《Applied Surface Science》：In-situ formation of WO
3/WS
2 heterojunction for an efficient and stable NO abatement under visible light
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制备了基于微波球体化聚酰胺颗粒和聚多巴胺介导AgNPs自组装的环保抗菌粉末涂层，其球形结构（球形度0.93）显著降低范德华力和静电作用，提升流动性和分散性，75±3nm AgNPs实现稳定缓释，使涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率达99.99%，经500次摩擦或7天浸泡后性能保持稳定，并成功应用于公共健康设备。
杨佳园|刘英春|林万春|周亚格|刘博梅|刘伟|刘茂平|朱杰西|张慧
广东工业大学化学工程与轻工学院，中国广州510006
摘要
由于环境污染和细菌感染严重威胁人类健康，因此人们非常重视抗菌粉末涂料的研发。抗菌涂料中的银纳米颗粒（AgNPs）已被广泛认可，但由于其尺寸、载体、分散性以及Ag+的释放问题，其在粉末涂料中的应用尚未得到充分发展。本文采用微波驱动的球形化技术和基于多巴胺（PDA）的AgNPs原位自组装方法制备了聚酰胺（PA）粉末涂料。球形度为0.93的PA颗粒具有近乎完美的圆形形态，这有助于减少颗粒间的范德华力和静电力等相互作用，从而提高流动性。涂层中75±3纳米的AgNPs表现出良好的Ag+释放速率、分散性和界面相容性，因此具有优异的抗菌性能和耐磨性。实验结果表明，含有1.0 wt% AgNPs的涂层对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杀菌效果达到了99.99%。即使在经过500次摩擦或7天浸泡后，其抗菌效果仍与原始涂层相当。最终，该粉末涂料被应用于门把手和轮椅扶手，证明了其在公共卫生设备中的潜在用途。
引言
细菌是最常见的导致医疗相关感染的病原体[1,2]。在适宜的环境条件下，细菌会形成难以清除的生物膜。细菌通过各种潜在的感染性医疗设备传播，每年导致数百万例疾病[3]。彻底清除受污染的设备或采用特殊处理方法是预防细菌感染的有效手段，但这会增加医疗成本且极其不便[4]。因此，学术界和工业界都迫切需要开发具有显著抗菌性能的表面。
基于聚合物的抗菌涂料具有优异的加工/成型性能和强设计性，可轻松应用于医疗器械、假体材料及导管（尿道或静脉导管）等表面，以防止有害微生物的滋生，从而减少细菌感染[5],[6],[7]。对于纯聚合物涂层，常见的增强抗菌性能的方法包括生成活性氧（如壳聚糖[8]、多巴胺[9]等）或构建纳米结构或纳米图案表面以制备抗污材料（如超疏水涂层[10,11]）。对于复合涂层，由于纳米材料具有较大的表面积和尺寸/形状依赖性的物理化学性质，将其掺入聚合物中制备抗菌复合涂层是一种简便、有效且低成本的方法[12,13]。在各种具有抗菌活性的纳米材料中，银纳米颗粒（AgNPs）最具前景。与其他纳米材料相比，AgNPs具有较低的细胞毒性和免疫反应性，并具有更强的抗菌效果，因此被广泛应用于药物递送、医学成像和分子诊断[14,15]。尽管通过调节AgNPs的尺寸可以提高抗菌效率，但不可避免的聚集和不可控的Ag+释放会显著降低其抗菌效果[16],[17],[18]。此外，传统的有机聚合物涂层含有20–80%的挥发性有机化合物（VOCs），在成膜过程中会向大气中释放这些物质。随着健康、安全和环境法规的日益严格，VOC排放受到严格限制。几乎不释放VOC的粉末涂层（由固体聚合物和添加剂组成）成为当前和未来的发展趋势[19,20]。然而，与溶剂型有机聚合物涂层相比，粉末涂料中AgNPs的分散性和流动性更具挑战性，且通常需要更高的Ag含量才能实现有效的抗菌效果。因此，开发具有优异流动性和抗菌效果的绿色无VOC粉末涂层十分必要。
本研究选用了具有无毒、高强度、耐久性和耐化学性等理想特性的非规则形状聚酰胺作为粉末涂层前驱体。利用微波加热方法，通过添加纳米SiO2作为阻隔剂来防止PA颗粒之间的粘附，并提出了基于多巴胺（PDA）的AgNPs原位自组装策略。首先研究了PA颗粒的结构、尺寸、形态和流动性，随后分析了涂层的热性能和机械性能。进一步深入探讨了不同AgNPs负载量的PA基粉末涂层对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效果和耐久性。此外，还尝试将该粉末涂层系统应用于公共领域和医疗设备中，以预防细菌感染和减少疾病传播。
材料
聚酰胺（PA）粉末（250目）购自法国Arkema集团；二氧化硅（SiO2，16 nm）购自Evonik Industries AG；氢氟酸（HF，AR，≥40%）和氢氧化钠（NaOH，AR）购自上海Aladdin生化科技有限公司；盐酸多巴胺（98%）、三（羟甲基）氨基甲烷（Tris，≥99.9%）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF，AR）购自上海Macklin生化科技有限公司；硝酸银（AgNO3，AR）购自...
球形PA和抗菌粉末颗粒的表征
形状不规则的粉末涂层颗粒通常流动性较差，导致粉末涂层工艺（如流化不良、输送不均和喷涂不均等问题）。虽然添加某些纳米颗粒等流动添加剂可以降低颗粒间的内摩擦从而改善流动性，但颗粒间的强范德华力仍然是影响流动性的主要因素。
结论
本研究采用微波驱动的球形化和AgNPs原位自组装技术制备了球形抗菌粉末涂层。粒径约为75±3 nm的AgNPs原位沉积在球形颗粒表面。抗菌活性评估表明，基于Ag+抗菌机制，所制备的涂层对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）具有优异的抗菌效果。当AgNPs含量超过1.0 wt%时，抗菌效果更为显著。
作者贡献声明
杨佳园：软件开发、数据管理。刘英春：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、实验设计、资金申请。林万春：数据分析。周亚格：数据管理。刘博梅：实验设计。刘伟：资源协调。刘茂平：方法学研究、数据管理。朱杰西：监督。张慧：验证、监督。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：22408059）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2025A1515010866）以及粤港澳大湾区国家优秀工程师研究院创新项目（佛山市先进制造业，项目编号：NSJH2025006）的资助。
