摘要：船舶表面的生物污損會帶來極大的危害，如何防除生物污損已成為一個世界難題。盡管氧化亞銅等有毒防污劑可以有效防止海生物的附著污損，但這類防污劑對非目標生物也具有負面作用，可能帶來嚴重的生態問題。隨著國際社會對有毒防污劑和海洋環境的日益關注，發展環境友好型防污材料已勢在必行。人們經常觀察到自然界許多生物并沒有被其它生物種類寄生聚居，這是因為在自然界中生物自身存在著各不相同但極為有效的防污機制， 包括化學性質、物理性質、機械清理、生活習性，以及各種防污機制的組合等，這為研制環境友好型仿生防污材料提供了依據。本文簡要綜述了海洋環境中仿生防污材料的研究進展，重點介紹了基于生物防污劑、表面微結構、水凝膠、抗蛋白吸附等特性進行防污的仿生材料的研究，并闡述了我國在該領域已經取得的重要技術突破和主要技術成果，展望了仿生防污技術的發展趨勢。

 

    關鍵詞：生物污損；仿生防污材料；生物防污劑；微結構；水凝膠、抗蛋白吸附

 

    文/張金偉，鄭紀勇，王利，許鳳玲，孫智勇，藺存國*

 

    （ 海洋腐蝕與防護重點實驗室，中國船舶重工集團公司第七二五研究所 ）

 

    1 海洋生物污損及其防除技術發展

 

    海洋生物污損是指海水環境中污損海生物在結構物表面的聚集和附著，以及由其帶來的不良影響[1]。生物污損一旦發生，將會對海洋船舶等造成非常嚴重的影響：①增加航行阻力，降低航行速度，增加燃油消耗。研究表明[2]，發生嚴重污損的情況下，船舶航行阻力會增加80%、航速降低11%，若維持其航行速度，軸功率需要增加86%；即使硅藻等附著造成的輕微污損，航行阻力也會增加11～20%，軸功率需要增加11～21%。②影響船舶的使用性能，如阻塞管道、干擾聲納信號、造成材料結構損壞等。如未采取防污措施的聲吶導流罩在海生物污損三個月后，其透聲率會下降40%（低頻段）～75%（高頻段）[3]。③ 增加維護修理費用，帶來巨大經濟損失。如美國DDG-51型驅逐艦每年污損防除費用為5600萬美元，海軍污損防護總費用約1.8～2.6億美元/年[4]。④增加溫室氣體排放，引起生物入侵等。因此，采取有效措施防止海洋生物污損極為重要。

 

    早在兩千多年前的木船時代，就已經有使用鉛板等來保護船底的記錄。18世紀初，隨著船體材料由木質變成鐵質，以銅氧化物、砷氧化物和汞氧化物等為防污劑的防污涂料就廣泛應用于海洋船舶，但防污有效期比較短。到20世紀50年代，隨著含三丁基有機錫（TBT）廣譜防污涂料的出現，涂料的防污有效期達到了5年以上， 但有機錫防污劑對非目標生物具有較高毒性，且很難分解，能經過貝類和魚類進入人類食物鏈，直接危害人體健康[5]。《控制船舶有害防污底系統國際公約》已完全禁止有機錫防污劑的使用，DDT等有毒防污物質也被《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》禁止使用。現階段防污涂料以含銅防污劑（如氧化亞銅、硫氰酸亞銅等）的無錫自拋光防污涂料（TF-SPC）為主，盡管TF-SPC的主防污劑氧化亞銅的毒性較有機錫小，但由銅離子累積效應導致的海洋污染日益被國際社會重視[6-7]，含銅防污劑也面臨著被限制使用，甚至可能被禁用的問題，迫切需要開展新型環保防污材料的研究。

 

    人們經常觀察到許多海洋生物（如鯊魚、海豚、海星、海綿和珊瑚等）并沒有被其它生物種類寄生聚居，這是因為在自然界中生物自身存在著各不相同但極為有效的防污機制，包括化學性質（防污活性分子、生物酶、表皮黏液、雙電性等）、物理性質（微觀結構、表面能等）、機械清理、生活習性（蛻皮、躍出水面、海淡水 游等），以及各種防污性質的協同使用等[8]，這為仿生防污材料的研究提供了依據。目前，仿生防污材料的研究和開發主要集中于兩種思路：一是尋找并利用合適的生物防污劑，在不破壞環境的前提下防止生物附著；二是通過設計特殊的表面和本體材料特性來模仿具有防污功能的生物特征，使污損海生物在材料表面的附著力盡可能降到最低，從而使之不易附著或附著不牢，最終達到防止海洋生物污損的目的。

