细菌是地球上最古老且数量庞大的生物群体,细菌容易黏附在各种材料表面形成难以清除的生物膜严重危害人类健康和经济发展。近年来,钛基材料因其优异的物理化学性质,被广泛的应用于飞机、船舶、生物医疗等高精尖行业。然而黏附在各种钛基材料表面的细菌,通过自身的生命活动会导致金属腐蚀、饮用水变质、食源性疾病、手术感染等问题,严重的危害着人类的生命健康,并且造成极大的经济损失。因此,钛基材料表面的抗细菌黏附备受关注。研究发现,通过在钛基材料上构筑一层超疏水TiO_2表面,赋予材料主动抗菌性和防御性抗细菌黏附性,被证实是有效的抗细菌黏附策略。然而,其也存在限制如下:(i)TiO_2较宽的禁带宽度,只能被紫外光激发,其只能在紫外光照下发挥高效抗菌性能,而太阳光照下催化杀菌效率低下;(ii)存在于超疏水表面的空气层具有缓释效应,会阻碍抗菌剂释放,导致抗菌性能受限。因此,本研究提出一种增强TiO_2太阳光光催化抗菌活性的策略,实现释放活性氧(ROS)与Ag~+协同增效抗菌,并且成功构筑一种超疏水/超亲水可转化的抗菌抗黏附智能复合表面。通过紫外光照的开关实现材料表面超疏水/超亲水的可逆切换,对两种超润湿状态下复合表面的抗菌性能和抗细菌黏附性能进行测试和分析,并且进一步探究两种润湿状态下复合表面抗菌和抗细菌黏附性之间的差异和关联,揭示复合表面抗菌和抗细菌黏附性的内在机制。主要研究内容如下:(1)抗菌抗黏附智能复合表面的构建:以钛板为基底,通过阳极氧化法构筑TiO_2纳米管阵列(TNTs)表面。通过连续离子吸附反应法(SILAR)在TNTs表面沉积AgCl纳米粒子(NPs),再通过光还原法将部分AgCl还原成Ag NPs,得到Ag/AgCl NPs。然后利用十七氟癸基三甲氧基硅氧烷(PFDTMS)对复合表面进行疏水改性,构筑一系列超疏水的Ag/AgCl/TiO_2抗菌抗黏附复合表面。利用TiO_2光致亲水的D-Lin-MC3-DMA研究购买特性,通过紫外光照和暗储实现复合表面的超疏水/超亲水可逆转换。(2)复合表面抗菌性能测试及其机制的探究:抗菌测试结果表明,复合表面的抗菌性随着Ag/AgCl NPs负载量的增加而增强,且仅负载3.66μg cm~(-2)的Ag/AgCl NPs可使复合表面对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达到98.65%和99.15%。其抗菌机制的研究表明,太阳光照下,复合表面释放ROS和Ag~+的协同抗菌作用是复合表面高效抗菌的内在机制。(3)表面润湿性对复合表面抗菌性能的影响以及内在机制探究:抗菌测试结果证实,同一系列样品,超亲水状态下复合表面的抗菌性能优于超疏水状态。通过测算两种润湿状态下复合表面释放Ag~+的速度,再结合分子动力学(MD)模拟揭示了超疏水表面的排斥效应是延缓Ag~+放,进而造成两种润湿状态下复合表面的抗菌性能存在差异的内在原因。(4)复合表面的抗细菌黏附性能测试及其机制的探究:测试结果表明,超疏水状态下,复合表面形成一层肉眼FRET biosensor可见的空气层,能有效的阻隔细菌。此外,复合表面具有超疏水、疏油性,并且表面黏附力极低,导致细菌难以黏附在表面。在主动杀菌机制的协同作用下对大肠杆菌和金葡的抗细菌黏附率达到99.47%和98.50%。超亲水状态下,表面的亲水基团能够快速诱导水分子,形成的水化层屏障,能够起到阻隔细菌的作用。Panobinostat配制同样在主动杀菌机制的协同作用下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗细菌黏附率也分别达到97.86%和90.42%。(5)复合表面的耐久性研究:通过耐磨擦测试和耐酸(p H=1)、碱(p H=14)和盐(Na Cl:1mol L~(-1))测试对复合表面的机械耐磨擦性和耐化学腐蚀性进行研究。上述测试前后复合表面的接触角(WCA)变化范围均在143°～158°,表明在测试前后复合表面依然维持良好的疏水性。除此之外,循环抗菌测试结果表明,经过14次的循环后,复合表面的抗菌率仍然能达到74%以上;循环抗细菌黏附测试结果表明,经过12次的循环后,复合表面的抗细菌黏附率仍然能达到78%以上。