在波涛汹涌的大海上,跨海大桥的钢铁桩基默默承受着海浪的冲击,海底钻井平台的钢体在幽暗的海水中抵御着岁月的侵蚀。为了保护这些海洋工程设施免受微生物腐蚀,四羟甲基硫酸磷(THPS)作为一种低毒高效的杀菌剂被广泛使用。然而,中国工程院院士、中国科学院海洋研究所研究员侯保荣带领的研究团队却发现了一个令人意外的现象:亚致死浓度的 THPS 不仅无法有效防腐,反而会加速钢铁腐蚀。这一发现如同在海洋工程防腐领域投下了一颗重磅炸弹,颠覆了人们对杀菌剂的传统认知。

海洋环境中的微生物腐蚀一直是困扰工程师们的难题,其中微生物形成的生物被膜是腐蚀的重要推手。这些生物被膜就像一层坚固的 “铠甲”,保护着微生物在材料表面滋生繁衍,进而对钢铁等金属材料造成破坏。而 THPS 作为常用的杀菌剂,因其低毒性和高水溶性,被寄予厚望能有效控制微生物腐蚀。但研究团队对施氏假单胞菌的研究却打破了这一期望。
施氏假单胞菌本是一种具有抑制腐蚀作用的微生物,在没有杀菌剂的情况下,它能对 X70 管线钢起到保护作用。然而,当接触到亚致死浓度的 THPS 时,情况发生了逆转。研究人员通过生物膜表征、表面分析和转录组分析等方法发现,这种浓度的 THPS 虽然能抑制浮游细胞的生长,却会促进施氏假单胞菌在钢表面形成生物被膜。生物被膜内的胞外聚合物等物质形成了一道坚固的屏障,阻碍杀菌剂进入,为微生物提供了安全的 “避难所”,使其对杀菌剂的耐受性大大提高。
更关键的是,转录组学分析揭示了更深层的原因。THPS 不仅改变了施氏假单胞菌的代谢过程,还促进了其细胞与金属之间的电子传递,这直接加速了钢铁的腐蚀。同时,THPS 破坏了施氏假单胞菌形成的保护性生物矿化层,导致金属表面形成氧浓差电池,进一步加剧了腐蚀。原本能抑制腐蚀的微生物,在亚致死浓度的 THPS 作用下,摇身一变成为了加速钢铁腐蚀的 “帮凶”。
这一研究结果给海洋工程防腐敲响了警钟:杀菌剂的使用不能只关注对浮游细菌的影响,更要考虑其对生物被膜的作用。不合理地使用杀菌剂,可能会适得其反,加剧微生物腐蚀。这为实际工程中优化杀菌剂的应用提供了重要的科学依据。
面对这一难题,研究团队也给出了相应的解决办法。他们发现,使用绿色无毒的杀菌剂增强剂,能显著提高 THPS 对细菌生物被膜的分散作用,从而有效提升杀菌效果。此外,通过基因工程手段敲除腐蚀性细菌的关键电子传递基因,也能改变细菌的腐蚀行为,降低其腐蚀性。这些方法为解决杀菌剂使用带来的副作用提供了新的思路。
海洋工程的安全关乎着国家的经济发展和民生福祉,而钢铁腐蚀则是威胁其安全的 “隐形杀手”。侯保荣团队的这一研究,让我们重新认识了杀菌剂在微生物腐蚀防控中的作用,也为海洋工程防腐技术的优化升级指明了方向。未来,随着研究的不断深入,相信会有更科学、更高效的防腐方案问世,让海洋工程在大海的怀抱中更稳固、更长久地守护着人类的发展与进步。