海洋工程裝備與水下設施長期處于複雜生物環境中，面臨微生物汙損引發的性能衰退、運維成本上升及安全隱患等嚴峻挑戰。傳統防汙技術依賴高毒性殺菌劑，雖具短期防護效果，卻容易造成嚴重的生態汙染問題。以水凝膠、有機矽和可降解聚合物爲代表的環保防汙材料雖展現出界面低黏附優勢，但存在動態環境適應性差、靜態防汙效率低及長效抑菌能力不足等瓶頸，因此開發高效環保型長效防汙塗層具有重要意義。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所苛刻环境材料耦合损伤与延寿团队聚焦新型防污材料研发，前期在自更新涂层体系构建（Mater. Horiz., 2024, 11, 4438-4453; J. Colloid Interface Sci. 2023, 629, 496-507; Prog. Org. Coat. 2024, 186, 108075.; Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 2101920）方面取得进展。近日，团队通過集成汙損釋放、汙損抵抗、動態殺菌及界面自更新四維防護機制，研發出可降解有機矽水凝膠多元協同防汙塗層。

研究人員采用溶膠-凝膠法結合動態席夫堿化學，實現聚乙二醇（PEG）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、對苯二甲醛（TPE）及肉桂醛（CAL）四元體系可控共聚。通過分子鏈柔性Si-O骨架與動態可逆共價鍵的協同作用，構建出兼具機械柔韌性、可控降解性及表面自更新能力的智能防汙界面。塗層表面的水觸發降解可實現TPE與CAL的可控釋放，形成持續表面自更新-汙損抑制協同效應，兩親性聚合物的原位富集使塗層界面具備汙損粘附阻抗與汙損釋放雙重特性。优化涂层可实现98.8%的杀菌率及99.8%的抗生物粘附效率，理论防污寿命可达5.5年（200 μm厚度），展现出高效、长效的防生物污损能力。

本研究通过分子设计创新与多功能集成，建立了动态防污界面构建新方法，为海洋装备防护、医疗器械抗菌等领域的可持续发展提供了技术支撑，相关成果以“Constructing Self-Renewing Silicone-Hydrogel Hybrid Coatings with Integrated Fouling Resistant/Release/Killing Mode toward Superior Biofouling Defense”为题发表于SMALL期刊（DOI: 10.1002/smll.202504089），严明龙助理研究员为论文第一作者兼通讯作者，赵文杰研究员为共同通讯作者，得到了国家自然科学基金（52103133、52105230）、浙江省重点研发计划（2023C03013、2022C01183）、宁波市科技创新2025重大项目（2020Z053）的支持。

图1 可降解有机硅水凝胶防污材料示意图

來源：中國科學院甯波材料技術與工程研究所海洋關鍵材料全國重點實驗室