CN107406692A

CN107406692A - 用于处理包括微生物结构层的表面和物品的方法

Info

Publication number: CN107406692A
Application number: CN201680007573.4A
Authority: CN
Inventors: 陈爽
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2017-11-28
Also published as: JP6301018B1; WO2016120042A1; US20180002535A1; EP3250645A1; JP2018510612A

Abstract

本发明提供一种用于处理基底的表面的方法，方法包括：a)使微生物在待处理的基底的表面上生长以形成微生物结构层，其中微生物选自真菌、藻类、地衣及其任何组合；和b)涂覆微生物结构以在上面形成第一涂层，其中第一涂层具有不超过1μm的厚度。本发明还提供一种物品，包括任选地通过使用本发明的方法制成的微生物结构层。

Description

用于处理包括微生物结构层的表面和物品的方法

技术领域

本发明涉及用于处理基底的表面的方法。

本发明还涉及包括微生物结构层的物品。

背景技术

表面处理在提供期望的表面性质或期望的表面拓扑方面非常常见。像2014年9月4日在“自组装疏水生物膜”；-&“生物膜”；-&“恰普林(Chaplins)”中所公开的，首先使用一种细菌在基底上形成生物膜，并接着生物膜产生疏水蛋白以形成疏水表面。之后是切断开关以杀死细菌，但是疏水蛋白仍然存在。通过该方法，经处理的表面显示疏水特性。

用于表面处理的另一途径是仿生。自然界中许多表面可能会导致特定行为现象这是公认的。已开发出许多方法来模仿天然表面的形态以便实现期望的表面性质或拓扑。

水/油排斥性质是可以通过模仿天然表面的形态提供的重要性质之一，并因此在日常生活以及许多工业和生物过程中引起了很多关注。这样的天然表面的示例包括在一些植物的叶子(诸如荷叶)、水黾的腿部和展现超疏水性的不寻常现象的一些昆虫的翅膀上发现的那些。一个有名的示例是荷叶，很久之前就发现它是超疏水的。这些表面的特征在于，它们通常具有微米和纳米级的二元结构，这造成大的水接触角。这是因为空气可以在表面处被捕获在水滴与蜡晶体之间，这使水滴与表面的真实接触区域最小化。水/油排斥性质的应用包括例如船体上的摩擦阻力的减小、防结冰和自清洁表面。至于透明疏水表面，可能的应用的范围可以扩展到诸如护目镜或挡风玻璃等的基于玻璃的基底。

已通过借助诸如蚀刻和机加工等的各种加工技术复制天然超疏水表面的表面拓扑而制备出具有大于150°的水接触角的人造超疏水表面。也就它们的润湿动力学以及它们的化学、机械和热稳定性对许多人造超疏水表面进行了研究，在工业和生物过程中开辟了许多应用。然而，用于制造人造超疏水表面的当前加工技术中的许多都是困难的并且典型地使用昂贵的材料或苛刻的条件。与差的稳定性和短的寿命一起，这些问题大大限制了人造超疏水表面的应用。

因此，存在有通过模仿天然表面的形态来开发用于表面处理的简单的低成本方法的需要。还存在有以便利的方式提供鲁棒的超疏水/超疏油表面的需要。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种用于处理基底的表面的方法，方法包括：

a)使微生物在待处理的基底的表面上生长以形成微生物结构层，其中微生物选自真菌、细菌、藻类、地衣及其任何组合；和

b)涂覆微生物结构以在上面形成第一涂层，其中第一涂层具有不超过1μm的厚度。

在第二方面，本发明涉及一种物品，包括基底、形成在基底的表面的至少一部分上的微生物结构层和形成在微生物结构上的第一涂层，其中微生物结构包括源自真菌、细菌、藻类、地衣及其任何组合的结构；并且其中第一涂层具有不超过1μm的厚度。

附图说明

为了说明本发明的目的，提供了以下附图，而没有限制本发明的任何意图。

图1是包括通过本发明的方法进行处理的表面的物品的示意性描绘。

图2a和图2b以不同的放大率图示出根据本发明的实施例在玻璃培养皿的表面上培养的白色链霉菌的表面上的水滴。

图3a、图3b和图3c以不同的放大率图示出在根据本发明的实施例获得的疏水涂层的表面上的水滴。

图4a至图4d图示出剥离试验，其中图4a示出在剥离试验中用于剥离超疏水涂层的胶带和超疏水涂层的剥离区域(在矩形中标出)，并且图4b、图4c和图4d分别示出在1、5和10次剥离操作之后超疏水涂层的表面上的水滴的状态。

