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在工业领域，微生物影响的腐蚀（MIC）严重威胁金属材料。研究人员开展了壳聚糖基涂层对铝合金抗 MIC 性能的研究。结果表明，该涂层（尤其经 TESPSA 功能化处理）能显著降低腐蚀和微生物生长。这为铝合金防腐提供了新策略。
在工业生产和日常生活中，金属材料广泛应用，但微生物影响的腐蚀（Microbially influenced corrosion，MIC）却成为一个令人头疼的难题。MIC，简单来说，就是微生物捣乱，让金属的腐蚀速度大大加快。在石油开采、海洋工程等行业，它就像一个隐藏的 “破坏者”，悄无声息地侵蚀着金属设备，不仅导致设备损坏、维修成本飙升，还可能引发安全事故，造成巨大的经济损失和环境破坏 。其中，硫酸盐还原菌在无氧环境下扮演着 “腐蚀帮凶” 的角色，Nitratidesulfovibrio vulgaris（以前叫 Desulfovibrio vulgaris）更是这类细菌中的 “典型代表”，频繁出现在各种金属腐蚀案例中，就连广泛用于航空航天和燃料存储行业的铝合金也难以幸免。
面对这一棘手问题，来自国外的研究人员决心找到解决办法。他们将目光投向了壳聚糖，一种从甲壳素中提取的天然聚合物。壳聚糖不仅具有生物相容性、可降解性，还有着出色的抗菌性能，就像给金属穿上了一层 “隐形防护服”。研究人员想知道，把壳聚糖涂在铝合金表面，能不能抵御 Nitratidesulfovibrio vulgaris 的侵蚀，防止铝合金被腐蚀呢？于是，一场关于壳聚糖基涂层对铝合金抗 MIC 性能的研究就此展开。
经过一系列严谨的实验，研究人员发现，壳聚糖涂层真的能起到保护作用，尤其是经过三乙氧基硅基丙基琥珀酸酐（Triethoxysilylpropyl succinic anhydride，TESPSA）功能化处理的涂层，效果更为显著。这一成果意义重大，为铝合金在易受微生物腐蚀环境中的应用提供了新的防护策略，就像给铝合金找到了一位可靠的 “保护神”。该研究成果发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》上。
在这项研究中，研究人员主要运用了多种关键技术方法。首先，通过重量损失分析，精确测量铝合金在不同条件下的重量变化，以此判断腐蚀程度；利用共聚焦轮廓测量法，准确测定涂层厚度和表面粗糙度；借助电化学腐蚀测试，评估涂层对铝合金腐蚀行为的影响；运用 X 射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）分析表面化学成分变化；采用落射荧光显微镜观察细菌在表面的生长情况 。这些技术方法从不同角度为研究提供了有力的数据支持。
下面来看看具体的研究结果：
- 化学表征：利用傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）对壳聚糖涂层进行化学表征。结果显示，2% 和 3% w/v 的壳聚糖涂层在非硅烷化和硅烷化铝合金表面都呈现出壳聚糖的特征吸收带。1% w/v 的硅烷化铝合金涂层 FTIR 光谱则主要是 TESPSA 的信号，这表明不同浓度的壳聚糖涂层化学组成存在差异 。
- 润湿性：测量水接触角发现，抛光能提高铝合金的润湿性，硅烷化会使接触角增大，但表面仍呈亲水性。1% 和 2% w/v 的壳聚糖涂层接触角相近，3% w/v 的涂层接触角更大。而且，所有壳聚糖涂层在 5 分钟内接触角都会下降，这意味着涂层会吸收水分并发生一定程度的铺展 。
- 涂层厚度评估：使用共聚焦轮廓测量法测量涂层厚度，发现涂层厚度随着壳聚糖溶液浓度的增加而增加，范围在 0.5 - 2.2μm 之间 。
- 粘附性评估：通过标准的胶带粘贴和移除实验评估粘附性，结果表明所有浓度（1%、2% 和 3% w/v）的壳聚糖涂层在非硅烷化和硅烷化铝合金上的粘附性都达到最高等级 1 级，即涂层脱落率小于 5% 。
- 电化学腐蚀测试：电化学腐蚀测试结果显示，非硅烷化铝合金涂覆壳聚糖后，腐蚀电位有所变化，表明其对腐蚀的敏感性增加，但腐蚀电流密度降低，意味着金属溶解速率减小。硅烷化能稳定涂层，与壳聚糖涂层结合可显著降低腐蚀速率 。
- 细菌活性：观察发现，除了 3% w/v 壳聚糖涂层的非硅烷化铝合金出现脱落外，其他样品在 Nitratidesulfovibrio vulgaris 作用下未出现明显的断裂、收缩或肿胀。2% w/v 的壳聚糖涂层在细菌悬浮液中稳定性更好，3% w/v 的涂层重量损失明显，说明硅烷化能增强涂层的粘附和稳定性 。
- 表面粗糙度测量：共聚焦轮廓测量法测量表面粗糙度发现，在细菌悬浮液中孵育后，非硅烷化和硅烷化铝合金的表面粗糙度在 48 小时内显著增加。除了 1% 和 2% w/v 壳聚糖涂层的硅烷化铝合金外，其他涂层的粗糙度也有所增加。荧光显微镜图像显示，壳聚糖涂层表面的细菌覆盖率普遍低于未涂层表面 。
- XPS 分析：XPS 分析表明，硅烷化能完全掩盖铝合金表面，壳聚糖涂层能完全覆盖硅烷化铝合金表面。在 Nitratidesulfovibrio vulgaris 作用下，非硅烷化铝合金表面形成了含有硫化物等的腐蚀产物，而 2% w/v 壳聚糖涂层的硅烷化铝合金受细菌活动影响较小 。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义非凡。它首次将壳聚糖涂层应用于多镜面金属表面，并探索其在铝合金上的抗生物腐蚀性能。研究排除了表面粗糙度对涂层粘附性的影响，证实了壳聚糖涂层（尤其是经 TESPSA 功能化处理）在防止铝合金腐蚀和生物腐蚀方面的巨大潜力。2% w/v 的壳聚糖涂层在与 Nitratidesulfovibrio vulgaris 孵育五周后仍具有出色的粘附稳定性，为其在缺氧微生物环境中的应用提供了有力依据。这一研究成果为铝合金的防护开辟了新途径，有望在实际生产中广泛应用，减少因腐蚀带来的经济损失和安全隐患，推动相关行业的可持续发展 。
