將無鍍膜石英玻璃和仿生金剛石薄膜浸泡于生長綠藻的海水環境中，14天前后的照片和熒光顯微鏡圖像對比。

荷葉為何出淤泥而不染？因為荷葉的表面結構具有超疏水、防粘附的特點。借鑒這一現象，中科院深圳先進技術研究院研究員唐永炳、趙穎團隊，研發出一種兼具自清潔、抗菌、抗生物粘附、抗磨損以及抗腐蝕特性的新型仿生金剛石功能膜，相關成果近期發表于《ACS應用材料與界面》。

“在海水中，微生物在海洋儀器上粘附和聚集，會導致儀器污損、功能退化，影響海洋工業的發展，甚至產生數以億元計的經濟損失。而在醫療器件上的細菌附著，會產生感染，影響人體健康。”團隊成員王陶表示，該成果能夠為醫療防護和海洋儀器防污領域提供解決方案。

低成本的新型制備方式

水珠滴在荷葉表面，很快就滾落下來，這究竟是什么原理？原來，荷葉表面具有微納結構，帶有小刺，因此它的接觸角很大，臟污和水珠都不容易附著。研究團隊將這一概念運用到了研究中。

與金剛石薄膜傳統制備方法不同，團隊自主研發了一種“分步植晶氣相沉積法”，選取金剛石納米粉作為鍍膜材料，在前處理過程中獨創性地采用“兩次植晶”，成功構造出均勻、可控，且具有植物葉片仿生結構的超疏水微納分級金剛石功能膜。

“由于傳統的金剛石納米粉快速團聚，難以控制吸附密度和均勻性，制備的金剛石微納結構疏密程度不均勻、難以控制，導致無法調控出各種性能，金剛石的超疏水、抗菌等功效就不能很好地發揮出來了。”王陶說道。

“所謂兩次植晶就像‘種種子’一樣，”王陶比喻道，“第一次植晶，先將金剛石納米粉處理成與材料表面具有相同電性，根據同電相斥的原理，會長出一層疏散且均勻的薄膜；在第二次植晶時，將金剛石納米粉處理成與材料表面具有不同電性，根據異電相吸的原理，金剛石納米粉可以很好地填滿材料表面，從而長出一層均勻致密且帶有微納結構的薄膜。”

據她介紹，“兩次植晶”無需使用常規制備方法所用到的昂貴儀器就能制備具有微納結構的金剛石薄膜，制備成本要低很多。

醫療、海洋防護領域的新星

在海洋作業的船只通常使用涂料來保護船體不受海洋微生物的附著和腐蝕。然而，對于一些海洋精密儀器的防護，目前還未有很好的方法。

釋放重金屬離子的生物殺滅材料會影響海洋生態，聚合物等抗粘附材料又存在機械性能差、化學穩定性低等缺點，影響其抗生物粘附的持久性。因此，發展環保長效的抗粘附、抗腐蝕等的特質材料尤為重要。

研究團隊通過模擬復雜的海洋環境，對研發的新型仿生金剛石薄膜進行了測試，發現薄膜浸泡在腐蝕性液體中一個月后，其物理化學性質未發生改變，且抗菌性保持不變。

“為測試薄膜的性能，我們搭建了一個藻類暴發的海洋環境，發現仿生金剛石薄膜降低了95%以上綠藻的粘附，而不鍍膜的商用材料上已布滿了藻類。”王陶告訴《中國科學報》。

與此同時，研究團隊在測試中發現，與無鍍膜鈦合金相比，鍍有仿生金剛石薄膜的鈦合金抑制了99%的大腸桿菌的吸附，因此，仿生金剛石薄膜在醫療器件領域同樣可以應用。

目前，該方法可實現仿生金剛石薄膜在多種復雜形狀襯底和多種商用基體材料上的制備，包括鈦合金、硅、石英玻璃和陶瓷基體。作為新型抗菌抗生物粘附材料，其在高端醫療器件和海洋精密儀器領域具有良好的應用前景。

https://doi.org/10.1021/acsami.0c02460