本发明涉及用于保护暴露于、浸没和/或部分地浸没在水生环境中的物品和/或结构免于由于具体类型和/或种类的生物有机体的入侵和/或定殖而引起的污染和/或结垢的改进的装置、方法和/或系统。更具体地，公开了用于在暴露于水生环境的延长的时间段内保护结构和/或基材免于微观和/或宏观结垢的改进的方法、设备和/或系统。
背景技术：
1、各种海洋生物在水生环境中的结构上的生长和附着(被称为生物结垢)是许多行业(包含娱乐和工业船运和航运业、石油和天然气工业、发电厂、水处理厂、水管理与控制、灌溉行业、制造业、科学研究、军事(包含工兵团)和渔业)的重大问题。暴露于沿海、港口或海水(以及与其相对应的淡水)的大多数表面(如与船体、水下系缆、链条和地桩、石油钻机平台、浮标和渔网相关的那些表面)最终被动物物种(如藤壶、贻贝(以及牡蛎和其它双壳类动物)、苔藓动物、水螅类生物、多毛虫、海鞘和/或其它被囊动物)以及各种植物物种定殖。生物结垢是由于各种植物物种和/或动物物种与所述植物物种和/或动物物种最终附着的基材的各方面之间相互作用，导致形成了将生物结垢有机体与基材牢固地结合的粘合剂，从而导致生物结垢而引起的。尽管看起来简单，但生物结垢的过程还是受到无数的微生物、大型生物和不断变化的水生环境特性的影响的高度复杂的相互作用网络。
2、对于许多行业而言，生物结垢的经济影响是至关重要的。船只上的大量生物结垢会导致暴露于水生环境的各种表面腐蚀，从而大大降低船舶运行的效率，并且常常最终导致船只的各部分劣化。大型生物的堆积还会导致船只表面粗糙度的增加，使得船只经历更大的摩擦阻力、速度和操纵性降低以及曳力增加，从而导致油耗增加。由于藤壶和其它动物附着于浸没在水中的螺旋桨、驱动系统组件、入口和/或船体组件，因此商业和娱乐船民都经历了这些增加的成本。
3、除了增加对结构的腐蚀和其它破坏之外，物体上宏观结垢的重量和分布还可以显著改变物体和/或支撑结构所经历的浮力或应力和应变，这可能导致结垢的物体的过早损坏和/或下沉。例如，表面具有大量生物结垢的导航浮标或码头支柱会因重量增加而经受增加的应力负载，并且甚至会在过量的宏观结垢下沉没或下沉。这种增加的应力常常导致结构的使用寿命减少，并且需要连续清洁和/或替换。类似地，由于海洋生物的入侵和/或定殖，浸没的传感器(包含系留传感器和/或自由浮动传感器)常常会相对较快地(常常少于30天)发生故障和/或失灵。
4、生物结垢还通过在植物和动物物种于结垢的物体上“沿所述物体行进(ridealong)”时将植物和动物物种分布到非原生环境而产生大量的生态问题，并且大量立法和财政资源也被分配以对抗生物结垢的商业和生态影响。
5、已经使用了各种方法来试图阻止和/或减少生物结垢堆积。更常见的方法之一，尤其是在船运和航运业中，是通过刮除来去除生物结垢。然而，刮除是劳动密集型的并且会损坏结垢的表面，并且由于刮除导致入侵物种的扩散增加以及对当地动物群的负面环境影响，已经引起了环境问题。因此，需要消除或减少暴露于水生环境的表面上的生物结垢量的装置。
6、用于保护与水接触的物体并且防止水生生物结垢的一种策略包含使用物理覆盖物。这些覆盖物通过将结构遮蔽以免受水的影响或使结构与水分离而期望地充当保护装置。例如，美国专利第3,220,374号公开了一种海洋保护装置。本发明涉及一种当不使用船只时，保护海洋设备免于水的腐蚀作用和/或海洋生物生长的独特手段和方法。
7、美国专利第3,587,508号公开了一种易于附接到船只的舷外挂机保护设备。当不使用船只时，所述设备保护舷内舷外发动机的舷外挂机免于海洋生物生长。将包放置在舷外挂机单元的周围，以便易于以在包与船只的艉板之间以及在舷外挂机单元周围提供水密密封的方式附接到艉板。
8、美国专利第4,998,496号公开了一种用于船舶推进系统的护罩，所述护罩包含防水护罩主体，所述防水护罩主体可以被紧固到船只的艉板以围绕推进系统的舷外部分。锁定和密封机构以水密接合的方式将护罩固定到船只艉板，并且潜水泵可操作以从护罩主体中去除水，使得推进系统在不使用时有效地处于“干船坞”内。
9、美国专利第5,072,683号公开了一种可排水的保护船只电动机包设备，所述可排水的保护船只电动机包设备包含保护罩，所述保护罩限定了用于安装在固定在船只的船尾上的电动机的舷外挂机的螺旋桨和船首上方的包。包包含从嘴部延伸到包的封闭端的通道，用于收纳端部开口的软管，使得一旦将包定位在船首上方，就可以插入软管以从此类包中抽吸残留物。可以在包的嘴部周围结合系绳，以将其绑到船首，并且如果期望，可以包含单独的保护袋，用于覆盖螺旋桨叶片，以保护螺旋桨叶片免于直接暴露于包本身。