 

    2 生物防污劑

 

    生物防污劑是指生物體基于化學防御和自身凈化的化學生態作用而表現出抗污損活性的天然產物[9]，主要是生物體的次級代謝產物、蛋白酶等具有一定活性和功能的物質成分。

 

    目前已報道的抗污損活性天然產物主要源于海洋微生物與海藻，海洋無脊椎動物（珊瑚與海綿），還有部分抗污天然產物源于陸地生物。

 

    海洋微生物及其形成的生物膜在海洋生物污損的形成與清除中發揮非常重要的作用，盡管大部分的微生物粘膜對污損生物的附著起到促進的作用，但也有少部分具有抑制附著的效果。如海星[10]、海綿[11]、網紋藤壺（Balanus reticulatus） [12]等的體表共生微生物群落或相關菌膜都有明顯的防附著功效。微生物生長速度快且容易大規模培養，能夠快速量產防污活性物質，自身也可以直接作防污劑添加到涂料中，是生物防污劑的重要來源。目前已經從海洋微生物中獲得大概20多個抗生物污損天然產物，分別有脂肪酸類、異丁烯內酯類、環二肽類、二羥基苯酸大環內酯類等[9]。中船重工七二五所從船舶底部分離鑒定得到數百株細菌，篩選得到了具有明顯防污作用的菌株（Aeromonas molluscorum）[13]，獲得了其代謝產物絲氨酸蛋白酶（圖1），該防污蛋白酶對藤壺幼蟲、貽貝幼蟲附著有良好的抑制效果[14]。除此之外，本課題組利用酶工程技術對絲氨酸蛋白酶進行了人工模擬合成，突破了天然蛋白酶產量低、提取難、不易獲得的缺點，并對蛋白酶進行了化學改性，提高了其防污性能、穩定性和廣譜性。

圖1 防污蛋白酶對細菌附著的影響

 

    海洋藻類，無脊椎動物和陸地植物也是生物防污劑的重要來源。紅藻（Delisea pulchra）分離的鹵代呋喃酮化合物具有很強抗金星幼蟲附著活性[15]；綠藻（Caulerpa prolifera）提取的萜類次級代謝產物對海洋細菌和微藻具有防污作用[16]；大葉藻中分離的p-肉桂酸硫酸酯能有效地抑制海洋細菌和紋藤壺附著[17]；圈扇藻（Zonaria diesingiana）中提取的間苯三酚類化合物也具有明顯的抗菌效果[18]；海綿中提取的吡喃、甾體硫酸鹽、嘌呤堿、酰胺及呋喃萜類次級代謝物，均具有一定的防污作用[19]；珊瑚中分離獲得的二萜類物質和開環甾族化合物具有抑制紋藤壺幼蟲附著的作用[20]；陸生植物特別是中藥材中分離提取的丹皮酚、五倍子鞣質、千金子甾醇、齊墩果酸、香豆素內酯等也具有明顯防污效果。中船重工七二五所從孔石莼分離得到的神經酰胺類化合物，作為信號分子具有誘導細胞凋亡的作用，對海洋污損生物的附著具有顯著抑制作用；從中藥材中獲取的丹皮酚及其改性產物對硅藻、石莼孢子和藤壺幼蟲等污損海生物的有效抑制濃度達1μg/ml，防污活性遠高于銅離子（圖2）。

 

    已有的研究表明[9]，特定靶向的生物防污劑一般是無毒的，這類化合物作用于各種離子通道，群體感應系統，粘液分泌/釋放或控制生物幼蟲附著變態的特定酶等。而非特定靶向的生物防污劑可能會有一定的毒性，它們的防污活性一般是通過影響光合作用、應激反應、基因毒性損傷、抑制免疫蛋白的表達、神經傳遞、生物膜的形成和粘液分泌/釋放來實現的。但由于參與調控幼蟲附著變態過程的關鍵靶點還不明確，大多數生物防污劑的防污機理目前尚不明確。隨著新技術的發展，基于焦磷酸測序的轉錄組分析和基因差異顯示技術等手段將可以大批量用于篩選調控生物附著變態過程的基因和通路，生物防污劑的防污機理研究在不久的將來會實現重大突破。
 

圖2 丹皮酚的防污活性

 

