将Aronia mitschurinii封装在生物相容性聚合物中，作为有效的防污保护解决方案

《ACS Omega》：Aronia mitschurinii Encapsulated into a Biocompatible Polymer as an Effective Solution for Antifouling Protection

本研究利用高抗氧化植物Aronia mitschurinii提取物开发新型PMMA基抗污涂层，通过离心涂布与激光显微分析发现，其能显著抑制淡水与海水中的生物膜形成，且淡水环境效果更优。机制涉及植物提取物中抗氧化剂（如花青素）与抗菌成分（如萜烯类）协同作用，阻断自由基聚合及细菌定植过程。实验验证了不同稀释浓度对涂层性能的影响，并提出了长期耐久性测试方案。

　　生物附着现象，即微生物在水下物体表面的附着和积累，自15世纪以来一直困扰着科学家。这种现象不仅影响船舶和浮标等设备的性能，还可能对生态环境造成深远的影响。例如，生物膜的脱落可能会将外来细菌物种传播到全球各地，从而改变生态系统的组成。此外，生物附着还会导致腐蚀和船舶燃料消耗的增加，对经济造成显著负担。传统抗生物附着方法通常依赖有毒的化合物，如三丁基锡（TBT），这些物质在许多地区已被禁用，如美国。近年来，虽然高疏水性聚合物在抗生物附着方面展现出潜力，但其成本较高且技术转移面临挑战。因此，研究者们开始探索无毒的配方，利用有机可再生超级水果、草药和不含生物膜的富含抗氧化剂和/或精油与萜类化合物的藻类，结合生物相容性良好的聚合物，以开发更环保的抗生物附着涂层。

这一研究聚焦于使用提取自*A. mitshurinii*（一种富含抗氧化剂的植物）的配方。假设精油和萜类化合物具有抗菌作用，可以防止细菌在受保护表面上的沉淀和生长，而抗氧化剂则可以抑制自由基反应，从而显著减缓生物膜的形成。初步的短期结果显示，*A. mitschurinii*在淡水和海水环境中都表现出良好的抗生物附着效果，但在淡水中表现更佳。本研究还将探讨细菌和植物化学成分浓度的影响，以及当前的抗生物附着方法和表面分析技术。

为了进一步验证这一概念，研究团队首先对*A. mitschurinii*进行了全面的植物化学成分分析，包括ORAC因子以评估其捕捉自由基的能力。同时，基于气相色谱-质谱（GC-MS）分析，预测了其精油和萜类化合物的抗菌性能。研究团队在马里兰州东部海岸收集了淡水和海水样本，并对这些样本进行了短期抗生物附着测试。测试后，使用相衬显微镜、荧光显微镜和激光显微镜对*A. mitschurinii*涂层的表面进行了分析，并利用轮廓仪测量了表面粗糙度和涂层厚度。这些方法为研究提供了全面的表面特性评估。

研究还发现，*A. mitschurinii*不仅是一种超级水果，而且成本低廉，易于种植，适合广泛的应用场景。例如，在北达科他州，每株*A. mitschurinii*植物每年可以产出至少30磅的果实。此外，该作物的果肉中富含抗氧化剂，其副产品（如果皮）同样具有潜在的利用价值。这种高产且丰富的抗氧化成分使其成为工业化的理想候选者。为了提高涂层的抗生物附着性能，研究团队计划对*A. mitschurinii*的个体成分进行分析，以优化其在工业应用中的表现。

在材料与方法部分，研究团队详细描述了实验所使用的化学试剂和仪器。其中包括铝氯化物、乙醇、槲皮素等，均由知名供应商提供。显微镜分析使用了多种设备，如Nikon Eclipse E200 LED双目显微镜、Laxco Seba P4BP数字相衬显微镜和Keyence的荧光显微镜，以提供高清晰度的图像。此外，使用了Chemat KW-4A旋转涂布机，以确保在载玻片上均匀沉积薄膜。研究团队还进行了涂层的附着力测试，通过在不同浓度下进行实验，确定了最佳的涂层配方。

