本發(fā)明屬于海洋防污防腐，特別涉及一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、海洋腐蝕和生物污損是對海洋工程設(shè)備和海上結(jié)構(gòu)物安全的最嚴(yán)重威脅。高鹽環(huán)境加速了海洋工程設(shè)備和海上結(jié)構(gòu)物的腐蝕，并且，海洋生物污損對海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖、航運和石油開采具有有害影響。這些污損生物在水下表面上定殖，導(dǎo)致設(shè)備性能受損、燃料消耗增加或結(jié)構(gòu)破壞，生物污染的特點是生物分子和微生物的有害積累，對公共衛(wèi)生、海洋基礎(chǔ)設(shè)施和近海構(gòu)成嚴(yán)重威脅，這種微生物介導(dǎo)的過程還可以通過建立腐蝕性微環(huán)境和促進微生物腐蝕來加速金屬的惡化，對經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境破壞具有有害后果。在過去的幾十年里，液體排斥表面已經(jīng)成為減輕生物污損的一種很有前途的策略，受荷葉啟發(fā)的超疏水表面，具有捕獲空氣的表面紋理和低表面化學(xué)能的特點，有效排斥水滴，抑制污垢生物粘附；然而，這種外部亞穩(wěn)氣墊在惡劣的海洋條件下（如高溫、高壓、高濕）很容易坍塌，由此產(chǎn)生的cassie狀態(tài)到wenzel狀態(tài)轉(zhuǎn)變顯著降低了液滴的流動性并誘發(fā)了表面釘扎，為生物污垢定植提供了生態(tài)位點，頑固性表面定植會使金屬腐蝕加劇多達四個數(shù)量級。受豬籠草的啟發(fā)，近期有研究提出了一種光滑的液體注入多孔表面(slips)，作為傳統(tǒng)超疏水表面的替代品，對金屬防護具有重要意義。

2、雖然，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于精心設(shè)計各種由表面形貌和化學(xué)特征控制的超滑涂層，但是，目前用于設(shè)計高度結(jié)構(gòu)化粗糙度的方法，首先是涉及苛刻、耗時的準(zhǔn)備程序，所用材料的成本增加、穩(wěn)定性低和不可持續(xù)的生產(chǎn)極大地阻礙了大規(guī)模的應(yīng)用；其次，鮮少有方案能夠制造與各種基材（如金屬、陶瓷、聚合物和織物）兼容的復(fù)雜納米級紋理，特別是在密閉腔空間的內(nèi)部表面上；最后，由于內(nèi)在表面粗糙度的悖論，在單一涂層中同時實現(xiàn)界面滑移、高透光率和機械靈活性似乎很困難，這阻礙了普遍適用的驅(qū)避表面的實現(xiàn)。

3、自然界中無處不在的微生物已經(jīng)進化到將自己固定在一個位置，在地球表面形成柔性生物被膜界面，來保護它們自己免受惡劣環(huán)境的影響，而不是作為浮游細(xì)胞，與傳統(tǒng)的有機和無機平臺相比，含有超過90%(w/w)細(xì)胞外聚合物(eps)的生物被膜提供了一個獨特的三維網(wǎng)絡(luò)，具有較高的表面積，可調(diào)的表面化學(xué)能，和強大的界面附著力，理論上是一種符合超滑涂層粗糙結(jié)構(gòu)的理想結(jié)構(gòu)，然而大多數(shù)微生物表現(xiàn)出高度動態(tài)的生長行為，弱而不穩(wěn)定的生物被膜形成能力，限制了其在材料界面的附著。

