由于出色的耐腐蚀性能和综合机械性能，钛合金在海洋工程领域得到了广泛应用。然而，钛合金具有良好的生物相容性，在海洋环境中容易受到海洋生物的附着，导致生物污损的发生。生物污损对所有海洋设施的服役安全构成威胁，并已成为阻碍钛合金在海洋环境中应用的突出问题。当前，研究人员正通过涂层来解决生物污损问题。其中，杀生型涂层是最广泛应用的一种涂层。然而，这些涂层使用的有效防污成分一般为有毒杀菌剂，其持续释放对所有海洋生物有害，并严重污染海洋环境。此外，在海洋环境中这些杀菌剂的快速、无控释放显著降低了涂层的使用寿命，这对防生物污损涂层耐久性构成重大挑战。因此，开发低毒智能涂层并进行精确可控释放是一种可行且有前途的策略。镓基液态金属（GLM）是一种独特的非晶材料，安全无毒且具有优异的抗菌性能，在生物医学领域得到了广泛应用。有趣的是，GLM表现出对温度敏感的特性，如在天然海水温度范围内会发生相变、微观结构演化和离子释放率变化。若能精准调控其温度响应特性，可对其有效防污成分（镓等离子）实现按需、可控释放：即在污损微生物的活跃温度大量释放，高效防污；反之，在污损微生物的非活跃温度减少释放，智能节省，提高涂层使用寿命。基于其对温度的响应特性和优异的防生物污损性能，GLM作为一种无毒智能防生物污损涂层材料具有良好的应用前景。
图1 TC4-MAO-GLMCu涂层的工艺流程和微观结构示意图。
近日，中山大学材料科学与工程学院孙冬柏教授、蒋旭洲副教授等基于微弧氧化（MAO）技术和自发的电偶置换反应，构建了TC4-MAO-GLMCu温度响应型防生物污损涂层，并对所制备涂层的物理化学特性进行了详尽的表征，研究了涂层的温度响应性能、防污损性能和耐腐蚀性能，对其防污损机制进行了深入探索。
团队基于微弧氧化（MAO）技术和自发的电偶置换反应，在TC4钛合金基底上，设计了一种由液态金属颗粒（GLMCu）组成的温度响应型低毒智能涂层（TC4-MAO-GLMCu），用于实现在不同温度下对Ga3+、Cu2+和Cu1+离子的可控释放。通过对GLMCu温度响应特性的精准调控，这项技术能够确保有效防污成分在目标温度范围内大量释放，而在其他温度智能地减少释放，以节省有效防污成分。在10°C、20°C和30°C的温度下分别浸泡在含有硫酸盐还原菌（SRB）的培养基14天后，在SRB的最活跃温度（30°C），TC4-MAO-GLMCu智能涂层释放出的Ga3+、Cu2+和Cu1+离子量最高，同时表现出99.9%的杀灭率。当温度降至10°C时，SRB的活性水平非常低，TC4-MAO-GLMCu智能涂层也相应地减少了离子释放量，并仍保持97.3%的杀灭率。TC4-MAO-GLMCu智能涂层优异的防生物污损性能归因于物理损伤和杀菌离子的协同作用。此外，该智能涂层还表现出良好的耐蚀性。这项工作提出了一种智能防生物污损涂层的设计新思路和新途径，具有广阔的应用前景。
图2 （a, e, i）TC4，（b, f, j）TC4-MAO，（c, g, k）TC4-MAO-GLM和（d, h, l）TC4-MAO-GLMCu样品分别在10°C、20°C和30°C下浸泡在含有SRB的培养基中14天后表面SRB覆盖的FM图像。所有样品分别在10°C、20°C和30°C下浸泡在含有SRB的培养基中14天后SRB（m）覆盖率和（n）杀灭率的统计结果。所有比例尺均为50μm。
图3 TC4-MAO-GLMCu涂层防生物污损机理示意图。
该研究由中山大学独立完成，孙冬柏教授、俞宏英教授、蒋旭洲副教授为通讯作者，博士研究生李宁博为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划项目（No. 2022YFA16038004）、国家自然科学基金（No. 42076212）、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）（No. SML2021SP311、No. 311021013、No. 311021011）等项目的资助，谨此感谢。
论文信息：
A Liquid Metal-Based Temperature-Responsive Low-Toxic Smart Coating for Anti-Biofouling Applications in Marine Engineering
Ningbo Li, Xuzhou Jiang*, Hongying Yu*, Dongbai Sun*
Small Methods
DOI: 10.1002/smtd.202401028
点击左下角「阅读原文」，查看该论文原文。
Small
Methods
期刊简介
Wiley旗下Small Methods期刊是创刊于2017年的高水平综合期刊。期刊集中收录有关纳微米尺度材料的实验技术进展，涉及领域包括材料学、生物医药、化学、物理学等合成、表征、应用技术。
WILEY
MaterialsViews
Wiley旗下材料科学类期刊官方微信平台
推送材料科研资讯｜访谈材料大咖新秀
分享撰稿投稿经验｜关注最新招聘信息
点击“分享”，给我们一点鼓励吧~