10、美国专利第5,315,949号公开了一种用于保护性地覆盖船只的电动机支柱的设备。覆盖物包含可调整的轴环、不透明的柔性包和可调整的轴环抽拉线。包具有附接到轴环的开口的顶端。包的封闭的底端与顶端相对，并且具有附接到其的重物。轴环的可调整的轴环抽拉线使得在将包放置在露出物上方的情况下，通过拉动可调整的轴环抽拉线可以将包的开口端部围绕露出物封闭。轴环包含闭锁糟，用于将可调整的轴环抽拉线适当地锁定在露出物周围。操纵手柄可拆卸地附接到套环，以便于将覆盖物放置在露出物上和从露出物去除。在覆盖物适当地在露出物上方的情况下，期望地防止水和光进入包的内部，由此，如滤食性生物等水生生命形式和植物生命期望地不能在覆盖物内繁衍。
11、美国专利第6,152,064号公开了一种保护螺旋桨覆盖物。覆盖物包含柔性套，飘浮材料放置在所述柔性套中以提供漂浮外壳。柔性螺旋桨覆盖物部分固定到柔性套筒，并且覆盖物的端部可释放地固定在螺旋桨周围。漂浮外壳定位于螺旋桨附近，并且在螺旋桨定位于水线下方时在水线上方延伸。漂浮外壳还用于保护游泳者在船只附近游泳时免于与螺旋桨直接接触。保护螺旋桨覆盖物设备进一步用于在运输或储存期间保护螺旋桨。当船只在航行中时，保护螺旋桨覆盖物设备进一步用作锚定器覆盖物。保护螺旋桨覆盖物设备进一步用作紧急漂浮装置。
12、美国专利第6,609,938号公开了一种螺旋桨保护器滑块，所述螺旋桨保护器滑块用于锚定、漂流、搁浅、停靠、储存或在运输途中停水的船只的舷内和舷外电动机。螺旋桨保护器滑块确保保护螺旋桨免于造成对螺旋桨的点蚀和损坏的因素，以及最小化螺旋桨相关的伤害。保护器螺旋桨滑块还提供了用于预测挂船的螺旋桨与后续车辆的距离的量规。
13、美国公开第2008/0020657号公开了一种用于保护水运工具的舷外挂机的设备。设备包括适合于附接到水运工具的鱼鳞板的底侧的定位构件和可与定位构件接合以提供围绕舷外挂机的外壳的护罩。护罩是漂浮的，并且可以浮动成与定位构件滑动接合。护罩具有开口，在护罩与水运工具的艉板接合时，所述开口被封闭，以期望地防止水进入所述护罩的内部。设置有连接装置和锁定装置，用于将护罩可释放地连接到定位构件。
14、除了使用如上文所展示的物理覆盖物外，还采用了其它策略来减少生物结垢。美国公开第2009/0185867号公开了一种用于减少涡流引起的振动和围绕船用元件的曳力的系统和方法。系统包含但不限于围绕船用元件可旋转地安装的壳体，所述壳体具有限定了纵向间隙的相对的边缘，所述纵向间隙被配置成允许壳体卡扣在船用元件的至少一部分周围。鳍片可以沿纵向间隙的每个相对边缘定位，其中每个鳍片可以从壳体向外延伸。鳍片可以定位在壳体上，以期望地减少涡流引起的振动并且最小化对船用元件的曳力。可以将一种或多种防污剂安置在壳体、鳍片或其组合的至少一部分上、之中或周围。
15、美国专利第7,390,560号公开了一种用于对基材进行除污的涂层系统。所述系统包含长时间浸没在水或海水中的船体。所述系统包括导电层、防污层和用于向导电层提供能量脉冲的装置。导电层包括导电的聚合物，如碳填充的聚乙烯。防污层包括具有低表面自由能量的聚合物，如聚二甲基硅氧烷。所述层被设计成使得当导电层暴露于电、声或微波能量或其组合的脉冲时，所述导电层与所述防污层分离。
16、美国专利第6,303,078号公开了一种用于保护与海水接触的物体的防污结构，所述结构可以包含透水性纤维材料，所述透水性纤维材料结合了含有大量的防污剂的模制的热塑性树脂或机织织物，其中所述防污剂从结构中渗入海水中。根据此参考文献，重要的是浸出剂在物体附近维持高浓度的防污剂，以防止水生生物的附着。另外，通过此参考文献公开的外壳实施例中的许多外壳实施例产生的环境具有极低的溶解氧水平(即，8.3％或更低)，这往往是高度缺氧的并且促进了过度的微生物腐蚀和被保护物体的降解。
17、为了直接屏蔽和/或隔离这些物体免于生物结垢的影响，在本领域中还已知多种表面涂层、油漆和/或其它材料可用于水下物体的外表面。这些涂层和/或其它材料中的许多涂层和材料依赖于杀菌添加剂和/或金属添加剂(即，铜)，所述添加剂期望随时间渗入周围的水性环境中并且干扰生物结垢生物的各个方面。例如，二价cu2干扰细胞膜上的酶并且阻止各种生物结垢生物的细胞分裂，而三丁基锡(tbt)杀生物剂(在许多发达国家现已被禁止用作海洋杀生物剂)和/或其它有机锡化合物则杀死或减缓许多海洋生物的生长，并且这些物质中的许多物质也可以充当内分泌干扰物。然而，制备物体的一个或多个水下表面，并且然后将此类油漆/涂层直接施加和/或结合到一个或多个此类表面的过程常常是昂贵且费时的过程(这甚至可能需要从水性环境中去除物体和/或甚至使船舶干船坞)，并且所有这些涂层都具有有限的持续时间，通常会随时间失去效力，并且常常对周围水性环境中的生物产生有害的(和不需要的)影响。对于依赖于烧蚀和/或表面特性，如疏水性、超疏水性和/或非粘性(即，不粘和/或超纤毛)表面的系统，存在类似的困难。
