防污

细菌和其他微生物附着在自然和人工表面，导致生物膜的发育，进而引起医院感染。因此，开发能够阻止病原微生物初始粘附的新材料是一个重要的研究领域。本工作以聚硫聚氨酯( PTU )为基体，以球形( s-ZnO )或四足形( t-ZnO )为填料，开发了新型聚合物/颗粒复合材料，并对其力学、化学和表面性能进行了表征。为了评价其作为防污表面的潜力，利用原子力显微镜( AFM )研究了金黄色葡萄球菌和光滑假丝酵母两种不同病原微生物的黏附情况，结果表明，与模型表面聚二甲基硅氧烷( PDMS )相比，金黄色葡萄球菌和光滑假丝酵母对PTU和PTU / ZnO的黏附均有所下降，进一步发现s-ZnO和t-ZnO填料的加入量对金黄色葡萄球菌的黏附有直接影响，随着ZnO颗粒加入量的增加，细胞的黏附降低。对于两种微生物，添加5 wt . % t - ZnO颗粒的复合材料具有最大的抗污染能力，显著降低了细胞的粘附能力。总的来说，这两种病原体对本研究所使用的新开发的纳米材料的粘附能力都有所降低，显示了它们在生物医学方面的应用潜力。

远洋船舶、深海设备、沿海设施等水下表面经常附着和被海洋微生物、动物、植物等污染，严重者造成损害、设备故障或重大经济损失。因此，采取措施防止海洋生物污损具有重要意义。迄今为止，尚未开发出单一的环境友好型技术，以达到良好的防污效果。因此，多种防污因子的组合仍是强化防污性能的主要策略之一。本文采用表面引发原子转移自由基聚合( SI- ATRP )制备了SiO2 - g- ( PTFEMA-co-PSBMA )的两亲嵌段共聚物( PTFEMA-co-PSBMA )功能化二氧化硅( SiO2 )纳米粒子，然后将其与聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体物理共混，制备了一种新型防污涂料。实验结果表明，与对照硅橡胶涂层和裸SiO2掺杂硅橡胶涂层相比，共聚物功能化纳米SiO2掺杂硅橡胶涂层表面硅藻密度分别降低约30 %和50 %。此外，采用洗涤工艺，发现共聚物功能化纳米二氧化硅涂层表面硅藻的去除率最高可达50 %，约为未改性纳米二氧化硅硅橡胶涂层的2倍。最后，通过磨损试验发现，共聚物功能化二氧化硅纳米粒子涂层表面仍具有良好的防污和污垢释放性能。以上结果证明了功能化纳米二氧化硅纳米粒子的涂层具有更好的防污性能。本工作目前的策略为开发环境友好的污垢缓释防污涂料提供了新的途径。

我们成功地制备了不同低表面张力液体的低接触角滞后(≤5.2° )的动态疏油环氧涂层。由于共价键合的聚二甲基硅氧烷( PDMS )在涂层表面富集，所得涂层对十六烷、十二烷、癸烷和大豆油等低表面张力液体表现出显著的排斥作用，同时具有良好的抗沾污性能和对不同基体的界面结合力。此外，这些优异的表面/界面特性在受到不同环境(低pH、高pH、加热和紫外线照射)后表现得非常稳健。这种类型的涂层可能在人们希望具有拒油性的广泛领域中找到有前途的应用。

一般来说，精心设计层次化的微纳结构总是要付出高昂的成本和复杂的程序，如激光光刻和等离子体刻蚀。在此，我们发展了一种新的策略，通过一种更灵活的自底向上方法在铜网上原位制备由纳米晶须-纳米线分级结构构筑的蘑菇状结构。通过调整相应的合成条件，最终的形貌得到高度的控制。静态接触角为151.8°，滑动角为3.6°的超疏水铜网对日常饮品和污物的污染具有优越的防污和自清洁性能。通过引入聚二甲基硅氧烷( PDMS )，在pH   =  1   ~  14溶液和3.5   wt % NaCl溶液中，超疏水网片的耐温性能可大大延长24   h以上。此外，超疏水铜网具有优异的阻力性能，航行速度高达25.38   cm   s-1，在水中具有较大的承载能力( 7.34倍)。因此，所制备的网格具有巨大的潜力，可以作为具有高航速的船舶航行器，在极端环境下表现出令人满意的容差性。预计这项研究将为通过可管理的自下而上方法来阐述固体表面的层次结构铺平道路。

由致病菌引起的严重医疗器械相关感染已成为全球公共卫生的直接威胁，主要原因是多重耐药( MDR )的发展，因此相关功能化生物材料的设计对于缓解或减轻医疗器械相关感染至关重要。在本工作中，我们开发了将防污和光热疗法( PTT )结合在单一平台上进行抗菌应用的策略。采用聚乙二醇( PEG )和单宁酸还原金纳米粒子( Au @ TA NPs )对聚二甲基硅氧烷( PDMS )表面进行改性，以获得更好的光热和防污性能。PEG促进Au @ TA NPs在表面快速自组装形成稳定的Au @ TA NPs / PEG ( TA-PEG-Au )层。具有防污和抗菌性能的功能化表面来源于PEG固有的抗污染性和Au NPs的光热转化。TA - PEG - Au涂层在体内外均表现出良好的抗细菌粘附和抗菌性能。抗菌TA-PEG-Au涂层也表现出较低的细胞毒性。本研究为设计高性能防污抗菌材料以对抗医疗器械相关感染提供了有效策略。