4、關(guān)于制備具有防腐防污多重功能的超滑涂層的研究，目前有專利公開號為cn117926362a?的一種金屬基體表面復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用、專利公開號為cn116288576a的一種耐候鋼表面超疏水超滑涂層的電沉積方法，上述超滑涂層是通過較復(fù)雜的微弧氧化和電沉積的方法在金屬表面制造粗糙度；此類涂層有兩方面的缺點：一是只能在金屬表面應(yīng)用，難以在多種基材上制備成功，不具有普遍性；二是制作方法復(fù)雜，耗時長，對制作過程所需條件要求高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明研究目的是提供一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層及其制備方法，基于防腐生物被膜結(jié)構(gòu)的slips，采用生物被膜作為支架結(jié)構(gòu)，通過生物被膜生長形成穩(wěn)定的粗糙結(jié)構(gòu)附著在基底材料表面，細(xì)菌生物被膜中的eps與基底材料之間有離子鍵、化學(xué)鍵進行結(jié)合，粘附性更好，防腐生物被膜結(jié)構(gòu)通過硅烷化處理后，生物被膜表面處于親油疏水的狀態(tài)，有利于與潤滑劑復(fù)合，獲得通用、可擴展、難吸附、抗菌防污等多重作用的超滑涂層，對腐蝕性介質(zhì)、蛋白質(zhì)、細(xì)菌和藻類等具有普適性超滑防污的效果。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層的制備方法，包括如下步驟：

4、步驟1：對嗜中溫黏著桿菌進行培養(yǎng)，調(diào)整細(xì)菌濃度，得到細(xì)菌培養(yǎng)液，將材料樣品置于細(xì)菌培養(yǎng)液中培養(yǎng)，在材料樣品表面覆蓋生物被膜支架結(jié)構(gòu)；

5、步驟2：對覆蓋生物被膜支架結(jié)構(gòu)的材料樣品進行適度無菌沖洗，去除浮游的細(xì)菌，并用戊二醛固定，得到生物被膜材料樣品基底；

6、步驟3：對生物被膜材料樣品基底進行活化，消除表面吸附的水并產(chǎn)生更多的表面反應(yīng)性基團；

7、步驟4：對活化后的生物被膜材料樣品基底進行干法或濕法硅烷化處理，在材料樣品的生物被膜結(jié)構(gòu)表面上沉積疏水性硅烷，得到材料樣品的疏水-生物被膜結(jié)構(gòu)涂層；

8、步驟5：將潤滑劑注入材料樣品的疏水-生物被膜結(jié)構(gòu)涂層，通過毛細(xì)管力吸收形成外涂層，調(diào)整材料樣品的傾斜角，使?jié)櫥瑒┰诓牧蠘悠返氖杷?生物被膜結(jié)構(gòu)涂層表面上均勻、充分的覆蓋，得到高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層。

9、進一步地，步驟1中嗜中溫黏著桿菌進行培養(yǎng)是采用平板劃線法將分離的單菌落嗜中溫黏著桿菌接種于2216e液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)溫度為20℃-40℃，培養(yǎng)至處于對數(shù)生長期。

10、進一步地，步驟1中調(diào)整細(xì)菌濃度為105?cfu/ml-108?cfu/ml。

11、進一步地，步驟1中所述材料樣品，包括金屬、玻璃和聚合物，金屬樣品置于細(xì)菌培養(yǎng)液前進行表面打磨、清洗和干燥，玻璃、聚合物置于細(xì)菌培養(yǎng)液前進行清洗和干燥；材料樣品置于細(xì)菌培養(yǎng)液中培養(yǎng)的時間為3天-5天。

12、進一步地，步驟2中無菌沖洗采用無菌磷酸鹽緩沖液（無菌pbs溶液）；

13、戊二醛固定中戊二醛的濃度為2%-6%（v/v），固定時間為2h-8h。

14、進一步地，步驟3中活化采用氧等離子體處理1min-5min。

15、進一步地，步驟4中干法硅烷化處理，是將生物被膜材料樣品置于真空干燥器中，在室溫下用正辛基三乙氧基硅烷化學(xué)氣相沉積處理；實現(xiàn)硅烷在生物膜上的原位水解、縮合反應(yīng)；

