕性和水滴滑動(dòng)行為發(fā)生變化。相比之下，LI-PTFE可以有效地阻止PDA沉積。

圖1.PTFE、液體灌注的超滑表面LI-PTFE及MD(SH)M和PDMS固體超滑表面在PDA沉積和水沖洗前后的變化。

  利用AFM膠體探針（AFM colloidal probe），從納微米尺度對(duì)PDA與不同材料表面間的相互作用進(jìn)行了量化分析（圖2）。納米力學(xué)分析結(jié)果表明，PDA修飾的膠體探針與PTFE或固體超滑表面作用時(shí)存在很強(qiáng)的粘附力，這主要?dú)w因于范德華力和疏水力，進(jìn)而導(dǎo)致了PDA顆粒在這些表面的沉積現(xiàn)象。而當(dāng)PDA修飾的膠體探針與LI-SLIPS作用時(shí)產(chǎn)生了很強(qiáng)的毛細(xì)力，主要因?yàn)镻DA顆粒被限制在LI-SLIPS潤(rùn)滑液體膜的油-水界面處，因此阻止了PDA顆粒和液體膜下面基底的接觸。

圖2.PDA修飾的AFM膠體探針與PTFE、LI-PTFE或MD(SH)M和PDMS固體超滑表面在水中的力學(xué)測(cè)試示意圖及納米力學(xué)曲線。

  雖然PDA顆粒被限制在LI-SLIPS潤(rùn)滑液體膜的表面，輕柔的水沖洗可有效地去除這些PDA顆粒，很可能歸因于LI-SLIPS表面超低的摩擦力。利用AFM側(cè)向力顯微鏡（AFM lateral force microscopy），對(duì)比了聚多巴胺修飾的納米探針在PTFE和LI-SLIPS表面上的摩擦性能（圖3），結(jié)果表明LI-SLIPS表面的摩擦信號(hào)是PTFE表面的百分之一。LI-SLIPS表面超低的摩擦力解釋了LI-SLIPS對(duì)PDA顆粒的清潔效果。

圖3.（A-B）PTFE和（C-D）LI-PTFE的（A和C）表面形貌和（B和D）側(cè)向力圖譜。

  這項(xiàng)工作揭示了PDA在超滑表面上的沉積過程，為兩者在納米尺度上的相互作用機(jī)理提供了新的見解，對(duì)設(shè)計(jì)并開發(fā)新型的具有自清潔防污功能的超滑表面提供了重要的理論指導(dǎo)。

  以上相關(guān)成果近期以“Nanomechanical Insights on Versatile Polydopamine Wet Adhesive Interacting with Liquid-infused and Solid Slippery Surfaces”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。論文的第一作者為謝磊博士（現(xiàn)為中南大學(xué)教授），共同第一作者為崔辛博士，通訊作者為曾宏波（加拿大阿爾伯塔大學(xué)教授、加拿大工程院院士、分子力和界面科學(xué)首席專家）。

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