הסביבה הימית מייצגת את אחת המערכות האקולוגיות האגרסיביות ביותר על פני כדור הארץ, הטלת לחץ חסר רחמים על כל חומר תת-מעורר. Seawater teems עם קונסורציום מגוון של ⁇ s - חיידקים, פטריות, אצות, ופרוטוזוה - אשר יוזם שני חומרים הרסניים - תוך פיזור ומיקרובינציה יעילה יותר (MIC) להפחתה כלכלית לכדי ירידה משמעותית של חומרים סביבתיים, תוך כדי ירידה של צריכת דלק מזיקה.

האיום הכפול של Biofouling ומיקרוביאל קורוזיה

ביופולינג הוא תהליך של הישרדות בתוך דקות של ⁇ , סרט מיזוג של חומר אורגני ממעיל את פני השטח, המספק שכבת מזון עשירה עבור חיידקים חלוצים ודיאטומים. אלה מוקדם מפרש חומרים פולימריים מוקדם (EPS) כי תאי מלט סולפטים לתוך פני השטח ויזום היווצרות biofilms.

אמצעי נגד מסורתיים התבססו רבות על ביוצידות רחבות-ספקטרום, בעיקר טריאבליטין (TBT), אשר נאסר על ידי ארגון הים הבינלאומי (IMO) בשנת 2008 בשל רעילות חמורה.צבעים המבוססים על קופר היו חלופות, אך מצטבר נחושת במנגנוני משקעים וברשתות מזון ימיים, אשר הובילו תקנות מחמירות יותר ויותר.

עקרונות עיצוב חומרים אנטימיקרוביאליים

חומרים אנטימיקרוביאליים ימיים יעילים חייבים לטפל בשני שלבים של עבירה: מניעת דבקות ראשונית (מעודד) והרג אורגניזמים כי הם מייחסים (אנטימיקרוביאל) אסטרטגיות עיצוב מודרני ליפול לארבעה קטגוריות רחבות: ציפויים ביוקליים מבוקרים, משטחים ננו-חומריים, פסגות ביו-inspired, ופולימרים מורכבים ביולוגית.

ביקורת: Biocidal Coatings

(הופנה מהדף ⁇ ) ציפוי (SPC) הם תקן התעשייה, שחרור נחושת או אבץ pyrithione בשיעורים מבוקרים, עם זאת, חששות על ההתמדה של מתכת ו רעילות אלגאלים הביאו לחדשנות לעבר מינים ביולוגיים אורגניים וטבעיים.

טכנולוגיית מיקרו-capsulation מאפשרת שליטה מדויקת על הזריקה לשחרור, להבטיח ריכוזים ביו-קלידיים על פני השטח הציפוי ללא עומס יתר של קפסולות. קפסולות ניתן לתכנן כדי לפרוץ בתגובה לשינויים ב- pH הנגרמים על ידי חילוף החומרים המיקרוביאליים או השפלה אנזומטית של הקליפה על ידי exudates פטרייתיים, מתן על משלוח לפי דרישה.

משטחים ננו-חומריים

ננוטכנולוגיה מציעה שליטה חסרת תקדים על פני כימיה וטופוגרפיה. חלקיקים של Silver (AgNPs) משבשים חלקיקים מיקרוביאליים (Sambranes), להפריע לשכפול DNA, ומייצרים מינים חמצן תגובתיים (ROS) המוטבעים ב-Silated-Garyla-phicern) או titania matrices, AgNPs מספקים פעילות מתמשכת עם חלקיקים מינימליים (C) המבוססים על ידי CMIFic-OPTN) אשר מ-Fic CODICDICD (C) אשר מדווחים על ידי מנגנונים מופחתים (CDC) ו-CDC) במיוחד על ידי מנגנונים אופטיים על ידי DANGDVic DLCDVicial DANGDICDICDICDERCDNS DICODICDICDICDICDICDIVE DANGE) ו-CDICDICDICDICD (DICD (DICDICD) הם מדדים (DNS DANGOCT) אשר כוללים מנגנונים מופחתים (DICDN) אשר דווח על ידי מנגנונים מופחתים על ידי מנגנונים מופחתים על ידי DANGICDNS DANGO

עם זאת, שילוב חלקיקים חייב לקחת בחשבון יציבות ארוכת טווח. Agglomeration ו- leaching בתנאים סוערים נשאר חששות. Encapsulation בתוך מאפים פולימרים עמידים ודימום פני השטח של חלקיקים ל-Folialbackbo יכול להקטין את הבעיות האלה.

