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寧波材料所研發出可降解有機硅水凝膠多元協同防污涂層

文章來源：慧正咨詢更新時間：2025-09-08 15:54:20

海洋工程裝備與水下設施長期處于復雜生物環境中，面臨微生物污損引發的性能衰退、運維成本上升及安全隱患等嚴峻挑戰。傳統防污技術依賴高毒性殺菌劑，雖具短期防護效果，卻容易造成嚴重的生態污染問題。以水凝膠、有機硅和可降解聚合物為代表的環保防污材料雖展現出界面低黏附優勢，但存在動態環境適應性差、靜態防污效率低及長效抑菌能力不足等瓶頸，因此開發高效環保型長效防污涂層具有重要意義。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所苛刻環境材料耦合損傷與延壽團隊聚焦新型防污材料研發，前期在自更新涂層體系構建（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）方面取得進展。近日，團隊通過集成污損釋放、污損抵抗、動態殺菌及界面自更新四維防護機制，研發出可降解有機硅水凝膠多元協同防污涂層。

研究人員采用溶膠-凝膠法結合動態席夫堿化學，實現聚乙二醇（PEG）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、對苯二甲醛（TPE）及肉桂醛（CAL）四元體系可控共聚。通過分子鏈柔性Si-O骨架與動態可逆共價鍵的協同作用，構建出兼具機械柔韌性、可控降解性及表面自更新能力的智能防污界面。涂層表面的水觸發降解可實現TPE與CAL的可控釋放，形成持續表面自更新-污損抑制協同效應，兩親性聚合物的原位富集使涂層界面具備污損粘附阻抗與污損釋放雙重特性。優化涂層可實現98.8%的殺菌率及99.8%的抗生物粘附效率，理論防污壽命可達5.5年（200 μm厚度），展現出高效、長效的防生物污損能力。

本研究通過分子設計創新與多功能集成，建立了動態防污界面構建新方法，為海洋裝備防護、醫療器械抗菌等領域的可持續發展提供了技術支撐，相關成果以“Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense”為題發表于SMALL期刊（DOI: 10.1002/smll.202504089），嚴明龍助理研究員為論文第一作者兼通訊作者，趙文杰研究員為共同通訊作者，得到了國家自然科學基金（52103133、52105230）、浙江省重點研發計劃（2023C03013、2022C01183）、寧波市科技創新2025重大項目（2020Z053）的支持。

圖1 可降解有機硅水凝膠防污材料示意圖

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