图5a示出用于扫描电子显微镜(SEM)分析的根据本发明的实施例获得的超疏水涂层的试样制备。图5b和图5c以不同的放大率示出所获得的超疏水涂层的表面的SEM图像。

具体实施方式

虽然将关于特别的实施例来描述本发明，但该描述不应解释为限制性含义。

如该说明书和随附权利要求中所使用的，“一”和“一个”的单数形式还包括各自的复数除非上下文另有明确指出。

在本发明的上下文中，术语“大约”和“近似”表示本领域技术人员将理解的仍然确保所讨论的特征的技术效果的准确度的区间。该术语典型地指示出±20％、优选±15％、更优选±10％并且甚至更优选±5％或甚至±1％的与所指示的数值的偏差。

应理解的是，术语“包括”不是限制性的。为了本发明的目的，术语“由…组成”被认为是术语“包括”的优选实施例。如果在下文中将组限定为包括至少一定数量的实施例，那么这意味着还涵盖优选地仅由这些实施例组成的组。

此外，在描述和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”或“(a)”、“(b)”、“(c)等和类似物用于在类似元素之间进行区分，并且并不一定用于描述顺次或时间顺序。应理解的是，如此使用的术语在适当情况下可互换，并且本文所描述的本发明的实施例能够以除了本文所描述或图示的以外的其他顺次来操作。

在术语“第一”、“第二”、“第三”或“(a)”、“(b)”、“(c)等涉及方法或使用的步骤的情况中，步骤之间没有时间或时间间隔连贯性，即，步骤可以同时地执行或者在这样的步骤之间可能存在有数秒、数分钟、数小时、数天、数星期、数月或甚至数年的时间间隔，除非在上面或下面如本文所陈述的本申请中另有指出。

本发明的目的是通过模仿天然表面的形态来提供用于表面处理的简单且低成本的方法。本发明的优点之一在于通过本发明的方法获得的人造表面是鲁棒且稳定的。

根据本发明，微生物用于表面处理。尽管事实是一般不期望表面上的微生物的生长并且趋向于防止或避免表面上的微生物的生长，但令人惊讶地发现，表面上的微生物的生长可以有助于以鲁棒的方式赋予表面期望的性质。

在实施例中，本发明提供一种用于处理基底的表面的方法，方法包括：

在另一实施例中，本发明提供一种物品，包括基底、形成在基底的表面的至少一部分上的微生物结构层和形成在微生物结构上的第一涂层，其中微生物结构包括源自真菌、细菌、藻类、地衣或其任何组合的结构；并且其中第一涂层具有不超过1μm的厚度。

在进一步的实施例中，本发明提供一种物品，通过使用用于处理物品的基底的表面的至少一部分的本发明的方法制成。

微生物和微生物结构

如本文所使用的术语“微生物”或其复数形式“多个微生物”是指任何小的或微小的生物，广义上包括植物和动物。其旨在作为用于大量各种各样的微生物体的综合术语，包括所有的原核生物、即细菌和古生菌；和各种形式的真核生物，包括原生动物、真菌、藻类、微观植物(绿藻)；和诸如轮虫和真涡虫等的动物；和如上列出的单个微生物的共生组合，诸如地衣。

如本文所使用的术语“真菌”或其复数形式“多个真菌”是指包括诸如酵母和霉菌、霉病、锈病和酵母菌等的微生物体的大量真核生物中的任何成员。

如本文所使用的术语“藻类”或其复数形式“多个藻类”是指范围从单细胞至多细胞形式的非常大且多样化的一组简单、典型地是自养生物体中的任何成员。

如本文所使用的术语“地衣”或其复数形式“多个地衣”是指通过藻类和真菌的共生组合形成的某些植物中的任何一个。

如本文所使用的术语“微生物结构”或其复数形式“多个微生物结构”是指源自一个或多个微生物的结构。换言之，微生物结构是由一个或多个微生物的生长形成的结构。

如本文所使用的术语“微生物结构层”是指包括微生物结构或微生物结构轮廓的层。换言之，微生物结构层可以是其中形成微生物结构的一个或多个微生物在层已形成之后仍然存在的层，或者它可以是具有与微生物结构相同的轮廓但形成微生物结构的一个或多个微生物已从其上去除的腔。

