科学家们刚刚发明了一种更安全的不粘涂层——其设计灵感来自弓箭

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）含量要低得多。PFAS是一类引发环境和健康担忧的化学物质。

"研究界长期以来一直致力于开发更安全的PFAS替代品，"多伦多大学工程学院耐用排斥工程先进材料（DREAM）实验室负责人Kevin Golovin教授表示。

"挑战在于，虽然容易创造出能排斥水的物质，但很难制造出同样能排斥油脂的材料。科学家们曾认为这些替代材料的性能存在上限。"

自20世纪30年代末发明以来，特氟龙（亦称聚四氟乙烯或PTFE）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）这个更大的化学物质家族。

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抵抗使其他有机分子随时间分解的正常过程。因此，它们有时被称为"永久化学品"。

除了持久性，PFAS还以在生物组织中积累而闻名，其浓度在食物链中传递时会放大。

多项研究已将高水平PFAS暴露与特定类型的癌症、出生缺陷和其他健康问题联系起来，其中长链PFAS通常被认为比短链危害更大。

尽管存在风险，但替代品的缺乏意味着PFAS在消费品中仍无处不在：它们不仅广泛用于炊具，还用于防雨织物、食品包装甚至化妆品。

"我们一直研究的PFAS替代材料称为聚二甲基硅氧烷（PDMS），"Golovin说。

"PDMS通常以硅胶名称销售，根据配方不同，它可以具有很高的生物相容性——事实上常用于体内植入设备。但在此之前，我们无法使PDMS达到与PFAS完全相同的性能水平。"

为克服此问题，博士生Samuel Au开发了一种名为纳米级箭羽状结构的新化学技术。该技术在发表于《自然通讯》的论文中进行了描述。

"与典型硅胶不同，我们将短链PDMS键合到基材上——你可以将其想象成刷子上的刷毛，"Au解释道。

"为增强其排油能力，我们现在加入了尽可能最短的PFAS分子，该分子由单个碳原子和三个氟原子组成。我们能够在每根PDMS刷毛末端键合约七个这样的分子。

"如果能缩小到纳米尺度观察，其结构会类似于箭头末端与弓弦卡合处周围的羽毛。这称为箭羽（fletching），因此我们称之为纳米级箭羽状结构。"

Au及其团队将新材料涂覆在织物上，然后滴上各种油滴测试其排斥性能。根据美国纺织化学师与印染师协会制定的标准，这种新涂层达到了6级评分，与许多基于PFAS的标准涂层性能相当。

"虽然我们在该过程中使用了PFAS分子，但它是最短链的分子，因此不会发生生物累积，"Golovin强调。

"我们从文献甚至法规中观察到，被率先禁用的一直是长链PFAS，而短链PFAS被认为危害性低得多。我们的混合材料提供了与长链PFAS相同的性能，但风险大大降低。"

Golovin表示，团队愿意与希望扩大规模和商业化该技术的不粘涂层制造商合作。同时，他们将继续研发更多替代方案。

"该领域的终极目标是开发出性能优于特氟龙且完全不含PFAS的物质，"Golovin说。

"我们尚未完全达成这一目标，但这是迈向正确方向的重要一步。"