在2013年在意大利舉行的會議上，當(dāng)時在哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程學(xué)院喬安娜·艾贊伯格實驗室和哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）約翰·保爾森工程學(xué)校的博士后研究員Nicolas Vogel發(fā)表了一篇關(guān)于其團隊研究的滑動液體注入多孔表面（SLIPS）涂層技術(shù)，并聲稱該涂層能防止幾乎任何東西粘附到其涂覆的結(jié)構(gòu)表面上。

    當(dāng)時在觀眾中，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）專門從事生物材料研究的材料科學(xué)與工程副教授Ali Miserez對Vogel說：“我打賭貽貝會粘在你的涂料上，因為我還沒有看到它們不會附著的表面。”

    Vogel接受了挑戰(zhàn)，回到劍橋后，他向Miserez寄送了一些SLIPS樣本，并發(fā)起了一項合作。在日前《科學(xué)》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果表明，特定結(jié)構(gòu)的SLIPS確實具有防止貽貝附著的功能，并揭示了阻止貽貝所特有附著能力的涂層機理。

    “我承認失去了這個賭局”，Miserez說，“我想我欠尼古拉斯一頓豐盛晚餐。”

    貽貝是生物污染或生物在水下結(jié)構(gòu)（如管道、船舶、工業(yè)設(shè)備和碼頭）表面堆積的“罪魁禍首”之一。這樣的生物污染物不僅僅只是產(chǎn)生割破游泳者腳的威脅，還對經(jīng)濟和環(huán)境具有重大的危害，僅美國海軍每年在防污工作上花費就將近10億美元，此外許多物種都是通過附著在船體而入侵新環(huán)境的。

    目前最為主要的針對貽貝和其他粘附生物部署的武器就是含有毒性化學(xué)物質(zhì)（通常為銅基）的油漆和涂料，它們在生物接近時即可阻止或殺死生物體，然而這些材料已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，因為它們不分青紅皂白地毒害物種，并在水路中積累，可能對生態(tài)產(chǎn)生影響，需要定期更換，而且往往不如所期望的那樣有效。

    作為替代品，業(yè)界已經(jīng)引入了基于有機硅或硅氧烷或氟聚合物的無毒“低表面能”涂層，這類似于醫(yī)療行業(yè)用于導(dǎo)管的涂層化合物。盡管這些材料確實允許更容易地去除生物污損，但是它們的特性決定了并不能從最開始就有效防止生物體附著，而往往需要通過基材物體移動而使附著的生物脫離，此外這一涂料體系還容易受到損壞和降解失效。

    Wyss研究所的SLIPS技術(shù)靈感來源于那些能捕食生物的植物表面光滑的“嘴唇”，它能將昆蟲向下滑動輸送，就是充分利用了生物體在液體表面非常難以附著的原理。SLIPS涂層固體表面由注入液體潤滑劑的覆蓋層組成，而且這些液體潤滑劑覆蓋層能保持在固定的適當(dāng)位置，使得任何與液體層接觸的物質(zhì)直接通過滑動被剝離掉。

    SLIPS技術(shù)此前已經(jīng)在對抗細菌和藻類領(lǐng)域被證明是有效的，但貽貝代表了一個特別的種類，其肌肉足部能產(chǎn)生稱為足絲線的粘性細絲，其尖端（稱為粘合點）含有特殊的粘合蛋白，能從其所接觸的目標表面去除水分子，從而以使尖端能與基材表面相結(jié)合。

    Miserez說：“貽貝已經(jīng)掌握了在水下環(huán)境中堅持的技能，盡管水是粘附的最大敵人。而貽貝的附著機制使其可以非常好地與基材表面結(jié)合，大量積累的貽貝可以導(dǎo)致每平方英尺增重高達1700磅。

    為了調(diào)查SLIPS涂料是否能夠適應(yīng)貽貝這一特殊生物污染源，由Miserez領(lǐng)導(dǎo)的NTU團隊將亞洲綠色貽貝放置在了具有不同類型非殺生物型防污涂料表面的”棋盤“圖案的水底面板上，并觀察貽貝選擇附著位置的情況。評估了以硅油為潤滑劑注入的兩種不同類型的SLIPS：一種由非常薄的有機硅型納米結(jié)構(gòu)的2-D涂層通過層層疊加（i-LBL）構(gòu)成；另一種是以較厚的符合矩陣狀態(tài)的3-D涂層，由普通聚合物（聚二甲基硅氧烷）制成（i-PDMS）。而那些采用非潤滑劑注入技術(shù)的涂層，則包括了基于氧化鎢的2-D涂層，未涂覆的玻璃，和兩種市售的非殺生物型防污涂料（Intersleek 700和Intersleek 900）。

