生物膜的新研究：与自然对抗自然
在金属表面上包裹生物污损生物。图片来源：Maria Salta
塑料表面上的生物污染生物（贻贝，藻类和苔藓虫）。图片来源：Maria Salta塑料表面的生物污染生物（贻贝，藻类和苔藓虫）。图片来源：Maria Salta塑料表面的生物污染生物（贻贝，藻类和苔藓虫）。图片来源：Maria Salta塑料表面的生物污染生物（贻贝，藻类和苔藓虫）。图片来源：Maria Salta
塑料表面上的生物污染生物（贻贝，藻类和苔藓虫）。图片来源：Maria Salta
在蓝色和绿色的闪闪发光的拼凑下面隐藏着一个独特的动物社区，多样化的景观和多变的条件的错综复杂的世界。海洋也是地球上最特别和最迷人的生态系统之一 - 这个地方可以同时容纳问题的根源和解决方案。在海事领域，仅美国海军每年估计就有5600万美元与生物污染有关。
防污涂料每年有可能减少数百万吨的温室气体排放，但该行业尚未找到一种既环保又有效的方法。英国朴茨茅斯大学的环境微生物学家Maria Salta博士正在探索大自然的自我清洁能力是如何保留我们保持移动和静态结构免费的秘密。如果成功，她不仅将为航运业节省数百万美元，还有助于保护地球免受进一步接触有毒物质的影响，而海洋社区仍然受到当今影响。
防污涂料每年减少3.84亿吨二氧化碳和360万吨二氧化硫。国际海事组织估计，如果不采取纠正措施并引入新的防污技术，到2020年温室气体排放量可能会增加38％至72％左右。
三十多年来，三丁基锡（TBT）是防污涂料中的活性剂，广泛用于海事领域。直到20世纪80年代才意识到它是有意引入海洋环境的最有害物质之一。 TBT对更广泛的海洋环境中的非目标动物造成严重损害，例如贝类和软体动物群落的畸形，藻类生长减少和幼鱼的毒性作用。
Maria Salta博士是海洋生物膜领域的专家，对环保型防污涂料具有特殊的研究兴趣。 “直到2003年，海运业才使用TBT，这是成功的，但是毒性非常大。它是针对非目标动物，并伴随着许多其他副作用，它正在改变他们的性别。自从60年代中期首次在工业中使用以来，TBT中的毒素一直在水和沉积物中积累。它花了30多年才完全禁止它 - 但到那时它已经造成了很多不可逆转的损害。“
萨尔塔的研究探索了模仿自然系统以阻止船体海洋生长的解决方案。科学家们已经用微观的细节研究了什么使鲸鱼，鲨鱼和其他一些海洋生物的皮肤能够阻止藤壶，贻贝和藻类附着在人造结构上长时间留在海中。虽然第一层定植（生物膜）非常重要，但在研究中往往被忽略。
萨尔塔解释说，“生物膜（又称粘液）是第一层主要由硅藻和细菌组成的定植。许多人认为这层是第一个在表面上形成的层，但也可以作为最终牢固附着的较大生物（如孢子和幼虫）的食物来源。单独的生物膜可以导致高达18％的燃料损失，厚度小于1毫米。因此，它不仅是一种食物来源，而且还会产生巨大的问题，包括影响船舶流体动力学的表面粗糙度，海洋管道的点蚀和生物腐蚀，水产养殖等 - 而不仅仅是船舶。
生物污染会影响水生环境中的所有人造物体。对于萨尔塔来说，找到解决方案意味着她必须首先找到去除生物膜的方法。 “这很有趣，因为它是一个充满活力的微观社区，拥有众多不同的生物。事实上，对于藻类和藤壶 - 这是运输方面的主要问题 - 海运业确实有一些方法来应对这个问题。他们使用有机硅涂料非常像我们的煎锅上的不粘表面。有机体附着，但当船开始移动时，它们脱落。这是一个很好的策略，但在高速下工作效果更好，而根本没有对静态物体有效。最重要的是，生物膜仍在那里造成破坏。“
通过她的研究，Salta现在开发了一系列创新技术来测试模拟自然条件的实验室中的各种防污涂料，材料和污垢行为。 “这些技术在很长一段时间内都存在差距，在很多方面，人们仍然在使用基本方法。例如，在测试防污材料时，科学家经常在静态环境中进行测试 - 尽管提供了信息，但它并没有” t代表真实环境，因为生物膜总是暴露在流动中。即使船只没有移动也有潮汐，所以它们永远不会真正“静止”。我开发了一种结合了流体动力学的新方法，因此我可以看到生物膜处于流动状态时会发生什么，这将更能代表自然环境。我还开发了高通量方法，评估生物膜如何直接在实验和商业涂层上形成。萨尔塔说。
“我们现在也知道生物膜更喜欢附着在某些表面上而不是其它表面。问题是细菌经常适应 - 如果你改变表面特性，细菌可能会自我修改以克服障碍。我们不知道如何或微生物为什么以及在多大程度上根据表面进行适应，因此作为我研究的一部分，我们正在研究物种 - 物质关联。最近出现了新的结果，它们看起来令人兴奋。但在我们能够防止生物污染之前，我们首先需要了解生物膜 - 为什么这些微生物附着在它们所附着的位置以及如何附着？然后我们将找到与该研究平行的解决方案。“
Salta的工作涵盖了多种角度，包括仿生学和新一代测序“当肌肉很年轻时，蛋白质可以帮助它们保持无污染。但解决方案并不简单，因为化学和生物学都参与其中。例如，海藻它不是完全无污染的，它上面也含有细菌。那么，细菌是否起到了保持海藻不受其他生物污染生物影响的作用？有时候这种情况已经证明是这样的。
大型海洋动物也因其相对无犯规的存在而受到关注。新技术从海洋生物（如鲨鱼）的表面形状和图案中汲取灵感。例如，鲨鱼的表面在流体动力学上起作用，“鳞片”有助于产生小漩涡，理论上这些漩涡可以阻止细菌附着，定殖和形成生物膜。萨尔塔解释说，这些类型的技术取得了一些成功;然而，它们通常是短暂的，因为生物膜最终可以在表面上形成一层。
