具有多级结构和不同表面润湿性的纳米氧化锌涂层的制备及其生物粘附性研究

Environmental microbes such as bacteria are prone to adhere to material surface which can corrode equipments and be harmful for human health. It is of great significance and a hot research topic to study the bioadhesion of microbes on surfaces to obtain excellent anti-biofouling surface. In this project, superhydrophobic nano ZnO coatings with hierarchical architectures will be prepared by seed-layer assisted growth method. Then, the superhydrophobic/superhydrophilic patterned surface of the ZnO coating will be fabricated under UV light irradiation and phtomask. Further investigation will focus on the bioadhesion behaviors of common bacteria for different ZnO coating surfaces. The effects of surface morphology, surface wettability, kinds of bacteria and testing conditions on the bioadhesion property of the surface will be discussed. The antifouling mechanism of the hierarchical superhydrophobic surface will also be investigated. This work aims to design and develop new type of antifouling surface for the further application in industry. Taking advantage of the hierarchical nanostructure, the superhydrophobic surface can trap air in solid/water interface and prevent the microbe suspension to contact surface, resulting in the improvement of the antifouling effect under water submerged condition. Moreover, the wettability patterned surface can improve the fouling-resistance property by introducing superhydrophilic domain. It is beneficial to improve the comprehensive antifouling effects, and avoid the drawback of inferior effectivity in antifouling caused by single hydrophobic surface.

环境中细菌等微生物粘附到材料表面可导致设备腐蚀和危害人体健康。因此，研究材料表面的生物粘附性，得到具有最佳防污效果的表面具有重要意义，也是一个研究热点。本项目拟通过种子层生长法制备具有多级结构的超疏水纳米氧化锌涂层，在光掩膜贴下利用紫外光照得到超疏水／超亲水图案化表面，测定其对常见细菌的生物粘附性。考察表面形貌、表面润湿性、细菌种类和生物粘附性测试条件对涂层表面生物粘附性的影响，探讨多级结构超疏水表面防污机理，为开发新型的防污表面和进一步工业化应用奠定基础。本项目主要通过构筑纳米多级结构，提高超疏水表面在水中束缚空气的能力，从而阻碍微生物与表面的接触，改善其在水中的防污效果。同时借助润湿图案化表面实现部分表面的超亲水性来提高材料表面的抗污能力，使材料表面的综合防污性能提高，改善单一润湿性表面防污效果不佳的缺点。

环境中细菌等微生物粘附到材料表面可导致设备腐蚀和危害人体健康。因此，研究材料表面的生物粘附性，得到具有最佳防污效果的表面具有重大研究意义和应用前景。本项目以纳米氧化锌为研究对象，通过可控合成和表面改性得到具有不同表面形貌和润湿性的纳米氧化锌涂层，系统研究形貌和表面润湿性对涂层细菌粘附性的影响，从而筛选出具有较好抗细菌粘附性的氧化锌涂层。我们通过不同方法制备得到了不同形貌和尺寸的纳米氧化锌，研究了这些纳米氧化锌的光催化性能和抗菌活性，并采用原子力显微镜观测细菌在氧化锌作用下形貌的变化。系统研究了氧化锌纳米颗粒、纳米棒和纳米花（多级结构）对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的粘附性能，并对比了亲水和超疏水条件下表面细菌粘附的情况。结果表明，大部分亲水的样品比超疏水样品表现出较少的细菌粘附量，而润湿性对氧化锌纳米颗粒的细菌粘附量影响不大，其粘附细菌数量相比其他两种形貌是最少的。因此，氧化锌纳米颗粒表现出较好的抗细菌粘附特性。在此基础上，我们制备了透明的超疏水氧化锌涂层，该涂层由80 nm氧化锌颗粒所组成，其优异的机械性能和良好的自清洁性使得该材料具有广阔的应用前景。同时，采用微波-超声波法制备得到的亲水性氧化锌/棉布也表现出优异的抗菌活性和抗生物粘附性能。