    24小時后，對比結(jié)果顯示：Intersleek 700涂覆的面板平均每塊有約75個貽貝，而在15個i-PDMS涂覆的面板中只有一塊有貽貝附著，且只有五個貽貝，表明貽貝在i-PDMS表面的幾乎無法附著。

    3種不同體系的防污涂層樣板在馬薩諸塞州Scituate海水中浸泡8周和16周之后的表面

    NTU的研究人員正在繼續(xù)進行研究，以確定為什么貽貝不容易在i-PDMS表面黏附：足絲線本身無法黏附？和/或貽貝拒絕吸附在它們表面？

    為了回答第一個問題，該團隊測量了將貽貝的足絲線從各個表面上拉出所需的力量，并發(fā)現(xiàn)拉開連接在Intersleek涂層上的足絲線所需的力量為從i-PDMS涂層表面拉開所需力量的2～6倍，而拉開非注入型涂層表面的足絲線需要10倍的力量。

    據(jù)研究人員介紹，這可能是因為潤滑劑注入的表面液體覆蓋層抵抗了貽貝粘合蛋白的位移，保持了表面潤滑，因此阻止了足絲線結(jié)合。實際上，當(dāng)進行貽貝足跡的詳細生物化學(xué)分析時，在所有對照涂層表面都發(fā)現(xiàn)了粘合蛋白的生物分子特征。

    為了觀察貽貝是否還繼續(xù)不斷嘗試分泌足絲線，研究人員將它們放在每個樣板表面上，并實時觀測。在不滲透的LBL和PDMS表面上，貽貝表現(xiàn)正常，在分泌足絲線之前用足部探測它們幾秒鐘，然后在約30秒內(nèi)形成足絲線。然而，在二維滑動表面上，探測所需時間為30～80秒，并且沒有繼續(xù)分泌足絲線，而在i-PDMS表面則顯示了幾個異常行為：它們選擇將足絲線附加到自己的貝殼或相鄰的非SLIPS涂層表面；它們分泌了一種粘稠的凝膠，并且無法凝固成絲線；或者在探測表面幾秒鐘后，迅速將足部縮回到殼內(nèi)，而不試圖分泌任何足絲線。

    研究人員指出，除了破壞足絲線本身外，潤滑劑注入的表面也令貽貝產(chǎn)生混淆，使得它們判斷認為這些表面不是有效的附著位置。

    科學(xué)家們一直希望SLIPS涂層的潤滑層能物理地干擾貽貝判斷其下面存在固體表面的能力，因為研究發(fā)現(xiàn)貽貝的足部含有已知的能感知壓力的蛋白質(zhì)，它們使用一個微小的粘合點通過與不同表面材料的接觸和釋放，來測量”感覺到“的力量。而在SLIPS涂層表面，這一接觸所測得的”拉力“，使得貽貝無法準確得知涂層下面的固體表面。

    ”我們知道，貽貝預(yù)期會感受到硬表面對足部的壓力，但來自潤滑劑的這種意想不到的拉力似乎使得他們不想附加足絲，除了SLIPS對足絲結(jié)合機制的破壞之外，i-PDMS能產(chǎn)生比2-D SLIPS更強的拉力，使其更好地掩蓋了底層硬質(zhì)表面的現(xiàn)實“。

    Wyss團隊與美國馬薩諸塞州Scituate的美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）Stellwagen Bank國家海洋保護區(qū)合作，將所有實驗室測試的材料浸沒在Scituate港口16周，觀察生物體是否會在其表面生長。

    這個野外實驗場是一個典型的北大西洋生物污染區(qū)，最著名的污染源是一種藍貽貝（Mytilus edulis），因此可以將實驗室獲得的結(jié)果與現(xiàn)實環(huán)境的實驗結(jié)果進行科學(xué)比較。

    結(jié)果顯示，i-PDMS涂覆的樣板表面附著的貽貝不僅比Intersleek少4倍，更比非滲透性PDMS涂覆的樣板附著的貽貝少了30倍，同時在其他生物污染物的防污能力方面也顯示了顯著優(yōu)勢，如被囊類、水螅蟲和粘液等。

    ”實驗現(xiàn)場有許多種生物體使用不同策略的粘附物質(zhì)試圖將自身附著在樣板表面，但我們實驗結(jié)果顯示了，同一個解決方案可以針對大多數(shù)生物生效“。

    更重要的是，i-PDMS可以進行化學(xué)改性，以保持聚合物網(wǎng)絡(luò)中儲存大量的潤滑劑，從而使液體覆蓋層得到不斷補充，從而形成長效、高性能的防污涂料。

    目前，Wyss團隊正在全球其他5個具有高生物污染特征的海洋地區(qū)進行測試，而且迄今為止，測試樣板均保持了阻止貽貝和其他生物附著的功能，實驗期已超過兩年。