成都大学何周坤特聘研究员等《Adv. Colloid Interfac.》综述：仿生超滑表面的设计、制造和应用

2023-06-26 来源：高分子科技

近年来，受自然超滑表面的启示，研究人员对仿生超滑表面(Bioinspired slippery surfaces，BSSs)进行了广泛的基础研究和工业应用，例如猪笼草启发的液体灌注的超滑多孔表面（Slippery liquid-infused porous surface，SLIPS）。由于BSSs强烈排斥多种液体，因此它们可以潜在应用于抗污、减阻、雾收集、自清洁、气泡或液滴输送以及防腐等领域。然而，在BSSs的发展过程中，文献中使用了多种不同的术语来描述其特定类型，例如SLIPS、液体灌注的超滑表面(Liquid-infused slippery surface，LISS)、液体灌注的表面(Liquid-infused surface，LIS)、润滑剂浸渍的表面(Lubricant-impregnated surface，LIS)和液体灌注的超滑表面(Slippery liquid-infused surface，SLIS)等等。这些不同的术语至少存在以下几个缺点：首先，发音书写相似但含义不同的术语很容易混淆研究人员，尤其是初学者。例如，在上述引用的术语中，“液体灌注的表面”和“润滑剂浸渍的表面”都缩写为“LIS”。其次，某些术语无法准确描述BSSs的特征。例如，基于石蜡固液状态变化的温度激活型SLIPS被称为“TA-SLIPS”，尽管前缀“TA-”并不揭示状态变化的本质机理。又如，在SLIPS得到广泛认可后，一些研究人员即使在表面是无孔的或缺乏液体润滑剂的情况下，仍笼统地将各自BSSs统称为SLIPS。第三，现有的大多数术语不能完全描述BSSs以下的代表性特征：润滑剂本身的表面润湿性(亲水性或疏水性)，BSSs的表面润湿性是否具有各向异性(各向异性或各向同性)和基材形貌特征(多孔的或光滑的)。

前期，成都大学高等研究院、成都大学复合材料和表界面工程研究中心的何周坤特聘研究员团队与合作科研团队已在“润湿性抗污”（Antifouling induced by surface wettability, AFISW）方面进行了长期的研究，包括“超疏润湿性抗污”（Progress in Organic Coatings 157, 2021, 106285，中科院二区TOP期刊，Google学术显示截止目前已被引40次; Composites Part B, 2017, 129: 58-65，中科院一区TOP期刊，Google学术显示截止目前已被引56次; Applied Surface Science, 2012, 258(7): 2544-2550，中科院一区TOP期刊，Google学术显示截止目前已被引76次; Soft Matter, 2011, 7(14): 6435-6443，Google学术显示截止目前已被引163次; Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2022, 10:998852），以及各类“亲疏水润湿性抗污”（Materials & Design, 2021, 206: 109803，中科院一区TOP期刊; Nanotechnology Reviews, 2023, 12(1): 20220552; Journal of Materials Chemistry B, 2021, 9(17): 3696-3704，中科院二区TOP期刊; Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, 9:807357）。

在前期“超疏润湿性抗污”（如下图1所示）及各类“亲疏水润湿性抗污”研究基础上，近日，成都大学何周坤特聘研究员团队与西南医科大学口腔医学院、四川大学华西医院肾内科肾脏研究所合作以“超滑润湿性抗污”为主题，在中科院一区TOP国际SCI综述期刊《Advances in Colloid and Interface Science》（IF=15.2）上发表了题为“Design, fabrication, and applications of bioinspired slippery surfaces”（Advances in Colloid and Interface Science 318 (2023) 102948）的重磅综述论文。本文首次对各类BSSs进行了详细系统分类，以区分和澄清各种术语，并为BSSs后续研究提供一种全面的和通用的命名方式，以便同行的相互交流和快速准确理解各类BSSs的设计、制造和潜在应用。

图1：“超疏润湿性抗污”的最新定义和分类，以及各类的具体特征（Progress in Organic Coatings 157, 2021, 106285，中科院TOP期刊）

本文首先基于实现超滑功能所用材料固液状态将仿生超滑表面（BSSs）分为了超滑固体表面（SSSs）、超滑液体灌注表面（SLISs）、超滑液体状表面（SLLSs）以及超滑液固表面（SLSSs）四类，如下图2所示。

图2：BSSs的最新定义和分类，以及各类的具体特征（Advances in Colloid and Interface Science 318 (2023) 102948，中科院TOP期刊）

本文进一步以常见的超滑液体灌注表面（SLISs）为例，从润滑剂润湿性(Hydrophilic or hydrophobic, SLILS or SLIBS)、表面润湿性各向异性度(Isotropic or anisotropic, SLIIS or SLIAS)、以及基底物理形貌特征(Porous or smooth, SLIPS or SLISS)三个方面进一步将SLISs分为了六类，如下图3所示。并详细阐述了BSSs的设计原则、制备方法、智能调控及其在抗污领域的具体应用，首次为整个BSSs领域专业术语的规范化以及科学完整定义提供了一种标准化参考。

图3：SLISs的最新定义和分类，以及各类的具体特征（Advances in Colloid and Interface Science 318 (2023) 102948，中科院TOP期刊）

该论文得到国家自然科学基金、四川省科技计划、泸州市重点研发计划、成都大学引进人才科研启动基金以及西南医科大学附属口腔医院“创新领军人才计划”等基金的资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000186862300115X

论文免费下载链接：https://authors.elsevier.com/c/1hG2V_2k1t6lJ

作者简介

何周坤，博士，成都大学特聘研究员，硕士生导师，“成都大学复合材料和表界面工程研究中心”校级科研平台创始人及负责人。长期从事功能复合材料及表界面工程的基础研究和应用开发，包括（1）复合材料：3D打印复合材料，气体阻隔复合材料，生物医用复合材料；（2）表界面工程：超疏功能修饰，超亲功能修饰，特殊润湿性功能修饰。已主持结题国家自然科学基金面上和青年项目2项，另主持省部级等各级各类科研项目8项。以第一或第二发明人获得授权中国发明专利12项，其中已转让2项。发表期刊论文40余篇。兼职国家自然科学基金委、四川省科学技术厅、重庆市科学技术局等项目评审专家、四川大学及中物院等硕士毕业论文评审专家。担任中科院二区SCI期刊领衔客座副主编，另担任Composites Part B, Additive Manufacturing, Applied Surface Science，Advanced Healthcare Materials等国际知名期刊审稿人。

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（责任编辑：xu）

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