动态对抗静态：一种受红色三角形蛞蝓启发的双模式光响应动态表面防污涂层，适用于静态海洋环境

《Progress in Organic Coatings》：Dynamic to counter static: A red triangle slug inspired dual-mode light response dynamic surface antifouling coating for static marine environments

双模式光响应防污涂层通过可见光抑制和紫外光触发动态表面调整实现静态海水长效防污，利用分子自组装与解组装机制调控润滑剂迁移，结合硫醇键自愈性能提升环境适应性。

　　这项研究提出了一种创新性的双模式光响应防污涂层，名为Gu&HoPU-x%。该涂层旨在解决传统静态防污涂层的局限性，特别是在静态海水中，表面活性基团暴露不足的问题。传统的防污涂层通常依赖于持续的表面更新机制，如水流或波浪的剪切力，以维持其防污性能。然而，在静态或低流速的海洋环境中，这些机制往往无法有效发挥作用，导致生物污损的累积。因此，研究团队开发了一种能够在静态条件下实现动态防污功能的智能涂层，从而提高其在真实海洋环境中的应用价值。

Gu&HoPU-x%涂层的设计灵感来源于红三角蛞蝓的黏液分泌机制。通过模仿这种生物特性，该涂层能够在可见光照射下实现100%的表面杀菌效果，抑制生物膜的形成。同时，在紫外光照射下，涂层能够通过分子结构的解离，促使润滑剂迁移到表面，从而促进生物污损的脱落。这种动态表面行为的关键在于超分子主客体相互作用的调控，以及光驱动的润滑剂再分布。在静态条件下，涂层通过其稳定的主客体结构，维持表面的低粘附性；而在紫外光照射下，涂层的结构发生动态变化，释放润滑剂，从而增强表面的疏水性和自润滑性能，最终达到防污的目的。

实验结果显示，当Gu&HoPU-x%涂层在紫外光照射下时，接触角的变化可达10°，水滴滑动速度提高了62.66%，蛋白质的脱附率达到98.65%，并且藻类的附着被有效抑制。这些结果表明，该涂层在静态海洋环境中具有显著的防污效果。此外，该涂层在广泛的pH范围内（1–14）和高盐度（8 wt% NaCl）条件下均表现出稳定的响应性能，说明其具有良好的环境适应性。这种稳定性对于海洋环境中的长期使用至关重要。

在涂层的结构设计中，引入了二硫键，这不仅赋予了涂层自我修复的能力，还增强了其在机械损伤后的耐久性。通过这种自我修复机制，涂层可以在受到破坏后恢复其完整性，从而延长其使用寿命。此外，Gu&HoPU-x%涂层通过将抗菌的偶氮苯（Azo）客体聚氨酯（GuPU）与α-环糊精（CD）主客体聚氨酯（HoPU）结合，形成了一个稳定的超分子网络。这种网络结构能够在不同光照条件下实现动态调控，从而适应海洋环境中的各种需求。

研究团队还通过量子化学计算评估了不同光异构构型下GuPU和HoPU之间的结合能差异，揭示了光驱动下主客体复合物的动态行为和相互作用强度。分子动力学模拟进一步验证了GuPU的光异构化过程在不同组装状态下对表面润湿性的显著影响，从而确认了分子层面的光响应适应性。这些模拟结果不仅提供了理论支持，还为实际应用中的性能优化提供了依据。

在实验方法上，Gu&HoPU-x%涂层的合成与制备过程包括三个主要部分：光响应的偶氮苯功能化聚氨酯（GuPU）作为客体部分，环糊精基聚氨酯（HoPU）作为主网络部分，以及硅油作为润滑剂相。硅油被以特定的体积分数（x%）引入，以形成动态调节的表面特性。在暗环境下，涂层通过注入润滑剂减少表面的粘附性；而在紫外光照射下，涂层的主客体结构发生解离，促使润滑剂迁移到表面，从而增强表面的疏水性和自润滑性能，最终实现生物污损的脱落。

在具体合成过程中，N,N-二羟乙基偶氮苯（di-N-Azo）的制备是关键步骤之一。首先，将苯胺溶解在盐酸溶液中，并在低温下与亚硝酸钠溶液反应，生成偶氮盐溶液。随后，将N-苯基二乙醇胺溶解在乙醇中，并调节pH值至6，然后将其缓慢加入偶氮盐溶液中，继续在低温下反应，以合成所需的di-N-Azo。这一过程确保了涂层中抗菌组分的有效引入，从而在可见光条件下实现全面的杀菌效果。

此外，研究团队还通过实验验证了该涂层在不同环境条件下的性能。实验结果显示，Gu&HoPU-x%涂层在可见光照射下表现出良好的结构稳定性和环境耐久性，能够适应酸性、碱性和盐性水环境。这种稳定性不仅有助于涂层在复杂海洋环境中的长期使用，还为其在实际应用中的推广提供了保障。在紫外光照射下，涂层的主客体结构发生解离，促使润滑剂迁移到表面，从而显著提高水滴滑动速度，实现高效的生物污损脱落。

综上所述，这项研究提出了一种基于超分子主客体相互作用和光响应的“动态对抗静态”策略，为静态海洋环境中的防污应用提供了一种新的解决方案。该策略不仅克服了传统静态防污涂层的固有局限，还通过动态调控表面特性，实现了高效的防污效果。此外，该涂层的自我修复能力和广泛的环境适应性，使其在实际应用中具有显著的优势和广阔的应用前景。研究团队的创新设计和实验验证，为未来海洋表面工程的发展提供了重要的参考和启示。