細菌、海藻、藤壺和贻貝等生物在材料界面(miàn)處的粘附、生長(cháng)和繁殖是海洋環境普遍存在的自然現象，但從技術、生命健康或經(jīng)濟的角度來看，生物粘附在材料表面(miàn)上并造成(chéng)不良的後(hòu)果稱爲生物污損。海洋生物污損會對(duì)海洋工程裝備和設施的壽命和服役性能(néng)帶來巨大的負面(miàn)影響，是制約海洋開(kāi)發(fā)水平的主要因素之一。防污塗層技術由于其适用範圍廣、性價比高等優勢已成(chéng)爲目前的主流防污方法，也是未來防污技術的核心發(fā)展方向(xiàng)。
海洋污損生物的多樣(yàng)性和複雜性使得防除生物附著(zhe)污損成(chéng)爲公認的難題和研究熱點。目前主要存在著(zhe)毒殺污損生物、污損阻抗、污損脫附、界面(miàn)自更新、仿生微結構防污這(zhè)五種(zhǒng)防污機制，絕大部分防污材料幾乎全部是基于單一防污機制或二元協同防污機制開(kāi)發(fā)的。但由于海洋生物污損過(guò)程具有多樣(yàng)性、選擇性和随機性的特點，單一的防污策略難以有效應對(duì)複雜的海洋污損環境。并且，防污材料面(miàn)臨著(zhe)愈加嚴厲的環保要求，許多已開(kāi)發(fā)的防污材料難以适應未來環境友好(hǎo)、廣譜高效防污需求的大趨勢。
近期，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所海洋實驗室苛刻環境材料耦合損傷與延壽團隊在王立平研究員和趙文傑研究員指導下，著(zhe)力開(kāi)展了海洋防污附著(zhe)機理與防治的前瞻研究，提出了基于多元協同增效防污和綠色防污的材料設計思路，開(kāi)發(fā)了一套可降解聚席夫堿金屬絡合物基多元協同防污材料體系。
研究人員基于亞胺鍵的可逆共價鍵和金屬離子配體特征，由對(duì)苯二甲醛與疏水性二元伯胺脫水縮合制備了在主鏈結構中具有亞胺鍵的聚席夫堿高分子。進(jìn)一步地，利用亞胺鍵與金屬離子的配位能(néng)力，將(jiāng)聚席夫堿中的亞胺官能(néng)團與金屬離子發(fā)生配位反應生成(chéng)高分子金屬絡合物，形成(chéng)動态化學(xué)交聯點，在賦予材料自修複能(néng)力的同時，解決了聚席夫堿材料機械性能(néng)較差和分子量較低的問題，如圖1。聚席夫堿中亞胺鍵的動态共價鍵特征使其在海水環境下可降解爲具有防污能(néng)力的小分子醛類物質和氨類物質，可在自然界中快速降解不産生累積效應，環境友好(hǎo)的同時，提高降解産物的防污利用率。
研究發(fā)現該類聚席夫堿金屬配合物材料不僅具有良好(hǎo)可控的力學(xué)和自愈性能(néng)，而且在室溫下具有出色的可控降解性能(néng)。材料浸入水介質中，七天後(hòu)，表現出穩定的降解速率，并可以通過(guò)調整金屬離子的種(zhǒng)類和金屬配位鍵的數量來調控降解速率。該類材料塗層的降解給整個體系帶來四方面(miàn)的變化：（1）氨類、醛類和金屬離子等小分子及離子降解産物釋放到環境體系中，改變介質組成(chéng)，形成(chéng)污損惰性環境；（2）降解導緻材料界面(miàn)的化學(xué)成(chéng)分發(fā)生變化，使界面(miàn)産生更多的親水性氨基和醛基，疏水界面(miàn)層轉化成(chéng)親水性污損阻抗型防污界面(miàn)；（3）降解也會導緻材料界面(miàn)的微觀形态發(fā)生變化，表面(miàn)形态的變化導緻與水的接觸面(miàn)積發(fā)生變化，從而進(jìn)一步引起(qǐ)材料降解速率的變化；（4）降解使表層物質不斷與其分離并釋放到溶液系統中，促進(jìn)了其表面(miàn)的不斷自我更新，形成(chéng)“動态表面(miàn)”。
由降解産生的四重防污機制作用賦予了材料高效的防污能(néng)力。相比于對(duì)照組，該材料表面(miàn)難以觀察到粘附的細菌和海藻的存在，對(duì)于細菌和海藻的抑制率均可達99%以上，而且通過(guò)添加少量具有抗菌防污能(néng)力的Cu2+、Ag+等金屬離子（添加量小于3%，遠小于傳統防污材料中防污劑的添加量），可協同增強材料的防污能(néng)力，抗菌率和抗藻率可達99.9%以上，如圖2。
該研究工作以“Cross-Linked but Self-Healing and Entirely Degradable Poly-Schiff Base Metal Complexes Materials for Potential Anti-Biofouling”爲題，發(fā)表在材料領域國(guó)際期刊Advanced Materials Interfaces, 2022, 9 (9), 2101920（https://doi.org/10.1002/admi.202101920），并被(bèi)選爲新一期背封面(miàn)文章。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52103133）、國(guó)家重點基礎研究計劃（973）（2014CB643305）、中科院青年創新促進(jìn)會（2017338）和浙江省重點技術項目（2022C01183）等項目的資助。
圖1 聚席夫堿金屬絡合物基防污材料結構設計
圖2 抗生物污損性質
圖3 論文被(bèi)選爲當期Back Cover
（海洋實驗室 嚴明龍）
