Subtle Variations in Surface Properties of Black Silicon Surfaces Influence the Degree of Bactericidal Efficiency

Chris M. Bhadra¹, Marco Werner², Vladimir A. Baulin², Vi Khanh Truong¹, Mohammad AlKobaisi¹, Song Ha Nguyen¹, Armandas Balcytis^1,3, Saulius Juodkazis^1,3, James Y. Wang¹, David E. Mainwaring¹, Russell J. Crawford⁴, Elena P. Ivanova^{1, *}

Nano-Micro Lett. (2018) 10: 36

DOI: 10.1007/s40820-017-0186-9

本文亮点

1 用深反应离子刻蚀方法成功制备了三种类型的黑硅（bSi）表面，表面的柱状尺寸范围为高：652.7–1063.2 nm；密度：8–11 tips per/μm²。

2 当表面微柱阵列高度较高（>1000 nm）、密度较低（<8 tips per/μm²）且分散不佳时，黑硅表面抗菌性能明显下降。

内容简介

高效抗菌表面的研发是生物医学领域面临的最大挑战之一。自然界中蝉和蜻蜓等昆虫的翅膀具有奇妙的纳米结构，为设计和大面积制备抗菌表面有很大启迪。纳米结构表面的杀菌活性与几何形状和表面润湿性等特定参数相关，相关机制缺乏深入的研究。

澳大利亚 Swinburne University of Technology 的 Elena P. Ivanova 教授等人，用深反应离子刻蚀方法制备了一系列不同纳米尺度参数（纳米微柱阵列的高度和密度）的黑硅表面，研究了这些参数的差异对表面的抗菌性能的影响及其机制。研究结果表明，基底表面纳米构型的细微变化会大大影响抑菌性能。

图文导读

1 黑硅表面纳米柱的识别和检测

一个典型的三层反向传播神经元网络包括输入层、隐藏层和输出层三部分。

隐藏层中共有24个神经元被利用。输出层由两类神经元组成：E（柱间的空区域）和P（柱尖），其中对每个像素及其邻域进行了分类。根据样本bSi-1创建了14幅图像，分别关注七个P区域和七个E区域。

2 黑硅表面纳米结构的比较分析

对黑硅表面纳米结构进行光学，AFM和SEM表征。结果显示纳米柱在所有bSi表面上的呈随机分布。

对黑硅表面的俯视SEM图像的FFT分析证实了纳米柱的各向同性，表明柱之间平均距离的变化导致了FFT图像中的较宽的环晕现象。

3 黑硅表面的抗菌效率

研究表明单个表面的纳米形貌参数都不能与杀菌活性的变化直接相关，但通过组合不同参数可以实现最高的杀菌效率。

作者简介

主要研究领域：

平面微器件的设计、制造和操作；微/纳米/环境中生物分子和微生物的固定；宏观/微米/纳米结构表面的细菌相互作用。

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