基于贻贝仿生学的可调表面形貌聚硅氧烷涂层增强海洋防生物膜性能研究

为解决传统海洋防污涂层环境毒性高、机械性能差等问题，研究人员通过自由基共聚法合成含多巴胺甲基丙烯酰胺(DMA)、甲基丙烯酸甲氧基乙酯(MEA)和甲基乙烯基MQ型硅树脂(MQ)的仿生聚硅氧烷涂层，系统调控组分比例获得兼具优异机械性能、强附着力与抗生物膜特性的最优配方(pMMD30)，为环保型海洋防污材料设计提供新策略。

　　

海洋生物污损是困扰航运、渔业等领域的全球性难题，生物附着会显著增加船舶阻力导致燃料消耗上升，传统含三丁基锡(TBT)的防污涂料虽有效但存在严重生态毒性。随着国际海事组织(IMO)对有毒防污剂的严格限制，开发环保替代材料迫在眉睫。自然界中，贻贝通过足丝分泌富含3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)的黏附蛋白实现水下强附着，这一现象为新型仿生涂层设计提供了灵感。

为整合生物黏附、环境响应与机械稳定性，研究人员设计了一类新型聚硅氧烷基防污涂层。通过自由基共聚将贻贝启发的多巴胺甲基丙烯酰胺(DMA)、柔性单体甲基丙烯酸甲氧基乙酯(MEA)与刚性甲基乙烯基MQ型硅树脂(MQ)结合，在固定DMA含量下系统调节MEA/MQ比例，探究其对涂层性能的影响。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)进行结构表征，通过接触角测试、力学性能分析、共聚焦显微镜和细菌生物膜实验评估功能特性。

材料合成与表征
成功制备pMMD系列共聚物，FTIR证实3400 cm^?1处羟基特征峰，¹H NMR验证DMA中邻苯二酚结构。GPC显示数均分子量(M_n)为2.1×10⁴-3.8×10⁴，多分散指数(PDI)1.32-1.58。

表面性能分析
初始接触角显示含30% MEA的pMMD30具有最佳平衡(78°)，浸泡后表面重构形成均匀微纹理，而高MEA样品(50%)出现不规则形貌。

机械与粘附性能
pMMD30展现最优力学组合：拉伸强度1.8 MPa，断裂伸长率320%，得益于刚性MQ网络与柔性MEA链段的协同。DMA的邻苯二酚基团使涂层对钢基底的附着力达2.4 MPa，比不含DMA样品提高200%。

抗生物膜性能
金黄色葡萄球菌生物膜实验显示，pMMD30对生物膜抑制率达92%，优于高MEA(76%)或高MQ(68%)配方，其均匀微结构可有效阻碍微生物初始粘附。

该研究通过仿生设计与组分精准调控，创制出兼具环境友好性和长效防污性能的聚硅氧烷涂层体系。pMMD30配方中柔性MEA与刚性MQ的平衡、DMA提供的强界面锚定以及动态表面重构能力的协同，突破了传统防污涂层机械性能与功能性的矛盾。成果发表于《Progress in Organic Coatings》，为发展新一代智能海洋防污材料提供了理论依据和技术路径，对减少航运业生态足迹具有重要应用价值。