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  微生物表面粘附引發(fā)的生物污損已成為跨領(lǐng)域重大安全隱患，在食品加工與儲(chǔ)存、醫(yī)療衛(wèi)生器械及海洋工程設(shè)施中引發(fā)連鎖性危害。傳統(tǒng)污損控制技術(shù)依賴(lài)抗生素、重金屬離子（如氧化亞銅）及有機(jī)生物殺滅劑（如DTT）等毒性物質(zhì)，雖能實(shí)現(xiàn)短期防護(hù)，卻會(huì)對(duì)生態(tài)產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。新一代低表面能有機(jī)硅材料、污損阻抗水凝膠及可降解聚合物雖展現(xiàn)環(huán)保優(yōu)勢(shì)，卻面臨靜態(tài)環(huán)境防護(hù)失效（有機(jī)硅）、環(huán)境耐受性不足（水凝膠）及主動(dòng)抗菌能力較弱（可降解聚合物）等技術(shù)瓶頸，亟需構(gòu)建被動(dòng)抗粘、主動(dòng)殺滅、界面再生相協(xié)同的環(huán)保高效防污涂層材料體系。

  中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室苛刻環(huán)境材料耦合損傷與延壽團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于新型防污材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。近期，該團(tuán)隊(duì)融合席夫堿化學(xué)與溶膠-凝膠技術(shù)，將聚醚（PEG）改性有機(jī)硅的兩性聚合物與對(duì)苯二甲醛（TPE）和肉桂醛（CAL）通過(guò)動(dòng)態(tài)亞胺鍵結(jié)合在一起，成功構(gòu)建了可降解有機(jī)硅水凝膠防污涂層體系，提出了一種開(kāi)發(fā)多機(jī)制協(xié)同防污涂料的新方法（圖1）。①主鏈中的柔性 Si-O 鍵和分子鏈之間的動(dòng)態(tài)亞胺鍵（-C=N-）的獨(dú)特組合實(shí)現(xiàn)了良好的柔韌性、可控的降解性和表面自我更新特性，使其能夠在使用中保持表面狀態(tài)的穩(wěn)定性。②在降解過(guò)程中，雜化基質(zhì)中的兩親聚合物會(huì)在界面處自我富集，形成兼具污垢釋放和抗污性能的兩親性“模糊”表面。③與水接觸后，混合涂層會(huì)釋放出抗菌性 TPE 和天然 CAL，能夠有效抑制細(xì)菌生長(zhǎng)和生物膜形成，從而提供持久的防污能力（圖2）。?優(yōu)化后的涂層細(xì)菌殺滅率高達(dá) 98.8%，抗菌附著率高達(dá) 99.8%。通過(guò)涂層的降解速率預(yù)測(cè)ADSH的防污期效可達(dá)5.5年（厚度200μm），具有優(yōu)異的綜合抗生物污損性能（圖3）。該涂層結(jié)合了多種綠色協(xié)同防污機(jī)制，為開(kāi)發(fā)環(huán)保型防污涂層提供了一種新策略。

  相關(guān)研究結(jié)果以“Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense” （10.1002/smll.202504089）為題目發(fā)表在國(guó)際期刊《Small》上，該團(tuán)隊(duì)的嚴(yán)明龍助理研究員為第一作者和通訊作者，趙文杰研究員為共同通訊作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52103133，52105230）、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023C03013，2022C01183）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項(xiàng)目（2020Z053）等項(xiàng)目的資助。

圖1 可降解有機(jī)硅水凝膠防污材料示意圖

圖2 可降解有機(jī)硅水凝膠防污材料的降解特征

圖3 可降解有機(jī)硅水凝膠防污材料的多元協(xié)同防污性能

  團(tuán)隊(duì)前期在新型多元協(xié)同環(huán)�？咕牢鄄牧系脑O(shè)計(jì)、規(guī)模化可控制備及材料在海洋苛刻環(huán)境下污損防護(hù)等方面的微觀機(jī)制與工程應(yīng)用研究等領(lǐng)域取得系列進(jìn)展。生物污損問(wèn)題已經(jīng)成為制約水下設(shè)施設(shè)備安全高效運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，防污材料的環(huán)境友好、廣譜高效的迫切需求給當(dāng)前研究帶來(lái)極大困擾。為此，團(tuán)隊(duì)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全等因素，提出多元化的抗菌防污策略，發(fā)展了通過(guò)席夫堿化學(xué)合成本征防污材料的方法，系統(tǒng)探索了防污涂層結(jié)構(gòu)特征與其防污表現(xiàn)之間的聯(lián)系，揭示了一些長(zhǎng)期以來(lái)在多元協(xié)同防污方面未被重視的重要信息。在過(guò)去的三年中，團(tuán)隊(duì)制備了一系列基于動(dòng)態(tài)亞胺鍵及金屬配位鍵的水觸發(fā)降解本征防污聚合物（Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 2101920），并系統(tǒng)探索了完全由自然產(chǎn)物組成的類(lèi)多酚化合物及其自組裝行為（Journal of Colloid and Interface Science 629 (2023) 496-507）。發(fā)現(xiàn)這種具有可控降解及表面自更新作用的聚席夫堿基防污材料與其他新型綠色防污技術(shù)可以進(jìn)行良好的復(fù)合，聚席夫堿防污樹(shù)脂與鎵基液態(tài)金屬維納顆粒形成的復(fù)合涂層解決了鎵基液態(tài)金屬存儲(chǔ)穩(wěn)定性和和鎵離子釋放速率的問(wèn)題（Progress in Organic Coatings 186 (2024) 108075），聚席夫堿防污樹(shù)脂與光催化防污劑（g-C₃N₄）形成的復(fù)合涂層實(shí)現(xiàn)了光催化劑的近100%高效利用及綠色高效防污（Mater. Horiz., 2024, 11, 4438-4453）。另外，動(dòng)態(tài)亞胺鍵的水觸發(fā)釋放特性及其天然防污醛類(lèi)物質(zhì)的抗菌活性為改善仿生超滑表面的長(zhǎng)效防污活性提供了可行的思路（Journal of Colloid and Interface Science 653 (2024) 833-843）。

  論文信息：Minglong Yan, Saijun Wu, Yuchen Zhong, Yinghao Wu, Yangmin Wu, Xijian Lan, Wenjie Zhao. Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense. Small，2025. DOI: 10.1002/smll.202504089

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202504089

  下載：Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense