基于壳聚糖聚合物的天然产物在海洋微生物腐蚀防护中的应用研究

针对硫酸盐还原菌(SRB)引发的海洋微生物腐蚀(MIC)问题，中国科学院海洋研究所团队通过希夫碱反应将壳聚糖改性为阳离子/非离子表面活性剂，证实其兼具显著抗菌活性和碳钢防腐性能。该研究为开发环境友好型MIC抑制剂提供了新策略，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

　　

海洋环境中潜伏着一种"隐形杀手"——硫酸盐还原菌(SRB)，它们通过代谢产生硫化氢，在金属表面形成局部腐蚀坑，每年造成全球约20%的腐蚀损失。传统化学杀菌剂虽有效却污染环境，而防护涂层又面临成本高、易老化的困境。面对这一挑战，中国科学院海洋研究所的Atef S. Kobisy团队另辟蹊径，从天然产物中寻找解决方案。他们瞄准了海洋中储量丰富的壳聚糖——这种从甲壳类动物外壳提取的生物聚合物，具有可降解、抗菌等特性，但存在溶解性差的缺陷。研究团队通过创新性分子改造，将其转化为高效环保的腐蚀抑制剂，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究采用¹H NMR（核磁共振氢谱）、FTIR（傅里叶变换红外光谱）等技术表征改性产物，从青岛海域浸泡钢材的锈层中分离SRB混合菌群，通过SEM（扫描电镜）、AFM（原子力显微镜）等多维度评估防腐性能。

【材料与方法】
团队通过希夫碱反应将壳聚糖与肉桂醛衍生物接枝，合成阳离子型CS-DMACA和非离子型CS-PO-DMACA两种表面活性剂。元素分析证实改性后氮含量显著增加，FTIR显示亚胺键特征峰(1635 cm^-1)，证实成功引入活性基团。

【抗菌性能】
TEM（透射电镜）观察到经200 mg/L CS-DMACA处理的SRB细胞壁严重破损，菌体皱缩。该浓度下两种表面活性剂对SRB的杀灭率分别达98.7%和95.2%，显著优于传统杀菌剂四甲基溴化铵。

【腐蚀防护】
在含SRB的培养液中，CS-DMACA使碳钢腐蚀速率降低89.2%。AFM显示未处理组表面粗糙度(Ra)达487 nm，而处理组仅82 nm。EDS（能谱分析）证实处理组铁元素含量提高3.8倍，硫元素降低91%，表明有效抑制了FeS腐蚀产物的形成。

【作用机制】
表面张力测试显示临界胶束浓度(CMC)为0.18-0.25 mM，分子动力学模拟揭示表面活性剂通过-NH₃⁺基团吸附在金属表面，疏水链形成保护膜。电化学测试显示电荷转移电阻提升12倍，符合Langmuir吸附模型。

该研究开创性地将天然聚合物转化为"双功能"防腐材料，其环境友好的特性特别适合海洋工程应用。改性后的壳聚糖表面活性剂在10℃低温海水中仍保持85%以上抑菌率，且28天生物降解率达92%，为解决MIC问题提供了可持续方案。这项工作不仅为绿色防腐材料开发树立了新范式，也为天然高分子资源的高值化利用开辟了路径。