抗污損涂料及用其防止海洋污損生物污損水下物體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及抗污損涂料及用其防止海洋污損生物污損水下物體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋生物污損（Marinebi化uling)是指海洋動物、植物和微生物附著積聚在被海 水浸泡的基質(zhì)表面，造成生物腐蝕，從而給人類生產(chǎn)活動及海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響的 現(xiàn)象。海洋污損生物（例如藤壺，苔薛蟲和貽貝等）附著和堆積在水下結(jié)構(gòu)上已成為人們開 發(fā)利用海洋資源所面臨的全球性問題，對海事工業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)和動力裝置的冷卻系統(tǒng)造 成了巨大的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)（參見文獻"CallowandCallow, 2002";"Qianetal. 2007"; "Sieversetal.2013")。例如，大量附著在船體上的污損生物會嚴重影響船舶機動性，降 低航行速度，從而嚴重增大船舶燃料消耗量（Yebraetal.，2004)。據(jù)估計，每年因污損生 物所造成的經(jīng)濟成本高達65億美元度ha化巧andWri曲t，2004)。附著在船舶上的污損生 物在對海洋作業(yè)帶來巨大物質(zhì)和經(jīng)濟損失的同時，也造成了外來物種入侵等一系列海洋生 態(tài)環(huán)境問題值avidsonetal. 2009)。
[0003] 在過去，主要基于有毒的重金屬抗微生物劑（如銅、鉛、神和儒等）的船用防污漆 是人們廣泛使用的抗生物污損方法。有機錫化合物，如Ξ下基錫（tributyitin，TBT)在過 去的幾十年一直被視為最有效的防污劑。不幸的是，該類有機錫防污劑對非祀向海洋生物 危害極大，甚至在納克級對非祀向海洋生物具有致崎致死毒性（Alzieu，2000)。國際海事 組織（IM0)和海洋環(huán)境保護委員會（MEPC)于2008年9月17日起在全球范圍內(nèi)全面禁止 對船舶使用含有機錫的涂料（lowCallowandCallow, 2011;Lietal., 2013)。更為嚴重 的是，目前市場上廣泛使用的有機錫防污漆替代品，如Irgarol1051、敵草隆、化晚硫銅鋒、 百菌清（chlorothalonil)和Sea-Nine211?均已被證實對海洋生態(tài)環(huán)境具有一定的危害 度ellas，2006;ThomasandBrooks, 2010)。因此，我們亟需開發(fā)低毒、高效、環(huán)境友好的替 代防污劑。
[0004] 人們已經(jīng)從海綿、珊瑚和海銷等大型海洋固著生物中分離得到了許多抗污損活性 化合物，多數(shù)化合物顯現(xiàn)出有效、低毒的防污作用（見Fau化ner(2000)和化setani(2004) 的綜述）。但是，運些活性化合物的產(chǎn)量供應(yīng)低的問題成為其發(fā)展成為商品防污劑的絳腳 石。為了克服運一問題，人們發(fā)現(xiàn)來自海洋無脊椎動物及植物的共附生微生物的次級代謝 產(chǎn)物防污效果顯著（見化setani(2011)和Qian等（2010,2015)的綜述），且種類繁多，可 進行規(guī)?；l(fā)酵，無資源再生問題，是當前極被重視的研發(fā)防污劑的寶貴資源。因此，海洋 微生物中的抗污損活性化合物具有開發(fā)成為新型低毒、高效、環(huán)境友好型防污劑的巨大潛 力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種使用分離自紅海的海洋細菌反硝化假弧菌（Pseudovibrio denitrificans)UST4-50發(fā)酵生產(chǎn)活性化合物3, 3' -二嗎I噪基甲燒值IM)、W及通過篩選獲 得該化合物的活性結(jié)構(gòu)類似物，從而將該類化合物作為抗生物污損物質(zhì)及其實際應(yīng)用的方 法。本發(fā)明對3,3'-二嗎|噪基甲燒及其類似物進行了抗紋藤壺度曰1曰肌3( = 4111口11比曰1曰肌3) amphitrite)及總合草苔蟲度ugulaneritina)(-種苔薛蟲）幼蟲附著活性測試。同時， 對運些次級代謝產(chǎn)物與4-徑苯基-3, 3' -二嗎I噪基甲燒值IM-Ph-4-OH)的乙酷化衍生物 (4-(二（1H-嗎I噪-3-基）甲基）乙酸苯醋，DIM-Ph-4-OAc)進行了構(gòu)效關(guān)系的初步探討。 此外，對化合物DIM和DIM-Ph-4-OH進行了祀向生物毒性測試，并在海洋環(huán)境中對含有DIM 的涂料進行了抗污損活性測試。
