近年来，人们对抗菌技术的兴趣显著增加，特别是在医院、食品加工设施和公共场所等需要保持卫生和安全环境的场合[[1], [2], [3]]。传统上，抗菌策略主要依赖于直接的杀菌方法，而最近的研究则集中在抑制细菌附着[4,5]、生长[6]和繁殖[6]的间接方法上。基于光催化剂的抗菌材料因其在光照下能生成活性氧（ROS）而受到广泛关注[7,8]，从而有效灭活细菌[[9], [10], [11], [12]]。这种机制提供了一种半永久性和环保的抗菌策略。二氧化钛（TiO₂）是最广泛研究的光催化剂之一，因为它具有高化学稳定性、强氧化能力和成本效益。
尽管对基于TiO₂的光催化剂进行了大量研究，但由于其宽带隙和快速的电子-空穴复合，其实际应用仍然受到限制[14]。为了提高可见光活性，人们探索了各种改性策略，包括杂原子掺杂[9,15]和表面改性[11]。例如，Kassalia等人证明N掺杂的TiO₂纳米颗粒在可见光下对鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）具有抗菌性能[10]。Hajipour等人研究了在可见光下通过沉淀制备的CuO表面改性的TiO₂纳米颗粒的抗菌性能[11]。特别是，Zr–Ag共掺杂的TiO₂纳米颗粒在太阳光照射下表现出协同效应，降低了带隙并提高了细菌灭活效率[16]。同样，Ag–TiO₂复合材料由于局部表面等离子体共振效应而显示出改善的可见光光催化活性和高的杀菌效率[17]。Li等人报道了一种g-C₃N₄/TiO₂空心球插层复合材料，其中TiO₂空心球嵌入在g-C₃N₄层中，从而提高了电荷分离能力，增加了表面积，并在可见光下增强了罗丹明B的降解[12]。
除了光催化TiO₂的研究外，最近的研究还致力于通过改变表面性质来抑制细菌繁殖，使细菌难以定殖[[18], [19], [20]]。Liu等人开发了一种超疏水表面结构，有效减少了初始的细菌附着和生物膜形成[18]。Manivasagam等人表明，微/纳米结构的钛表面在24小时培养后减少了90%的细菌附着[19]。Santamaría等人证明SiO₂涂层可以使接触角（WCA）达到150°，从而抑制大肠杆菌的附着和生长，并且这种性能可以持续35天[20]。最近，对卫生管理的需求迅速增加，特别是在细菌污染对健康和安全构成严重风险的环境中。在医院环境中，频繁接触的表面（如门把手、医疗设备和墙壁）导致的交叉污染是院内感染的主要原因，这仍然是全球范围内的公共卫生问题[21,22]。同样，在高接触率的公共场所（如交通系统和食品加工设施）中，表面水分的持续存在促进了细菌附着和生物膜的形成，突显了抗菌和自清洁涂层在公共卫生和卫生应用中的重要性[23]。这些挑战加速了旨在维持长期卫生的表面涂层的研究[[21], [22], [23]]。例如，基于TiO₂和Ag的光催化涂层已被应用于卫生瓷砖、医院设备和空气过滤系统，以在环境光或太阳光照射下抑制微生物生长[16]。此外，疏水和超疏水涂层通过最小化水的吸附和有机物质积累，有效减少了细菌附着，从而降低了清洁频率并提高了卫生耐久性[24]。因此，在单一材料中整合光催化和疏水功能为公共和工业环境中的可持续抗菌和卫生改进应用提供了有前景的策略。
基于以往关于光催化细菌灭活和疏水表面诱导的生长抑制的研究，本研究依次探讨了设计、制备和评估了一种结合了这些策略的双重疏水-光催化抗菌薄膜[25]。首先，将四丁基铵（TBA）插层到层状钛酸盐的层间结构中，以扩大活性区域，提高光催化效果[26,27]。为了实现保持大活性区域的有机-无机杂化结构并同时进行表面改性，选择了层状钛酸盐作为光催化剂基质。TBA+离子的插层在不破坏层状框架的情况下扩大了结构，允许有机成分嵌入层间。TBA/H的摩尔比从1变化到160，使用X射线衍射（XRD）分析了层间距和结晶性的变化。扫描电子显微镜（SEM）用于观察颗粒形态和尺寸分布。此外，还进行了紫外-可见光（UV–vis）吸收光谱和亚甲蓝（MB）降解测试，以评估光吸收特性和光催化效率[28]。这些分析用于建立层间稳定性[26,27]、表面性质改性[11]与光催化活性增强之间的关联。聚二甲基硅氧烷（PDMS）因其出色的生物相容性、化学稳定性和光学透明度及灵活性而被选为基底材料，使其成为许多生物医学和卫生相关应用的首选[29]。PDMS的光滑疏水表面减少了细菌附着和生物膜的形成，从而在医疗设备、卫生涂层和食品加工设施的接触表面等实际环境中保持了表面清洁并降低了污染风险[29]。合成的TBA-LT颗粒被喷涂在PDMS基底上，制备出具有疏水性质的光催化薄膜。为了提高薄膜的疏水性，系统地调整了填料浓度和预固化时间，以促进颗粒的有序聚集和在薄膜表面的稳定附着。为了优化疏水性，预固化时间调整为10到60分钟，填料浓度从1变化到11毫克/毫升。通过测量接触角（WCA）来评估表面疏水性，并使用SEM成像检查覆盖率和颗粒聚集情况。对TBA-LT/PDMS薄膜针对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）进行了抗菌性能测试。评估包括杀菌活性和抑制细菌繁殖的效果，证实了光催化和疏水表面特性的双重功能[30]。这些双重功能薄膜适用于各种卫生相关场景。它们的光催化活性使它们能够在环境光下自我消毒和降解有机污染物，而疏水表面则减少了细菌附着和水分滞留。因此，开发的TBA-LT/PDMS薄膜可以应用于需要长期卫生和抗生物膜形成的净化膜、防污表面和水处理系统。整个制备过程和表面功能化策略在图1中进行了示意图说明。