חומרים ביו-גנטיים וביו-מגנטיים

הטבע מספק פתרונות אלגנטיים לשיבושים.מבנה המיקרו של עור הכריש יוצר מערבים המונעים התנחלויות spore.מחיש את זה בסרטים מבוססי סיליקון מפחית באופן משמעותי את הדבקות של barnacles ו spores פטרייתיים. Superhydrophobic מעכבת משטחים עמידים על ידי צינורות אוויריים, אשר מצמצם את אזור מגע עבור החזקות, עם זאת, שכבות אוויריות טראנס הן חיוניות תחת לחץ, כך מערכות היברידיות עם צינורות חמצן כימיות עם מחסנים חזקים יותר.

ביו-אקטיבי פולימר Composites

קוהנדסה אנטימיקרוביאלית של עצמות פולימר יוצר משטחים שאינם מובילים, יצירת מגע-מגע (תרכובות אמוניום Quaternary) (QACs) ספוגות לרשתות פוליפוליניות לשמור על פעילות מיקרוביאלית רלוונטית במשך שנים, שכן ההאשמות החיוביות משבשות מיקרובינציה טמנטלית באופן שלילי, כמו פולימרים פולימרים פוליפטיים (במיוחד נגד היווצרות מיקרו-דלקתיים) של חלבון יעיל נגד תאים מכניים (relimate Rebriated) נגד תרכובות (afiline)

מכניזם של פעולה נגד פטריגיית הנחתים ו Bacteria

הבנה מוקדמת של מנגנונים אנטימיקרוביאליים חיונית לתכנון רציונלי.חומרים אנטימיקרוביאליים של הנחתים פועלים בדרך כלל באמצעות אחד או יותר מהנתיבים הבאים:

  • (FLT:0)mbrane Disruption: FIRLT:1 , פולימרים Cationic, פפטידים, וננו-חלקיקים אינטראקציה אלקטרוסטטית עם קרום מיקרוביאלי טעון שלילי, גרימת היווצרות pore, דליפה, ו lysis. פטריות membranes, המכיל ergosterol, רגישים במיוחד לפולימוס פונקציונלי כי להפריע סינתזה פולימרומית עם biosterol.
  • (FLT:0) אוקסדיל מתח: 1FLT 1 Photoactive TiO2 ו ZnO nanoparticles לייצר רדיקלים hydroxyl על גבי ה-UV Exציטוט, חמצון לימפואידים, חלבונים ו- DNA. Metal ions (Cu2+, Ag+) תגובות דמויי פלאקסל שיוצרות את ROS.
  • (FLT:0) אנצימטי Degradation: FLT:1 lysozyme cleaves peptidoglycan ב קירות תאים חיידקיים, בעוד שיטינה משחתתת קירות תאים פטרייתיים המורכבים של Chitin. Acylase אנזימים דביקים אותות quorum-sensing, מניעת הזדומיות ביולוגית וצמצום של virulence.
  • (FLT:0Surface Energy Modification:FLT:1) ציפויי אנרגיה אולטרהלו (למשל, פלואופולמרים, PDMS) ממזערים את העבודה התרמודינמית של דבקות, מה שהופך אותו ללא יכולת אנרגטית עבור דבקים לעגן. גישה זו "מגבילה" מסתמכת על הידרודינאמיים כדי להסיר את הביופילמות חלשות.
  • (FLT:0) מיטל איון אינטרference: FLT:1 פיסות כסף ונחושת נקשרות לקבוצות thiol באנזימים נשימתיים וחלבוני תחבורה, מתקפלים בכוח המניע פרוטון ועצירת הסינתזה ATP.הם גם בין DNA, מניעת שכפול.gi הם פגיעים במיוחד בשל ההסתמכות שלהם על צמיחה fmentous, הדורשת שרשרת נשימתית נשימה פונקציונלית.

