微生物表面粘附引发的生物污损已成为跨领域重大安全隐患，在食品加工与储存、医疗卫生器械及海洋工程设施中引发连锁性危害。传统污损控制技术依赖抗生素、重金属离子（如氧化亚铜）及有机生物杀灭剂（如DTT）等毒性物质，虽能实现短期防护，却会对生态产生巨大的负面影响。新一代低表面能有机硅材料、污损阻抗水凝胶及可降解聚合物虽展现环保优势，却面临静态环境防护失效（有机硅）、环境耐受性不足（水凝胶）及主动抗菌能力较弱（可降解聚合物）等技术瓶颈，亟需构建被动抗粘、主动杀灭、界面再生相协同的环保高效防污涂层材料体系。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料全国重点实验室苛刻环境材料耦合损伤与延寿团队长期致力于新型防污材料的设计与应用研究。近期，该团队融合席夫碱化学与溶胶-凝胶技术，将聚醚（PEG）改性有机硅的两性聚合物与对苯二甲醛（TPE）和肉桂醛（CAL）通过动态亚胺键结合在一起，成功构建了可降解有机硅水凝胶防污涂层体系，提出了一种开发多机制协同防污涂料的新方法（图1）。①主链中的柔性 Si-O 键和分子链之间的动态亚胺键（-C=N-）的独特组合实现了良好的柔韧性、可控的降解性和表面自我更新特性，使其能够在使用中保持表面状态的稳定性。②在降解过程中，杂化基质中的两亲聚合物会在界面处自我富集，形成兼具污垢释放和抗污性能的两亲性“模糊”表面。③与水接触后，混合涂层会释放出抗菌性 TPE 和天然 CAL，能够有效抑制细菌生长和生物膜形成，从而提供持久的防污能力（图2）。?优化后的涂层细菌杀灭率高达 98.8%，抗菌附着率高达 99.8%。通过涂层的降解速率预测ADSH的防污期效可达5.5年（厚度200μm），具有优异的综合抗生物污损性能（图3）。该涂层结合了多种绿色协同防污机制，为开发环保型防污涂层提供了一种新策略。

  相关研究结果以“Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense” （10.1002/smll.202504089）为题目发表在国际期刊《Small》上，该团队的严明龙助理研究员为第一作者和通讯作者，赵文杰研究员为共同通讯作者。研究工作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）等项目的资助。

图1 可降解有机硅水凝胶防污材料示意图

图2 可降解有机硅水凝胶防污材料的降解特征

图3 可降解有机硅水凝胶防污材料的多元协同防污性能

  团队前期在新型多元协同环保抗菌防污材料的设计、规模化可控制备及材料在海洋苛刻环境下污损防护等方面的微观机制与工程应用研究等领域取得系列进展。生物污损问题已经成为制约水下设施设备安全高效运行的瓶颈问题，防污材料的环境友好、广谱高效的迫切需求给当前研究带来极大困扰。为此，团队综合考虑经济、环境、安全等因素，提出多元化的抗菌防污策略，发展了通过席夫碱化学合成本征防污材料的方法，系统探索了防污涂层结构特征与其防污表现之间的联系，揭示了一些长期以来在多元协同防污方面未被重视的重要信息。在过去的三年中，团队制备了一系列基于动态亚胺键及金属配位键的水触发降解本征防污聚合物（Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 2101920），并系统探索了完全由自然产物组成的类多酚化合物及其自组装行为（Journal of Colloid and Interface Science 629 (2023) 496-507）。发现这种具有可控降解及表面自更新作用的聚席夫碱基防污材料与其他新型绿色防污技术可以进行良好的复合，聚席夫碱防污树脂与镓基液态金属维纳颗粒形成的复合涂层解决了镓基液态金属存储稳定性和和镓离子释放速率的问题（Progress in Organic Coatings 186 (2024) 108075），聚席夫碱防污树脂与光催化防污剂（g-C₃N₄）形成的复合涂层实现了光催化剂的近100%高效利用及绿色高效防污（Mater. Horiz., 2024, 11, 4438-4453）。另外，动态亚胺键的水触发释放特性及其天然防污醛类物质的抗菌活性为改善仿生超滑表面的长效防污活性提供了可行的思路（Journal of Colloid and Interface Science 653 (2024) 833-843）。

  论文信息：Minglong Yan, Saijun Wu, Yuchen Zhong, Yinghao Wu, Yangmin Wu, Xijian Lan, Wenjie Zhao. Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense. Small，2025. DOI: 10.1002/smll.202504089

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202504089

  下载：Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense