编辑推荐：
为解决 PTFE 在生物医学应用中细菌附着的问题，捷克化学与技术大学的研究人员开展 PTFE 纳米织物双金属纳米图案抗菌性能研究。结果显示该图案抗菌性良好且可复制，对研发新型抗菌材料意义重大，推荐科研读者阅读。
在材料科学的奇妙世界里，有两种明星材料备受瞩目，一个是性能卓越的聚四氟乙烯（PTFE），另一个则是潜力无限的双金属纳米结构。PTFE 就像材料界的 “全能选手”，凭借其优异的化学稳定性、耐高低温性等特性，在建筑、化工、航空航天等众多领域大显身手。它的分子结构十分独特，由碳 - 碳（C - C）和碳 - 氟（C - F）共价键构成，这些强化学键赋予了它非凡的稳定性 ，不仅化学性质稳定，还具备不粘性、低表面能和低摩擦系数等优点。而且，PTFE 在生物医学领域也有出色表现，可用于制造人工心脏瓣膜、组织工程支架等。
然而，PTFE 并非完美无缺。当它作为生物材料使用时，其表面的孔隙虽然能促进组织生长，但也容易让一些 “不速之客”—— 细菌附着，从而引发感染等临床问题。与此同时，双金属纳米结构凭借其独特的光学、电学、磁学和催化性能，成为科研人员眼中的 “宠儿”，尤其是在抗菌领域展现出巨大潜力。比如银 - 金双金属纳米结构，银纳米颗粒能释放银离子（Ag?）来杀灭细菌，但它对某些哺乳动物细胞有毒性；而金纳米颗粒通常毒性较低，将两者结合形成双金属结构，有望在保持抗菌性能的同时降低毒性。
面对 PTFE 在生物医学应用中细菌附着的难题，以及双金属纳米结构抗菌性能的巨大潜力，来自捷克化学与技术大学（The University of Chemistry and Technology Prague）的研究人员决心探索一条新的道路。他们在《Heliyon》期刊上发表了题为 “Antibacterial properties of bimetallic nanopattern induced by excimer laser on PTFE nanotextile” 的论文。经过一系列深入研究，他们成功在 PTFE 纳米织物上制备出具有抗菌性能的双金属纳米图案。这一成果意义重大，为解决 PTFE 在生物医学应用中的感染问题提供了新的方案，也为双金属纳米结构在抗菌材料领域的应用开拓了更广阔的前景。
为了完成这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们利用等离子体改性技术对 PTFE 纳米织物表面进行预处理，提高金属粒子与基底的附着力。接着，采用溅射技术在 PTFE 表面沉积不同厚度和顺序的银、金纳米层。之后，使用准分子激光（KrF excimer laser）对样品进行 “单次” 照射处理。最后，借助原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、红外光谱（FTIR）等多种分析手段，对样品的表面形貌、化学组成等进行表征，还通过接触角测量来研究样品的润湿性，利用滴片法测试样品的抗菌性能。
下面，让我们深入了解一下这项研究的具体成果。
润湿性研究
研究人员发现，不同类型的 PTFE 润湿性存在差异，原始 PTFE 纳米织物薄膜的接触角为 131.1 ± 0.8°，呈现出较强的疏水性。等离子体改性后，接触角略微降低至 127.0 ± 0.6° ，这是因为表面的氟原子被氧原子取代，疏水性减弱。溅射金属层后，材料的润湿性并没有显著变化，这是由于溅射过程中可能未形成连续的金属层，基底的疏水性仍占主导。然而，当所有样品经激光照射后，润湿性明显下降，接触角大多超过 140° ，这可能是因为金属膜聚集成纳米颗粒，或者形成了 PTFE - 金属复合结构，改变了表面形貌，从而增加了疏水性。
表面形貌分析