פטריות מציג אתגרים ייחודיים בשל הצמיחה המפוחדת שלהם ויכולת לציפוי מחסום מכניים. חומרים אנטי-פטריאליים יעילים חייבים לשלב תכונות על פני השטח-אקטיביות עם סוכנים מעכבים את הסיומת ההפילוסופית שלהם.אזole-או פולימרים מתופקדים פולימרים פולימרים מפוכחים יכול לשבש את הביוסינתזה של ergosterol, בהתאמה, המציעה פעולה ממוקדת.

בדיקות ותקנות ביצועים

אימות יעילות דורש בדיקות קפדניות, סטנדרטיות המדהימות תנאים בעולם האמיתי.מונוחיות מעבדה אינן מספיקות; חומרים חייבים להיות מאתגרים עם ביו-סרטים בספקטרום מעורב תחת משטרי זרימה דינמיים.

  • (FLT:0) ,Dynamic Flow Cell Assays:cioFLT:1) גידול ביופיל תחת לחץ כבד נשלט על ידי מים טבעיים Inoculum. ASTM E2196-12 מתאר שיטה להערכת היווצרות ביופיל בכור דיסק רוטט.
  • (FLT:0)משפטי Immersion:ראה LT:1 פאנלים שהושעה במעמקים שונים (splash, tidal, submerged במלואו) במשך 12 חודשים לפחות, לאחר ASTM D6990-05 (פרקטיקה של חיזוי ביו-fouling Resistance of Antifouling Coatings) ו- ISO110s הם מעת לעת וציינוקו עבור מינים, ציפויים, , , , איכויות .
  • (FLT:0) Metagenomic Analysis: FLT:1, באמצעות חישוב גבוה של 16S rRNA ו ITS2 אזורים מגלה שינויים באוכלוסיות מיקרוביאליות, להבטיח שהחומר אינו בוחר עבור זנים פתוגניים או עמידים.
  • (ב) [ה]הסברים ל"התערות": [ה]" (ראה:2], [ה]], או "התחנה" (ב"ה) או "התחנה" ( ⁇ ) של ה- ISO 20061, מעריך את ההשפעה הסביבתית של חומרים משוחררים.
  • (FLT:0) Accelerated Weathering:FLT:1 משולב UV, תרסיס מלח ורכיבה תרמית לאחר ASTM G154 או ISO 4892 מדמה שנים של חשיפה בשבועות, הקרנה של פורמולציות עם עמידות לקויה.

ה-FLT:0 AMPP (קישור להגנה על חומרים וביצועים)FLT) מספק הנחיות להערכת הציפוי המפחיתים את MIC, כולל תרומות פטרייות.מבחנים אלה הם קריטיים להעברת חומרים מעבדה לפתרונות שהתקבלו מסחרית.

יישומים אמיתיים ברחבי מגזרי הנחתים

משלוח ו- Vessel Hulls

אפילו ביופיל דק מגביר את הדחף עד 40%, הטלת עונש דלק משמעותי. ציפויים SPC הנוכחי עם pyrithione נחושת הם סטנדרטיים, אבל מערכות הדור הבא משלבות הידרוגלים סיליקון מחוספס עם חומרים אנטימיקרוביאליים משובצים. כמה ספינות מיכליות הם ניסוי ציפויים היברידיים של גרפן, דיווח 68% דלק על פני חסכון ייבוש עודף תחזוקה מופחתת ולהפחית את מרווחי תחזוקה מופחתת.

Offshore Energy Structures

Wind Reefpiles ו- שמן פלטפורמה רגליים סובלים מואצת מים נמוך קורוזיה (ALWC) המונע על ידי קונסורציה מיקרוביאלית. Antimicrobial בטון שילוב של ניטרי כסף או גל נחושת להפחית את הקידוד פטריות על פני משטחים קונקרטיים תוך שמירה על יעילות ייצור חומצה-מייצרת SRB. Cathodic הוא לעתים קרובות נפגע על ידי biofilms כי משטחים; ציפויים אנטיביאלי אשר משבשים את היעילות הנוכחית של צריכת אנרגיה, ומפחית את יעילות הנוכחית של צריכת אנרגיה.