18、最近，为了试图减少和/或防止生物结垢，特别是在用于大型工业设施的冷却和/或过滤水系统中，已经使用了依赖于活性腐蚀剂如释放到水性环境中的氯的释放或产生的系统(即，从海水中产生次氯酸盐化合物的电氯化系统)。除了购买和/或操作此类系统的高昂成本外，此类腐蚀性物质(在氯的情况下可以是强氧化剂)会造成远远超出其预期使用环境的有害影响(即，一旦释放，所述腐蚀性物质可能会损坏周围的水生环境中的生物)，并且这些物质中的许多物质都会增强本来要保护的物品或相关系统组件的腐蚀和/或降解。
19、在本领域中还进行了各种尝试以将物体与水性环境中的生物结垢元素完全隔离，如通过在要保护免于生物结垢的物体周围形成完全密封的环境。然而，在这些情况下，密封环境内含有的液体(其也与受保护物体直接接触)通常会很快变得停滞和/或缺氧，从而导致各种材料的高水平厌氧腐蚀，并且尤其是富含缺氧硫酸盐的环境(如缺氧海水)中的高水平的腐蚀。
技术实现思路
1、本文公开的各种发明包含对改进的方法、装置和/或系统的需求的实现，所述改进的方法、设备和/或系统用于在暴露于水生环境的延长的时间段内保护结构和/或基材免于微观和/或宏观结垢，包含在连续基础上在暴露的基材结构周围利用完全密封的“外壳”或其它类型的外部覆盖物可能不可行、不可能和/或不方便的情况。这可能包含基材或其它物体正移动穿过水性环境或提供某种形式的推进功率(即，船只螺旋桨和/或船体)的情况，其中水性环境中的周围水正在循环、消耗和/或正被利用(即，用于冷却水和/或被蒸馏用于淡水)和/或正利用传感器或其它装置来记录和/或采样周围水性环境的情况。
2、本文公开的各种发明进一步包含以下实现：将基材与周围水性环境完全隔离的完全密封的外壳可能不足以保护基材免于水性环境的各种负面影响，因为“受保护的”基材可能会遭受腐蚀或由于缺氧、酸性和/或可能会在完全密封的外壳内和/或靠近基材发展的其它条件(和/或与此类环境相关的其它条件，如微生物诱导的腐蚀的作用)而产生的其它影响。因此，可以通过至少部分(但不完全)将基材与周围的水性环境的各种特征和/或方面分离的外壳来提供对基材的最佳保护。
3、在各个实施例中，描述了一种抗生物结垢的“外壳”或“屏障”，所述外壳或屏障可以围绕、抵靠和/或以其它方式定位在基材或其它物体的附近以过滤、隔离、分离、隔绝、保护和/或屏蔽基材免于周围的水性环境的一个或多个特征或特性，包含采用于2018年11月1日提交的并且题为“持久的生物结垢保护(durable biofouling protection)”的共同未决的美国专利申请序列号62/754,574和于2019年3月13日提交的并且题为“生物结垢保护性外壳(biofouling protective enclosures)”的共同未决的美国专利申请序列号62/817,873中描述的各个实施例，所述申请的公开内容通过全文引用的方式并入本文。更具体地，外壳的各个实施例将期望地在紧邻基材附近产生“有界的”/封闭的和/或差异化的水性环境，所述环境可以用于过滤或筛选基材免于被一些种类的微观和/或宏观试剂直接生物结垢，以及至少在一些情况下，促进在基材和/或外壳壁上形成相对持久耐用的表面、涂层或层，这可能即使在没有封闭环境的情况下，这可能会在延长的时间段内(即使在不存在外壳的情况下)潜在地抑制、阻碍、避免和/或防止不希望类型的生物结垢生物对基材表面的沉降、募集和/或定殖。在许多情况下，外壳壁的开窗可以允许外壳内的水性环境与外壳外的水性环境之间进行一定量的水交换，并且甚至可能改变外壳内含有的液体的水化学和/或浊度，与周围的开放水性环境相比-其水平可能以各种方式导致外壳内含有的基材结垢和/或腐蚀(或没有结垢和/或腐蚀)，这可能导致不同水平的粘土、淤泥、细分的无机和有机物、藻类、可溶性有色有机化合物、化学品和化合物、浮游生物和/或悬浮在分化液体中的其它微观生物。
