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聚合物的魔法：如何改變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廣泛應用。聚合物合成科學允許對大宗聚合物樣本的特性進行良好的控制。然而，聚合物基材的表面相互作用在生物科技、納米技術以及各種塗層應用中都是一個重要的研究領域。在這些情況下，聚合物及材料的表面特性，以及二者之間產生的力，通常決定了其實用性和可靠性。例如，在生物醫學應用中，對外來材料的身體反應，因此生物相容性，是由表面相互作用所主導的。此外，表面科學是塗料的配方、製造和應用的一個重要組成部分。
化學方法
聚合物材料可以通過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）進行功能化。
接枝共聚物
在聚合物化學的背景下，接枝是指在表面上添加聚合物鏈。在所謂的“接枝到”機制中，聚合物鏈從溶液中吸附到表面。而在更廣泛的“接枝自”機制中，聚合物鏈在表面上啟動和傳播。因為在“接枝到”方法中使用的預聚合物鏈在溶液中具有熱動力學優勢的構型（平衡流體動力學體積），所以它們的吸附密度是自我限制的。
接枝“自”技術迴避了這一現象，並允許更高的接枝密度。
接枝、“到”、“自”與“通過”的過程是改變它們附著的表面化學反應性不同的方法。接枝到允許預形成的聚合物，通常在“蘑菇區域”，附著在溶液中液滴或珠子的表面。由於卷曲聚合物的較大體積及其造成的立體抗拒，接枝到的接枝密度相較於“接枝自”而言較低。
氧化
等離子處理、電暈處理和火焰處理都可歸類為表面氧化機制。這些方法均涉及材料中聚合物鏈的斷裂以及羰基和羥基官能團的引入。
氧化聚合物表面的方法論
電暈處理
電暈處理是一種表面改性方法，它使用低溫電暈放電來提高材料（通常是聚合物和天然纖維）的表面能量。最常見的是，將薄聚合物片通過一系列高壓電極，利用產生的等離子體進行表面功能化。
這種處理方法可以顯著提高粘附性，同時保留大宗機械性能。
在商業上，電暈處理被廣泛用於在塑料包裝材料上印刷文本和圖像之前提高染色粘附性。然而，電暈處理後殘留臭氧的危險性要求在加工過程中必須謹慎過濾和通風，這限制了它在開放式製造過程中的應用。
氣氛和壓力依賴的等離子處理
等離子處理提供的界面能量和注入的單體碎片大於可比過程。然而，有限的通量使得高處理速率變得困難。此外，等離子體通常不具熱力學穩定性，因此經過等離子處理的表面缺乏均勻性、一致性和持久性。
應用
生物材料
生物材料表面常使用光激活機制（如光接枝）進行修改，以在不損害大宗機械性能的情況下功能化表面。在生物醫學應用中，如心血管支架和多種骨骼假體的應用中，修改表面以保持聚合物生物惰性得到了廣泛應用。
塗層
在水性塗料中，水性聚合物分散體在溶劑蒸發後在基材上形成一層薄膜。聚合物顆粒的表面功能化是塗層配方的關鍵組成部分，允許控制如分散、薄膜形成溫度和塗層流變特性等性質。
聚合物表面的功能化技術不僅是創新的，也使生物醫學和塗層技術上達到了前所未有的精確度與效果。在未來，我們應如何進一步突破聚合物表面功能化的界限，以滿足更高的應用需求呢？