根据本发明，可适宜地使用的微生物包括选自真菌、细菌、藻类、地衣及其任何组合的物种。这些细菌可以在特定条件下在表面上生长以形成微生物结构层。这是有利的，因为它提供了在微生物结构层与表面之间形成鲁棒性连接的可能性。另一方面，微生物结构一般具有精细且复杂的微米和纳米级的表面体系结构，这对于诸如超疏水性和/或超疏油性等的某些表面性质是期望的。微生物的作为用于产生超疏水涂层的模板的使用是非常新颖的并且以前没有报道。在使用微生物作为模板的情况中，进一步的蚀刻或另一种类的表面体现结构建筑可以是任选的或者甚至可以免除。

在特定实施例中，微生物选自包括具有在0.3μm与100μm之间的直径的菌丝的真菌或细菌。菌丝是一种长的、分枝的丝状结构的真菌。在大多数真菌或细菌中，菌丝是营养生长的主要模式。在优选实施例中，微生物选自具有在0.3μm与70μm之间、优选在0.5μm与50μm之间、更优选在1μm与25μm之间、最优选在1.5μm与15μm之间的直径的菌丝的真菌或细菌。适宜地，菌丝可以具有在55μm与100μm之间或在60μm与90μm之间或在0.3μm与40μm之间或在0.8μm与10μm之间的范围内的直径。菌丝的存在使得能够形成相互交缠和缠结的结构，其使得能够实现空气被捕获在其中的微观袋并由此支持水/油滴站立在其上或滚落。

适宜地，真菌或细菌可以选自霉菌、放线菌及其任何组合。本发明中可以适宜地使用的真菌或细菌的示例包括但不仅限于根霉菌属、毛霉菌属、链孢霉菌属、曲霉菌属、青霉菌属、链霉菌属、诺卡氏菌属、弗兰克氏菌属、游动放线菌属、高温单孢菌属及其任何组合。在特定实施例中，链霉菌属被用作本发明的方法中的微生物。链霉菌属可以适宜地选自白色链霉菌、灰色链霉菌、委内瑞拉链霉菌、金黄色链霉菌及其任何组合。

适宜地，藻类可以选自包括绿藻门(绿藻)、红藻门(红藻)、灰色藻门、轮藻门的原始色素体生物；包括Chlorarachniophytes、眼虫的有虫孔界(古虫界)；包括长短鞭毛体(诸如硅藻纲(硅藻)、爱科斯汀门、Bolidomonas、眼点藻纲、褐藻纲(褐藻)、金藻纲(金藻)、针胞藻纲、黄群藻纲和黄藻纲(黄绿藻))、隐藻门、腰鞭毛类、定鞭藻门的藻物界(囊泡虫类)；蓝细菌(蓝绿藻)；及其任何组合。

适宜地，地衣可以选自灌木状、叶状、壳状、鳞状、凝胶状、丝状、伞丝状、无结构及其任何组合。

任选地，可以适宜地使用生长培养基或培养培养基来帮助表面上的微生物生长。一般地，生长培养基或培养培养基是设计成支持微生物的生长的液体或凝胶。用于微生物的最常见的生长培养基是营养肉汤和琼脂板。本领域技术人员将能够为要使用的特定微生物选择合适的培养基。

该微生物结构层可以具有可适宜地实现本发明的有利技术效果的任何值的厚度。在特定实施例中，该微生物结构层可以具有从1μm至10mm、优选从10μm至5mm、更优选从100μm至3mm、最优选从200μm至1mm、300μm至1.5μm或从400μm至2mm或从120μm至600μm的厚度。

该微生物结构层的厚度可以通过培养时间来调谐。培养时间可以是从几分钟到几个月，取决于要使用的特定微生物。一般地，可以在几分钟或高达1至4天的培养时间期间形成以上厚度的微生物结构层的微生物将是期望的。本领域技术人员将能够为要使用的特定微生物选择合适的培养时间和环境条件。