4、在各个实施例中，本文描述的外壳用于产生与要保护的基材或表面的浸没和/或部分浸没的部分相邻的“封闭的”、“局部的”、“内含的”和/或“差异化的”水生环境，所述水生环境对造成各种类型的生物结垢的水生生物的沉降和/或募集不利或变得不利(所述水生环境可以包含产生“负”沉降线索的表面，以及可能缺乏和/或存在减少一种或多种类型的生物结垢生物的“正”沉降线索水平的表面)。各个实施例中的一个或多个外壳还可以期望地过滤、减少和/或防止有助于生物结垢的海洋生物进入外壳和/或接触基材的浸没和/或部分地浸没的表面。
5、在各个实施例中，外壳可以包括可渗透的可成形的基质、纤维基质和/或织物材料，在至少一个示例性实施例中，所述可渗透的可成形的基质、纤维基质和/或织物材料可以包括由纺制聚酯纱线制成的机织聚酯织物。在至少一个另外的实施例中，采用纺制聚酯纱线可以期望地以微小和/或微观的尺度增加织物材料的有效表面积和/或原纤化，这可以期望地(1)导致延伸穿过织物的天然和/或人工开口的“有效”或平均大小显著减少，(2)减小穿过织物和/或织物内的开口内的“自由空间”的数量和/或宽度，从而潜在地减小(流入/流出的液体内的)微生物与织物表面之间的分离距离和/或(3)以各种方式改变和/或引起外壳内水质的变化。减小的织物平均开口大小将期望地增加液体的“过滤”，以减少和/或防止各种生物有机体和/或其它材料进入封闭或有界的环境，同时一个或多个开口内的减小的“自由空间”将期望地减少有机体自由穿过织物的机会和/或降低封闭或有界的环境与开放水性环境之间的“总水交换”的速度和/或数量。这些因素将期望地导致进入/离开外壳的微生物和大生物(以及各种有机和/或无机结垢和/或其它化合物)的大小和/或生存力的显著减小或计量。此外，这些方面还将期望地减少可能在外壳材料本身上和/或其中的一个或多个开口内发生的生物结垢或其它降解的数量、程度和/或速度，从而在延长的时间段内期望地保持外壳的织物的柔性、渗透率和/或其它性质。
6、期望地，外壳的织物壁的至少一部分将被开窗和/或穿孔到足够的程度，以允许一定量的液体和/或一种或多种其它物质以相对受控和/或计量的方式(即，从外部或“开放的”水性环境到差异化的水性环境和/或从差异化的水性环境到外部或开放水性环境)穿过和/或“过滤”穿过外壳的壁，这期望地提供在差异化的环境(外壳内)与周围的开放水性环境(外壳外)之间发生一定水平、数量和/或百分比的“大量液体流动”和/或“总液体交换”，以及各种材料和/或组合物扩散或以其它方式穿过外壳壁和/或其孔的可能性。液体和/或其它组合物的这些移动，与各种天然和/或人工过程组合，期望地在外壳内引起、促进和/或产生相对“不同”或动态的“人工”环境，特别是与周围的水性环境的动态特性在许多方面具有不同的特性，这期望地使差异化的环境对于许多生物结垢生物“不期望”，并且从而减少和/或消除生物结垢在外壳内和/或紧邻外部发生。另外，在外壳的壁中存在许多小的穿孔期望地提供了一种或多种交换液体的各种水平的过滤，这可能潜在地减少进入外壳的生物的数量和/或生存力以及对外壳内部和/或外部的可能在外壳壁附近通过的生物产生负面影响。
7、作为一个实例，外壳内的液体中的溶解氧量将期望地在很大程度上与外部水性环境中的液体中的溶解氧量不同，其中差异化的液体中溶解氧的变化(在变化量上)可能反映、落后和/或“滞后”外部水性环境中的溶解氧水平。期望地，差异化的液体中的此溶解氧水平通常小于周围水性环境的溶解氧水平(尽管在各个实施例中，所述溶解氧水平可以等于和/或大于周围环境的溶解氧水平，包含在周期性和/或连续的基础上)，并且在各个实施例中，溶解氧水平可能会在高于有助于减少硫酸盐的细菌或类似细菌活性的水平(即，微生物引起的腐蚀-“mic”)和/或其它缺氧降解/腐蚀的水平的值处波动，其中波动本身期望地有助于抑制和/或控制外壳或其各个区段或部分内的任何单一不期望的类型或群组的微生物和/或大微生物的优势。
8、在各个实施例中，在外壳的内壁与受保护的基材的外表面之间的外壳的液体内可能会形成溶解氧和/或其它水化学组分的梯度，其中此梯度可能产生靠近外壳的内壁的“更适宜区域”和/或靠近基材的一个或多个表面的“较不适宜区域”，这在一些实施例中可能会引起各种微生物向外壳内壁和/或远离基材的一个或多个表面行进(作为一个实例，这可能是由于可能存在更靠近外壳壁的溶解氧百分比的增加)，以及潜在地促使一些微生物无法在基材的一个或多个表面上定殖、沉降、繁衍和/或生长。在各个实施例中，此梯度可能至少部分地是由于水流入穿过和/或进入外壳，和/或可能至少部分地是由于水流出穿过和/或流出离开外壳产生的。水进出外壳和/或离开外壳的所得“交换”以及其中包含的各种浓度的化学品和/或化合物将期望地减少在其天然(即，未受保护的)状态下基材可能发生的生物结垢或其它降解的数量、程度和/或速度。
