На каждой поверхности, когда-либо контактирующей с водой, через короткое время оседает большое количество микроорганизмов, образующих разнообразную и сложную структуру, известную как биопленка. Жить в такой биопленке микроорганизмы могут благодаря возможности накопления питательных веществ.
Судоходная отрасль особенно страдает от появления микробных отложений. Ежегодные затраты ВМС США на ликвидацию последствий биообрастания составляют около 1 миллиарда долларов, часть этих затрат обусловлена увеличением расхода топлива.
С 2003 года высокоэффективный, но очень экологически вредный биоцидный трибутилтин был запрещен в качестве активного компонента противообрастающих красок на судах. Использование этих красок привело к долговременному нарушению баланса морской среды.
Дальнейшие ограничения на использование других вредных компонентов Международной морской организацией означают необходимость поиска новых стратегий, учитывающих баланс между экономическими интересами и защитой окружающей среды.
Такие же процессы лежат в основе прикрепления бактерий к катетерам, имплантатам и медицинским инструментам. Наличие патогенных бактерий в таких биопленках имеет далеко идущие последствия, особенно у иммуносупрессивных пациентов.
На протяжении многих веков инфекции были основной причиной смертности людей. 1940-е годы внедрение антибиотиков было одним из самых значительных шагов в медицине. Однако бактерии отреагировали на это человеческое вмешательство развитием устойчивости к антибиотикам. Даже сегодня 50 000 пациентов ежегодно умирают только в США от последствий применения колонизационных катетеров.
Современные подходы к борьбе с загрязнением сосредоточены главным образом на стратегиях, основанных на природе. Морские организмы также взаимодействуют с водой, что является потенциальной зоной роста биопленок. Однако для предотвращения этой колонизации было разработано множество различных механизмов. Многие стратегии основаны на механической защите.
Многие морские организмы защищают себя, покрывая поверхность своего тела слизистыми выделениями или маслянистыми веществами с низкой поверхностной энергией. Благодаря непрерывному производству таких секреций некоторые моллюски и клещи очищают себя, постоянно обновляя этот слой.
Ракообразные меняют местообитания. Большинство ракообразных использует стратегию жертвенных поверхностей, регулярно линяя. Черепахи также могут отслаиваться от грязных поверхностей. Кроме того, шкуры подходят для сведения к минимуму растительности за счет постоянного втирания отдельных волосков. Дельфины могут даже специально выпрыгивать , потому что при ударе вода в сочетании с воздушными пузырьками прижимается к их коже тем самым очищая ее.
Существуют также химические стратегии противодействия колонизации. Например, некоторые животные и растения могут производить чрезвычайно высокие показатели pH в непосредственной близости от собственной поверхности тела. Кроме того, существуют также природные поверхностно-связанные или секретируемые токсины, которые убивают приближающиеся микроорганизмы.
Биогенный клей, удерживающий биопленки вместе, также может быть разложен секрецией ферментов. Стоит также упомянуть стратегии внешней обороны, в которых организмы создают некий щит путем выборочной колонизации полезных эпибионов. Они могут маскировать поверхность животного, на котором обитают, секретируя подходящие вещества таким образом, чтобы предотвратить возможное загрязнение организмов.
В отличие от природы, человеку еще не удалось разработать по-настоящему эффективную стратегию предотвращения биообрастания, принимая во внимание вышеизложенные соображения. С одной стороны, необходимо признать механизмы адгезии и образования биопленок и учитывать разнообразие соответствующих микроорганизмов. Тем не менее, подходы также проводятся и оптимизируются, в которых механизмы действия еще не поняты, но эффективность антибиообрастания уже доказана.
Основное внимание в этих исследованиях уделяется полимерным материалам, поскольку новые методы полимеризации позволяют создавать специфические структуры, составы и свойства. Однако, в целом концепция и открытие антибиообрастающих поверхностей все еще остается междисциплинарной задачей.