《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Robust and Degradable PDMS-Epoxy Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces for Sustainable Marine Antifouling
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摘要海洋生物污损是影响船舶、海洋平台和海底设备长期稳定运行的重大问题。为解决传统海洋防污涂层所涉及的生态毒性和微塑料累积问题，本研究开发了一种基于可生物降解的聚二甲基硅氧烷（PDMS）-环氧交联网络的 slippery 液体浸润多孔表面（SLIPS）海洋防污涂层。该体系利用聚
摘要
海洋生物污损是影响船舶、海洋平台和海底设备长期稳定运行的重大问题。为解决传统海洋防污涂层所涉及的生态毒性和微塑料累积问题，本研究开发了一种基于可生物降解的聚二甲基硅氧烷（PDMS）-环氧交联网络的 slippery 液体浸润多孔表面（SLIPS）海洋防污涂层。该体系利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）段的低表面能以及与二甲基硅油的优异结构相容性来实现稳定的润滑剂保持。同时，交联环氧网络赋予了涂层良好的机械稳定性和耐久性，其附着力比 Sylgard PDMS184 提高了197%。此外，通过在网络中引入可水解的酯键，该材料在保持长期服役稳定性的同时具备一定的环境降解能力，从而降低了传统硅基防污材料潜在的微塑料残留风险。该涂层在高速搅拌的人工海水中表现出可降解性，30天后的平均质量损失约为9.28%，同时保持较好的结构完整性。结果表明，所制备的SLIPS涂层表现出优异的广谱防污性能，能够阻止超过95%的典型海洋污损生物（包括细菌、小球藻和海螺）的附着，从而有效保护表面免受海洋生物污损。本工作为开发具有长期稳定性和生物降解性的环保型海洋防污涂层提供了一种有前景的策略。
引言
海洋生物污损——即海洋生物持续附着在船体、海洋平台和海底管道上——对海洋工程系统的可持续性构成了严峻挑战[1], [2]。这种现象表现为流体力学阻力加剧、局部腐蚀加速[2]以及结构降解加速，这些因素共同导致每年在燃料过度消耗、维护干预和计划外停机方面耗费数十亿美元[3]。传统的防污涂层依赖有毒杀菌剂的释放，由于其持久的环境足迹和对海洋微塑料污染的贡献，面临着日益严格的监管审查[4]。在这一背景下，开发能够同时抑制生物黏附、最小化生态毒性并避免长期微塑料累积的环保型防污涂层已成为一项关键研究优先事项[5]。
受猪笼草光滑的笼口结构启发[6]，slippery 液体浸润多孔表面（SLIPS）凭借其独特的"液体润滑层"结构[8]，已成为海洋应用中一种有前景的非毒性防污策略[7]。SLIPS的防污机制涉及将低表面能润滑剂嵌入多孔或可膨胀的固体基质中[9]，从而形成稳定的动态液-固界面[10]。该润滑层有效减少了海洋污损生物与底层基底的直接接触[11]，显著降低了细菌、微藻及较大海洋生物的附着[12]。它还带来了表面损伤自愈和耐海水盐度等额外优势[13]。与传统超疏水涂层[14]和含有毒性杀菌剂的涂层[15]相比，SLIPS更符合海洋环境保护要求，在复杂且恶劣的海洋环境中展现出更强的竞争力。尽管具有这些优势，目前报道的大多数SLIPS仍然主要依赖不可生物降解的硅橡胶[16]或含氟聚合物作为支撑基质[17]。一旦在长期海洋使用中发生机械损伤或脱落，这些化学惰性材料会作为二次微塑料污染物持久存在于环境中，进一步加剧海洋微塑料污染危机[18]。因此，迫切需要设计能够同时提供强健的机械完整性、强热力学润滑剂保持亲和力以及固有海洋生物降解性的基质。
