固體材料表面蛋白質的吸附、細胞及其他微生物的粘附會造成嚴重的生物污染，給生物醫藥領域、水凈化處理、船舶、紡織品等工業領域造成重大危害。每年因生物污染造成的經濟損失高達上百億美元。水凝膠是一類以化學鍵或者物理交聯作用形成得高度親水化聚合物，兼具固體的穩定性和液體流動性，可以高效抑制污損生物黏附，同時具有低毒、生物相容性好等優點，是一類綠色防污材料。但是傳統的水凝膠機械力學性能差和功能單一等缺點極大的限制了水凝膠的實際應用。因而構建多種防污機制協同作用的復合型高力學強度水凝膠具有重要的意義。

    中國科學院寧波材料所海洋功能材料團隊長期致力于復合型防污水凝膠材料研究。以復合化和功能化為導向，通過有機無機復合策略構筑了多種新型復合防污水凝膠。通過雙網絡策略，在兩性聚電解質水凝膠網絡中引入聚丙烯酰胺第二重網絡構建了一類兩性聚電解質/聚丙烯酰胺雙網絡水凝膠（圖一），機械力學性能提高了5-10倍，帶不同電荷的雙網絡水凝膠對細菌和藻類表現出選擇性抑制作用（RSC Adv., 2016, 6, 4734）。通過有機無機復合策略，將季銨鹽化的超支化聚乙烯亞胺納米粒子引入HEMA水凝膠體系中構建了一類新型納米復合水凝膠，其斷裂拉升強度比HEMA水凝膠提高了3倍，季銨鹽化超支化聚乙烯亞胺納米粒子的引入使得納米復合水凝膠表現出了優異的抗菌、抗藻防污性能（RSC Adv., 2016, 6, 60530）。

    圖一：A） 雙網絡水凝膠的制備示意圖；B） 牛血清蛋白（BSA）在水凝膠表面黏附量；C） 海藻在水凝膠表面的黏附量；

    在此研究基礎上，通過在水凝膠骨架上修飾聚硫醚樹枝狀官能團構筑了水凝膠/納米銀納米復合材料（圖二），硫醚鍵和銀離子之間的強螯合作用使得水凝膠的載銀量提高了將近30倍；螯合作用以及水凝膠的包裹作用有效地穩定了納米銀，通過調控硫醚官能團可以有效調控納米銀尺寸（10-25 nm），小尺寸納米銀賦予了水凝膠優異的抗菌、抗藻防污性能，同時納米銀的緩釋極大延長了這類復合材料的防污時效（Polym. Chem., 2015, 6, 625； Colloid Polym Sci., 2016, 294，2021-2028）。進一步研究發現，納米銀和硫醚鍵之間的動態配位作用賦予了這類水凝膠很好的自修復性能（New J. Chem., 2016, DOI 10.1007/s00396-016-3967-7）。

    圖二：A）樹枝狀水凝膠/納米銀復合水凝膠的制備示意圖；B） 水凝膠的載銀行為；C）海藻在復合水凝膠表面的黏附狀態；D） 復合水凝膠抗菌行為；

    最近，將上述發展的納米銀/水凝膠體系與低表面能有機硅彈性體有機結合起來，構筑了一種新型的硅水凝膠/納米銀復合防污涂層（圖三），二者形成了互穿網絡結構，對海草、藤壺和水螅等污損生物具有明顯的抑制吸附作用， 1號樣品（對照樣）實海掛片3個月后表面有大量的海草附著，6個月后藤壺附著量明顯增加；5號樣品（硅水凝膠/納米銀復合涂層）表面幾乎沒有海草、藤壺等污損生物附著，因而具有很好的應用前景。

    圖三：有機硅水凝膠/納米銀復合防污涂層實海掛片圖

    以上研究工作得到了國家重點基礎研究發展973計劃（2014CB643305）、浙江省創新團隊（2011R50006）和國家自然科學基金（5160321）等項目的資助。

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責任編輯：王元

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