任选地，可以在实现了期望的厚度之后进行干燥微生物结构的步骤。干燥过程可以持续0.5至24小时，例如0.5至2小时、5至10小时或12至24小时。

适宜地，本发明的方法可以进一步包括在形成第一涂层之后将微生物去激活或去除的步骤。也称作灭菌步骤的将微生物去激活或去除的步骤可以通过施加热、化学品、辐照、高压、过滤或其任何组合来实现。热灭菌包括干热灭菌和湿热灭菌，例如蒸汽灭菌、高压釜处理、燃烧、焚化、沸腾或类似物。可以用于灭菌的化学品的示例包括但不限于环氧乙烷、二氧化氮、臭氧、漂白剂、戊二醛和甲醛溶液、邻苯二醛、过氧化氢、过乙酸、银和ZnO。辐射灭菌可以使用诸如电子束、X射线、γ射线或亚原子粒子等的辐射。本领域技术人员将能够在本发明的精神内选择用于将微生物去激活或去除的合适的灭菌方法。

第一涂层

通过涂覆微生物结构以在上面形成第一涂层，可以复制和固定期望的表面体系结构。

为了本发明的目的，第一涂层典型地具有不超过1μm的厚度。第一涂层的厚度可以随着所使用的特定微生物和由此形成的微生物结构而变化。在特定实施例中，第一涂层具有不超过0.9μm、适宜地不超过0.5μm、更适宜地不超过0.1μm、最适宜地不超过0.05μm的厚度。在特定实施例中，第一涂层具有不小于1nm、适宜地不小于5nm、更适宜地不小于10nm、最适宜地不小于15nm的厚度。第一涂层可以具有在从8nm至80nm或从12nm至20nm或从30nm至45nm或从60nm至120nm的范围内的厚度。第一涂层的厚度应该使得第一涂层能够一方面覆盖微生物结构并且另一方面复制微生物结构的表面体系结构。第一涂层的厚度可以适宜地选择成使本发明的有利技术效果最大化。

第一涂层可以通过任何合适的方法形成在微生物结构上。例如，选自气相沉积、自传播高温合成、热化学合成、热喷涂、电化学合成、溶胶-凝胶法和原位成型、浇铸的一个或多个方法可以用来形成第一涂层。

第一涂层的材料可以是有机的或无机的，假设它可以形成围绕微生物结构的壳。如本文所使用的术语“壳”是指覆盖微生物结构的至少一部分的外层。通过覆盖微生物结构的至少一部分，壳具有与该微生物结构层的表面互补的内表面拓扑，和该微生物结构层的表面上复制微米和纳米级体系结构的外表面。壳优选地硬到足以自支撑和/或耐划伤，使得所获得的表面拓扑或微米和纳米级体系结构可以被以耐用的方式保持。在特定实施例中，壳以如下方式覆盖所有微生物结构：使得一旦形成微生物结构的一个或多个微生物被去除，就会在基底与壳之间形成具有与微生物结构相同轮廓的腔。

在特定实施例中，第一涂层是无机涂层，例如由选自氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钛及其任何组合的无机氧化物组成。

在另一特定实施例中，第一涂层是有机涂层，例如由成膜聚合物或组合物组成。成膜聚合物的示例包括但不限于诸如硝酸纤维素、乙酸纤维素、乙酰丁酸纤维素、乙酰丙酸纤维素和乙基纤维素等的基于纤维素的聚合物；聚氨酯；丙烯酸聚合物；乙烯基聚合物；聚乙烯醇缩丁醛；醇酸树脂；衍生自诸如芳基磺酰胺-甲醛树脂等的醛缩合产物的树脂，例如甲苯磺酰胺-甲醛树脂、芳基磺酰胺-环氧树脂或乙基甲苯酰胺树脂。成膜组合物可以有利地包括至少一个成膜聚合物，和任选的至少一个辅助成膜剂。

第二涂层

本发明的方法可以进一步包括在第一涂层上形成第二涂层的步骤。第二涂层可以与微生物结构、尤其是微生物结构的表面体系结构一起起作用，以提供协同效应。例如，第二涂层可以包括诸如疏水材料、疏油材料或两憎材料等的一个或多个官能化材料，以提供超疏水表面、超疏油表面或超两憎表面。具有期望性质的包括有机材料和无机材料的任何材料都可以用于本发明的目的。

