海洋生物污染是海洋生物附著在水下結(jié)構(gòu)的過(guò)程，是海運(yùn)行業(yè)的重大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。沉積在浸沒(méi)表面上的結(jié)垢有機(jī)體會(huì)增加阻力，降低船舶的機(jī)動(dòng)性，進(jìn)而提高油耗。生物污染也對(duì)港口和漁業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施造成不利影響，例如嚴(yán)重堵塞循環(huán)管道。因此，防止生物污染相當(dāng)重要。貽貝通過(guò)粘合彈性蛋白質(zhì)絲可以無(wú)差異地附著到任何親水/疏水的固體表面，包括金屬，礦物，塑料，水泥甚至含氟聚合物。

　　近期，來(lái)自哈佛大學(xué)的Joanna Aizenberg、 弗里德里希 - 亞歷山大大學(xué)的Nicolas Vogel和 新加坡南洋理工大學(xué)的Ali Miserez等人在Science上發(fā)表了一篇關(guān)于利用潤(rùn)滑劑注入材料進(jìn)而防止貽貝粘附的文章，題為“Preventing mussel adhesion using lubricant-infused materials”。

　　文中介紹了注入潤(rùn)滑劑的表面可成為新型防水涂料，具有很好的防止生物污染能力。通過(guò)不混溶、不反應(yīng)的液體潤(rùn)滑劑覆蓋在固體基材上，以防止其與貝類與材料直接接觸。穩(wěn)定的液體保護(hù)表面可以通過(guò)兩種一般策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　首先，潤(rùn)滑劑可以干預(yù)化學(xué)功能化的粗糙度特征，使得范德華力和毛細(xì)管力的擴(kuò)散和保留;

　　第二，聚合物網(wǎng)絡(luò)可以用潤(rùn)滑劑注入，以形成一種三維(3D)凝膠，具有自補(bǔ)充的潤(rùn)滑劑覆蓋層。

　　除了維度(2D與3D)之外，兩種方法所得材料的彈性模量(E)有很大的不同。文中推測(cè)，因?yàn)闈?rùn)滑劑注入的涂層在排斥有機(jī)液體、水，減少細(xì)菌、血液和藻類的結(jié)垢方面特別有效，所以它們可以有效地防止貽貝粘附。

　　圖1 冬青貽貝沉降和斑塊分泌圖示

　　(A)在最初(左)均勻放置并允許移動(dòng)的貽貝和沉降48小時(shí)(右)的各種表面的隨機(jī)格子棋盤(pán)排列;

　　(B)每個(gè)棋盤(pán)中每個(gè)表面類型的粘貼斑數(shù)量;

　　(C)不同表面類型中每個(gè)載玻片的平均粘合斑塊;

　　(D至F)線分泌的實(shí)時(shí)觀察實(shí)例。藍(lán)色方框內(nèi)是突出分泌的粘合線和斑塊。

　　圖2 貝類粘合劑足跡分析圖

　　(A)實(shí)驗(yàn)示意圖;

　　(B)不同表面的平均粘合強(qiáng)度;

　　(C)貽貝斑塊脫離后的MALDI-TOF光譜。

　　圖3 不同材料的防粘連圖示

　　(A)靜置8和16周后，每種表面類型相關(guān)的污染群體的代表性圖像;

　　(B)污染區(qū)域的覆蓋面和組成。

　　圖4 不同表面的納米接觸力學(xué)圖

　　(A)特征負(fù)載—位移曲線;

　　(B、C)兩種表面的粘合力方案;

　　(D)潤(rùn)滑劑注入表面的代表性壓痕曲線;

　　(E)相應(yīng)接觸方式的代表性壓痕曲線;

　　(F)在潤(rùn)滑劑注入表面接觸時(shí)，隨著時(shí)間的推移，貽貝腳粘連力的模擬分布圖。

　　圖5 貽貝在非灌注(左)和灌注(右)表面的粘附力學(xué)圖

　　有潤(rùn)滑劑注入的表面材料對(duì)抗貽貝(其中最普遍的海洋大分子物質(zhì)之一)表現(xiàn)出顯著非結(jié)垢活性。研究人員在多個(gè)長(zhǎng)度尺度上的綜合研究發(fā)現(xiàn)這種防污性能的基本機(jī)制。首先，潤(rùn)滑劑覆蓋層可能會(huì)干擾貽貝在檢測(cè)到固體表面時(shí)觸發(fā)粘合劑行為的機(jī)械傳感機(jī)制。第二，所得的材料附著強(qiáng)度較低。夾帶的潤(rùn)滑劑影響粘附的分子作用，其通過(guò)閥效應(yīng)降低宏觀粘附性。重要的是，該法可以制成噴涂材料，允許在任意表面上容易的大規(guī)模應(yīng)用，并且由于潤(rùn)滑劑在聚合物涂層的擴(kuò)散可以有效補(bǔ)充而具有長(zhǎng)久的性能。研究結(jié)果表明，潤(rùn)滑劑注入的材料有望解決與海洋生物污染有關(guān)的重要經(jīng)濟(jì)和生態(tài)負(fù)擔(dān)，特別是那些由貽貝物種入侵引發(fā)的生物污染。

　　論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/357/6352/668