9、在各个实施例中，进入或离开外壳的水或其它水性介质将期望地主要以“整体”方式完成此流通，其中将使外壳内的水速度和/或“水流”的局部变化最小化。外壳内的水的所得相对静态的性质将期望地减少和/或抑制外壳内水的显著“混合”，期望地导致外壳内更大水平的分层和/或分化，所述分层和/或分化可以包含基于氧合水平(即，化变层)和/或其它性质(即，盐度、密度、温度)的分层，从而可能导致在外壳内产生局部缺氧和/或静海区域(所述区域可以悬浮在外壳内和/或通过外壳内的其它水区域与基材的表面分离)。此外，离开外壳的水(其可以包括各种代谢废弃物和/或有害化合物(包含各种已知和/或未知的微生物“毒素”)和/或在差异化的环境内产生的其它抑制性化合物)将期望地在不同的时间长度内以此类“废弃物”/化合物的“云状(cloud)”在外壳的孔内和/或在外壳的外壁附近“徘徊(linger)”，这将期望地减少和/或阻止结垢生物对外壳壁(包含朝外的壁)的定殖。
10、在一个示例性实施例中，可以在基材附近利用外壳，以在外壳内产生氧耗竭的区域，其中氧耗竭的区域的至少一部分与基材靠近或接触，其中在一些实施例中，氧耗竭的区域可以包括整个差异化的水性环境(即，外壳内)，而在其它实施例中，氧耗竭的区域可以仅包括差异化的水性环境的一部分。期望地，外壳的独特设计和布置的各个方面将允许一个或多个自然过程最初产生氧耗竭区域，尽管在一些实施例中，可以采取另外的动作和/或活动来启动、加速、维持、延迟、减少和/或补充一个或多个自然过程，所述过程可能影响由此产生的氧耗竭区域。
11、期望地，外壳将在水性环境中提供独特的保护环境，其中外壳内的细菌和/或其它微生物的数量和/或多样性可以不同于定位于外壳外部的那些细菌和/或其它微生物。此外，外壳可以在外壳内产生多个差异化的环境，所述多个差异化的环境可以包含可以被量化为“邻近外壳的内壁”(即，例如在外壳的内壁的几毫米内)的第一分化“环境”和可以被量化为邻近基材的外表面(即，在基材的外表面的几毫米内)的至少一个第二分化“环境”。在各个示例性实施例中，给定的差异化的环境可以引起或促进外壳内形成一个或多个生物膜，这可以包含在基材的表面上形成生物膜，所述生物膜在各个方面可能与在没有外壳和/或外壳壁的内表面上或的孔内的不同生物膜的情况下可以在水性环境内的基材上形成的生物膜不同。例如，在“封闭”或差异化的环境中的基材生物膜可以结合较低/较少的细菌或其它微生物多样性，或者可以包括比通常在未受保护的等效基材的表面上形成的生物膜“更薄”的层。在各种情况下，此分化生物膜对于防止和/或减少基材的微观和/或宏观结垢可能是有利的。
12、在一些实施例中，水性环境内的独特的受保护环境可以在外壳内引起细菌和/或其它微生物的独特数量和/或多样性，这可以引起或促进外壳内一个或多个生物膜的形成，其中此类生物膜与未受保护的环境中通常遇到的生物膜相比，可能“不太牢固地附接”到基材。此类生物膜可以促进从基材和/或从中间生物膜层去除和/或“刮除”结垢生物。在此类情况下，微生物区系和/或微动物区系可以包括与定位于外壳外部的那些门不同的门(即，不同的细菌和/或蓝细菌和/或硅藻)。
13、在各个实施例中，外壳和贯穿其中的各种穿孔的存在可以产生“差异化的”水性环境，所述差异化的水性环境可以比周围的水性环境更不利于基材的微观和/或宏观结垢，这可以包含生存和/或存在(existence and/or presence)比周围的水性环境的生物膜局部沉降线索的阳性水平低的差异化的环境内生物膜局部沉降线索。期望地，与周围的开放水性环境内的类似因素和/或化合物相比，外壳将在差异化的水性环境内的各种环境因素和/或化合物的组成和分布中产生“差异”，其中这些“差异”抑制和/或防止大量生物结垢的发生(1)在受保护基材的表面上，(2)在外壳的内壁表面上，(3)在外壳壁上的开口和/或穿孔的空隙内和/或(4)在外壳的外壁表面上。在一些实施例中，外壳将在外壳内产生沉降线索梯度，从而引起和/或推动一些和/或全部微观和/或宏观结垢生物定位于基材的某个远端，而在其它实施例中，外壳可以产生靠近基材的不利于基材的生物结垢和/或其它降解的微环境。在仍其它实施例中，外壳可以被定位成邻近于基材和/或与基材直接接触，如被直接包裹在基材周围，并且仍然提供本文所描述的各种保护。
