科研人員在揭示新型DNA緩蝕分子作用機制方面取得進展

金屬材料的有效腐蝕防護是關乎國計民生的重大戰略，而緩蝕劑技術由於具備優異的效果和良好的經濟效益，已成為防腐蝕技術中應用最為廣泛的方法之一。有機緩蝕劑主要通過分子結構中的雜原子、p鍵或極性基團作為活性吸附中心在金屬表面形成一層保護膜，而有機分子與金屬之間化學鍵的強度直接決定了該保護膜的質量和最終的緩蝕性能。因此，一般認為具有更多的活性吸附中心的緩蝕分子會與金屬之間形成更強的螯合作用，進而可在金屬表面生成更穩定的吸附膜。但緩蝕劑的分子結構與腐蝕抑制性能之間具體的構效關係如何，目前依然是緩蝕劑領域亟待解決的難題。

進入21世紀，可持續發展戰略已成為世界各國的共識，從環境保護的角度來看，「綠色」緩蝕劑是如今的重要發展方向。因此研究對環境無公害的環境友好型緩蝕劑具有非常重要的學術價值和實用意義。作為一種綠色生物大分子，脫氧核糖核酸（DNA）含有許多配位原子的極性基團，在新型綠色緩蝕劑的應用中具有巨大潛力。

近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員王立平團隊博士後強玉傑通過系統的電化學測試、表面結構表徵、吸附等溫模型以及分子動力學模擬等方法系統研究了DNA分子對銅在硫酸溶液中的緩蝕性能及機理。實驗結果表明，DNA可以作為銅在硫酸介質中的高效緩蝕劑，緩蝕效率可達90%以上，並在溫度升高以後依舊可保持優異的緩蝕性能。且該緩蝕劑屬於陰極型緩蝕劑，會在銅表面生成一層緻密的單分子膜，符合langmuir吸附等溫模型。DNA緩蝕膜在銅表面具有活性阻滯效應，且為化學吸附為主的混合吸附模式。分子動力學模擬從分子層面上得出了DNA分子及其各組分在銅表面的穩定吸附構型及吸附強度，發現了腺嘌呤核苷酸在DNA緩蝕性能中所發揮的主導作用，從而為同類型緩蝕劑進一步的分子設計與應用提供了理論指導。相關研究結果發表在Applied Surface Science, 2019, 492, 228-238。

在之前的工作中，強玉傑已經通過電化學以及分子模擬技術相結合的方法，研究了一系列吲唑類化合物、咪唑基離子液體等含氮類有機分子對海工金屬材料的緩蝕性能及機理。相關研究結果發表在Journal of Colloid and Interface Science,2016, 472, 52-59;Corrosion Science, 2017, 119, 68-78;Corrosion Science, 2017, 126, 295-304;Corrosion Science, 2018, 133, 6-16;Corrosion Science, 2018, 140, 111-121。

圖1 （a）銅電極在含有不同濃度的DNA的鹽酸溶液中的Nyquist圖，（b）Bode圖，（c）等效電路，（d）吸附機理

圖2 在Cu（111）表面上吸附的DNA分子的平衡構型

圖3 DNA分子單組分在Cu（111）表面上吸附的平衡構型：腺嘌呤核苷酸（A），胞嘧啶核苷酸（C），鳥嘌呤核苷酸（G）和胸腺嘧啶核苷酸（T）

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

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