防污涂层是目前实现材料在海洋等复杂生物黏附污损环境下长效服役的重要方法。然而，现有的防污涂层始终受到持续反复的生物被膜黏附的困扰，即使添加高含量的杀菌剂也无济于事，在根除成熟生物被膜方面更是面临巨大困难。

近日，东北大学腐蚀与防护中心王福会教授团队徐大可教授课题组针对上述问题，受到天然生物被膜的自调节解体过程的启发，首次开发出一种基于铜离子与D型氨基酸功能单元的手性金属有机框架（MOF）涂层，诱发生物被膜分解和微生物杀灭的逐步、高效防污过程。相关内容以“Robust Chiral Metal-Organic Framework Coatings for Self-Activating and Sustainable Biofouling Mitigation”为题发表于国际权威期刊《Advanced Materials》。东北大学徐大可教授、青年教师李祥宇为共同通讯作者，材料学院博士生于智群和青年教师李祥宇为共同第一作者，东北大学为第一完成单位和唯一通讯单位。

该研究首先构筑一种简便通用的无定形金属多酚网络，稳定锚定具有杀菌功能的铜离子。进一步，以此为成核位点通过手性氨基酸快速矿化过程，实现具有独特共形结构的MOF纳米铠甲均匀、牢固、普适地生长在不同材质与形貌的基底表面。D型氨基酸的引入赋予涂层广谱的生物被膜解体信号功能，可大幅度增强基于铜催化的化学动力学杀菌和MOF微纳结构机械杀菌的效果。基于该协同机制，该涂层在广谱杀灭游离细菌、抑制生物被膜形成、根除成熟生物被膜方面具有显著优势，并得到RNA测序转录组学的充分证明。此外，该MOF涂层独特的光致发光特性可有效抑制海洋微藻的表面定殖。该工作为手性诱发抗菌行为研究开辟了全新视角，为开新一代抗生物污损涂层开发提供了重要参考。

图1. 手性MOF涂层示意图：a) 涂层基本组成与功能；b) 细菌杀灭-生物被膜驱散协同防污机制。

图2. 手性MOF涂层的制备与表征：a) 涂层制备流程图；b-f) 手性MOF涂层的微观结构；g-i) 不同涂层组分的XRD谱图、FTIR谱图和XPS谱图。

图3. 手性MOF涂层的可控合成与性质：a-c) 手性氨基酸MOF生长演变过程；d-f) 手性氨基酸MOF的Hirshfeld表面与指纹图；g) MOF手性评估；h-i) 涂层力学性能与粘附普适性验证。

图4. 涂层杀灭游离细菌、抑制生物被膜形成、破坏成熟生物被膜的综合性能评价。

图5. 涂层基于机械杀菌、化学动力学杀菌和D型氨基酸介导生物被膜驱散的协同机理证明。

图6. 手性氨基酸调控生物被膜分散过程的转录组学证明。

图7. 手性MOF涂层的荧光特性与抗微藻定殖性能。

以上工作获得了国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划、国自然青年科学基金、中国博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金面上项目、辽宁省自然科学基金科研启动项目、中央高校基本科研业务项目、海洋关键材料重点实验室开放基金、海洋涂料国家重点实验室开放课题的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407409