14、在各个其它实施例中，与周围的水性环境相比，穿孔的外壳壁的存在可以类似地影响各种水化学因子和/或差异化的环境和/或其部分内的营养物和/或废弃物的存在/不存在。例如，ph、总溶解氮、铵、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、总溶解磷酸盐和/或二氧化硅可以在差异化的环境和周围的开放水性环境之间变化，并且甚至在差异化的环境内，此类营养物的水平也可以跨封闭或有界的水性区域变化。通常，在靠近外壳壁的至少一部分(即，基于大量水流动的方向的“上游部分”)的位置处，外壳内的液体中的水化学、营养水平和/或废弃物代谢产物的水平可能更接近外壳外部的液位的水平，其中通常在外壳内和/或靠近基材表面会进一步看见更大的变化。
15、在各个实施例中，如本文所描述的外壳的存在可能改变水化学，使得可能落在基材上的结垢生物由于差异化的环境内的各种“不适宜的”条件而可能不会沉降或附着到基材和/或可能无法繁衍和/或定殖于基材，所述不适宜的条件使生物无法生长(包含无法像位于外壳外部的可比较的生物那样迅速生长)、繁衍和/或穿过这些生物经历以变成功能全面的大结垢生物的所需的自然过程和/或阶段中的一个或多个过程或阶段。例如，外壳内可能发生各种化学变化(与周围的开放水性环境相比)，包含外壳内较低的溶解氧水平、改变的ph、不同的营养水平和/或浓度、废弃品水平和/或缺乏移动的水等。在许多情况下，当将基材放置在本文所描述的各种外壳内时，结垢生物甚至可能会从已经结垢的表面断开连接和/或“相继死亡(die off)”，这可能会停止和/或减少基材的结垢，以及可能会从一个或多个结垢的表面上松动和/或脱离一些现有的生物结垢生物和/或骨骼残留物，如贝壳、骨骼、外骨骼和/或相关的支撑结构。
16、在各个实施例中，外壳壁的穿孔的布置、小的大小和/或分布以及其中定位的各种线条和/或线条部分(即，纤齿)的存在会限制、防止和/或调节外壳或其各个部分内的阳光或其它光/热能(包含人造的和/或生物发光的能源)的存在和/或可用性，包含限制和/或防止各种能源(例如用于光合作用的阳光)可容易地被各种微生物和/或其它降解过程所利用，特别是在更接近水性环境的表面或靠近此类其它能源而利用外壳的情况下。如果需要的话，靠近外壳壁(即，穿过穿孔)的此类能源的可用性或存在性可能会引起一些活动生物聚集和/或汇集在外壳的内壁附近，从而期望地减少其在要保护的基材表面附近的存在。在各个替代性实施例中，光源或其它能量源可以定位于外壳附近的周围的水性环境中和/或可以定位于各个位置中的外壳内，包含靠近受保护的基材，从而增加此类能量源在外壳附近和/或外壳内的可用性。此类实施例在限制对添加的能量源敏感的生物结垢生物的存在和/或生长方面可能是特别有用的(即，如提供抑制斑马贻贝的光源，所述斑马贻贝通常更喜欢更黑暗的环境)。
17、在各个实施例中，外壳壁的穿孔的布置、小的大小和/或分布以及其中各种线条和/或线条部分的存在可以限制、防止和/或调节可能在外壳或其各个部分内出现的一种或多种较高速度质量的水流动的位置和/数量，包含限制和/或防止外壳内和/或靠近基材的液体的各种类型的层流和/或湍流(即，局部水流或“射流”)。在一些实施例中，可以在外壳内获得的水的相对“缓慢”但略小于完全“静止”的性质可以防止大量非固着微生物与基材或与其相邻的边界层接触。此外，外壳内有限的液体流动可以允许较薄/较厚的水性液体边界层靠近受保护的基材和/或外壳壁存在，这可以进一步限制微生物或者说与受保护的基材接触以及引起或允许在基材上形成比通常在开放水性环境的一种或多种更活跃的流动情况中存在的更薄/更厚的生物膜。
18、在至少一个替代性实施例中，本发明的各种优点可以通过结合补充和/或人工水交换结构(如动力泵或“止回阀”布置、螺旋桨系统和/或花瓣系统)的非渗透率外壳(包含塑料、木材和/或金属壁片材或板等)来提供，所述人工水交换结构提供了分化水性环境与周围的开放水性环境之间的期望水平的水交换。
19、在本发明的一些实施例中，本文所描述的用于受保护的基材的一些或全部生物结垢保护和/或有效性可以期望地由外壳和其可渗透的可成形的基质、纤维基质和/或织物壁材料提供，而不需使用各种补充性抗生物结垢剂，而在其它实施例中，外壳可以包括可渗透的可成形的纤维基质和/或织物壁材料，所述可渗透的可成形的纤维基质和/或织物壁材料将一种或多种杀菌剂和/或防污剂结合到壁结构和/或其涂层的某个或一些部分中。在一些实施例中，一种或多种杀菌剂和/或防污剂可以为外壳壁和/或组件提供生物结垢保护(其中外壳本身为基材提供一定水平的生物结垢保护)，而在其它实施例中，一种或多种杀菌剂和/或防污剂可以为基材本身提供某种水平的生物结垢保护，而在仍其它实施例中，一种或多种杀菌剂和/或防污剂可以为外壳和基材两者和/或其各种组合提供生物结垢保护。
