基于电荷转换的pH响应型两亲性智能涂层在海洋环境中的防污行为研究及其应用价值

本文开发了一种pH响应型两亲性防污涂层（PDHM），通过质子化两性离子-叔胺聚合物与聚二甲基硅氧烷（PDMS）缩合反应合成。该涂层在海水环境（pH～8.3）下表面富集负电荷，协同水合界面层抑制生物污损；酸化后表面转为正电荷，破坏污损生物活性并促其脱落。实验显示其对细菌（B. subtilis和P. ruthenica）和藻类（P. ruthenica）黏附抑制率超98%，东海海域180天实地验证其长效防污性。16S rDNA分析表明其显著降低生物膜形成和移动遗传元件（MGEs）丰度，为智能海洋防污涂层设计提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过质子化两性离子-叔胺聚合物与聚二甲基硅氧烷（PDMS）的缩合反应，合成了pH响应型两亲性防污涂层（PDHM）。该涂层具有pH调控的表面电荷转换特性：在海水环境（pH～8.3）下表面富集负电荷，协同水合层阻隔生物黏附；当污损生物酸化表面时，叔胺质子化使电荷转为正电，破坏生物活性并促进其在水动力作用下脱落。相较于PDMS，PDHM对细菌（B. subtilis和P. ruthenica）黏附抑制率达99.54%和99.59%，对藻类（P. ruthenica）抑制率为98.23%。东海实地试验证实其180天长效防污性，16S rDNA分析显示其显著降低生物膜形成和移动遗传元件（MGEs）丰度。

Chemical structure and wettability

HisMAN的分子结构通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征（图S1）。光谱与文献[35]一致：N–H伸缩振动单峰位于3300 cm^?1，烯烃氢吸收峰位于3080 cm^?1，C–H吸收峰位于2975 cm^?1，C–H剪式振动位于1466 cm^?1。此外，C=O伸缩振动峰（1710 cm^?1）和咪唑环特征峰（1640 cm^?1）进一步证实结构完整性。

Conclusion

本研究确立了pH响应型两亲性涂层作为高效海洋防污策略。通过将具有pH响应亲水性的两性离子-叔胺聚合物链（DHM）整合到PDMS基质中，构建了PDHM涂层。该设计通过质子化/去质子化实现智能环境响应型表面电荷调控，赋予卓越且长效的防污性能。在DHM含量为15 wt%时，PDHM-15表现出优异的防污效果和稳定性。