    生物防污劑在工程化應用之前，還需要解決以下兩個方面的問題：①防污劑的環保性能評價，評估其對于哺乳動物的毒理（包括通過各種途徑接觸藥物的影響；刺激性、腐蝕性、致突變性、致癌性、致畸性、致敏性，以及對生育的影響等；有的還需要研究其神經毒性）、評估其對于環境的毒理（包括對水生生物的作用、生物體內富集率和在環境中的藥物轉化和去向等） [9]。②生物防污劑與涂料樹脂的匹配性， 防污劑只有添加到涂料中才能得到應用， 這就必須使生物防污劑與涂料樹脂具有相容性，同時可從涂料中緩慢釋放，既不能太快造成浪費，又必須保證高于其最低有效濃度。中船重工七二五所基于丹皮酚曼尼希堿生物防污劑，結合微管包埋、殼聚糖控釋等技術手段研制了新型生物防污涂料，實海掛板結果表明，該涂料的防污效果可達三年以上期效。

 

    3 不含防污劑的仿生防污材料

 

    3.1 微結構仿生防污材料

 

    從陸生植物的葉面到海洋軟體動物的甲殼以及大型海洋哺乳動物鯊魚和海豚的表皮，都有著復雜的表面形貌結構，這些生物表面的形貌結構具有阻止生物附著或者使它們更容易釋放的作用。

 

    在美國海軍研究室的資助下，Brennan 等[21-23]開展了大量鯊魚皮仿生微結構防污材料的研究，其利用刻蝕翻模的方法研制的Sharklet AFTM微結構材料可以有效地防止藻類、藤壺等污損海生物的附著，使其附著率降低85%左右。由歐盟資助，12 個國家31個研究單位共同參與的AMBIO （advanced nanostructured surfaces for the control of biofouling）項目對微/納米防污結構進行了研究[24]，如基于多壁碳納米管、海泡石構建納米微結構、基于氟硅共聚材料通過微相分離制備微結構等，實驗表明這些微/納米結構能夠防止藻類和藤壺的附著。Zheng等[25]利用刻蝕翻模制備的仿海星表皮微結構不僅能夠大幅減少硅藻的靜態附著數量，還能有效減小其附著力。Scardino認為微結構的防污機制與生物附著的“接觸點”（attachment points）有關[26-27]，污損生物能否形成有效附著取決于被附著面能否提供足夠的接觸點，微結構和附著生物尺寸的比例關系會影響接觸點的多少。接觸點理論能夠較好的解釋體型較大的污損生物（苔蘚蟲等）的附著，對于運動型污損微生物（石莼孢子等）的附著則不太合適。Long等[23, 28]則構建了ERI （engineered roughness index）模型，并發現ERIⅡ（式1）與石莼孢子附著之間存在較好的對應關系，若再添加一個參數Re （organism's Reynold's number），則ERI 模型也能較好的預測海洋細菌（Cobetia marina）的附著。在接觸點理論和ERI模型的基礎上，Decker等[29]提出了SEA（surface energetic attachment）模型，能夠較好的預測細菌、石莼孢子、硅藻和藤壺幼蟲在一些特定微結構上的附著。對于復雜微結構的設計，中船重工七二五所在大量實驗數據的基礎上構建了TPW模型（式2），該模型能夠較好的預測復雜微結構對硅藻（圖3）、石莼孢子附著的影響。

 

    式中，r是Wenzel粗糙因子；（1－ s）是特征上表面的面積分數（特征間凹陷的表面積和突出平面的面積之比）；n是孢子運動的自由度（1或者2）；P：最小重復單元的投影面積；T：微結構表面頂端面積；W：微結構側壁面積；k：修正因子， 表征間距與污損生物尺寸間關系的系數。

圖3 TPW對硅藻附著的影響

 

