病原菌在材料表面的黏附和后续生物膜的形成会引起一系列不良后果,对人类健康和工业生产都造成了严重危害。赋予材料表面抗菌性能从而抑制细菌黏附增殖是解决这一问题的有效途径,具有重大的实用意义。然而,目前常见的抗菌策略主要集中在杀死表面黏附的细菌,而忽略了死细菌及碎片在表面的积累所造成的二次污染。针对这一问题,研究者们提出了一种基于“杀菌-释放细菌”的新型抗菌策略,使表面在杀灭细菌后能够及时清除表面残留的死细菌及碎片以保持长效抗菌功能。在本论文中,我们基于该策略构建了一系列具有可控“杀菌-释放细菌”功能的智能抗菌表面。具体研究内容如下:(1)结合聚合物刷的刺激响应性和纳米材料的拓扑增强效应,构建了一种能够逐步切换杀菌和释放细菌功能的智能抗菌表面。首先,通过表面引发聚合在硅纳米线阵列(SiNWAs)表面接枝了具有pH响应性的聚合物聚甲基丙烯酸(PMAA);然后,利用PMAA分子链的pH响应性和SiNWAs的拓扑增强效应,在酸性pH条件下向表面负载了大量具有杀菌活性的溶菌酶。由此得到的表面不仅可以在中性pH条件下释放大部分负载的溶菌酶,有效地杀死悬浮在溶液中以及黏附在表面上的细菌,还可以在碱性pH条件下释放死细菌以保持表面的清洁。此外,无论是pH响应性的结合/释放溶菌酶还是杀菌/释放细菌都具有良好的可重复性。(2)结合自组装技术和主客体相互作用,构建了一种具有光响应性的可逆切换杀菌和释放细菌功能的超分子智能抗菌表面。首先,利用Au-S键在金片表面组装了含有偶氮苯(Azo)基团的混合单分子层;然后,以Azo作为锚点,通过Azo与β-环糊精(β-CD)之间的主客体相互作用在表面上引入具有杀菌活性的季铵盐七取代的ββ-CD衍生物(CD-QAS)。由于CD-QAS具有优异的杀菌活性,该表面可以高效杀死表面黏附的细菌。而后,利用紫外光照射引起Azo基团从反式结构转变为顺式结构,导致Azo/CD-QAS复合物的解离,从而释放表面的死细菌。此外,利用可见光照射可以恢复Azo基团的构象,重新结合CD-QAS,实现可重复的杀菌-释放细菌。(3)结合层层组装(LBL)沉积技术和主客体相互作用,开发了一种构建多功能抗菌表面的普适性方法。首先,利用LBL技术,制备了含有金刚烷(Ada)基团的聚电解质多层膜;然后以多层膜中的Ada基团为锚点,通过其与β-CD之间的主客体相互作用,在多层膜上引入了具有杀菌活性的CD-QAS。因为CD-QAS具有高效的接触杀菌活性,该表面可以杀死超过95%黏附在表面的细菌。通过引入十二烷基硫酸钠(SDS)破环Ada基团与CD-QAS之间的主客体相互作用,可以实现表面对死细菌的释放。该方法操作简单,适用于大部分具有不同表面性质的基材。此外,可以向表面同时引入CD-QAS与其他功能性β-CD衍生物实现表面的多功能化。总之,本论文利用诸如表面引发聚合、单分子自组装、层层组装和主客体相互作用等多种表面改性方法,构建了一系列具有可控“杀菌-释放细菌”功能的智能抗菌表面。这些表面不仅能够高效地杀死黏附在表面的细菌,同时可以在一个适当的刺激下释放死细菌及其碎片使表面恢复清洁,从而保持长期有效的抗菌活性。本论文的研究结果具有重要的基础理论价值,同时也为新型抗菌表面的设计提供新的思路和方法,在医疗器械、医用导管等生物医用领域有着潜在的应用前景。