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一種可控功能化聚合物表面的通用涂層策略

發布時間：2020-08-28 作者：qiyue 分享到：

構建可控功能化聚合物表面在界面構筑及應用領域是非常必要但極具挑戰的。目前廣泛報道的兒茶酚類粘附、硅烷偶聯類聚合物有著操作簡單、反應溫和等優勢，但卻存在結合力弱和耐候性差等缺陷。而其他一些常規策略（利用主客體或金屬配位效應）在設計過程中都需要考慮特定的反應或配體，往往難以適用于通用性的基底材料。在紛繁的化學反應中，我們發現環氧基和氨基的配對開環過程，是一類反應性強且**的獨特反應。例如，常見的環氧樹脂具有良好的物化性能，在固化后可以實現對金屬和非金屬材料的表面快速粘接且兼具**的強度。因此，如果能將這一反應通過合理的設計引入聚合物涂層，開發通用穩定的表面涂層，必將**地改善當前表面涂覆方法僅限于特定類型的基材或表面結合力很弱，缺乏適用于通用表面等缺點。

浙江工業大學楊晉濤教授和美國阿克倫大學鄭潔教授團隊提出一種利用環氧開環反應制備一種簡單通用的穩定表面功能化方法。**利用簡單的自由基反應，將甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）和不同類型的功能性單體引發、共聚合為特定的功能化聚合物鏈；隨后這些功能化聚合物鏈與胺基化的通用表面發生環氧開環反應，從而實現可控表面功能的錨定和涂層材料的多功能性。

特別地，

(1) 殺菌涂層的構筑：當通用表面錨定上殺菌性共聚物（poly(GMA-co-METAC)）時，涂層表面將具有**的殺菌性性能（大腸桿菌殺菌率~95.1%和金黃色葡萄球菌殺菌率~94.8%），并可通過調控共聚物的含量來得到不同殺菌率的功能表面；

（2）響應性涂層的構筑：所設計的溫敏、鹽敏和pH敏感性的聚合物涂層（poly(GMA-co-NIPAM)、poly(GMA-co-DVBAPS)、poly(GMA-co-DMAEMA)）在不同的對應外界刺激下，聚合物鏈段的構象將經歷坍塌或舒張性地可逆變化，并實現表面親疏水性的可逆變化。有趣地是，研究者利用觀察表面的細菌可控釋放的現象來進一步闡述這一過程，并實現~90%的可控釋放；

（3）熒光涂層的構筑：研究者設計三基色（紅、綠、藍）熒光聚合物涂層（poly(GMA-co-SPMA)、poly(GMA-co-NDBCB)、poly(GMA-co-PyMA)）可在365 nm的紫外光激發下，發射強烈的紅、綠、藍色熒光；其中綠光聚合物涂層在接觸水溶性Hg²⁺離子的情況下可迅速將熒光發射區由綠光段藍移至藍光段，具有良好的傳感檢測能力（~ 0.001 μM Hg²⁺）。

進一步地，在經歷胺基開環過程后，含有胺類殘基可經季銨化處理來賦予表面以殺菌功能。研究者選用鹽敏性poly(GMA-co-DVBAPS)為例，調控并同時在不同的基底上實現接觸殺菌（~81.5%）和鹽敏細菌釋放（~92.3%）。相關論文日前發表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202004633)上。該工作提供了一種將多樣化功能性GMA基的聚合物附著到潛在的表面上的涂層策略，來實現通用表面的可控功能化，對表面工程領域具有很大影響，也將促進聚合物涂層的進一步發展。

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