多巴胺介导抗菌肽在不锈钢表面的固定化技术及其海洋防污应用研究

针对海洋生物污损对船舶设备的危害，研究人员通过多巴胺(DA)修饰不锈钢(SS)表面并固定抗菌肽(AMPs)，开发出SS-DA-A新型防污材料。该材料经XPS、FTIR等表征证实成功修饰，对弧菌(V. natriegens)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)等抗菌率达>97.6%，藻类覆盖减少超90%，分子动力学模拟揭示其通过破坏细菌磷脂双层发挥抗菌作用，为海洋防污技术提供环保新策略。

　　

海洋环境中，船舶和工业设备表面常因微生物附着形成生物污损（Biofouling），导致设备腐蚀、航行阻力增加等严重问题。传统防污技术如含锡、铅涂料因环境毒性被禁用，而仿生微结构防污又面临成本高、工艺复杂等瓶颈。如何开发环保、长效的防污材料，成为海洋工程领域亟待突破的难题。

针对这一挑战，中国研究人员创新性地利用海洋生物源抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）的广谱抗菌特性，通过多巴胺（Dopamine, DA）的介导作用将其固定于不锈钢（Stainless Steel, SS）表面。多巴胺在碱性条件下自聚合形成聚多巴胺（PDA）涂层，其醌类中间体可与AMPs的氨基共价结合，构建出SS-DA-A功能化表面。研究通过X射线光电子能谱（XPS）检测到表面氮元素含量增加，傅里叶变换红外光谱（FTIR）在1650 cm^-1处出现AMPs特征酰胺峰，接触角测试显示亲水性显著提升（54.3°±1.7°），证实了AMPs的成功固定。

抗菌性能评估
采用平板计数法和光学密度（OD）值测定发现，SS-DA-A表面对革兰氏阴性菌（V. natriegens、E. coli）和革兰氏阳性菌（S. aureus）的抑制率均超过97.6%。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）显示细菌膜被碘化丙啶（PI）染红，表明AMPs通过破坏细菌磷脂双层结构导致膜通透性增加。分子动力学模拟进一步揭示，AMPs的疏水端插入脂质体疏水区，引起膜结构塌陷。

抗藻性能验证
扫描电镜（SEM）观测到SS-DA-A表面藻类（C. pyrenoidosa和P. tricornutum）覆盖率分别降低96.46%和91.61%。CLSM三维重建显示藻细胞在改性表面呈分散状态，而对照组形成致密生物膜。

该研究发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》，创新点在于：① 利用DA的“分子胶”特性实现AMPs的温和固定；② 通过多尺度表征（XPS、FTIR、CLSM）建立结构-功能关系；③ 结合实验与模拟阐明AMPs破坏微生物膜的分子机制。其意义在于为船舶防污提供了一种无毒、高效的新方案，同时为生物医用材料的表面改性提供了普适性策略。

主要技术方法
研究采用多巴胺自聚合在SS表面构建PDA过渡层，通过席夫碱反应固定AMPs；使用XPS分析元素组成，FTIR鉴定化学键，接触角仪测试润湿性；抗菌实验选用2216E培养基培养海洋细菌，藻类实验采用f/2培养基；分子动力学模拟采用GROMACS软件包。

研究结论与讨论

1. 表面修饰有效性：DA修饰使SS表面氨基密度增加，为AMPs共价结合提供活性位点。
2. 广谱抗菌性：AMPs通过“穿透-破坏”双重机制杀灭细菌，且不易诱发耐药性。
3. 环境适应性：在模拟海水条件下（pH 8.1，盐度3.5%），涂层稳定性超过30天。
4. 生态安全性：AMPs源自海洋生物，降解产物对环境无害。

该技术有望应用于船舶涂层、海水淡化膜等领域。未来研究可优化AMPs序列以提高特异性，或开发DA-AMPs复合涂层与其他防污技术的协同体系。作者Yanbin Xiong等强调，这种“生物启发-化学固定-机械强化”的多级防污策略，为应对复杂海洋环境挑战提供了新范式。