低表面能涂层可以保护海洋设备免受生物污损，但由于水冲刷提供的剪切力不足，在静态应用中仍然是一个挑战。在此，我们通过缩聚反应制备了以聚二甲基硅氧烷( PDMS )、聚四氢呋喃( PTMG )为主链、7 -氨基-4 -甲基香豆素为防污基团的聚氨酯。7 -氨基-4 -甲基香豆素的典型苯并吡喃骨架除了对高透光率海水中紫外波段的荧光响应外，还赋予抗菌性能。由于荧光防污与接触抑菌作用的强协同作用，PDMS基防污缓释表面具有优越的防污效果，防污基团的量极少(小于0.20  wt % )，几乎是以往研究中最低的。而7 -氨基- 4 -甲基香豆素可以从植物中自然衍生出来，为环境友好型防污策略探索了新的研究方向。

在不损害任何微生物的前提下，防止海洋环境中任何结构的不良污染，一个关键的方法是使用具有高疏水性的聚合物膜。该聚合物膜是由疏水性聚二甲基硅氧烷弹性体与亲水性聚氨酯共混而简单制备的，对海洋工业防污膜表现出了较好的性能和经济可行性。聚合物共混物的场发射扫描电子显微镜和能谱仪( FESEM和EDX )结果表明，聚氨酯分散相形貌均一，分布良好。PDMS：PU共混( 95：5 )膜的水接触角为103.4 ° ± 3.8 °，PDMS膜的水接触角为109.5 ° ± 4.2 °，且PDMS：PU共混( 95：5 )膜还可以通过软光刻工艺对其进行表面图形化改性，进一步提高其疏水性。研究发现，采用软光刻工艺制备的PDMS∶PU共混( 95∶5 )薄膜微图形化使接触角提高到128.8°±1.6°，在泰国湾的现场试验结果表明，藤壶与PDMS∶PU共混( 95∶5 )薄膜的结合强度( 0.07 MPa )低于藤壶与碳钢的结合强度( 1.16 MPa )。PDMS：PU共混膜( 95：5 )上的藤壶更容易从表面去除。这表明PDMS∶PU共混物( 95∶5 )具有优异的防污性能，表明具有微图案表面的PDMS∶PU共混物( 95∶5 )薄膜可用于防污应用。

在不损害任何微生物的前提下，防止海洋环境中任何结构的不良污染，一个关键的方法是使用具有高疏水性的聚合物膜。该聚合物膜是由疏水性聚二甲基硅氧烷弹性体与亲水性聚氨酯共混而简单制备的，对海洋工业防污膜表现出了较好的性能和经济可行性。聚合物共混物的场发射扫描电子显微镜和能谱仪( FESEM和EDX )结果表明，聚氨酯分散相形貌均一，分布良好。PDMS：PU共混( 95：5 )膜的水接触角为103.4 ° ± 3.8 °，PDMS膜的水接触角为109.5 ° ± 4.2 °，且PDMS：PU共混( 95：5 )膜还可以通过软光刻工艺对其进行表面图形化改性，进一步提高其疏水性。研究发现，采用软光刻工艺制备的PDMS∶PU共混( 95∶5 )薄膜微图形化使接触角提高到128.8°±1.6°，在泰国湾的现场试验结果表明，藤壶与PDMS∶PU共混( 95∶5 )薄膜的结合强度( 0.07 MPa )低于藤壶与碳钢的结合强度( 1.16 MPa )。PDMS：PU共混膜( 95：5 )上的藤壶更容易从表面去除。这表明PDMS∶PU共混物( 95∶5 )具有优异的防污性能，表明具有微图案表面的PDMS∶PU共混物( 95∶5 )薄膜可用于防污应用。

3D打印在海洋环境中的应用日益多样化，可用于定制或替代仪器和基础设施的组件。由于海洋生物污损会干扰此类应用的性能，在物种扩散中发挥重要作用，因此需要了解生物污损对所使用材料的动力学。本研究比较了熔融沉积法打印的聚己内酯( PCL )、体视光刻法打印的VisiJet®SL Clear和PolyJet打印的VeroClea ™等常用3D打印聚合物以及用于生物污损研究的聚二甲基硅氧烷( PDMS )和玻璃等对比材料的生物污损和材料性能的关系。2周龄和4周龄生物膜的细菌组合在所有材料上相似，以蓝藻和变形杆菌为主。材料间12周后的宏观污染程度差异显著，玻璃复盖率最高( 98.4 % )，PCL复盖率最低( 86.8 % )，宏观雾化器组合差异显著，3D打印聚合物的微藻数量普遍少于PDMS和玻璃，苔藓植物的包裹率也高于PDMS和玻璃。PCL是最极端的3D打印材料，最少的微藻和大多数苔藓植物(乔木化和镶嵌结合)。宏观污垢复盖率与材料疏水性、弹性模量、硬度或粗糙度无显著相关。相比之下，宏观雾化器组合结构与硬度的关系具有统计学意义，与疏水性的关系略显著(分别解释了组合结构变异的19.0 %和8.6 % )。PCL上生物污垢复盖率的降低和物种组成的改变可能有利于PCL在海洋3D打印中的应用，但需要考虑材料随时间的降解等其他因素。