别人都在杀细菌，他们却精心养它，为什么？

来源：市场资讯

（来源：温笑寒 中国环境）

在上海海事大学临港校区一间实验室里，博士生杨双龄正小心翼翼地将钢板浸入盛有菌液的锥形瓶中，然后利用摇床对瓶体中的细菌进行振荡培养。

过程中，她认真观察，神情专注——每次振荡培养都要保持恒温，转速相同，出现偏差就可能影响整组实验的可重复性。与其他人想尽办法杀死细菌不同，杨双龄所在的上海海事大学刘涛教授团队是一群在钢板上精心培育细菌的人。

“我常和同学们说，对细菌要有敬畏之心。要呵护它们，才会长得好，最终以生物矿化的方式，让细菌减少对水运钢材的腐蚀，从而减少碳排放。”刘涛说。

杨双龄进行实验操作。

一场实验，意外发现细菌化身“防腐卫士”

刘涛团队将研究聚焦微生物防腐蚀，源于一次意外。

2017年，如今已是上海海事大学副教授的郭章伟，当时还在刘涛教授团队攻读博士。那时，他承担了微生物材料腐蚀研究的工作，长期进行实验操作，仔细观察微生物的腐蚀细节。

“2017年，学界前沿认为微生物在材料腐蚀中起到加速作用，我们团队当时也在做这方面研究，观察各种微生物腐蚀的表征，希望进一步明确微生物腐蚀的机理。”郭章伟说。

然而，一次实验意外却让他颇为困扰。“当时在操作中，我发现有一种细菌的生长并不利于材料腐蚀。”郭章伟起初并不相信这个结果，试图通过延长实验时间达到对材料的腐蚀。7天、14天，再到一个月，细菌培养时间大大延长，但这种细菌对材料依旧不能产生腐蚀。

这样的情况让郭章伟极其痛苦，他一度产生了放弃实验的想法。“研究微生物腐蚀却看不到腐蚀现象，这与我之前预想的实验方向完全不同。”郭章伟感觉研究进入了死胡同，非常沮丧。

于是，他向自己的导师、正在国外访学的刘涛教授求救。刘涛记得很清楚，郭章伟将实验相关数据、图片做了系统整理，同时向他讲述了实验的进展与困扰，并请教下一步应如何操作。

在刘涛看来，微生物对材料完全不腐蚀的情况绝不是个坏事：“实验有意外应值得高兴，这样才会有真正的发现。”在给郭章伟的回复中，刘涛嘱咐他做实验一定不能预想结果，要多做几次实验，确认这种细菌是否能导致腐蚀。同时利用电镜，搞明白微生物在材料表面的生长情况。

导师指导后，郭章伟感觉豁然开朗。他迅速进行了重复实验，反复验证排除了实验污染等可能，确认这种名为假交替单胞菌的微生物对于材料腐蚀有着减缓速率的效果。这与当时学界的普遍认识截然不同。

而在电镜下，微生物的生长状况清晰可见。细菌在材料表面形成一层形状规则、结构致密的矿化层，这层貌似“妙脆角”的结构将材料严密地保护起来，将水分子和氯离子挡在外面。

原本被视为“腐蚀元凶”的细菌，却摇身一变为“防腐卫士”，这便是材料防腐蚀的关键。“确认这个事实后，我还是很惊喜，觉得自己的研究有了新发现。”郭章伟告诉记者。

材料防腐事关低碳，需攻克技术应用难题

对于材料防腐蚀的研究意义，刘涛有着自己的理解。

船舶长期服役于高盐、高湿、高腐蚀的海洋环境，船体锈蚀不仅会降低船舶结构稳定性、缩短服役年限，还会增加船舶航行阻力、提高燃油消耗与运维成本，成为水路交通实现降碳增效亟待破解的关键问题。