16、濕法硅烷化處理，是將生物被膜材料樣品浸入含有正辛基三乙氧基硅烷的乙醇/水溶液中。

17、更進一步地，步驟4干法硅烷化處理中，用正辛基三乙氧基硅烷化學(xué)氣相沉積處理12h-36h；

18、濕法硅烷化處理正辛基三乙氧基硅烷與乙醇/水溶液的體積比為1:1，浸入時間為3h-6h。

19、進一步地，步驟5中潤滑劑為硅油。

20、本發(fā)明提供一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層，使用所述一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層的制備方法進行制備，所述超滑防污涂層是防腐生物被膜結(jié)構(gòu)的注入光滑液體的多孔表面（slips），采用生物被膜作為支架結(jié)構(gòu)，具有納米級紋理，在生物被膜結(jié)構(gòu)表面上沉積疏水性硅烷，并與潤滑劑復(fù)合。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層及其制備方法，具有下列有益效果：

22、1、本發(fā)明創(chuàng)新性的利用自生長的生物體來制定界面形態(tài)，使其具有一定特性，以方便制造出可擴展集成涂層，基于天然防腐生物被膜和注入潤滑劑的多孔表面特性，使光滑表面與獨特的生物聚合物相結(jié)合；通過沉積疏水性硅烷，再以原位液體固化的方式注入潤滑劑，制備出均勻、保形的高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層，能實現(xiàn)復(fù)雜的海洋環(huán)境條件下生物污損和微生物腐蝕的雙重緩解，提供對腐蝕性介質(zhì)、蛋白質(zhì)、細(xì)菌和藻類的廣譜耐腐蝕性。

23、2、本發(fā)明不僅成功實現(xiàn)了天然防腐生物被膜作為多功能涂層的粗糙結(jié)構(gòu)來源，而且還為跨越能源、環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了高度自適應(yīng)的生物被膜衍生界面。

24、3、本發(fā)明在溫和的條件下，采用以生產(chǎn)高黏結(jié)性生物被膜而聞名的需氧海洋菌株嗜中溫黏著桿菌，嗜中溫黏著桿菌是一種廣泛分布于海洋環(huán)境中的革蘭氏陰性細(xì)菌，其具有可持續(xù)來源和防腐生物聚合物的潛在功能，在30多個測試物種中顯示出優(yōu)異的生物被膜形成能力，能夠在材料表面形成穩(wěn)定的、相互連接的致密生物被膜。

25、4、本發(fā)明通過戊二醛固定生物被膜，增強了其對材料樣品表面的粘附性。

26、5、本發(fā)明對生物被膜結(jié)構(gòu)進行硅烷化處理，利用正辛基三乙氧基硅烷，原位進行了共價硅烷接枝，產(chǎn)生了對潤滑劑具有強親和力的親油疏水化學(xué)層，有利于進一步的潤滑劑復(fù)合，在注入潤滑劑硅油潤濕后，由此形成了一個穩(wěn)定的潤滑劑覆蓋層，具有良好的擴散參數(shù)，從而以高度協(xié)同的方式產(chǎn)生了生物被膜衍生的光滑驅(qū)避涂層，即高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層，克服了傳統(tǒng)涂層在驅(qū)避性和機械特性之間的不統(tǒng)一性。

27、6、本發(fā)明生物被膜結(jié)構(gòu)具有高凝聚力，來源于可持續(xù)的原料，可以作為無生命的生物材料支架，用于形成超滑涂層納米級紋理，而無需進一步加工。

28、7、本發(fā)明高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層的制備方法簡單、易于實現(xiàn)、環(huán)保、可擴展，定制了一種創(chuàng)新的、可持續(xù)生產(chǎn)的生物材料，賦予了一個堅固的、粘接的、普適的涂層，能夠在納米尺度上精確調(diào)節(jié)生物被膜結(jié)構(gòu)骨架的厚度，從而形成穩(wěn)定超薄的潤滑劑層。

29、8、本發(fā)明高粘附生物被膜結(jié)構(gòu)的超滑防污涂層是應(yīng)用于海洋防污的有效策略，對腐蝕性介質(zhì)、蛋白質(zhì)、細(xì)菌和藻類等具有普適性超滑防污的效果，用于防止海洋生物污損及腐蝕時具有穩(wěn)定性、普適性，對蛋白抗性達到72.3%，對細(xì)菌抗性達96.28%，對藻類抗性達85.72%，具有優(yōu)異的耐腐蝕性，為海洋工程中高效防污手段開發(fā)提供了一條新途徑，也是工程生物被膜在實際中的有效應(yīng)用。