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聚合物的魔法：如何改变表面特性以提升生物相容性？
聚合物材料因其多功能特性、成本效益及高度的可定制性而被广泛应用。聚合物合成科学允许对大宗聚合物样本的特性进行良好的控制。然而，聚合物基材的表面相互作用在生物科技、纳米技术以及各种涂层应用中都是一个重要的研究领域。在这些情况下，聚合物及材料的表面特性，以及二者之间产生的力，通常决定了其实用性和可靠性。例如，在生物医学应用中，对外来材料的身体反应，因此生物相容性，是由表面相互作用所主导的。此外，表面科学是涂料的配方、制造和应用的一个重要组成部分。
化学方法
聚合物材料可以通过在表面或界面上添加小部分、寡聚物甚至其他聚合物（接枝共聚物）进行功能化。
接枝共聚物
在聚合物化学的背景下，接枝是指在表面上添加聚合物链。在所谓的“接枝到”机制中，聚合物链从溶液中吸附到表面。而在更广泛的“接枝自”机制中，聚合物链在表面上启动和传播。因为在“接枝到”方法中使用的预聚合物链在溶液中具有热动力学优势的构型（平衡流体动力学体积），所以它们的吸附密度是自我限制的。
接枝“自”技术回避了这一现象，并允许更高的接枝密度。
接枝、“到”、“自”与“通过”的过程是改变它们附着的表面化学反应性不同的方法。接枝到允许预形成的聚合物，通常在“蘑菇区域”，附着在溶液中液滴或珠子的表面。由于卷曲聚合物的较大体积及其造成的立体抗拒，接枝到的接枝密度相较于“接枝自”而言较低。
氧化
等离子处理、电晕处理和火焰处理都可归类为表面氧化机制。这些方法均涉及材料中聚合物链的断裂以及羰基和羟基官能团的引入。
氧化聚合物表面的方法论
电晕处理
电晕处理是一种表面改性方法，它使用低温电晕放电来提高材料（通常是聚合物和天然纤维）的表面能量。最常见的是，将薄聚合物片通过一系列高压电极，利用产生的等离子体进行表面功能化。
这种处理方法可以显著提高粘附性，同时保留大宗机械性能。
在商业上，电晕处理被广泛用于在塑料包装材料上印刷文本和图像之前提高染色粘附性。然而，电晕处理后残留臭氧的危险性要求在加工过程中必须谨慎过滤和通风，这限制了它在开放式制造过程中的应用。
气氛和压力依赖的等离子处理
等离子处理提供的界面能量和注入的单体碎片大于可比过程。然而，有限的通量使得高处理速率变得困难。此外，等离子体通常不具热力学稳定性，因此经过等离子处理的表面缺乏均匀性、一致性和持久性。
应用
生物材料
生物材料表面常使用光激活机制（如光接枝）进行修改，以在不损害大宗机械性能的情况下功能化表面。在生物医学应用中，如心血管支架和多种骨骼假体的应用中，修改表面以保持聚合物生物惰性得到了广泛应用。
涂层
在水性涂料中，水性聚合物分散体在溶剂蒸发后在基材上形成一层薄膜。聚合物颗粒的表面功能化是涂层配方的关键组成部分，允许控制如分散、薄膜形成温度和涂层流变特性等性质。
聚合物表面的功能化技术不仅是创新的，也使生物医学和涂层技术上达到了前所未有的精确度与效果。在未来，我们应如何进一步突破聚合物表面功能化的界限，以满足更高的应用需求呢？