通过 AFM 和 SEM 图像可以清晰地看到，原始 PTFE 纳米纤维箔表面较为光滑，等离子体改性后，表面粗糙度增加，形貌发生改变。在研究不同金属层厚度和顺序对表面形貌的影响时，发现沉积银和金层后，纤维的形貌发生了变化。经激光处理后，即使不同金属层组合（如 sG 和 gS）有所不同，但都形成了球形双金属纳米结构和微结构，PTFE 膨胀形成 PTFE - 贵金属复合材料，表面粗糙度显著改变。而且，从激光处理后的颜色变化推测，金属层形成了纳米颗粒和金属 - PTFE 复合颗粒，并非简单的分层结构。此外，研究还对比了激光能量和加热与激光曝光组合对结构的影响，发现样品表面均形成了球状纳米颗粒，但形态变化不明显。
表面化学研究（EDS）
EDS 分析结果显示，准分子激光照射促使 PTFE 与球形双金属复合颗粒形成。在激光照射前进行热应力处理，会使金属元素的质量占比降低，不过由于 PTFE 和金属纳米颗粒都具有较高的热稳定性，可能需要更高温度才能引发更显著的化学变化。当激光能量从 150 mJ/cm2 增加到 200 mJ/cm2 时，各元素的占比没有明显变化。另外，在不同金属层顺序和厚度的样品中，银在略微亲水的基底（如先沉积金层的 PTFE）上的成核能力有所提高。部分样品中还检测到氧元素，这是因为较厚的银层在溅射过程中可能发生轻微氧化。
表面化学研究（红外光谱）
FTIR 测量结果表明，所有样品类型都存在与 -CF? - 基团相关的特征峰，这证实了 PTFE 等离子体基底的化学组成。经过激光照射后，并没有形成新的不对称键，或者新键的信号过于微弱而未被检测到。
抗菌测试
在抗菌测试中，研究人员选用了大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）两种细菌。对于大肠杆菌，2 小时后未观察到明显的抗菌效果，24 小时后，含有 “较厚” 银层的样品（Sg 激光 150 mJ/cm2、gS 激光 150 mJ/cm2 和 gS）表现出很强的抗菌活性，即使在厚银层上覆盖薄金层（如 PTFE 等离子体 Sg 样品）也不影响抗菌性能。而薄银和厚金层的样品抗菌效果相对较弱，这可能是因为较高的金含量阻碍了银离子的释放。对于金黄色葡萄球菌，2 小时后所有含贵金属的样品都表现出一定的抗菌活性，24 小时后除了个别样品（Sg 激光照射 150 mJ/cm2），其他样品的抗菌效果相似且较弱。综合来看，Sg 激光照射 150 mJ/cm2 的样品对两种细菌的抗菌效果最强。
双金属图案的复制
研究人员将选定样品的表面复制到聚乳酸（PLLA）基底上，成功实现了 PTFE 箔的纤维图案和金属图案的完整转移。复制后，PLLA 薄膜的疏水性大幅增加，接触角升高到 140° 左右，这是由于表面粗糙度增加，并且不仅转移了金属层，还转移了 PTFE 链。FTIR 分析也证实了 PTFE 纳米纤维部分在复制过程中的转移。
在这项研究中，研究人员成功地在 PTFE 纳米纤维材料上制备出双金属 Ag/Au 纳米团簇，通过多种技术手段深入研究了不同因素对材料性能的影响。激光照射使样品的接触角增大，接近超疏水值，还促使 Ag/Au - PTFE 复合材料的形成，SEM 和 AFM 观察到了球状纳米结构的形成，EDS 分析证实了双金属结构的存在。抗菌测试表明所有样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有杀菌作用，其中 PTFE 等离子体 Sg 样品在激光能量为 150 mJ/cm2 照射后抗菌效果最佳。而且，激光照射后的 PTFE 等离子体箔上的 Ag/Au 层图案成功复制到乳酸聚合物上，复制后材料的接触角因表面粗糙度增加和 PTFE 链转移而增大。
这项研究成果为解决 PTFE 在生物医学应用中的细菌感染问题提供了有效途径，双金属纳米图案修饰的 PTFE 纳米织物有望应用于伤口敷料、植入物等领域，减少感染风险，促进组织愈合。同时，该研究也为其他类似材料的表面改性和抗菌性能提升提供了参考，推动了抗菌材料领域的发展。未来，研究人员还计划对不同金属（如 Cu）进行实验，进一步探索提高材料表面抗菌性能的方法，为材料科学和生物医学领域带来更多惊喜。