[0006] 在一個方面，本發(fā)明提供了一種防止或減少海洋污損生物附著于和/或污損水下 物體的表面的方法，包括W下步驟：
[0007] 1)獲得包含一種或多種由式I表示的化合物的組合物，所述式I為：
[0008]
[0009]其中R選自H、邸3、CHOHCHzOH、CsHyN、COCsHyN、CgHeN、化、Ph-4-OH和Ph-4-OAc;W 及
[0010] 2)將有效量的所述組合物施加至所述表面，由此防止或減少海洋污損生物附著于 和/或污損所述表面。
[0011] 在一些實施方案中，所述化合物包括一種或多種由式II-X表示的化合物，所述式 II-X分別為：
[0012]
[0013]
[0014] 在一些實施方案中，所述一種或多種分別由式II-X表示的化合物存在于反硝化 假弧菌（Pseudovibriodenit;rificans)UST4-50 中。
[0015] 在一些實施方案中，在步驟1)中，可W將所述一種或多種化合物作為抗污損成分 與成膜成分混合，由此共同形成抗污損涂料，該抗污損涂料可W用于抑制海洋污損生物附 著于和/或污損涂布有該抗污損涂料的水下物體的表面。所述成膜成分可W包括但不限于 用于防止海洋生物污損的防污漆中的已知的成分。運些成膜成分可W包括本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的成分，例如但不限于，可水解樹脂、可溶性樹脂和不溶性樹脂中的一種或多種。例 如，所述樹脂可W為甘獻樹脂、丙締酸樹脂、氯化橡膠樹脂、環(huán)氧樹脂、娃樹脂、聚醋樹脂、聚 氨醋樹脂、含氣聚合物樹脂和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他樹脂中的一種或多種。所述成膜 成分可W為油漆（例如船用油漆）中的成分。
[0016] 在另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于減少海洋污損生物附著于和/或污損水下 物體的表面的抗污損涂料，包含成膜成分和抗污損成分；其中所述成膜成分包含一種或多 種樹脂；并且其中所述抗污損成分包含一種或多種由式I表示的化合物，所述式I為：
[0017]
[0018] 其中R選自H、邸3、C冊肥&地、CsHyN、COCsHyN、CgHeN、化、Ph-4-OH和化-4-OAc。
[0019] 在另一個方面，本發(fā)明提供了一種防止或減少海洋污損生物附著于和/或污損水 下物體的表面的方法，包括用本發(fā)明所述的抗污損涂料涂布所述水下物體的表面。
[0020] 本發(fā)明所述的防污損方法和抗污損化合物可有效防治的海洋污損生物包括但不 限于一種或多種藤壺、管蟲（tubeworm)和苔薛蟲。
【附圖說明】
[0021] 圖1示出本發(fā)明的9種雙嗎I噪生物堿的化學結(jié)構(gòu)?；衔? - 8為紅海海銷共附 生細菌反硝化假弧菌（Pseudovibriodenitrificans)UST4-50的次級代謝產(chǎn)物，化合物 8曰(4-[二（1護嗎|噪-3-基）甲基]乙酸苯醋，011斗}1-4-(^(3)為化合物8(4-(二（1護嗎| 噪-3-基）甲基）苯酪，DIM-Ph-4-OH)的乙酷化衍生物。
[002引 圖2示出（A)化合物1 (二（1H-日引噪-3-基）甲燒，DIM)和做化合物8 (4-(二 (1H-嗎I噪-3-基）甲基）苯酪，DIM-Ph-4-OH)的紋藤壺幼蟲復(fù)蘇實驗結(jié)果。幼蟲首先分別 暴露于25. 39μΜDIM(l)和73. 93μΜDIM-Ph-4-0H(8)中（其使得藤壺幼蟲附著率為0)。 24小時后，將幼蟲轉(zhuǎn)移至新鮮海水中（FSW),黑暗室溫條件下解育48小時。在對照組中， 幼蟲在不含任何防污劑的新鮮海水中黑暗室溫條件下解育48小時。所顯示的數(shù)值為平均 數(shù) ±SD(n= 3)。
[0023] 圖3示出具有油漆涂層的PVC板在香港西貢海區(qū)（22° 38'N，114° 27'巧野 外水下掛板5個月后的表面污損情況：(A)板No. 1，底漆；度）板No. 2, 5 % (w/w)DIM; (C) 板No. 3, 5%Sea-Nine211?; (D)板No. 4, 10%DIM;巧）板No. 5, 10%Sea-Nine211 ?; (F) 板No. 6, 15%DIM;(G)板No. 7, 15%Sea-Nine211?。
[0024] 圖4示出圖3所示的具有防污漆涂層的PVC板經(jīng)生物統(tǒng)計軟件ImageJ處理后的 污損面積的百分比。數(shù)據(jù)=平均數(shù)±SD(n= 3)，棒狀圖上的表示與陰性對照的顯著性 差異p<0. 05燈ukey'S檢驗，單因素AN0VA)