20、在一些实施例中，即使不存在可以整合到外壳结构中和/或补充性地提供道外壳结构的补充杀生物剂或其它结垢保护物质、抑制剂和/或毒素的情况下，外壳也可以在不同程度上为基材和外壳壁提两者供生物结垢保护。例如，当如本文所描述的外壳围绕基材放置并产生一种或多种所公开的差异化的环境时，所述一种或多种环境还可以使各种代谢废弃物的浓度增加，并且外壳内发生的各种过程和/或代谢活动可以产生对结垢生物具有有害、伤害、有毒和/或其它负面影响的一种或多种物质(例如，硫化氢或nh3-n-氨态氮)。例如，nh3-n是氨的未离解形式，也被称为游离氨态氮(fan)或氨态氮，由于其可以渗透细胞膜，因此被发现对微生物有害和/或有毒。在一些实施例中，此类有害化合物(包含各种已知和/或未知的微生物“毒素”)和/或抑制性化合物的期望的浓度可能在外壳内发展(并且然后可以通过外壳内发生的各种过程不断地“补充”这些浓度)，其中所述化合物可以驻留在外壳内的差异化的水性区域中和/或通过外壳的壁洗脱，从而潜在地产生有害化学品的在某种程度上保护外壳的外壁免于结垢生物的局部“云”。然而，一旦这些化合物离开外壳，这些有害和/或抑制性化合物可能因各种自然过程而迅速被稀释和/或分解，从而避免了对这些物质在距外壳一定距离处对环境的长期影响的重大担忧。另外，因为在外壳内产生这些化合物的过程是连续的和/或周期性的，所以外壳可以在不确定的基础上以相对恒定的水平不断地产生和/或洗脱这些抑制性化合物，而无需洗脱液储集器和/或外部补充或外部电源。
21、在至少一个示例性实施例中，外壳可以包括由纺制聚酯纱线制成的聚酯织物的可渗透的可成形纤维基质，所述可渗透的可成形纤维基质可以在至少一侧(例如外壳的面向外的表面)上涂覆有杀菌化合物或含有杀菌剂的涂层或油漆，其中至少一些杀生物剂化合物至少部分地渗透到织物的主体中。在至少一个另外的实施例中，采用环纺制聚酯纱线可以期望地以微小和/或微观的尺度增加织物材料的有效表面积和/或原纤化，这可以期望地(1)导致延伸穿过织物的天然开口的平均大小显著减少和/或(2)减小穿过织物和/或织物内的开口内的“自由空间”的数量和/或宽度，从而潜在地减小(流入/流出的液体内的)微生物与织物上驻留的一个或多个杀生物剂涂层之间的分离距离。在此类实施例中，减小的织物平均开口大小将期望地增加液体的“过滤”，以减少和/或防止各种生物有机体和/或其它材料进入封闭或有界的环境，同时一个或多个开口内的减小的“自由空间”将期望地增加或放大杀生物剂对穿过外壳的生物的影响(包含杀生物剂与各种生物之间发生的直接接触的可能性增加)，因为所述生物非常靠近杀菌涂层。这些因素将期望地导致进入外壳的微生物和大生物(以及各种有机和/或无机结垢)的大小和/或生存力的显著减小。此外，一种或多种杀生物剂涂层和/或一种或多种油漆和/或一种或多种添加剂在外壳的织物上和/或中的存在将期望地显著减少可能在外壳材料本身上和/或其中的一个或多个开口内发生的生物结垢或其它降解的数量、程度和/或速度，从而在延长的时间段内期望地保持外壳的织物的柔性、渗透率和/或其它性质。
22、在一些实施例和/或一些水性环境中，杀生物剂涂层至少在柔性外壳材料的外表面上的存在将期望地减少在外壳本身内的开口上和/或内经历的生物结垢和/或其它降解的厚度、密度、重量和/或程度，这将最佳地维持外壳与周围环境之间的水交换的期望水平和/或延长外壳在基材周围的其期望的位置中的使用寿命。在许多情况下，外壳的生物结垢会显著增加外壳的重量和/或刚度，这会损坏外壳和/或附接到外壳的结构(包含基材本身)，以及不利地影响外壳和/或附接在其上的任何物体的浮力。另外，外壳本身的生物结垢会降低各种织物组件的柔韧性和/或延展性，这会在动态水性环境中引起和/或促成织物和/或相关附接机构的过早撕裂和/或失效。此外，外壳上/内的生物结垢形成可能潜在地“堵塞”或减小穿过外壳织物和/或在外壳织物内的开口的大小和/或封闭的开口，这可能潜在地改变差异化的环境与周围的动态和/或开放水性环境之间的渗透率和/或液体交换速率，可能会导致不期望的状况(即，低溶解氧水平和/或缺氧)和/或腐蚀或外壳内发生的其它问题。
23、在至少一个实施例中，外壳可以包含初始杀生物剂处理，所述初始杀生物剂处理在部署外壳之后在有限的时间段内洗脱和/或以其它方式分配，其中此时间段足以使外壳的其它特征发展差异化的环境，其中差异化的环境可以产生各种抑制性物质，以在初始杀生物剂洗脱降低到较低和/或无效水平和/或已经停止洗脱或分配之后，为基材和/或外壳提供后续的生物结垢保护。