为了防止水吸收导致的涂层剥落，研究团队尝试了多种方法，包括氧气等离子体处理和硫酸浸泡，但效果不佳。最终，采用氰基丙烯酸酯（Cyanoacrylate）胶水固定超滑片（Superslip No. 1）在载玻片上，从而提高了附着力。此外，研究团队使用Bruker DektakXT轮廓仪测量涂层的厚度和平整度，通过调整聚合物浓度、旋转速度和溶剂类型，优化了涂层的性能。在测试过程中，使用了不同的涂层浓度，以评估其对生物膜形成的影响。

研究团队还对水样进行了处理，以确保其适合抗生物附着测试。通过过滤，去除了机械颗粒和沉积物，以防止这些物质干扰实验结果。水样参数，如pH值、温度、盐度、氧化还原电位、溶解氧和电导率，均使用便携式水质测量仪进行测定。这些数据为实验提供了必要的背景信息，帮助研究者理解不同水体对生物膜形成的影响。

在结果与讨论部分，研究团队展示了不同浓度*A. mitschurinii*提取物对生物膜形成的影响。在淡水和海水中，最浓的1x样本表现出最佳的抗生物附着效果，而随着提取物浓度的降低，保护效果也随之减弱。然而，即使在海水中，这些样本仍然显示出显著的保护能力。此外，通过使用甲基蓝染色，研究团队观察到了生物膜中细菌的分布情况，发现含有*A. mitschurinii*的样本中细菌数量明显减少，表明其具有良好的抗菌性能。

研究团队还对*A. mitschurinii*的植物化学成分进行了详细分析，包括其总类黄酮、总多酚、总花青素和总单宁含量。这些成分的测量采用了不同的方法，如Lee法用于花青素含量的测定，Chang法用于类黄酮含量的测定，Singleton法用于总多酚含量的测定，以及Antoine法用于总单宁含量的测定。这些分析结果为研究提供了重要的基础数据，表明*A. mitschurinii*在抗生物附着方面具有显著的潜力。

此外，研究团队还进行了GC-MS分析，以鉴定*A. mitschurinii*中的精油和萜类化合物。分析结果显示，该植物含有多种抗菌化合物，如新植物二烯、乙基亚油酸酯、二十烷、油酰胺、乙基油酸酯、棕榈酰胺、四十八烷和二丁氧基乙基邻苯二甲酸酯。这些化合物的特性被详细记录，并与抗生物附着效果进行了关联。研究团队还通过相衬显微镜和激光显微镜对测试后的样本进行了分析，以评估其表面特性。

在测试过程中，研究团队发现，随着*A. mitschurinii*提取物浓度的增加，生物膜的形成受到显著抑制。特别是在淡水中，这种抑制效果更为明显。然而，海水中仍然存在一定程度的生物膜形成，表明该涂层在海水环境中仍具有一定的保护能力。研究团队还指出，未来需要进行长期测试，以评估涂层在不同环境中的持久性。

为了进一步验证这些结果，研究团队还对其他植物进行了比较，如*Curcuma longa*（姜黄）和*Nerium oleander*（黄花夹竹桃）。这些植物在抗生物附着方面也表现出一定的效果，但*A. mitschurinii*因其高抗氧化剂含量和低成本，显示出更优的性能。研究团队还计划对其他超级水果和草药进行类似的测试，以寻找更有效的抗生物附着材料。

最后，研究团队总结了他们的发现，认为*A. mitschurinii*提取物封装在PMMA中是一种有效的抗生物附着配方。这种方法不仅提供了更安全的替代方案，还具有良好的经济可行性。未来的研究将重点放在长期测试和对其他植物成分的探索上，以进一步优化抗生物附着技术。研究团队还计划对PMMA的潜在毒性进行研究，以确保其在实际应用中的安全性。总的来说，这项研究为开发新型环保抗生物附着涂层提供了重要的理论依据和实验支持。