科学家近期发明了一种更安全的不粘涂层——其设计灵感源自箭矢

这种新物质对水和油脂的排斥能力与标准不粘涂层相当——但其全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的含量要低得多。PFAS是一类引发环境和健康担忧的化学物质。

"长期以来，研究界一直在努力开发更安全的PFAS替代品，"多伦多大学工程学院耐久性排斥工程先进材料（DREAM）实验室负责人凯文·戈洛文（Kevin Golovin）教授表示。

"挑战在于，虽然很容易创造出能排斥水的物质，但要制造出同等程度排斥油脂的材料却很困难。科学家们在这些替代材料的性能方面遇到了上限。"

自20世纪30年代末发明以来，聚四氟乙烯（PTFE，俗称特氟龙）因其能同时排斥水、油和油脂而闻名。特氟龙属于全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）这一更大类别的物质。

PFAS分子由碳原子链构成，每个碳原子与多个氟原子键合。碳氟键的惰性赋予了PFAS不粘的特性。

然而，这种化学惰性也导致PFAS能够抵抗随时间分解其他有机分子的正常过程。因此，它们有时被称为'永久性化学物'。

除了持久性，PFAS还已知会在生物组织中累积，并且随着在食物链中的传递，其浓度可能被放大。

多项研究已将接触高水平PFAS与某些类型的癌症、出生缺陷和其他健康问题联系起来，其中长链PFAS通常被认为比短链的危害更大。

尽管存在风险，但由于缺乏替代品，PFAS在消费品中仍然无处不在：它们不仅广泛用于炊具，还用于防水织物、食品包装，甚至化妆品中。

"我们一直研究作为PFAS替代品的材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS），"戈洛文说。

"PDMS通常以硅胶的名称出售，根据其配方不同，它可以具有非常好的生物相容性——事实上，它常用于设计用于植入体内的设备中。但直到现在，我们还无法让PDMS达到与PFAS完全相同的性能水平。"

为了克服这个问题，博士生塞缪尔·奥（Samuel Au）开发了一种新的化学技术，团队称之为纳米级箭羽技术。该技术在发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊的一篇论文中有详细描述。

"与典型的硅胶不同，我们将短链PDMS键合到基底材料上——你可以把它们想象成刷子上的刷毛，"奥解释说。

"为了提升其斥油能力，我们现在加入了最短的PFAS分子，该分子由一个碳原子和其上的三个氟原子组成。我们能够在每根PDMS刷毛的末端键合大约七个这样的分子。

"如果你能缩小到纳米尺度，它的外观会有点类似箭杆尾部安装的羽毛，那里是搭弓的凹口处。这就叫做箭羽（fletching），因此这是纳米级箭羽技术。"

奥和他的团队将这种新材料涂覆在一块织物上，然后滴上不同种类的油以测试其排斥效果。根据美国纺织化学师与印染师协会（AATCC）制定的评级标准，这种新涂层达到了6级，与许多标准的PFAS基涂层性能相当。

"虽然我们在过程中确实使用了PFAS分子，但它是最短的一种，因此不会发生生物累积，"戈洛文说。

"我们在文献甚至法规中看到的是，最先被禁用的一般是长链PFAS，而短链PFAS被认为危害性小得多。我们的混合材料实现了与长链PFAS相同的性能，但风险大大降低。"

戈洛文表示，团队愿意与希望扩大规模并商业化的不粘涂层制造商合作。与此同时，他们将继续研究更多的替代方案。

"该领域的终极目标是开发出一种性能超越特氟龙且完全不含有PFAS的物质，"戈洛文说。

"我们尚未完全实现目标，但这是朝着正确方向迈出的重要一步。"