协同作用增强抗微生物腐蚀材料体系稳定性研究

Pipes and equipment made of stainless steels have been extensively utilized in many fields. Steel bio-corrosion is a problem that generates heavy economic losses, therefore antifouling and antibacterial surface modification materials will have great prospect of applications. For promoting the stability of the surface modification materials, a surface modification system with synergistic effect is proposed. The base layer, which consists of polydopamine and silane coupling agent, is mechanical abrasion resistance due to the reaction between the polydopamine and silane coupling agents. A biomimetic polymer layer bearing 3,4-dihydroxyphenylalanine units and primary amino groups, is coated on the base layer.The primary amino groups react with an initiator for grafing the anti-biocrosion polymer brushes. The grafting of antibacterial enzymy on the brushes provides the material biocidal property.The macrostructure of the base layer and the interactions between the base layer and the stainless steel surface will be investigated.The synergistic effect among the base layer, the biomimetic polymer layer and the polymer brushes promotes the anti-biocorrosion properties and the stability of the anti-biocorrosion system.The understanding of the basic theory, mechanism and the methodology of the synergistic effect will establish a solid basis for larger scale production of anti-biocrossion surface modification materials for stainless steel.

在众多领域中得到应用的不锈钢设备和管道都涉及到微生物腐蚀问题，由此带来了巨大的经济损失。研究负载在不锈钢表面的抗污杀菌材料具有广泛的应用前景。本项目拟研究抗微生物腐蚀新材料体系：通过多巴胺寡聚物与硅烷偶联剂的反应，制备粘附性强、性能稳定、抗机械摩擦的多巴胺/硅烷基层；合成新型仿生聚合物，在基层上形成富含胺基的仿生聚合物层；利用仿生聚合物层表面的胺基接枝防污聚合物刷；在聚合物刷上固定杀菌蛋白。研究基层微观结构及与不锈钢表面作用机理；研究基层、仿生聚合物层和防污抗菌聚合物刷三者之间的协同作用机制，以提高材料抗微生物污染性能和抗微生物腐蚀性能，并增强材料稳定性。通过本项目研究，认识和掌握相关基本原理、机制和方法，为材料的规模制备奠定基础。

在众多领域中得到应用的不锈钢设备和管道都涉及微生物腐蚀问题。因微生物腐蚀引起的设备及管道损坏等问题带来了巨大的经济损失。研究负载在不锈钢表面的抗污杀菌材料具有广泛的应用前景。本项目通过多巴胺寡聚物与硅烷偶联剂的反应，制备粘附性强、性能稳定、抗机械摩擦的聚多巴胺/硅烷偶联剂基层，研究了基层的结构特性以及基层与不锈钢表面的相互作用机制；研究制备了不锈钢表面聚多巴胺/硅烷偶联剂/季铵盐及聚多巴胺/硅烷偶联剂/聚乙烯亚胺/季铵盐复合薄膜，并研究了该复合薄膜的稳定性、抗腐蚀性能、抗蛋白吸附及抗菌性能；开展了咪唑季铵盐与二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）双分子层相互作用的分子模拟研究,研究了咪唑季铵盐致DPPC双分子层孔洞形成的过程及原理；研究制备了不锈钢表面聚多巴胺/KH550-对苯二胺-聚苯胺及聚多巴胺/KH550-对苯二胺-聚苯胺硅矿化仿生阵列薄膜，并研究了该仿生阵列薄膜的稳定性、抗腐蚀性能、抗蛋白吸附及抗菌性能；研究制备了由基层和嵌段聚合物刷组成的多层防污薄膜，研究了聚合物刷接枝密度、亲/疏水性和微观结构对材料稳定性、抗蛋白吸附及抗微生物腐蚀性能的影响；基于基层及防污抗菌聚合物刷之间的协同作用机制，在近极端环境下多层薄膜材料机械性能高、抗微生物腐蚀性强、稳定性强。研究结果为中试规模制备性能稳定的防污抗菌材料奠定原理、机制和方法基础。