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宁波材料所开发出可降解有机硅水凝胶多元协同防污涂层

文章来源：慧正资讯更新时间：2025-09-10 16:04:53

慧正资讯：海洋工程装备与水下设施长期处于复杂生物环境中，面临微生物污损引发的性能衰退、运维成本上升及安全隐患等严峻挑战。传统防污技术依赖高毒性杀菌剂，虽具短期防护效果，却容易造成严重的生态污染问题。以水凝胶、有机硅和可降解聚合物为代表的环保防污材料虽展现出界面低黏附优势，但存在动态环境适应性差、静态防污效率低及长效抑菌能力不足等瓶颈，因此开发高效环保型长效防污涂层具有重要意义。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所苛刻环境材料耦合损伤与延寿团队聚焦新型防污材料研发，前期在自更新涂层体系构建（Mater. Horiz., 2024, 11, 4438-4453; J. Colloid Interface Sci. 2023, 629, 496-507; Prog. Org. Coat. 2024, 186, 108075.; Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 2101920）方面取得进展。近日，团队通过集成污损释放、污损抵抗、动态杀菌及界面自更新四维防护机制，研发出可降解有机硅水凝胶多元协同防污涂层。

研究人员采用溶胶-凝胶法结合动态席夫碱化学，实现聚乙二醇（PEG）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、对苯二甲醛（TPE）及肉桂醛（CAL）四元体系可控共聚。通过分子链柔性Si-O骨架与动态可逆共价键的协同作用，构建出兼具机械柔韧性、可控降解性及表面自更新能力的智能防污界面。涂层表面的水触发降解可实现TPE与CAL的可控释放，形成持续表面自更新-污损抑制协同效应，两亲性聚合物的原位富集使涂层界面具备污损粘附阻抗与污损释放双重特性。优化涂层可实现98.8%的杀菌率及99.8%的抗生物粘附效率，理论防污寿命可达5.5年（200 μm厚度），展现出高效、长效的防生物污损能力。

本研究通过分子设计创新与多功能集成，建立了动态防污界面构建新方法，为海洋装备防护、医疗器械抗菌等领域的可持续发展提供了技术支撑，相关成果以“Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense”为题发表于SMALL期刊（DOI: 10.1002/smll.202504089），严明龙助理研究员为论文第一作者兼通讯作者，赵文杰研究员为共同通讯作者，得到了国家自然科学基金（52103133、52105230）、浙江省重点研发计划（2023C03013、2022C01183）、宁波市科技创新2025重大项目（2020Z053）的支持。

图1 可降解有机硅水凝胶防污材料示意图

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