    微結構防污材料的制備方法很多，如刻蝕翻模[21]、微壓印或微塑鑄[30]、溶膠-凝膠、氣相沉積（圖4）[31]、電紡、微相分離和分子自組裝等。對于船體表面的大面積涂裝，微相分離和分子自組裝的制備方法更具有實用價值。一般來說，嵌段共聚高分子材料由兩種或多種不同性質的單體段聚合而成，當單體之間不相容時，它們傾向于發生相分離，但由于不同單體之間有化學鍵相連，不可能形成通常意義上的宏觀相變，而只能形成納米到微米尺度的相區，這種相分離通常稱為微相分離，不同相區所形成的結構稱為微相分離結構[32]。將互不相容的高度分支含氟聚合物和線性聚乙烯乙二醇混合在一起，可產生一種具有微相分離結構的涂層材料，減少海洋生物如藤壺等的附著。PDMS-聚氨酯共聚物涂層體系在成膜過程中，也可微相分離形成一系列具有納米結構的表面，可有助于微生物的脫附[33]。中船重工七二五所利用化學自組裝的方法制備了具有仿海星表皮、貽貝殼體結構的微形貌材料（圖5）。室內防污評價結果顯示，通過控制微結構的形貌特征可以獲得防污性能優異的防污材料，相對于刻蝕、溶膠-凝膠等微結構的構建方法，化學自組裝方法具有控制簡單，易于進行大面積施工等優點。
 

圖4 氣相沉積制備的防污微結構

 

    需要指出的是：①由于不同的污損生物對選擇性拒絕的形貌特征尺寸也不盡相同[26]，所以有必要在形貌特征設計時考慮多級結構特征，這在TPW模型建立的過程中也得到了驗證；②微結構空隙中所封閉的氣體對于其防污具有重要的作用[29]， 但在長期海水浸泡過程中，氣體能否穩定存在目前還沒有定論；③微結構防污材料不可避免的要遭受少量污損生物的附著， 這可能影響其微觀形貌，最終導致防污失效。目前中船重工七二五所正在嘗試采用外場誘導組裝的技術手段構建表面可更新的微結構防污材料，并將結構特征和材料表面或者本體的物理化學特性相結合，構建多特性參數的防污微形貌材料，有望解決微結構材料防污性能的長效性問題。

 

    3.2 水凝膠仿生防污材料

 

    大型哺乳動物鯊魚等的表皮除存在微米級的表皮微細結構外，其表皮還能夠分泌出特殊的黏液，在其皮膚表面形成一種粘液層，該粘液層不利于海生物的附著生長。 聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等水凝膠材料與海洋動物表皮的粘液具有很大的相似性，非常適合用來模仿研究水凝膠仿生防污材料。如聚乙烯醇凝膠可以抑制藤壺幼蟲的附著[34]，聚乙二醇凝膠對藤壺幼蟲、石莼孢子、硅藻與海洋細菌具有較好的防污作用[35]。

 

    水凝膠仿生防污材料的制備方法主要有兩種：一是通過化學接枝等方法將凝膠分子固定在材料表面，利用對材料表面的修飾形成水凝膠；二是將凝膠聚合物添加到涂料樹脂中，通過凝膠聚合物的溶/滲出在材料表面形成水凝膠。

 

    目前，該技術在使用方面已經獲得了一定的突破。HEMPEL公司率先推出了基于水凝膠技術的有機硅防污涂料Hempasil X3，凝膠聚合物通過緩慢分離釋放，在涂層表面與海水作用形成凝膠，能夠大幅提高涂料抗水藻和粘泥污損的性能。中船重工七二五所通過對聚丙烯酰胺進行化學改性，并與有機硅樹脂相結合制備了聚丙烯酰胺功能性仿生防污材料[36-38]。該材料在海水的浸泡下，能夠在涂層表面形成聚丙烯酰胺微凝膠，隨著聚丙烯酰胺微凝膠在水環境介質作用下的不斷流失和材料內部聚丙烯酰胺的不斷遷移溶出，實現了對鯊魚表皮粘液分泌行為的模仿（圖6）。防污評價結果顯示，相對于低表面能有機硅材料，該材料對硅藻附著的抑制率提高了55%，貽貝足絲的附著數量減少了50%以上。

 

    盡管水凝膠防污材料的防污機理目前尚不明確，但相關的研究結果已經初步顯示，凝膠聚合物在疏水材料表面可以形成微凝膠[37]，親水的凝膠和疏水的本體可能形成親疏水交替分布的兩親性表面，這種兩親性材料表面不宜于污損海生物的附著[39]。國際涂料公司（IP）的Intersleek 900 涂料，是基于氟聚合物的防污材料，其重要特征之一就是在非極性表面引入極性基團形成兩親性表面（amphiphilic），使表面同時具有親水和疏水的性質，對于親水吸附或疏水吸附的海生物，均能夠減少生物吸附的化學作用力和靜電作用力，從而實現防污。2013年推出的Intersleek 1100SR 涂料在保留涂層疏水部分的同時調整涂層表面使之變得更加親水，提高了對生物膜（marine slime or biofilms）的防污性能。除此之外，材料表面水凝膠的溶解流失與再生可能會形成一個動態不穩定表面，這種不穩定表面也使得污損海生物難以附著。