在替代实施例中，第二涂层具有不超过70mJ/m²的表面能量。在优选实施例中，第二涂层具有不超过60mJ/m²、优选不超过50mJ/m²、更优选不超过40mJ/m²、最优选不超过30mJ/m²的表面能量。为了本发明的目的，第二涂层可以具有尽可能低的表面能量。例如，第二涂层的表面能量可以低到10mJ/m²、15mJ/m²或20mJ/m²。

用于形成第二涂层的材料的示例包括但不限于聚六氟丙烯(PHFP)、聚四氟乙烯(PTFE/特氟隆)、氟化乙烯丙烯(FEP)、三氟氯乙烯、三氟氯乙烯(Aclar)、聚二甲基硅氧烷(硅氧烷弹性体)、诸如三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷等的氟化硅烷、天然橡胶、石蜡、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF/泰德拉)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、尼龙-11(聚十一烷酰胺)、沙林离子交联聚合物、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVOH/PVAL)、聚苯硫醚(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、乙酸纤维素(CA)、聚偏二氯乙烯(PVDC/Saran)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龙-6(聚己内酰胺)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、再生纤维素、尼龙6/6(聚己二酰己二胺)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、丁苯橡胶、聚醚砜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯(PU)、玻璃、二氧化硅、碱石灰、铜、铝、铁、镀锡钢及其任何组合。

在特定实施例中，第二涂层可以选自有机氟涂层、有机硅涂层、氟硅涂层及其任何组合。

为了本发明的目的，第二涂层可以具有不超过2μm的厚度。在特定实施例中，第二涂层具有不超过1.5μm、适宜地不超过1.0μm、更适宜地不超过0.5μm、最合适地不超过0.1μm的厚度。在特定实施例中，第二涂层具有不小于5nm、适宜地不小于10nm、更适宜地不小于15nm、最适宜地不小于20nm的厚度。第二涂层可以具有在从8nm至80nm或从60nm至120nm或从100nm至200nm或从300nm至800nm的范围内的厚度。为了使本发明的有利技术效果最大化的目的，可以由本领域技术人员适宜地选择第二涂层的厚度。

第二涂层可以通过任何合适的方法形成。例如，选自气相沉积、自传播高温合成、热化学合成、热喷涂、电化学合成、溶胶-凝胶法和原位成型、浇铸的一个或多个方法可以用来形成第二涂层。

基底

可以适宜地通过本发明的方法处理的表面和/或基底可以由任何材料制成。在实施例中，表面和/或基底包括选自玻璃、金属、陶瓷、速率、橡胶和纺织品的一个或多个材料。在特定实施例中，待处理的基底是纺织品。在另一特定实施例中，待处理的基底是玻璃或陶瓷，任选地具有一体形成在所述玻璃或陶瓷的表面上或附着至其上的纺织品。在进一步的特定实施例中，待处理的基底是塑料或橡胶，任选地具有一体形成在所述玻璃或陶瓷的表面上或附着至其上的纺织品。优选地，基底具有一定的表面粗糙度和/或孔隙度，其便于用于在基底的表面上生长的一个或多个微生物的环境的基础。本领域技术人员将能够基于要形成的特定微生物来选择合适的表面粗糙度和/或孔隙度。

在实施例中，待处理的表面和/或基底展现出小于100°或小于90°或小于80°或甚至小于70°的水接触角。

在实施例中，用本发明的方法处理之后的表面和/或基底展现出大于150°或大于155°或大于160°或甚至大于165°的水接触角。

在特定实施例中，在基底的表面上形成该微生物结构层的微生物包括白色链霉菌，第一涂层包括二氧化硅，并且第二涂层包括氟化硅烷。

为了说明本发明的目的，图1示出通过本发明的方法形成的物品10的示意性图。物品10包括基底100、形成在基板100的表面110的至少一部分上的微生物结构层120和形成在微生物结构120上的第一涂层130。可以在第一涂层130上进一步形成第二涂层(未示出)。

