作者:李惠钰 来源:中国科学报 发布时间:2017/8/31 10:09:54
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神奇润滑剂让贻贝不“黏人”

 

贻贝在非灌注(左)和灌注(右)表面的黏附力学图。图片来源:材料人网

贻贝是一种宏观结垢生物体,可以附着在大多数固体表面,对海洋和水产养殖业造成严重的经济及生态影响。近日,来自美国哈佛大学、新加坡南洋理工大学等大学的研究人员,在《科学》上发表了一篇关于利用润滑剂注入材料进而防止贻贝黏附的文章。文中介绍了注入润滑剂的表面可成为新型防水涂料,具有很好的防止生物污染能力。将不混溶、不反应的液体润滑剂覆盖在固体基材上,以防止其与贝类与材料直接接触。

本实验研究表明,润滑剂输注是减轻海洋生物污染的有效方法,而且进一步提供了防止粘连的物理机制。在实验室模拟环境及海洋真实环境下,润滑剂注入涂层后超低的黏合强度可以使得贻贝附着力减弱。在沉积的黏合蛋白观察中,从纳米尺度接触力学的分子尺度表征到宏观观察,都表明通过润滑剂输注可以使得贻贝的结垢机械感应能力大大减少,阻止黏合剂的线性分泌,并减少分子黏附力。

研究人员表示,稳定的液体保护表面可以通过两种一般策略进行设计。首先,润滑剂可以干预化学功能化的粗糙度特征,使得范德华力和毛细管力的扩散和保留;第二,聚合物网络可以用润滑剂注入,以形成一种三维(3D)凝胶,具有自补充的润滑剂覆盖层。

除了维度(2D与3D)之外,两种方法所得材料的弹性模量有很大的不同。文中推测,因为润滑剂注入的涂层在排斥有机液体、水,减少细菌、血液和藻类的结垢方面特别有效,所以它们可以有效地防止贻贝黏附。

有润滑剂注入的表面材料对抗贻贝(其中最普遍的海洋大分子物质之一)表现出显著非结垢活性。研究人员在多个长度尺度上的综合研究发现这种防污性能的基本机制。首先,润滑剂覆盖层可能会干扰贻贝在检测到固体表面时触发黏合剂行为的机械传感机制。第二,所得的材料附着强度较低。夹带的润滑剂影响黏附的分子作用,其通过阀效应降低宏观黏附性。

重要的是,该法可以制成喷涂材料,允许在任意表面上容易的大规模应用,并且由于润滑剂在聚合物涂层的扩散可以有效补充而具有长久的性能。研究结果表明,润滑剂注入的材料有望解决与海洋生物污染有关的重要经济和生态负担,特别是那些由贻贝物种入侵引发的生物污染。(李惠钰)

《中国科学报》 (2017-08-31 第6版 前沿)
 
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