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        多伦多大学工程学院的研究人员开发的一种新材料可以为炊具和其他应用中常用的不粘化学品提供更安全的替代品。

         这种新物质与标准不粘涂层一样防水和油脂，但它含有的全氟烷基物质和多氟烷基物质 （PFAS） 含量要低得多，PFAS 是一系列引起环境和健康问题的化学物质。

         “研究界一直在努力长期开发更安全的 PFAS 替代品，“多伦多大学工程学院耐用驱虫工程先进材料 （DREAM） 实验室负责人 Kevin Golovin 教授说。

         “挑战在于，虽然制造一种可以防水的物质很容易，但很难制造一种同时具有相同程度的排油和油脂的物质。 科学家们已经达到了这些替代材料性能的上限。

         自 1930 年代后期发明以来，特氟龙——被称为聚四氟乙烯或聚四氟乙烯——以其防水、防油和防油脂的能力而闻名。 聚四氟乙烯是称为全氟烷基物质和多氟烷基物质 （PFAS） 的更大物质家族的一部分。

         PFAS 分子由碳原子链组成，每个碳原子链都与几个氟原子键合。 碳-氟键的惰性是 PFAS 不粘特性的原因。

         然而，这种化学惰性也会导致 PFAS 抵抗正常随着时间的推移，会分解其他有机分子的过程。 因此，它们有时被称为“永远的化学物质”。

        除了持久性之外，PFAS 还会在生物组织中积累，并且当它们沿食物链向上传播时，它们的浓度会被放大。

         各种研究已将接触高浓度 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 通常被认为更有害比较短的。

        尽管存在风险，但缺乏替代品意味着 PFAS 在消费品中仍然无处不在：它们不仅广泛用于炊具，还广泛用于防雨织物、食品包装甚至化妆品中。

         “我们一直在研究作为 PFAS 替代品的材料称为聚二甲基硅氧烷或 PDMS，”Golovin 说。

         “PDMS 通常以有机硅的名称出售，根据其配方方式，它可以非常具有生物相容性——事实上它通常用于植入体内的设备。 但直到现在，我们还无法让 PDMS 的性能与 PFAS 一样好。

         为了克服这个问题，博士生 Samuel Au 开发了一种新的化学技术，该团队将其称为纳米级羽化。 该技术在发表的一篇论文中进行了描述自然通讯。

         “与典型的有机硅不同，我们将 PDMS 短链粘合到基材上——你可以把它们想象成刷子上的刷毛，”Au 说。

        “为了提高它们的排油能力，我们现在添加了尽可能短的 PFAS 分子，由一个碳和三个氟组成。 我们能够将大约七个粘合到每个 PDMS 刷毛的末端。

         “如果你能够缩小到纳米尺度，它看起来有点像你在箭的后端看到的羽毛，它会在弓上凹陷。 这就是所谓的羽羽，所以这就是纳米级羽羽。

         Au 和团队在他们的在一块织物上涂上新材料，然后在上面滴下各种油，看看它能排斥它们的能力。 根据美国纺织化学家和染色师协会制定的规模，新涂层达到了 6 级，与许多标准 PFAS 基涂层相当。

         “虽然我们在这个过程中确实使用了 PFAS 分子，但它是尽可能短的分子，因此不会生物积累，”Golovin 说。

         “我们在文献中看到的，甚至在法规，是链最长的 PFAS 首先被禁止，而较短的 PFAS 被认为危害要小得多。 我们的混合材料提供与长链 PFAS 相同的性能，但风险大大降低。

         Golovin 表示，该团队愿意与不粘涂层制造商合作，他们可能希望扩大该工艺的规模并将其商业化。 与此同时，他们将继续研究更多的替代方案。

         “这该领域的圣杯将是一种性能优于聚四氟乙烯的物质，但根本不含 PFAS，“Golovin 说。

         “我们还没有完全达到这个目标，但这是朝着正确方向迈出的重要一步。”