 

    3.3 抗蛋白吸附防污材料

 

    污損海生物在材料表面的附著是以蛋白的吸附開始的，其首先分泌一種以蛋白和多糖為主要成分的黏液[40]，該黏液在材料表面上浸潤、分散并吸附，然后蛋白通過化學鍵合、靜電作用等方式進行固化粘附，最終形成附著。因此，針對污損海生物初始附著過程中的蛋白吸附問題，研究抗蛋白吸附防污材料對開發新型的海洋防污涂料具有重要意義。
 

圖6 聚丙烯酰胺功能性仿生防污材料示意圖

 

    目前，對材料表面進行抗蛋白修飾的方法有很多種，如改善表面的親水性能、使表面帶負電荷、表面接枝兩性離子聚合物、種植內皮細胞以及表面肝素化等。其中，乙二醇聚合物和雙離子性高分子是目前研究最廣泛的抗蛋白吸附材料。

 

    通常的修飾方法是在材料表面固定聚乙二醇，使其形成一層親水、無毒性的高分子層，當蛋白質接近PEG高分子層時，由于高分子鏈段受蛋白質分子擠壓， 會形成一個分子間排斥力，這個立體排斥力是PEG抗蛋白質吸附的關鍵。由于PEG 分子在結構上是屬于聚醚類，自身容易被氧化，同時在高于35℃時會失去抗蛋白吸附的效果，這限制了PEG的應用[40]。仿生物細胞膜結構的雙離子性高分子對蛋白質也具有優異的抗吸附能力[42-45]，如磷酸膽堿及其衍生物2-methacryloyloxyet hylphosphorylcholine （MPC），甜菜堿的衍生物sulfobetaine （SBMA）、carboxybetaine （CBMA）等。分子模擬的實驗結果顯示[46- 49]，緊靠自組裝膜形成的水化層是這類材料具有防污性能的關鍵因素， 該水化層是溶液中的粒子（包括蛋白質分子）與自組裝膜相接觸時所要克服的最主要的物理能障（圖7）。雙離子特性自組裝膜在氫鍵、靜電力的共同作用下， 可以形成空間籠狀水分子網結構對水分子具有更強的束縛作用并有效降低水分子的可運動性， 形成的穩定水化層使得自組裝膜具有更強的阻礙蛋白質吸附的能力[48]。由于甜菜堿類雙離子性分子具有極佳穩定性，且原料豐富、價格低廉，目前已成為抗蛋白吸附材料的研究新熱點。

 

    目前關于抗蛋白吸附材料的研究主要集中在生物醫學領域[50]，將其應用于海洋防污方面的報道較少，但2009年美國海軍研究室將雙離子性抗蛋白吸附材料和Sharklet AFTM并列為其在環保防污技術方面取得的兩項重大進展，顯示了巨大的防污潛力。中船重工七二五所通過接枝共聚法將聚兩性離子分子Poly（SBMA）接枝到聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面，制備了一種雙離子性分子修飾的抗蛋白吸附防污材料[51]，相對于聚二甲基硅氧烷，能夠減少70%的牛血清白蛋白吸附，減少典型污損海生物-硅藻的附著達75%，具有優異的防污效果；同時還發現，隨Poly（SBMA）鏈段長度的增加，其靜態防污性能和動態防污性能都隨之提高，有望以此為基礎發展新型的防污新材料。

 

    3.4 其他仿生防污材料

 

    以上概述了三種主要的仿生防污材料，當然還有大量關于利用其它途徑進行仿生防污材料設計的研究，如表面植絨防污材料[52]，兩親性防污材料[39]，超疏水防污表面材料[53]等等。盡管各種仿生防污手段各不相同，但通過仔細研究不難發現， 它們都有一些共同的特點，那就是通過材料表面的表面能[54-56]、彈性模量[57-60]、表面雙電性[42-45]等物理化學特性或結構特征[21-23]來防止污損海生物附著或使之易于脫除，由此演化發展了污損釋放型（fouling release）防污材料。

 