应用

本发明有利于通过模仿天然表面来提供期望的表面拓扑。通过选择具有水/油排斥性质的天然表面，可以在待处理的表面上制造超疏水/超疏油涂层。超疏水/超疏油涂层可以被施加至许多工业和生物过程，例如摩擦阻力的减小、防结冰和自清洁过程。本领域已提出了对于超疏水涂层在诸如空气和厨房等的其他领域中的应用的进一步研究。

具体地，本发明可以发现在至少以下方面中的应用：超疏水/超疏油涂层制造；自清洁材料/表面；防水但透气的材料；空气净化器；空气过滤器；食品/化妆品存储；诸如路灯冷却***等的照明应用；诸如呼吸面罩或人造肺等的医疗保健应用；等等。

示例

将通过旨在纯粹是本发明的示例的以下示例进一步阐明本发明。从本文所公开的本发明的本说明书或实践考虑，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。

I.表面处理

在玻璃基底上利用白色链霉菌形成了超疏水涂层以形成微生物结构。白色链霉菌具有显示疏水特性的复杂的微米和纳米级的表面体系结构。

步骤1：微生物结构的形成

使用琼脂作为培养基，在室温(25℃)下在玻璃培养皿的表面上培养白色链霉菌3天以形成微生物结构层。该微生物结构层具有大约0.5mm的厚度。

将玻璃培养皿连同培养出的白色链霉菌一起放到真空干燥器中，以在大约70℃下将白色链霉菌的表面干燥大约30分钟。

步骤2：微生物结构的表面拓扑的复制

在真空干燥器中执行由氨催化的四乙基原硅酸盐(TEOS)的化学气相沉积(CVD)，以在白色链霉菌的表面上沉积出SiO₂层。在该步骤中，TEOS在氨溶液的存在下水解。在原硅酸盐水解之后，在白色链霉菌的表面上形成SiO₂。所形成的SiO₂的功能是使得在白色链霉菌的顶部上做出壳并允许进一步的超疏水表面改性。氨溶液的功能是加速原硅酸盐的水解。该步骤期间的反应被示出在下面的方案I中。

水解反应：Si(OC₂H₅)₄+2H₂O→SiO₂+4C₂H₅OH

方案I.白色链霉菌的表面上的SiO₂的沉积

SiO₂层的厚度可以通过CVD的持续时间来调谐。在该示例中，CVD处理持续24小时，并且约20nm的SiO₂围绕白色链霉菌形成。

步骤3：降低表面能量

通过另一CVD处理构成使用三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷来降低SiO₂层的表面能量。该步骤中获得的三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷层的厚度是大约20nm。方案II示出三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷的分子式。

方案II.三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷

借助于上面的三个步骤，在玻璃培养皿的表面上获得了超疏水涂层。

II.测量

进行了以下实验以便证明上面的表面处理的技术效果。

水接触角

图2a和图2b以不同的放大率图示出在玻璃培养皿的表面上培养出的白色链霉菌的表面上的水滴。可以看出，水滴以小水球的形式停留在白色链霉菌的表面上。然而，水接触角小于90°。

图3a、图3b和图3c以不同的放大率涂层如上获得的超疏水涂层的表面上的水滴。可以看出，水滴以小水球的形式站立在超疏水涂层的表面上，并且展现出大于150°的水接触角。如从图8c导出的接触角是大约150.41°。

此外，从图2a至图2b与图3a至图3c之间的比较可以看出，提供了微生物结构与传统表面改性方法的协同效应。换言之，即使在源自白色链霉菌的微生物结构未展现出超疏水性质的情况中，微生物结构的使用也有助于通过疏水剂三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷来制造超疏水涂层。

因此，本发明提供了一种通过借助微生物结构粗糙化待处理的表面并接着降低经粗糙化表面的表面能量来制备超疏水涂层的新方法。为了生产超疏水涂层，合适的表面结构至关重要。以前，方法经常使用湿蚀刻和机加工。本发明使得可以消除蚀刻和机加工的步骤，并因此提供了用于生产超疏水涂层的更容易和低成本的方法。