【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明闡述如下，參考實例僅用于說明本發(fā)明。應(yīng)當理解的是，闡述中提出的具體 細節(jié)、關(guān)系和方法是為了全面說明本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會容易地理解，即使未提 供所述一個或多個具體細節(jié)，或者使用其他方法、步驟、試劑、細胞系和動物，本發(fā)明仍是可 行的。由于一些操作步驟可W按照不同順序發(fā)生和/或與其他操作步驟同時發(fā)生，因此本 發(fā)明不受說明操作步驟的先后順序所限。此外，不需要所有舉例說明的操作步驟或事件均 與本發(fā)明實施方法一致。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明中描述或引用的技術(shù)、操作步驟 均是可理解的，并且可利用常規(guī)方法實施。
[0026] 除非特別定義，本文所用的所有技術(shù)術(shù)語、符號和其他科學術(shù)語或?qū)Ｓ忻~均旨 在具有本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的含義。。某些情況下，為了明確和/或用于參考，本文 中定義了具有通常理解的含義的術(shù)語，并且本文的定義不應(yīng)被解釋為與本領(lǐng)域通常的理 解有顯著的差異。需要進一步了解的是，（例如）常用詞典中所定義的那些術(shù)語應(yīng)當被解 釋為與它們在本領(lǐng)域中和/或本文中的含義是一致的。
[0027] 在一個方面中，本發(fā)明提供了一種防止或減少海洋污損生物附著于和/或污損水 下物體的表面的方法，包括W下步驟：
[002引1)獲得包含一種或多種由式I表示的化合物的組合物，所述式I為：
[0029]
[0030] 其中R選自H、邸3、CHOHCHzOH、CsHyN、COCsHyN、CgHeN、化、Ph-4-OH和Ph-4-OAc ; W 及
[0031] 2)將有效量的所述組合物施加至所述表面，由此防止或減少海洋污損生物附著于 和/或污損所述表面。
[0032] 在優(yōu)選的實施方案中，所述方法防止或減少海洋污損生物附著和/或污損，同時 對周圍的海洋環(huán)境無毒。
[0033] 在一些實施方案中，所述化合物包括一種或多種由式II-X表示的化合物，所述式 Π-Χ分別為：
[0034]
[0035] 在一些實施方案中，由式II-X表示的化合物均可通過化學合成方法獲得（參見文 獻"A.R.Mullaetal.，2012";"KaishapandDohutia, 2013")。在另一些實施方案中，由 式II-IX表示的化合物可W用生物發(fā)酵的方法產(chǎn)生。在一些實施方案中，由式II-IX表示 的化合物來源于反硝化假弧菌（PseudovibrioSP)菌株UST4-50發(fā)酵液的粗浸膏。該粗浸 膏通過溶劑洗脫而得到不同極性的組分。溶劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的溶劑，如70-95 體積％乙醇/水溶液、70-90體積％甲醇/水溶液、或50-70體積％丙酬/水溶液。在一些 實施方案中，本文所述的化合物為經(jīng)過純化的化合物。
[0036] 在一些實施方案中，所述化合物II-X中的一種或多種可W作為抗污損成分與成 膜成分混合，從而形成抗污損涂料，該抗污損涂料用于抑制海洋污損生物附著于和/或污 損水下物體的表面。抗污損涂料可W包括（例如）水溶性散裝涂料化ulkcoating)、自拋 光共聚物抗污損涂料、非粘附性涂料、低表面能抗污損涂料、粘附性涂料、仿生抗污損涂料 和/或天然抗污損涂料等。成膜成分可W包括，但并不僅僅局限于已知的用于防止海洋生 物污損的抗污損涂料中的成膜成分。運些成膜成分可W包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的成分， 如可水解、可溶和不溶樹脂中的一種或幾種，但又不局限于運幾種組分。例如，所述樹脂可 W為甘獻樹脂、丙締酸樹脂、氯化橡膠樹脂、環(huán)氧樹脂、娃樹脂、聚醋樹脂、聚氨醋樹脂、含氣 聚合物樹脂及其組合，W及其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的樹脂。成膜成分可W為油漆（如海 洋油漆）中的成分。在優(yōu)選的實施方案中，抗污損涂料與涂覆表面接觸，防止或減少海洋污 損生物附著和/或污損，同時對周圍的海洋環(huán)境友好無毒。
[0037] 本發(fā)明的抗污損涂料（如防污漆）中含有有效濃度（或有效量量）的抗污損成分。 所謂"有