Ag/Cu镀层结合紫外皮秒激光诱导周期结构增强SUS304表面抗菌效能的研究

针对医用不锈钢表面抗菌性能不足的问题，研究人员通过皮秒紫外激光在SUS304表面构建激光诱导周期结构（LIPSSs），并沉积15 nm Ag/Cu薄膜。研究发现LIPSSs的周期（Λ）、粗糙度（Ra）和接触角（CA）随激光能量密度增加而提升，所有镀膜样品对大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）均实现24小时100%抗菌效率，其中Ag镀层样品表现出更强的活性氧（ROS）积累效应。该研究为医用金属表面功能化提供了新策略。

　　

在医疗器械和植入物领域，不锈钢SUS304因其优异的机械性能和生物相容性被广泛应用，但表面易滋生细菌的问题始终困扰着临床使用。传统化学涂层存在结合力弱、耐久性差的缺陷，而激光表面改性技术为这一难题提供了新思路。台湾元翊有限公司联合研究团队创新性地将紫外皮秒激光加工与金属镀层技术结合，通过《Thin Solid Films》发表的研究成果揭示了纳米级表面结构调控与抗菌性能的关联机制。

研究采用波长343 nm、脉冲宽度5 ps的紫外激光在SUS304表面构建激光诱导周期结构（LIPSSs），通过调节激光能量密度（3.54-8.84 J/cm²）精确控制表面形貌特征。结合磁控溅射技术沉积15 nm厚Ag和Cu薄膜后，系统评估了表面对三种常见致病菌（E. coli、S. aureus、P. aeruginosa）的抑制效果。关键技术包括：激光参数调控实现LIPSSs可控制备，X射线衍射（XRD）分析晶体结构，原子力显微镜（AFM）表征表面粗糙度（Ra），以及标准菌落计数法评价抗菌效率。

材料与方法
研究选用抛光SUS304基板，经丙酮-乙醇-去离子水三级清洗后，采用400 kHz重复频率的紫外皮秒激光处理。通过调节光束直径（2.5 mm）和扫描速度控制能量密度，利用场发射扫描电镜（FE-SEM）观察LIPSSs形貌演变。

表面形貌与晶体结构
激光能量密度达到6.63 J/cm²时形成规则LIPSSs，其波纹方向垂直于激光电场（E）方向。XRD分析证实激光处理未引起奥氏体相变或元素偏析，但表面粗糙度（Ra）从原始样品的0.02 μm增至8.84 J/cm²处理后的0.32 μm，接触角（CA）相应从72°提升至128°。

抗菌性能
所有镀膜样品均实现24小时完全抑菌（100%效率）。Ag镀层样品诱导细菌产生更多活性氧（ROS），其细胞毒性显著高于Cu镀层。LIPSSs结构通过物理性破坏细菌膜结构与金属离子协同作用，对P. aeruginosa的抑制效果尤为突出。

结论与意义
该研究证实紫外皮秒激光可精确调控SUS304表面特性，LIPSSs与Ag/Cu镀层的协同作用使抗菌性能产生质的飞跃。特别值得注意的是，Ag镀层样品通过增强ROS积累的"双刃剑"效应，为开发兼具长效抗菌和生物安全性的医用材料提供了理论依据。这项技术有望应用于手术器械、骨科植入物等医疗场景，其环境友好型加工特性也符合绿色制造发展趋势。研究团队特别指出，未来可进一步探索LIPSSs周期参数与不同菌种尺寸的匹配关系，以优化抗菌特异性。