剥离试验

通过使用胶带进行了剥离试验，以证明如上获得的超疏水涂层的鲁棒性。图4a示出用于剥离超疏水涂层的胶带和超疏水涂层的剥离区域(在矩形中标出)。通过以下剥离操作进行剥离试验：在室温(25℃)下，使胶带的胶粘剂侧与超疏水涂层的表面以5kg/cm²的压力平坦接触3秒钟，并接着将胶带从超疏水涂层的表面剥离。重复10次相同的剥离操作。在各剥离操作之后将水滴滴落在超疏水涂层上以观察水滴的状态，并且在另一剥离操作之前将超疏水涂层在真空干燥器中干燥。图4b、图4c和图4d分别示出在1、5和10次剥离操作之后的超疏水涂层的表面上的水滴的状态。

可以看出，即使在10次剥离操作之后，水滴仍然可以以水球的形式站立在超疏水涂层的表面上并且展现出大于150°的水接触角。通过本方法获得的超疏水涂层是稳定且鲁棒的，这为超疏水涂层在诸如自清洁表面或装置等的许多领域中的广泛应用提供了机会。

扫描电子显微镜(SEM)

通过SEM对如上获得的超疏水涂层的表面形态进行了研究。在图5a中示出试样制备，并且在图5b和图5c中以不同的放大率示出结果。

从图5b和图5c可以看出，在超疏水涂层的表面上形成了相互交缠和缠结的单丝的结构。在不希望受到理论约束的情况下，据信相互交缠和缠结的单丝使得可以将空气的微观袋捕获在其中并由此支持呈水球形式的水滴。单丝通过涂覆和复制存在于白色链霉菌中的菌丝来形成。

应该注意的是，上面提到的实施例说明了而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离随附权利要求的情况下设计出许多替代实施例。虽然已在该申请中将权利要求定制为特征的特定组合，但应该理解的是，本发明的公开的范围也包括本文中或者明确地或者暗示地公开的任何新颖的特征或特征的任何新颖的组合或者其任何概括，无论其是否涉及与任何权利要求中目前要求保护的本发明相同的本发明。申请人特此发出公告：新的权利要求可以在本申请的或由其衍生的任何进一步申请的审查期间被定制为这样的特征和/或特征的组合。

Claims

1.一种用于处理基底的表面的方法，所述方法包括：

a)使微生物在待处理的所述基底的所述表面上生长以形成微生物结构层，其中所述微生物选自真菌、细菌、藻类、地衣及其任何组合；和

b)涂覆所述微生物结构以在上面形成第一涂层，其中所述第一涂层具有不超过1μm的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物选自真菌或细菌，所述真菌或细菌包括具有在0.3μm与100μm之间的直径的菌丝。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述真菌或细菌选自选自霉菌、放线菌及其任何组合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述真菌或细菌选自根霉菌属、毛霉菌属、链孢霉菌属、曲霉菌属、青霉菌属、链霉菌属、诺卡氏菌属、弗兰克氏菌属、游动放线菌属、高温单孢菌属及其任何组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述链霉菌属选自白色链霉菌、灰色链霉菌、委内瑞拉链霉菌、金黄色链霉菌及其任何组合。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中通过选自气相沉积、自传播高温合成、热化学合成、热喷涂、电化学合成、溶胶-凝胶法、和原位成型中的一个或多个方法将所述第一涂层形成在所述微生物结构上。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述第一涂层是有机涂层或无机涂层，并且形成围绕所述微生物结构的壳。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述第一涂层是由选自氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化铜、氧化银、氧化钛及其任何组合的无机氧化物组成的涂层。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：

c)在所述第一涂层上形成第二涂层。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二涂层是由疏水材料、疏油材料或两憎材料组成的涂层，并且所述第二涂层具有不超过70mJ/m2的表面能量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二涂层选自有机氟涂层、有机硅涂层、氟硅涂层及其任何组合。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述微生物包括白色链霉菌，所述第一涂层包括二氧化硅，并且所述第二涂层包括氟化硅烷。

13.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在已形成所述第一涂层之后将所述微生物去激活或去除的步骤。

14.一种物品(10)，包括基底(100)、形成在所述基底(100)的表面(110)的至少一部分上的微生物结构层(120)和形成在所述微生物结构(120)上的第一涂层(130)，其中所述微生物结构包括源自真菌、藻类、地衣或其任何组合的结构；并且其中所述第一涂层具有不超过1μm的厚度。

15.根据权利要求14所述的物品(10)，其中所述物品(10)通过使用根据权利要求1至13中的任一项的用于处理基底(100)的表面(110)的至少一部分的方法制成。