    第一代污損釋放型防污涂料-低表面能材料在一些高速船舶應用中取得了很大的成功，但低表面能表面并不是對所有的污損海洋生物都具有防除作用，某些污損海生物在低表面能表面上附著的更為牢固， 如硅藻、貽貝等[61-63]，這些海生物的牢固附著很容易導致防污涂料失效。目前，污損釋放防污材料已經不再將低表面能作為防污涂料設計的重點，如IP公司基于含氟兩親性高分子的Intersleek 900、Intersleek 1100SR涂料，JUTON基于“納米分子彈簧”的Sealion Repulse涂料，HEMPEL基于水凝膠技術的Hempasil X3涂料等等，這些新型防污涂料對船舶航速的要求已經大大降低，Intersleek 1100SR、Hem-pasil X3涂料適用船舶的最低航速為8節左右。中船重工七二五所在構建微結構、表面能、化學雙電性和彈性模量等多特性防污表面材料做了大量工作，目前已基本探清了不同特性參數對污損生物靜態附著和動態脫附的影響規律，研究了不同特性參數之間的協同防污作用，初步形成了耦合仿生防污材料的設計方法，研制了具有良好防污性能的耦合仿生防污材料。

 

    4 仿生防污材料的防污性能評價

 

    防污性能評價是防污材料開發、應用過程中極為關鍵的部分。含防污劑的防污涂料是通過控制防污劑的有效持續釋放， 以達到殺死或驅避污損海生物的目的， 由此已經發展了相對成熟的評價方法， 如防污劑滲出率測試（GB/T 6824，GB/T 6825，ASTM D6903，ASTM-D6442，ISO 15181）等。

 

    對于不含防污劑防污材料，防污性能評價主要以浮筏掛板試驗為主，包括靜態方法（GB/T 5370，ASTM D3623）、動態方法（GB/T 7789，ASTM D4939）以及附著力測試（ASTM D5618）等方法。前面兩種方法對于所有的防污材料均適用，而附著力測試的方法則專門針對不含防污劑防污材料。以上這些評價方法是在實海條件下進行的，其結果相對真實可靠，但試驗周期長且耗費較高，不利于新型防污材料的開發和配方篩選，需要更加簡便、快速的實驗室評價方法。

 

    相對于防污劑型防污材料較成熟的實驗室加速評價標準試驗方法，不含防污劑防污材料的實驗室防污能力評價手段還處于發展階段。概括來說，主要有如下評價手段：①微型污損海生物的實驗室附著試驗，主要有海洋細菌[64]、硅藻[65]、石莼孢子[65]以及藤壺幼蟲[66]等。②大型污損海生物的實驗室附著試驗，主要有藤壺[67-68]、貝類[62]以及無脊椎動物等。這些實驗室評價方法的優點是時間短、費用低，實驗條件容易控制，實驗結果重現性好。缺點是：僅僅表征防污材料對特定的污損海生物的防污性能，還不能對其綜合防污能力進行評價；欠缺實驗室與自然環境條件下防污數據相關性規律的研究，致使其測定結果可靠性較低。中船重工七二五所利用典型污損海生物硅藻、石莼孢子等建立了不含防污劑材料防污性能的室內快速測試方法，室內測試結果與浮筏掛板數據具有很好的相關性[69]，有望以此發展成為生物防污材料室內快速篩選的有力手段。

 

    5 未來的發展趨勢分析

 

    隨著生物學和仿生學研究的不斷深入，人們發現，生物適用環境所呈現的各種功能，不僅僅是單一因素的作用，而是相互依存、相互影響的多個因素通過適當的機制耦合、協同作用的結果。例如， 荷葉、葦葉等植物的葉片和蝴蝶等昆蟲翅膀的自潔防粘特性，是由它們表面非光滑微納米結構和低表面能材料等幾個因素耦合實現的；鯊魚表皮的防污功能是由其微觀形貌和親水性黏液等因素耦合實現的。生物界這種已達到優化水平的“耦合”機制為仿生學帶來了新的研究理念和思維， 有望解決傳統單元仿生難以有效解決的問題。仿生防污技術已經顯示了其優異的防污性能和良好發展前景，但是由于海洋環境的復雜性，污損海生物種類的多樣性， 因此依靠單一的仿生特性來解決防污問題是非常困難的，結合“耦合仿生”的思維設計具有多種特性的仿生防污材料更有利于防污問題的解決。

 

    盡管在近期主要依靠防污劑對生物附著進行抑制的狀況不會發生根本性的改變，但是不存在防污劑釋放和材料消耗問題的仿生防污技術正逐步成為未來發展的重點，也是滿足長效環保發展要求的最理想的防污技術之一。

 

    參考文獻略。