在易受微生物腐蝕 (MIC) 影響的工況環境中，傳統涂層通常缺乏抗菌性能，導致腐蝕防護效果減弱。將抗菌劑直接摻入涂層中可能會導致有效成分持續泄漏，降低涂層服役壽命。然而，利用微生物自身代謝產物作為響應信號，是解決微生物腐蝕工況下防護涂層長效抗菌功能的有效途徑。在涉及腐蝕的微生物中，硫酸鹽還原菌是最具有代表性的細菌類型，其代謝過程可將SO42?作為電子受體還原為S2?，增殖形成不規則的生物膜，造成嚴重的膜下點蝕。因此，研發一種針對硫酸鹽還原菌的長效抗菌性能的防護涂層具有重要的研究意義

來自西安理工大學湯玉斐教授團隊提出了一種智能響應策略，利用特征離子響應釋放機制有效地防止微生物腐蝕。研究通過軟模板法合成介孔二氧化硅納米顆粒(MSNs)作為納米容器，隨后將三氯生TCS加載納米容器中，并利用金屬酚醛分子膜TA-FeIII來封裝TCS-MSNs，得到具有S2?響應釋放功能的TCS-MSNs@TA-FeIII納米填料。在0.05至3 mM的極低S2?濃度范圍內，TCS-MSNs@TA-FeIII納米填料仍然具備響應釋放功能。將填料引入環氧涂層后，不僅改善了環氧樹脂的固化缺陷，提升環氧涂層耐蝕性能，并賦予涂層智能抗菌功能。

相關論文以題為“Enhancement of anti-microbial corrosion properties through coatings incorporating S2?responsive TCS-MSNs@TA-FeIII nanofillers”發表在Progress in Organic Coatings期刊上。論文第一作者為西安理工大學博士生蔣君毅，通訊作者為西安理工大學湯玉斐教授，合作者還包括西安理工大學趙康教授，中國石油管工程技術研究院的朱麗霞教授級高級工程師。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108255

本研究成功開發了一種智能納米填料TCS-MSNs@TA-FeIII，應對易受微生物腐蝕（MIC）影響的環境中傳統涂層抗菌性能不足的問題。填料采用了介孔二氧化硅納米顆粒（MSN）作為載體，負載了抗菌藥物三氯生（TCS），并封裝在單寧酸-Fe3+復合物（TA-FeIII）中，形成了響應性的TCS-MSNs@TA-FeIII納米填料。通過對硫酸鹽還原菌（SRB）代謝活動引起的S2?濃度變化的響應，實現了對TCS在低S2?濃度范圍內（0.05至3 mM）的控制釋放。在環氧涂料中集成該填料后，所得到的TCS-MSNs@TA-FeIII涂層表現出卓越的抗菌性能。電化學阻抗譜（EIS）結果表明，涂層的防腐性能顯著改善，使其在含有硫酸鹽還原菌的介質中具有卓越的耐腐蝕性能，涂層具有最高的阻抗模量、最低的腐蝕電流密度。這項研究為工業應用中的微生物腐蝕防護需求提供了一種新的解決思路。

圖1 (a) MSNs的SEM圖像(插圖為高倍率下MSNs的形貌)，(b) MSNs的TEM圖像，(c) MSNs的XRD圖譜，(d) MSNs的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布圖。

圖2 (a) MSNs、TCS-MSNs、TCS-MSNs@TA-FeⅢ、TCS和TA的FT-IR圖譜; (b) TCS-MSNs@TA-FeⅢ在0 mM和1 mM S2-溶液中的釋放曲線; (c) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)在不同Na2S溶液中的顏色變化; (d) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的累積釋放曲線; (e) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的TEM圖像; (f) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的Mapping圖。

圖3 在硫酸鹽還原菌介質中培養24小時、72小時和120小時后，空白涂層、MSNs涂層、TCS-MSNs涂層和TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂層的表面形貌。

圖4 空白涂層、MSNs涂層、TCS-MSNs涂層和TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂層與硫酸鹽還原菌共培養1、4、7天的熒光染色圖像（活菌顯示為綠色，死菌顯示為紅色）。

圖5 TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂層的S2-響應抗菌機理圖。

圖6 (a) |Z|0.01Hz隨時間變化的趨勢，(b)TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂層在SRB介質中浸泡7天的極化曲線，(c)EIS的等效電路模型，(d),(e)不同涂層在 15 天浸泡期間隨時間變化的Rc和Rct趨勢變化情況，以及 (f) 在 SRB 介質中浸泡14天后涂層的光學照片。