“2025年我国造船所用的钢铁量约为1600万吨，其中约10%被腐蚀后无法回收。”刘涛算了一笔账，若要填补被腐蚀掉的约160万吨钢铁空缺，会额外产生约300万吨的二氧化碳当量。

他认为，做好材料防腐蚀属于全生命周期的技术迭代，实质上与推动低碳发展密切相关。在此背景下，这种诱导微生物在材料表面形成矿化保护层，减缓材料腐蚀的技术便有了重要意义。

然而，技术从实验室到实际应用，仍有很大差距。郭章伟认为首要攻克的难题，便是矿化层的形成时间。

“我们最开始做实验，细菌生成矿化层需要14天，时间非常久。”郭章伟告诉记者，这样的时效无法满足应用要求，“实际应用中没有人会等这么久，大家都是在时间中抢效益。”

缩短矿化层的培养时间并不是件易事。微生物自身有着新陈代谢过程，这个时间并不能被人随意操控。如何尽可能缩短时间？刘涛团队选择为细菌“助力”。

“我们有个小窍门，即不能完全靠微生物，要为它添加物质，帮助其快速长大，或能够快速捕捉二氧化碳，从而生成矿化层。”杨双龄介绍，在这样的思路下，微生物的矿化层生成时间大幅缩短，目前已控制在24小时以内。

而另外一个影响实际应用的因素，便是技术的稳定性。不同于在实验室内的单菌环境，实际应用中环境复杂，如何确保矿化细菌能够在应用环境中存活，并且能够稳定产生矿化层实现对材料的保护，是影响细菌防腐蚀应用的关键因素。

“我们前往应用环境中采集微生物，从中筛选出矿化细菌。同时通过多菌互补的方式，将菌类生态系统复杂化，这样就能提高其抵御外界环境变化的能力。”杨双龄说。

悉心培养细菌，开辟海洋工程防腐新路径

无论是细菌特性的识别，还是应用场景的实验，整个过程离不开研究人员对细菌的悉心培养。

“有时感觉培养细菌像是在养宠物，用心养就能长得好。长期接触下来，感觉自己和细菌有了情感联系。”杨双龄2021年参与到刘涛教授实验室工作，和细菌打交道已快5年。

她坦言，日复一日的实验很枯燥，但能在学科前沿探索，看到自己在实验室的发现能运用于实际生产，内心很满足。

杨双龄告诉记者，这项技术已在海上风电套筒、船舶密闭舱室等场景得到应用。结合其他防护手段，原本在海水中极易失效的金属部件，使用寿命极大延长。

相比于传统的涂料防腐，生物矿化防腐蚀技术有着自身优势。微生物来源于自然，利用技术引导其在材料表面自然形成防护层，对于环境的影响要比有机涂料小很多。而生物矿化防腐蚀技术真正的优势，在于对材料各种形状的兼容。

“比如给螺丝刷涂料很困难，因为它内部有螺纹，外面结构也不规则。但如果运用生物矿化的形式，将螺丝放到处理液中，防腐蚀的矿化层便能在螺丝表面自然形成。此外，生物矿化过程中，一旦涂层受损，细菌还能原位自我修复。”杨双龄认为，在一些精密的零部件上采用生物矿化防护，是一种非常好的选择。

在郭章伟看来，生物矿化技术与传统防腐蚀涂料并非竞争关系：“涂料的应用场景很广，只要能喷涂就能使用涂料。生物矿化的应用场景相对较窄，但它能够在涂料达不到的一些场域发挥作用。”

如今，生物矿化防腐蚀技术仍在进步。在刘涛教授的指导下，如今已是课题组骨干成员的郭章伟，甚至开发出直接用二氧化碳在表面诱导矿化的新方法，摆脱单纯依赖微生物的限制。

“从0到1的突破固然艰难，但从1到10的产业化应用才是真正的大考。我们正在进一步验证，努力为海洋工程防腐开辟新路径。”刘涛说。

来源：中国环境报

编辑：秦淼