新型无污染两性离子聚合物的强表面水合作用和抗盐机理

两性离子聚合物因其强烈的表面水合作用而表现出优异的防污性能。但盐分子可能严重降低典型的两性离子聚合物表面水合作用，使这些聚合物在实际生物和海洋环境中的应用具有挑战性。最近，基于蛋白质稳定剂三甲胺N-氧化物(TMAO)的新型两性离子聚合物刷被开发成优良的防污材料。

利用表面敏感和频繁的振动光谱，研究人员研究了TMAO聚合物刷(pTMAO)的表面水合作用和盐和蛋白质对表面水合作用的影响。研究表明，暴露在高浓度盐溶液(海水等)中只是适度降低表面水的合作用。与其他两性离子聚合物相比，其优异的抗盐能力是正电荷与负电荷基团之间的距离短，因此pTMAO中的偶极子小，TMAO两性离子周围的水合作用强。同时导致pTMAO中的O–与水之间的键合相互作用强，并且由于N 和水合水的强烈排斥作用，O–与金属阳离子之间的相互作用较弱。

量子和原子尺度进行的计算机模拟支持SFG分析结果。除盐效果外，还发现海水中暴露的蛋白质对pTMAO表面水合作用的影响最小，完全排除了蛋白质粘附。pTMAO优良的防污性能来源于极强的表面水合作用，能有效抵抗盐和蛋白质造成的破坏。