当前，贴片在医疗保健、运动检测等领域有着广泛的应用。传统的皮肤贴片在使用时，足够大的的黏附力使其地紧密地附着在皮肤上，但是在剥离时，会给皮肤带来疼痛感。为了避免这种现象，需要开发具备在高黏附和低黏附状态之间切换的智能贴片。此外，当贴片使用时间较长时，贴片与皮肤的交界处会出现大量细菌繁殖，危害皮肤健康。
近期，受蜗牛粘液在干（高模量）和湿（低模量）两种状态下可实现黏附力切换的启发，浙江大学张庆华教授课题组（氟硅新材料实验室）通过将聚多巴胺（PDA）修饰的Ga纳米微滴（PDA-Ga）引入到聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，制备了一种黏附性能可智能切换的PDMS/PDA-Ga贴片（GxPP，x=10，30，50）（图1）。
图1 GxPP的制备示意图。
Ga的熔点为29.8 ℃，当温度超过29.8 ℃时，Ga由固态转变为液态。室温下，当Ga为固体时，高模量的刚性的GxPP难以与目标表面形成完全接触（图2a-b），导致黏附力低；但加热后（温度> 29.8 ℃），固态Ga转变为液态Ga，导致GxPP变软（模量降低），可以适应目标表面的粗糙度形成紧密接触；冷却后（温度<- 10 ℃）液态Ga又转变回固态Ga，GxPP变硬（模量增大），与接触表面的黏附力增大。为了验证GxPP黏附性能的智能的转换机理，并展示其强大而可切换的黏附性能，测试了GxPP在26和32 ℃（空调调温）下的拉伸弹性模量（图2d）和与玻璃板之间的黏附性能。
图2 GxPP的智能的黏附机理（a-c），（d）GxPP在26和32 ℃下的弹性模量，（e）在26和32 ℃下PDMS、GxPP和玻璃板之间180°的黏附性能。
图2d显示了PDMS和GxPP在26和32 ℃时的拉伸弹性模量柱状图。在26 °C下，PDMS、G10PP、G30PP和G50PP（Ga为固态）的拉伸弹性模量为分别为0.33、0.48、0.52和0.74 Mpa；在32 ℃下，PDMS、G10PP、G30PP和G50（Ga为液态）下的拉伸弹性模量分别为0.33、0.40、0.42和0.53 Mpa。相同PDA-Ga纳米液滴含量的GxPP在26 ℃时的拉伸弹性模量显著大于32 ℃时的拉伸弹性模量，表明GxPP的弹性模量在热诱导下具有良好的可切换性。图2e显示了PDMS和GxPP在26和32 ℃时在玻璃板上的黏附力柱状图。在26 ℃下，PDMS、G10PP、G30PP和G50PP的黏附力分别为9.04、33.3、40.4和79.33 kPa；在32 ℃下，PDMS、G10PP、G30PP和G50PP的黏附力分别为9.06、20.9、22.1和50.3 kPa。可以观察到，相同PDA-Ga纳米液滴含量的GxPP在26 ℃时的黏附性能显著高于32 ℃时的黏附性能，且GxPP的模量在不同温度下的变化趋势与黏附性能的变化趋势非常相似。以上结果表明在热诱导下，GxPP的模量的可切换性使得GxPP拥有了非常令人满意的可切换的智能的黏附性能。
采用平板计数法，以PDMS为对照，研究了GxPP对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（S. aureus）的的抗菌活性。抗菌活性可以通过细菌在LB琼脂平板上的菌落数量来反映(图3a−d&图4a−d)。从图3e和图4e可以看出，G10PP、G30PP和G50PP对E.Coli的抗菌率分别为91%、98%和93%，对S. aureus的抗菌率分别为95%、100%和99%。GxPP对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在90%以上，说明GxPP具有优异的抗菌性能。
图3以PDMS为对照组的GxPP（x=10，30，50）的抗大肠杆菌的抗菌性能。
图4以PDMS为对照组的GxPP（x=10，30，50）的抗金黄色葡萄球菌的抗菌性能。
相关工作以“Smart Adhesive Patches of Antibacterial Performance Based on Polydopamine-Modified Ga Liquid Metal Nanodroplets”发表在ACS Applied Nano Materials期刊上。浙江大学化工学院张庆华教授、刘权副研究员、任勇源副研究员为通讯作者，浙江大学胡春义博士和孙强硕士为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学衢州研究院科技计划项目支持。
浙江大学氟硅新材料实验室长期从事氟/硅多功能材料的基础理论与应用技术研究，取得了系列创新结果，相关成果还发表在Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2201290、Chem. Eng. J., 2022, 439,134271、Chem. Eng. J., 2022, 428, 131141、ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 40032−40041、Chem. Eng. J., 2021, 420, 127676、J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 2481-2489等期刊上，相关产业化成果“高性能工业防护涂层材料关键技术体系构建及工程化应用”获2021年度江苏省科学技术奖一等奖（2/11），“环保型多功能氟硅防污树脂与涂层材料关键技术及其应用”获2022年度浙江省科技进步二等奖（1/9）、“新结构多功能氟硅防护涂层材料的创制及产业化”获2022年度中国工业防腐蚀技术协会技术发明一等奖（1/5）、“高性能长效氟硅海洋涂层材料关键技术与工程应用”获2022年度中国石油和化学工业联合会技术发明二等奖（1/8）。
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