پوشش‌های آنتی‌فولینگ (ضدخزه) تقویت‌شده با نانومواد: سازوکارها، عملکرد و راهبردهای طراحی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

گروه پژوهشی نانو فناوری رنگ، پژوهشگاه رنگ، صندوق پستی 654-16765، تهران، ایران

10.30509/jscw.2026.167734.1271

چکیده

رسوب زیستی تهدید قابل توجهی است که منجر به خطرات سلامتی و پیامدهای مالی در محیط‌های مختلف، از جمله سازه‌های دریایی، دستگاه‌های پزشکی و تأسیسات تصفیه آب می‌شود. این وضعیت، نیاز فوری به توسعه پوشش‌های ضد رسوب نوآورانه و چند منظوره را برجسته می‌کند. فناوری‌های متعددی معرفی شده‌اند که از زیست‌کش‌های سمی، پوشش‌های ضد رسوب ناسازگار با محیط زیست و کلر برای کاهش رسوب زیستی استفاده می‌کنند. با این وجود، استفاده از آنها با مسائل مربوط به خطرات زیست‌محیطی و سلامتی همراه است. پوشش‌های ضد رسوب پلیمری به عنوان یک راه حل مناسب ظاهر شده‌اند که به طور موثر عملکرد را حفظ می‌کنند و در عین حال از طریق ایجاد لایه سدکننده مبتنی بر آب پوشی سطح، رسوب زیستی را به حداقل می‌رسانند. مطالعات اخیر در پوشش‌های ضد رسوب پلیمری، نانومواد غیرسمی و ایمن برای محیط زیست را با ویژگی‌های ضدمیکروبی و مهار کننده زیست لایه برجسته به عنوان پرکننده مورد بررسی قرار داده اند. این پوشش‌های نانوکامپوزیتی، به دلیل خواص ضد میکروبی ذاتی خود، در برابر میکروارگانیسم‌های مختلف آبزی و توسعه زیست لایه‌های باکتریایی، اثربخشی نشان داده‌اند. این مقاله مروری بر عوامل ضدرسوب بر پایه فناوری نانو از جمله فلزات (مانند نقره)، اکسیدهای فلزی (مانند اکسید روی، اکسید تیتانیوم)، کربن (از جمله گرافن، نانولوله‌های کربنی و نقاط کوانتومی کربنی)، پلیمری و کامپوزیتی می پردازد. علاوه بر این، مکانیسم‌های مختلفی را که زمینه‌ساز مهار تکثیر سلول‌های باکتریایی و تشکیل زیست لایه توسط پوشش‌های نانوکامپوزیتی ضد رسوب هستند، مورد بحث قرار می‌دهد. این مقاله همچنین به چالش های مربوط به سنتز نانومواد ضد رسوب، محدودیت‌های عملی آنها و چشم‌اندازهای آینده می‌پردازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nanomaterial-Enhanced Antifouling Coatings: Mechanisms, Performance, and Design Strategies

نویسندگان [English]

  • Mehran Rostami
  • Maryam Sadat Ghorashi
Department of Nanomaterials and Nanocoatings, Institute for Color Science and Technology, P.O. Box 16765-654, Tehran, Iran
چکیده [English]

Biofouling represents a major challenge, contributing to health risks and considerable economic burdens in marine infrastructure, medical applications, and water treatment systems. This situation underscores the urgent need for the development of innovative antifouling coatings. Numerous technologies have been introduced that utilize toxic biocides, ecologically-harmful antifouling coatings, and chlorine to mitigate biofouling through hydration barrier. Nevertheless, their use is accompanied by environmental and health risk. Polymeric antifouling coatings have surfaced as a viable solution, effectively maintaining performance while minimizing biofouling. Recent studies in polymeric antifouling coatings have incorporated environmentally safe, non-toxic nanomaterials with outstanding antimicrobial characteristics as fillers, which have demonstrated efficacy against various waterborne microorganisms and the development of bacterial biofilms. This article offers a review of nanotechnology-driven antifouling agents including metals, metal oxides, carbon, polymeric, and composite nanostructures. Additionally, it discusses the various mechanisms that underlie the inhibition of bacterial cell proliferation and biofilm formation by antifouling nanocomposite coatings. The article also addresses the obstacles related to the synthesis of antifouling nanomaterials, their practical constraints, and future prospects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biofouling
  • Polymeric antifouling coatings
  • nanomaterials
  • nanocomposite