CNTs-PDMS復合涂層對污損早期微生物群落影響研究.pdf

1、隨著人類對海洋資源開發(fā)和利用的日益深入，海洋生物污損所帶來的危害已經(jīng)引起了世界各國的高度重視和廣泛關注。低表面能防污涂料已成為當前海洋涂料工業(yè)新的研究熱點，而聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）則是目前最具吸引力的船用高分子有機硅聚合物之一。
　　本研究通過向PDMS基質(zhì)中添加不同CNTs（0.1wt％），制備出系列CNTs/PDMS復合涂層。通過對CNTs/PDMS復合涂層表面結構與防污性能之間可

2、能的構效關系進行研究，并結合海洋實地測試，篩選并確定了具有防污特性的CNTs/PDMS復合涂層。應用單鏈構象多態(tài)性（Single-stranded conformation polymorphism,SSCP）技術，初步研究了系列CNTs/PDMS復合涂層與污損早期微生物膜群落的相互作用關系及其對早期微生物膜群落結構與分布特征、多樣性及豐富度、優(yōu)勢菌群的演替過程的影響。初步從微生物群落生態(tài)學角度初步探討了CNTs/PDMS復合涂層抑制早

3、期生物污損的可能的分子機制。
　　通過海洋實地測試初步從118種CNTs/PDMS復合涂層中篩選出7種具有防污性能的CNTs/PDMS復合涂層（D12、D19、D33、D37、D38、D40和D41），其中D19（PM）和D33（PC）復合涂層的防污效果明顯，重復性好，穩(wěn)定性高，其有效防污期長達14周。多維尺度分析(Multidimensional scaling,MDS)結果表明，CNTs的管壁層數(shù)、長度、化學修飾等對于PDMS

4、基質(zhì)的防污性能具有重要影響。CNTs的種類和理化性質(zhì)在很大程度上決定了CNTs/PDMS復合涂層防污性能的優(yōu)劣，但并不是所有的CNTs均能夠增強PDMS基質(zhì)的防污性能。此外，SEM和AFM分析結果表明，CNTs在PDMS基質(zhì)中的局部團聚現(xiàn)象不影響PDMS基質(zhì)的防污性能。
　　18種CNTs/PDMS復合涂層（PCs）表面均對污損早期真核微生物群落具有明顯的調(diào)制作用，能夠顯著降低污損早期真核生物群落的多樣性和豐富度，有效抑制早期真核

5、微生物的粘附與生長。而早期真核微生物群落多樣性水平的降低有助于減弱后期大型污損生物幼蟲的定向附著。其中6種羧基修飾MWNTs/PDMS復合涂層（CPs,C1-C6）能夠同時抑制污損早期微生物的粘附與生長，可有效抑制早期生物污損。MDS聚類分析結果表明，PCs的種類對于污損早期微生物群落聚類模式具有重要影響，但不同PCs表面污損早期微生物群落的聚類特征與其防污性能無明顯相關性。
　　利用SSCP技術和nMDS聚類分析法對P0、PM（

6、D19）和PC（D33）表面污損早期微生物群落的分布特征進行了研究，結果表明，P0表面早期原核及真核微生物群落分布相對均勻，優(yōu)勢菌群不明顯，群落演替的速率相對較慢，群落穩(wěn)定性相對較高，抵抗外界環(huán)境干擾能力較強，群落發(fā)生大規(guī)模演替過程的機率??；相比之下，PM和PC表面污損早期原核及真核微生物群落分布相對集中，優(yōu)勢菌群明顯，群落演替的速率相對較快，群落穩(wěn)定性相對較低，抵抗外界環(huán)境干擾能力較弱，群落發(fā)生大規(guī)模演替過程的機率大。
　　上述

7、結果表明，PM和PC表面抑制早期污損的機制主要是通過調(diào)制污損早期真核微生物群落結構來實現(xiàn)的。PM和PC表面均能夠顯著降低污損早期真核微生物群落結構的多樣性水平，能夠抑制早期微生物膜的形成和成熟過程，從而有效抑制污損早期真核微生物的粘附與生長。此外，PM和PC表面能夠顯著降低早期微生物群落分布的均勻性和穩(wěn)定性，加速污損早期微生物群落的演替過程，使早期微生物膜群落中優(yōu)勢菌群更加明顯，使早期微生物膜的更新速率進一步加快，從而有效抑制污損早期微