חיישן הנחתים וההתמדה

חיישני האוקיינוסים פרוסים במשך חודשים סובלים מביופולינג מעוות קריאה.ציפוי אנטימיקרוביאלי של Transud מבוסס על פולימרים פולימרים zwitterionic או TiO2 סרטים דק לשמור חלונות אופטיים ברורים ללא שידור אור.עבור טרנסג'נדרים אקוסטיים, סרטים דקים של חלקיקים נחושת הוכיחו יעילות ללא כוח אותות מוגבר, המאפשר ניטור לטווח ארוך אוטונומי.

Aquaculture Nets ו- Cages

רשתות חוות דגים מוצפות במהירות על ידי אצות, חיידקים, פטריות, צמצום זרימת המים ורמות חמצן. סגסוגת קופר הם כבדים ויקרים; רשתות ניילון חלופיות מכוסות עם פולימרים שיטינה-immobilized או תמצית צמחיים אנטימיקרוביאליים מציעים אפשרויות קלות יותר, ידידותיות לסביבה.

תשתיות הנמל והנמל

פלדה גיליון piling, קירות מרובע, ומערכות עץ פנדר כל ליהנות טיפולים אנטימיקרוביאליים עמידים.עבור פלדה, ראשיים עשירים אבץ השתנו עם nano-copper לספק הגנה הקרבית תוך מעכב פעילות מיקרוביאלית.עבור טיפולים קונקרטיים, גבישיים בלתי נפרד עמידים מים תוספת עם zeolites כסף למנוע חדירה כי מוביל לספיגה באקלים שקוף (מצטבר) מטופלים עם רמות נחושת מכוערים קודמות עם צינורות נחושת.

אתגרים ומחסומים

למרות התקדמות משמעותית, כמה מחסומים מעכבים אימוץ נרחב:0.10.000 לטווח ארוך עמידות ל-IIFIRLT 1 הוא הדאגה העיקרית.ציפוי ננוקום רבים מראים ביצועים ראשוניים מצוינים, אך מאבדים את היעילות כ- nanoparticles agglomerate או להיקבר תחת סרט מיזוג.סביבה ימית דינמי - מחזורי גירוי רטובים, קרינה UV, שחיקה על ידי משקעים, טמפרטורה ושינויים מיקרו-מדומים, אינם יכולים לשמור על חומרים עמוקים יותר ממעבדים.

(FLT:0) בחינה של בדיקה רגולטורית ובדיקה רגולטורית של LT:1 ממשיכה להדק.אפילו חומרים אנטימיקרוביאליים מטבעם חייבים לעבור הערכות סיכון ממצה כדי להוכיח שהם לא משחררים חומרים מתמשכים, ביו-אקומניים ו רעילים (PBT) הסוכנות האירופית לכימיה (ECHA) מגבילה יותר ויותר שימוש נחושת וכסף במערכות פתוחות, דוחפת את השדה לכיוון לחלוטין חומרים לא-מורדים או מחוסנים במהירות לנהגים זה.

(FLT:0) Cost ו-CcaldabilityFLT:1 הם מכשולים מעשיים. Synthesis של מיקרו מבנים ביו-mimetic באמצעות photolithography או פיזור פלזמה נשאר יקר באופן בלתי חוקי עבור קילומטרים רבועים של הספינה. Roll-to-roll nanoimprint Lithography ו- sol-Greating תהליכים מתפתלים אלה, אך העלות של דיוק גבוה חלקיקים דורש תוספת של צריכת דלק גבוהה ודלק.

(ב) [ה]התמדה:0] מ"ההתנגדות הרצינית" (הראשונה ל"התחילה" (ה) היא דאגה מתפתחת.שימוש בכסף במוצרי הצריכה הובילה לזיהוי של חיידקים עמידים בכספים, הנושאים את ה-FLT:2silFLT 3: 3; בעוד שפטריות ימיות פחות נחקרות, חשיפה מתמדת לאנטי-פטרוזבתים יכולה לבחור זנים סובלניים.

חידושים עתידיים ודרכים מחקר

העשור הבא יראה התכנסות של חומרים חכמים, ביולוגיה סינתטית, ועיצוב מונע נתונים.

