海洋生物污损带来了一系列严重的问题,采取有效的措施来防止或抑制生物污损的发生极其重要。但是由于海洋生物种类繁多并且其污损过程复杂,开发具有长效性、广谱性、易修复性的防污材料和技术仍面临巨大挑战,需要对生物污损的形成机制和污损机理进行深入的研究。生物大分子的吸附发生在生物污损的初始阶段,在生物膜的形成过程中起着重要的作用。本课题从分子水平研究了典型蛋白和多糖（白蛋白和海藻酸）,在不锈钢、热喷涂铝基涂层等样品上的吸附行为及其对微生物贴附的影响机制。利用红外光谱和原子力显微镜表征了海藻酸和白蛋白的快速吸附,并发现海藻酸/白蛋白的吸附有效抑制了大肠杆菌的贴附,研究发现海藻酸/白蛋白并不影响大肠杆菌的生存,而是通过改变涂层的亲疏水性和电负性,从而影响大肠杆菌的贴附。然而,结果表明海藻酸和白蛋白促进了芽孢杆菌、小球藻和三角褐指藻的贴附。进一步的研究表明,海藻酸和白蛋白会作为营养物质被微生物消耗,从而来影响贴附。基于生物污损过程受多个因素的影响,本文研究了人工海水中的Mg²⁺和Ca²⁺对芽孢杆菌、小球藻、三角褐指藻的贴附的影响规律。研究发现,额外添加的Mg²⁺和Ca²⁺显著促进了微生物的贴附,这种促进作用主要通过Mg²⁺和Ca²⁺影响芽孢杆菌的团聚及其胞外聚合物的形成而实现的。然而,Mg²⁺调节胞外聚合物的形成,特别是多糖的合成,从而促使小球藻的贴附。Ca²⁺则是通过促进胞外聚合物中蛋白质的合成来促进小球藻的贴附。结果发现Ca²⁺对三角褐指藻的聚集和胞外聚合物的形成未能发挥显著的影响,但是可以加速蛋白质的合成,促进其贴附。海藻酸是一种典型的海洋多糖,与二价离子的结合后发生构象变化,继而影响生物污损行为。本课题首次利用负染色电镜方法观察到了海藻酸的链状结构以及海藻酸钙和海藻酸铜的蛋盒状三维构象。在与二价离子Ca²⁺结合后形成的海藻酸钙拥有更大的蛋盒空间结构。结果表明结构稳定的海藻酸钙显著地促进细菌和硅藻的贴附。然而,海藻酸和铜离子之间的强键结合可以有效消耗溶液中的铜离子,从而减轻铜离子对微生物的生物毒性。基于典型材料表面物理化学特性对生物污损的影响的研究结果,本研究初步探索了织构化的电弧喷涂Al涂层和季铵盐接枝的Al样品的构筑及其防污性能测试。铝涂层经过120℃的高压蒸汽处理后,表面形成了长250nm、宽60nm的多孔针状纳米结构,原位生长氧化铝的纳米结构和电弧喷涂过程中形成的表面微米结构协同形成了微纳米杂化结构,这种独特的结构可以有效抑制小球藻和三角褐指藻的贴附。同时,通过自组装反应成功制备了季铵盐接枝的Al样品,典型海洋微生物贴附实验的结果表明了该样品具有优异的防污性能。本研究从分子水平调查了生物污损的形成机制,为未来海洋防污材料及其涂层技术开发提供了基础数据。