在易受微生物腐蚀 (MIC) 影响的工况环境中，传统涂层通常缺乏抗菌性能，导致腐蚀防护效果减弱。将抗菌剂直接掺入涂层中可能会导致有效成分持续泄漏，降低涂层服役寿命。然而，利用微生物自身代谢产物作为响应信号，是解决微生物腐蚀工况下防护涂层长效抗菌功能的有效途径。在涉及腐蚀的微生物中，硫酸盐还原菌是最具有代表性的细菌类型，其代谢过程可将SO42?作为电子受体还原为S2?，增殖形成不规则的生物膜，造成严重的膜下点蚀。因此，研发一种针对硫酸盐还原菌的长效抗菌性能的防护涂层具有重要的研究意义

来自西安理工大学汤玉斐教授团队提出了一种智能响应策略，利用特征离子响应释放机制有效地防止微生物腐蚀。研究通过软模板法合成介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)作为纳米容器，随后将三氯生TCS加载纳米容器中，并利用金属酚醛分子膜TA-FeIII来封装TCS-MSNs，得到具有S2?响应释放功能的TCS-MSNs@TA-FeIII纳米填料。在0.05至3 mM的极低S2?浓度范围内，TCS-MSNs@TA-FeIII纳米填料仍然具备响应释放功能。将填料引入环氧涂层后，不仅改善了环氧树脂的固化缺陷，提升环氧涂层耐蚀性能，并赋予涂层智能抗菌功能。

相关论文以题为“Enhancement of anti-microbial corrosion properties through coatings incorporating S2?responsive TCS-MSNs@TA-FeIII nanofillers”发表在Progress in Organic Coatings期刊上。论文第一作者为西安理工大学博士生蒋君毅，通讯作者为西安理工大学汤玉斐教授，合作者还包括西安理工大学赵康教授，中国石油管工程技术研究院的朱丽霞教授级高级工程师。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108255

本研究成功开发了一种智能纳米填料TCS-MSNs@TA-FeIII，应对易受微生物腐蚀（MIC）影响的环境中传统涂层抗菌性能不足的问题。填料采用了介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）作为载体，负载了抗菌药物三氯生（TCS），并封装在单宁酸-Fe3+复合物（TA-FeIII）中，形成了响应性的TCS-MSNs@TA-FeIII纳米填料。通过对硫酸盐还原菌（SRB）代谢活动引起的S2?浓度变化的响应，实现了对TCS在低S2?浓度范围内（0.05至3 mM）的控制释放。在环氧涂料中集成该填料后，所得到的TCS-MSNs@TA-FeIII涂层表现出卓越的抗菌性能。电化学阻抗谱（EIS）结果表明，涂层的防腐性能显著改善，使其在含有硫酸盐还原菌的介质中具有卓越的耐腐蚀性能，涂层具有最高的阻抗模量、最低的腐蚀电流密度。这项研究为工业应用中的微生物腐蚀防护需求提供了一种新的解决思路。

图1 (a) MSNs的SEM图像(插图为高倍率下MSNs的形貌)，(b) MSNs的TEM图像，(c) MSNs的XRD图谱，(d) MSNs的N2吸附-脱附曲线和孔径分布图。

图2 (a) MSNs、TCS-MSNs、TCS-MSNs@TA-FeⅢ、TCS和TA的FT-IR图谱; (b) TCS-MSNs@TA-FeⅢ在0 mM和1 mM S2-溶液中的释放曲线; (c) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)在不同Na2S溶液中的颜色变化; (d) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的累积释放曲线; (e) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的TEM图像; (f) TCS-MSNs@TA-FeⅢ(1:2)的Mapping图。

图3 在硫酸盐还原菌介质中培养24小时、72小时和120小时后，空白涂层、MSNs涂层、TCS-MSNs涂层和TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂层的表面形貌。

图4 空白涂层、MSNs涂层、TCS-MSNs涂层和TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂层与硫酸盐还原菌共培养1、4、7天的荧光染色图像（活菌显示为绿色，死菌显示为红色）。

图5 TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂层的S2-响应抗菌机理图。

图6 (a) |Z|0.01Hz随时间变化的趋势，(b)TCS-MSNs@TA-FeⅢ涂层在SRB介质中浸泡7天的极化曲线，(c)EIS的等效电路模型，(d),(e)不同涂层在 15 天浸泡期间随时间变化的Rc和Rct趋势变化情况，以及 (f) 在 SRB 介质中浸泡14天后涂层的光学照片。