  • (FLT:0) Responsive and self-healingציפויות:FLT:1 פולימרים כי pH טיפות או פעילות אנזומטית ממטבוליזם מיקרוביאלי ושחרור נוגדנים רק על הביקוש. מיקרו-קפטיקולס המכילים סוכני ריפוי וביוצידס יכול לקרוע כאשר ביו-סרטים חודרים את פני השטח, בו זמנית לתקן את הציפוי וחיסול האיום.
  • (FLT:0Engineered Living Materials:FLT:1) שילוב חיידקים ימיים שאינם פתוגניים לתוך הציפוי כי מזהמים מזיקים או לייצר באופן רציף peptides אנטימיקרוביאלי. פרוביוטיקה כזאת תישאר רדום עד אות מפרך מזוהה, המציע הגנה דינמית, רגולציה עצמית.
  • (FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית והקרנה מהירה של ציוד:BuildFLT:1) מודלים למידת מכונות להאיץ את התגלית של תרכובות אנטי-פטרייה חדשניות ונוסחאות ציפוי אופטימליות.TheFLT:2Materials ProjectFLT 3: 3, מסד נתונים מאפשר סימולציה מהירה של אינטראקציות ננו-חומריות עם משטחים מיקרוביאליים, המנחה מאמצים ניסיוניים.
  • (FLT:0) ניהול ביופילים מיודעי: ⁇ 1 , Metaproteomics ו metabolomics חושפים מסלולים אנזומטיים מרכזיים שניתן להתמקד בהם.לדוגמה, משבש סינטיטאז בפטריות או מעכבים את הייצור של חלבונים דביקים דמויי-חול יכול להפוך אורגניזמים לא מסוגלים להישאר מחוברים אפילו אם הם שרדו.
  • (FLT:0) חומרים כלכלה מעגלית: FLT:1Building Antimicrobial פולימרים שניתן למחזר או לטבול לחלוטין בסוף החיים מבלי להשאיר שאריות מיקרופלסטיות הוא חיוני. חומצה פולילאקטית (PLA) תערובת עם סיבים לימוזינה אנטימיקרוביאלית משפכים מפסולת מפסולת מפרי הים, הופכת לבעיה פולשנית למשאב.

שיתוף פעולה בנוף ובתעשייה

אימוץ מחייב היערכות בין האקדמיה, התעשייה והרגולטורים.מחקר קדם-נורמטיבי נדרש כדי לקבוע פרוטוקולים סטנדרטיים של בדיקות סטנדרטיים התואמים עם ביצועי שדה, במיוחד עבור ביופילים גלקטיים מעורבים.ה- Biofouling של IMO הם בהכרח מתפתחים כדי לזהות ציפויים מתקדמים, אבל קריטריונים ברורים של ביצועים עדיין חסרים.

מסקנה

חומרים ימיים עם תכונות אנטי-פטריות ואנטימיקרוביאליות עוברים מנושאים מחקרי נישה לצרכים תפעוליים.שילוב של ננו-חומרים, כימאים בהשראת ביולוגית, ופולימרים מגיבים יוצרים משטחים שמתנגדים באופן פעיל למיקרוביאלי ללא הדלפק הסביבתי ההיסטורי, אוניות, חיישנים, פלטפורמות offshore, תשתיות נמל בנויות עם חומרים מתקדמים אלה יפעלו ביעילות רבה יותר, דורשים תחזוקה, ושותף עם אחריות סביבתית גבוהה יותר, בעוד שהולכת וגוברת בתחום המשתנים, תוך כדי לחץ אווירי אווירי אווירי אווירי אווירי אווירי אווירי אווירי, הן בתחום אבטחתיים, הן יכולות סביבתית, הן בתחום אבטחתיים, הן בתחום אבטחתיים, הן בתחום אבטחתיים, הן בתחום אבטחתיים, הן יכולות סביבתית, והן יציבות אזוריות אזוריות אזוריות, הן יכולות להיות יציבות אזוריות, והן של חומרים מתקדמים, תוך כדי לחץ אוויריות ימיות, תוך כדי לחץ אוויריות, והן יציבות אזוריות, תוך כדי לחץ אוויריות, תוך כדי שמירה על בסיס אזורית, תוך כדי שמירה על בסיס אזורי בטיחות ימית, תוך כדי לחץ אוויריות, תוך כדי לחץ אוויריות, כמו גם של חומרים מתקדמים, תוך כדי לחץ אוויריות, לחץ אוויריות, לחץ אוויריות, וכן