1.一种用于减少至少部分地浸没在水性环境中的基材上的生物结垢的装置，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述合成局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开放水性环境包括第二溶解氧含量，其中所述第一溶解氧含量不同于所述第二溶解氧含量。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述合成局部水性环境具有靠近所述结构的内表面的第一溶解氧含量和靠近所述基材的外壁的第二溶解氧含量，其中所述第一溶解氧含量和所述第二溶解氧含量不同。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构提供每小时在所述合成局部水性环境与所述开放水性环境之间的所述合成局部水性环境中的水体积的约0.1％到500％的平均水交换。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的渗透率在每秒每平方厘米约0.06-46.71毫升水的范围内。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构包括三维柔性材料，所述三维柔性材料选自由以下组成的组：天然和合成织物、天然和合成膜、天然和合成片材以及由天然和合成材料的组合制成的织物、膜、薄膜和片材。
7.一种人工产生的生物膜，所述生物膜包括：
8.一种产生人工产生的生物膜的方法，所述生物膜用于减少水性环境中基材上的生物污垢，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述人工局部水性环境内的溶解氧水平的降低引起所述人工局部水性环境中由蓝细菌、硅藻和细菌门组成的组中的至少一个成员的流行率降低。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述人工局部水性环境内的溶解氧水平的降低引起所述人工局部水性环境中由蓝细菌、硅藻和细菌门组成的组中的至少一个成员的流行率增加。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构通过在24小时时段内将合成局部水性环境的溶解氧含量维持在20％至120％溶解氧的范围内来调节开放水性环境和合成局部水环境之间的溶解氧含量。
12.根据权利要求3所述的装置，其中在所述结构至少部分浸没在所述水性环境中至少2天后测量的所述第一溶解氧含量与所述第二溶解氧含量之间存在至少5％的差异。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述合成局部水性环境内的第一水化学不同于所述开放水性环境中的第二水化学。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一水化学与所述第二水化学的不同之处在于具有水化学特性的至少一个差异，其中所述水化学是溶解氧、ph、总溶解氮、铵、硝酸盐、正磷酸盐、总溶解磷酸盐、碱度、二氧化硅、盐度或叶绿素之一。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述水化学的所述至少一个差异是在所述结构至少一部分浸没在所述水性环境中至少2天后测量的至少10％的差异。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构包括杀生物剂。
17.根据权利要求1所述的装置，还包括附接到所述结构的至少一个浮动吊杆，其中所述至少一个浮吊杆被配置为漂浮在所述水性环境的顶表面上，以使所述结构能够保持在所述水性环境内的深度。
18.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构是柔性的。
19.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构包括能够使流体流过的网、格、开窗或孔中的至少一种。
20.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的渗透率在每秒每平方厘米约0.90-14.72毫升水的范围内。
21.一种装置，包括：
