中国高校教授受盲鳗启发开发出超分子智能海洋防污涂料

海洋生物污损是指微生物、藻类和动物在浸没于海水中的结构体表面上的不利积累。它的形成过程是浸入水后先在表面形成条件膜，再构成生物膜，最后形成海洋污损生物群落，引起生物污损现象。生物污损对人类从事海洋开发生产活动危害巨大。生物污损会增加船舶的航行阻力、加速金属腐蚀、阻塞冷却管道、影响设备功能、增加营运费用等，并造成温室气体排放量增加。据不完全统计，我国每年由于污损生物造成的各类经济损失高达1000亿元。海洋防污材料相关技术已经成为制约我国海洋经济发展、海防安全的可靠性与未来的深海勘探的诸多瓶颈之一。传统有机锡类防污涂层因影响生态而被禁用，水解自抛光防污涂层也伴随着防污剂或其他毒料的释放，防污树脂的溶出还会在海洋中形成微塑料，发展环境友好的长效低表面能海洋防污材料是未来的重要方向。

生物污染对人类活动的方方面面都产生了严重的负面影响，尤其是对人类海洋事务的影响尤为严重。防污涂料是解决海洋生物污染最有效、最可行的手段之一。光滑注液多孔表面（slippery liquid-infused porous surface, SLIPS）在防污领域得到了广泛的关注，但其表面润滑的可控性和润滑剂的耐久性相对不足，一直是亟需解决的问题。

近日， 浙江大学张庆华教授、詹晓力教授课题组受盲鳗分泌粘液以躲避捕食者的防御行为启发，制备了一种具有响应式切换润滑模式和自修复特性的智能SLIPS海洋防污涂层。引入偶氮苯（Azo）与α-环糊精（α-CD）之间的响应性超分子相互作用来调节SLIPS的润滑。在可见光或加热条件下，顺式Azo通过超分子相互作用转化为反式并与α-CD结合，驱动聚合物链的收缩，将储存的润滑剂挤压到表面。响应式润滑油的自我补充可调节表面润滑性，智能切换“增强”与“正常”防污模式，适应不同场合。此外，引入二硫键和氢键能够有效提高自愈性能（91.73%）。综上所述，它具有高效的自清洁、抗蛋白、抗菌、抗藻等特性，在繁荣季节具有180天的真实海洋防污性能(是报告的SLIPS材料在真实海洋现场测试中最长的防污期)，在浅海设备及其他防污领域具有广阔的应用前景。

该研究制备了基于盲鳗启发的超分子滑移体作为海洋防污涂料。由于偶氮和α-CD之间的响应性超分子相互作用，该智能涂层可以调节表面润滑性，在“增强”和“正常”防污模式之间切换，能够适应不同的防污需求，优化耐久性。与传统的低SE防污涂料相比，该智能SLIPS保持了高效的自修复效果和响应性防污性能，提高了在繁荣季节180天的实际浅海应用性能。该研究为设计“智能”防污涂料提供了有效的策略，有望在海洋、医疗、生物等领域得到应用。

涂界记者注意到， 浙江大学张庆华/詹晓力教授研究团队此前还提出一种结合物理趋避、接触抑菌和污损脱的多机制协同防污机制，通过将7-氨基-4-甲基香豆素引入有机硅聚氨酯种，这种基于荧光趋避、接触抑菌以及低表面能协同作用的海洋防污材料尤其适用于海洋静态装备的抗污需求。7-氨基-4-甲基香豆素由于其苯并吡喃酮环而具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒等生物活性，且具有抑制微生物生长、影响微生物胞外多聚物（EPS）和代谢产物分泌的功能。在海洋环境中，阳光的紫外波段在海水中有较强的投射性，相关研究表明，海水深度下降1m，375nm的紫外线强度降低5%，而7-氨基-4-甲基香豆素在该波段具有好好的荧光响应，被激发的荧光可抑制硅藻等初级生物的污染。

通过将7-氨基-4-甲基香豆素接枝的PDMS引入聚氨酯体系中，在涂装过程中形成自分层效应，低模量/低表面能有机硅链段携带香豆素一同迁移到表面，形成富积，聚氨酯结构则可以促进与基材的粘结强度。通过实验室评价和海洋挂板测试表明，所设计的多机制协同抗污涂层具有优异的抑菌与防污性能，为环境友好型长效动态与静态防污策略带来了新的启示，可望应用于海工装备、海洋牧场、海上风电/核电等防污领域的。

张庆华/詹晓力教授所在的界面功能材料研究团队长期从事仿生超浸润涂层材料、氟硅聚合物材料、海洋防护材料、新能源电池材料（聚合物电解质、隔膜、粘结剂等）研究，开发了一系列新型仿生表界面功能材料，基于多尺度结构的构筑与调控，提出了多机制协同抗污新概念，发展了系列新型智能与可控抗粘附表面，实现了材料表界面性能的显著提升以及应用领域的拓展，实现了在自清洁涂料、织物整理、医疗防护、海洋防污、锂电池等领域的产业化应用。近年来尤其在探索和开发环保型高性能海工装备防污材料体系研究领域取得显著进展，通过开展海洋装备服役环境和典型部件静/动态污损状况分析，以及新型自身具有多机制协同效应的防污树脂关键材料分子结构设计与制备研究，突破了环保型防污材料研制、防腐防污涂层配套体系等关键技术。（涂界综合高分子科学前沿）

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