CNTs/PDMS复合涂层对污损早期微生物群落影响研究

摘要

随着人类对海洋资源开发和利用的日益深入，海洋生物污损所带来的危害已经引起了世界各国的高度重视和广泛关注。低表面能防污涂料已成为当前海洋涂料工业新的研究热点，而聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）则是目前最具吸引力的船用高分子有机硅聚合物之一。
　　本研究通过向PDMS基质中添加不同CNTs（0.1wt％），制备出系列CNTs/PDMS复合涂层。通过对CNTs/PDMS复合涂层表面结构与防污性能之间可能的构效关系进行研究，并结合海洋实地测试，筛选并确定了具有防污特性的CNTs/PDMS复合涂层。应用单链构象多态性（Single-stranded conformation polymorphism,SSCP）技术，初步研究了系列CNTs/PDMS复合涂层与污损早期微生物膜群落的相互作用关系及其对早期微生物膜群落结构与分布特征、多样性及丰富度、优势菌群的演替过程的影响。初步从微生物群落生态学角度初步探讨了CNTs/PDMS复合涂层抑制早期生物污损的可能的分子机制。
　　通过海洋实地测试初步从118种CNTs/PDMS复合涂层中筛选出7种具有防污性能的CNTs/PDMS复合涂层（D12、D19、D33、D37、D38、D40和D41），其中D19（PM）和D33（PC）复合涂层的防污效果明显，重复性好，稳定性高，其有效防污期长达14周。多维尺度分析(Multidimensional scaling,MDS)结果表明，CNTs的管壁层数、长度、化学修饰等对于PDMS基质的防污性能具有重要影响。CNTs的种类和理化性质在很大程度上决定了CNTs/PDMS复合涂层防污性能的优劣，但并不是所有的CNTs均能够增强PDMS基质的防污性能。此外，SEM和AFM分析结果表明，CNTs在PDMS基质中的局部团聚现象不影响PDMS基质的防污性能。
　　18种CNTs/PDMS复合涂层（PCs）表面均对污损早期真核微生物群落具有明显的调制作用，能够显著降低污损早期真核生物群落的多样性和丰富度，有效抑制早期真核微生物的粘附与生长。而早期真核微生物群落多样性水平的降低有助于减弱后期大型污损生物幼虫的定向附着。其中6种羧基修饰MWNTs/PDMS复合涂层（CPs,C1-C6）能够同时抑制污损早期微生物的粘附与生长，可有效抑制早期生物污损。MDS聚类分析结果表明，PCs的种类对于污损早期微生物群落聚类模式具有重要影响，但不同PCs表面污损早期微生物群落的聚类特征与其防污性能无明显相关性。
　　利用SSCP技术和nMDS聚类分析法对P0、PM（D19）和PC（D33）表面污损早期微生物群落的分布特征进行了研究，结果表明，P0表面早期原核及真核微生物群落分布相对均匀，优势菌群不明显，群落演替的速率相对较慢，群落稳定性相对较高，抵抗外界环境干扰能力较强，群落发生大规模演替过程的机率小；相比之下，PM和PC表面污损早期原核及真核微生物群落分布相对集中，优势菌群明显，群落演替的速率相对较快，群落稳定性相对较低，抵抗外界环境干扰能力较弱，群落发生大规模演替过程的机率大。
　　上述结果表明，PM和PC表面抑制早期污损的机制主要是通过调制污损早期真核微生物群落结构来实现的。PM和PC表面均能够显著降低污损早期真核微生物群落结构的多样性水平，能够抑制早期微生物膜的形成和成熟过程，从而有效抑制污损早期真核微生物的粘附与生长。此外，PM和PC表面能够显著降低早期微生物群落分布的均匀性和稳定性，加速污损早期微生物群落的演替过程，使早期微生物膜群落中优势菌群更加明显，使早期微生物膜的更新速率进一步加快，从而有效抑制污损早期微生物膜的粘附与生长。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的与意义

1.2 海洋生物污损研究现状

1.3 环境友好型海洋防污涂料研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验材料和研究方法

2.1 实验药品和实验仪器

2.2 海洋实地实验

2.3 早期微生物群落SSCP分析

2.4 CNTs/PDMS复合涂层的基本性能测试

第3章 CNTs/PDMS复合涂层的防污性能研究

3.1 引言

3.2 PDMS涂层的海洋实地测试结果

3.3 CNTs/PDMS复合涂层海洋实地测试结果

3.4 CNTs/PDMS复合涂层的基本性能测试结果

3.5 CNTs对 PDMS基质防污性能的影响

3.6 本章小结

第4章 CNTs/PDMS涂层对污损早期微生物群落结构的影响

4.1引言

4.2早期微生物群落SSCP检测技术的建立

4.3 CNTs/PDMS涂层对早期微生物群落结构影响

4.4 本章小结

第5章 CNTs/PDMS复合涂层抑制早期污损机制初步研究

5.1 引言

5.2早期微生物群落结构SSCP分析

5.3 早期微生物群落分子生态学参数

5.4 PDMS复合涂层对污损早期微生物群落的影响

5.5污损早期微生物群落nMDS聚类分析

5.6 CNTs/PDMS涂层抑制早期污损机制初步探究

5.7 本章小结

结论

创新点

展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

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