有害细菌对人类社会造成了极大了危害和损失,因细菌黏附导致的人员感染和材料腐蚀失效进而造成的经济负担难以估量。研究者们预防生物膜形成所采取的措施大多集中在与表面相互作用较弱的初始阶段。通过物理和化学手段赋予表面特定结构再利用亲水性物质对材料表面修饰改性,使材料具有极高的水高亲和力而形成水化层来阻隔细菌是众多科学家们常用的方法之一。同样的利用表面管状、柱状等微纳结构再经过低表面能物质改性,使表面表现出高拒水特性,裹挟细菌的液滴无法透过存在于微纳结构中的空气层浸润材料表面,来减少细菌黏附的方法也广受研究者们的青睐。虽然这两种表面对细菌黏附都可以起到一定的阻隔作用,但是受限于这种被动式防御,当有细菌液滴落在表面时,超亲水表面无法引导液滴离开表面,而超疏水表面需要表面倾斜借助重力来引导液滴从表面掉落,在水平状态下这两种表面随着细菌与表面接触时间的延长都会immuno-modulatory agents发生黏附。本研究提出在具有楔形结构的超疏水表面通过细菌液滴自驱动的方法来达到主动防细菌黏附的目的,再通过引入传感器和微量进样系统响应释放银纳米粒子(Ag NPs)抗菌剂与定点沉积铜纳米粒子光催化抗菌两种方式实现对指定区域的细菌的清除。主要工作内容如下:(1)液滴自驱动表面的构建与表征:以纯钛板为基底,经激光光刻获得楔形结构,再经阳极氧化在表面形成Ti O_2纳米管阵列(TNTs)。最后喷涂1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅氧烷(PFDTMS)降低材料表面能使之超疏水,极低的黏附力和结构产生的拉普拉斯压力不平衡让液滴在楔形上的自驱动得以实现。在此基础上结合了传感器和微量进样系统与定点沉积铜纳米粒子光催化抗菌两种方式构建了液滴自驱动星形智能响应平台(DSSRP)和液滴自驱动星形光催化抗菌平台(DSSPP)。通过对表面SEM、XRD以及XPS结果分析证明了锐钛矿相Ti O_2管在表面的生成和PFDTMS成功接枝并均匀分布在表面以及铜纳米粒子成功的负载。(2)液滴自驱动表面的驱动机理及驱动性能优化:通过液滴在楔形表面的受力分析解释了水滴自驱动定向运输的机理;利用高速摄像机对液滴在液滴自驱动表面的运动过程进行记录发现楔形开口角度为6°时的液滴能够运动的最远距离达到最大值,整个过程的平均速度也较大;激光刻蚀深度为0.74 mm时液滴以较大平均速度运动最远;液滴运动的最远距离和平均速度随PFDTMS的喷涂量增加趋于稳定,1.0 mg/cm~2的喷涂量液滴能运动的距离最远;液滴越大运动越远,在测试范围内50μL液滴运动的最远;有限元模拟显示了液滴运动的部分细节并与实际运动过程相符。(3)液滴自驱动星形智能响应平台(DSSRP)的响应性能研究:测试了0-300μL的不同液滴体积的水滴在该平台上的自驱动和响应效果,结果显示DSSRP具有8-200μL极宽的液滴响应范围;对H_2O、茶等8种液滴的动态润湿性测试显示平台可以实现多种不同液滴的自驱动和响应,并且可作为开放式微流体装置用于微化学反应与合成。(4)液滴自驱动星形智能响应平台的抗细菌黏附和抗菌性能研究:细菌液滴落在表面自驱动动态抗黏附测试表明在经过1000次左右的自驱动后细菌液滴运动轨道上所黏附的细菌极少,对大肠杆菌和和金色葡萄球菌的抗细菌黏附率达到99.68%和99.5Panobinostat化学结构7%;通过SEM验证了细菌的黏附情况;在中心区的静态防黏附测试测试结果表明在没有抗菌剂对VX-445研究购买细菌进行灭杀的情况下抗细菌黏附率达到86.92%和92.05%。对银纳米粒子抗菌的研究发现高浓度的Ag NPs在180 min内对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抗菌率高达99.999%与99.998%。(5)液滴自驱动星形光催化抗菌平台的可见光催化杀菌性能研究:不同条件下的抗菌结果显示单独施加可见光和单独负载铜纳米粒子对Ti O_2纳米管的可见光杀菌效果都有一定的促进作用,在负载铜纳米粒子后施加可见光可以使得Ti O_2纳米管对大肠杆菌和金色葡萄球菌在25 min内的抗菌率都达到100%。