为满足这些要求，固体基质与润滑流体之间的协同相容性至关重要，因为不相容会直接导致润滑剂泄漏和防污性能受损[19]，进一步加剧现有SLIPS的局限性。二甲基硅油凭借其卓越的化学惰性、低表面能、低挥发性、强生物相容性以及与硅基基质的优异相容性，已成为海洋防污SLIPS涂层中使用最广泛的润滑剂之一[20]。然而，可生物降解SLIPS基质的开发仍然面临挑战，因为难以同时满足所有材料性能要求。为确保润滑剂的稳定保持，基质必须与硅油具有很强的热力学亲和力；否则，润滑剂复合体系会发生相分离和不稳定现象[21]，加速动态海洋环境中润滑剂的流失。
与我们之前开发的体系[22]不同，本研究侧重于调节聚合物网络结构。通过引入三官能度环氧组分，在聚合物链之间建立了多功能交联点，形成了更为紧密集成的三维硅-环氧网络。这种网络结构增强了涂层的结构完整性，并促进了涂层-基底界面的应力传递，从而提高了附着力。因此，本研究的一个重大进展在于利用三官能度环氧化学来定制硅-环氧基质结构，从而提高涂层附着力。在此，我们提出了一种可生物降解的海洋SLIPS涂层，旨在调和润滑剂亲和力、机械耐久性与环境降解性之间长期存在的矛盾（图1）。该结构设计将聚二甲基硅氧烷（PDMS）段固有的低表面能和高柔韧性[23]与环氧网络的机械韧性相结合。基底中的硅氧烷段与注入的二甲基硅油之间的结构亲和力确保了优异的润滑剂保持性能，而交联环氧网络则提供了必要的机械耐久性。同时，嵌入环氧节点中的酯键充当内置的水解断裂位点。在长期暴露于海洋环境中后，这些脆弱的酯基团会发生逐步的结构断裂，使宏观网络最终分解为无害的低分子量碎片。这一合理设计的降解路径解决了服役期间所需的长期防污耐久性与涂层生命周期末端所需的生态安全性之间的固有矛盾。
章节摘要
材料
双（3-氨基丙基）封端的聚二甲基硅氧烷（NH2-PDMS-NH2, Mw=2500 g/mol）购自上海毕得医药科技有限公司。无水四氢呋喃（THF, ≥99.5%）购自北京百灵威科技有限公司。4,5-环氧己烷-1,2-二酸二缩水甘油酯（98%）、牛血清白蛋白（BSA, ≥98%）、氯化钠（AR）、氯化钾（AR）和二碘甲烷（95%）购自阿拉丁试剂（中国）有限公司。PMX-200硅油
表面形貌、化学结构和热性能
DPEN和L-DPEN的形貌通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）进行表征。DPEN表面（图1a）表现出均匀的厚度，无分层或裂纹，而其横截面（图1b, c）揭示了丰富的微米级多孔结构，这些结构对于通过毛细力储存和保持润滑剂至关重要[25]。这些孔洞是在溶剂蒸发过程中通过"呼吸图"机制形成的。当挥发性THF溶剂从涂覆溶液中蒸发时，由此产生的表面冷却导致
结论
总之，我们通过合理设计含有可水解酯键的PDMS-环氧树脂交联网络，开发了一种可生物降解的SLIPS海洋防污涂层。环氧段的加入显著提高了基体涂层的附着力，与纯PDMS184涂层相比提高了197%，从而改善了其实际服役性能。硅氧烷主链与注入的二甲基硅油之间的优异热力学相容性确保了
CRediT作者贡献声明
王跃松：方法论、数据管理。谭倩芸：调查研究、数据管理。徐晓宇：初稿撰写、方法论、数据管理。刘法千：审阅与编辑、监督、方法论、资金获取。张涛：调查研究。张旭：数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作获得了国家自然科学基金（52073311）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515240024和2025A1515012908）的资金支持。
徐晓宇|谭倩芸|王跃松|张旭|张涛|刘法千
