空间站环境对巴西曲霉生物降解行为及有机涂层防护性能的影响

【作者】 胡艳文； 何梓微； 张书源； 马玲玲； 张文德； 卢琳；

【机构】 北京科技大学； 航天神舟生物科技集团有限公司；

【摘要】 长期在轨空间站中微生物诱导的涂层失效问题严重威胁空间站的安全运行,已引起广泛关注。为探究空间环境对涂层微生物侵蚀行为的影响,本研究同步开展了中国空间站90天在轨实验与地面对照实验,系统比较了巴西曲霉(Aspergillus brasiliensis)在空间与地面环境下于涂层表面的生长代谢差异,并评估了聚氨酯抗菌涂层与环氧涂层的防护性能。实验采用多维度分析技术,包括显微观察、荧光探针染色、代谢组学分析、傅里叶红外光谱(宏观与显微)及电化学阻抗谱等。研究结果表明,在环境层面,空间微重力导致的低营养条件显著抑制了巴西曲霉的生长,表现为涂层表面生物量减少和有机酸分泌量下降。在涂层性能层面,聚氨酯抗菌涂层表现出优异的抑菌能力,其表面仅观察到少量短菌丝,微生物附着与繁殖受到明显抑制,防护性能显著优于环氧涂层,该结论进一步得到电化学阻抗谱结果的验证。在降解行为方面,空间实验中微重力引起的液膜分布不均与局部有机酸积聚导致涂层降解呈现局部化特征,而地面实验则出现大面积连续破坏。降解机制的差异归因于空间环境下主要发生氢键的解离而醚键的断裂程度较轻,使得聚氨酯抗菌涂层在空间条件下的失效进程缓于地面组。此外,与地面环境相比,空间环境中聚氨酯抗菌涂层的抑菌效果进一步增强,有效延缓了生物降解引发的涂层劣化。然而,空间环境下涂层的局部降解风险仍需关注。本研究为长期载人航天器防护涂层的选型与结构设计提供了重要的实验依据与理论支持,对提升航天器在轨安全性具有积极意义。更多还原