防污涂層是目前實現材料在海洋等復雜生物黏附污損環境下長效服役的重要方法。然而，現有的防污涂層始終受到持續反復的生物被膜黏附的困擾，即使添加高含量的殺菌劑也無濟于事，在根除成熟生物被膜方面更是面臨巨大困難。

近日，東北大學腐蝕與防護中心王福會教授團隊徐大可教授課題組針對上述問題，受到天然生物被膜的自調節解體過程的啟發，首次開發出一種基于銅離子與D型氨基酸功能單元的手性金屬有機框架（MOF）涂層，誘發生物被膜分解和微生物殺滅的逐步、高效防污過程。相關內容以“Robust Chiral Metal-Organic Framework Coatings for Self-Activating and Sustainable Biofouling Mitigation”為題發表于國際權威期刊《Advanced Materials》。東北大學徐大可教授、青年教師李祥宇為共同通訊作者，材料學院博士生于智群和青年教師李祥宇為共同第一作者，東北大學為第一完成單位和唯一通訊單位。

該研究首先構筑一種簡便通用的無定形金屬多酚網絡，穩定錨定具有殺菌功能的銅離子。進一步，以此為成核位點通過手性氨基酸快速礦化過程，實現具有獨特共形結構的MOF納米鎧甲均勻、牢固、普適地生長在不同材質與形貌的基底表面。D型氨基酸的引入賦予涂層廣譜的生物被膜解體信號功能，可大幅度增強基于銅催化的化學動力學殺菌和MOF微納結構機械殺菌的效果。基于該協同機制，該涂層在廣譜殺滅游離細菌、抑制生物被膜形成、根除成熟生物被膜方面具有顯著優勢，并得到RNA測序轉錄組學的充分證明。此外，該MOF涂層獨特的光致發光特性可有效抑制海洋微藻的表面定殖。該工作為手性誘發抗菌行為研究開辟了全新視角，為開新一代抗生物污損涂層開發提供了重要參考。

圖1. 手性MOF涂層示意圖：a) 涂層基本組成與功能；b) 細菌殺滅-生物被膜驅散協同防污機制。

圖2. 手性MOF涂層的制備與表征：a) 涂層制備流程圖；b-f) 手性MOF涂層的微觀結構；g-i) 不同涂層組分的XRD譜圖、FTIR譜圖和XPS譜圖。

圖3. 手性MOF涂層的可控合成與性質：a-c) 手性氨基酸MOF生長演變過程；d-f) 手性氨基酸MOF的Hirshfeld表面與指紋圖；g) MOF手性評估；h-i) 涂層力學性能與粘附普適性驗證。

圖4. 涂層殺滅游離細菌、抑制生物被膜形成、破壞成熟生物被膜的綜合性能評價。

圖5. 涂層基于機械殺菌、化學動力學殺菌和D型氨基酸介導生物被膜驅散的協同機理證明。

圖6. 手性氨基酸調控生物被膜分散過程的轉錄組學證明。

圖7. 手性MOF涂層的熒光特性與抗微藻定殖性能。

以上工作獲得了國家杰出青年科學基金、國家重點研發計劃、國自然青年科學基金、中國博士后創新人才支持計劃、中國博士后科學基金面上項目、遼寧省自然科學基金科研啟動項目、中央高校基本科研業務項目、海洋關鍵材料重點實驗室開放基金、海洋涂料國家重點實驗室開放課題的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407409