去掉贝壳的“黏钩”——新型环保无毒型船舶防污技术上线

材料牛注：对船舶而言，用环保型防污技术代替原有重金属防污技术是当务之急。最近，研究员发现贝类生物是通过化学氧化分泌粘合物。针对这一性质，研究员研究出一种新方法即使用抗氧化化合物来抑制粘合物的形成，最终控制附着在船舶上的生物。这种方法有望成为替代船舶重金属防污技术的新星。

研究人员正在研究新的环保方法，以控制黏着力强的贝类生物附在船上，因为它会给船增加50%的阻力和行驶耗油量。现在，基于普渡大学的一项研究，一种可控制附在船上黏着力强的水生贝类动物数量的新型环保方案应运而生。

据普渡大学化学与材料工程院的Jonathan Wilker教授介绍，贝类动物有着几乎能附到任何表面的能力，包括聚四氟乙烯表面。由于这些贝类动物的依附会增加船舶的耗油量，就造成越洋船舶的燃料消耗量约占年度全球化石燃料消耗的3.5%。因此，船只上面经常粉刷红色、含的铜“防污”涂料，以减少像牡蛎、贻贝和藤壶这类动物的粘附。 因为铜从涂料里渗到水中，可以杀死处于幼虫阶段的动物。

“当前防污涂料作用机制是通过释放铜，来杀死船周围水域的一切生物。但这带来的问题就是，世界上所有主要港口都被重金属铜污染了。 因此急需一种环保的方法来解决生物粘附。”

现在，Wilker教授的研究小组提出了一种新方法，即依靠打乱生物粘附的化学氧化性质从根本上解决粘附问题。

他说：“近年来，我们已经逐渐了解了贝类生物是如何依附的，但同时，我们的目标只是阻止生物粘附，而不是杀死它。”

9月份，美国化学学会出版的期刊 Chemistry of Materials刊登了一篇研究论文，文中详细地叙述了此研究结果。论文作者是研究生Chelsey A. Del Grosso、Thomas W. McCarthy、技术员Christopher L. Clark 、 Joshua L. Cloud、Wilker 。

研究小组研究了动物是如何分泌出粘合物的。研究表明，动物通过化学氧化（或者移除蛋白质分子中的电子）来分泌如此强的附着物。

Wilker说：“如果你去掉一个电子，蛋白质会更活跃，而且希望与其他蛋白质结合，以拥有更多的电子。 这种氧化耦合正是解决粘附物问题所在。”

贻贝伸出细长的纤维分泌出粘合物来附着表面。粘合物中的蛋白质含有罕见的氨基酸二羟基苯丙氨酸，可以移除一个电子使其氧化，促进蛋白质分子的“交联”。 这种原理表明，涂料的替代品可以着重使用抗氧化化合物，以阻止化学氧化和抑制粘合物的形成。

Wilker提到：“这些动物使用化学氧化来处理他们的粘合物，所以如果我们朝着相反的方向，制造一种抗氧化剂的表面会怎么样呢？也许我们可以阻止粘合形成。”

研究员进一步研究了这种方法，制造了抗氧化的表面而且定量分析了动物是怎样依附的。他们发现涂料能让其干燥且不需要消耗抗氧化剂，但仍会残留一些粘附到水底下的底层板，因此如何处理水下的生物粘附仍是一个挑战。 他们尝试了许多方法，最终发现将抗氧化剂和涂料结合效果会更好。

研究表明，浓度为25%抗氧化剂的涂料，其生物粘附降低了四分之一以上。

Wilker说：“附着力明显下降，但并不是消失，这里的主要目的是去检验想法，即化学氧化是生物胶形成的关键，可减少曲面能降低黏合强度。 证实这个想法之后，我们现在可以继续改进涂料，证实它对船舶是有用的。”

原文链接：Approach may offer nontoxic alternative for ship antifouling technology。

文献链接：Managing Redox Chemistry To Deter Marine Biological Adhesion。

本文由材料人编辑部杨超提供素材，申飘阳编译，丁菲菲审核，点我加入材料人编辑部。