JP2022525510A - バイオファウリング保護 - Google Patents

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Abstract

水生環境への長期間の曝露の間、ミクロおよび／またはマクロファウリングからの保護を含む、特定のタイプおよび／または種類の生物学的生物および／または植物による侵入および／またはコロニー形成に起因する汚染および／またはファウリングから、水生環境に曝露される、水生環境中に浸漬される、および／または部分的に浸漬される、アイテムおよび／または構造体を保護する際に使用するためのデバイス、方法、および／またはシステムが開示される。【選択図】図３Ｃ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月１３日出願の「ＢＩＯＦＯＵＬＩＮＧ ＰＲＯＴＥＣＴＩＶＥ ＥＮＣＬＯＳＵＲＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／８１７，８７３号、および２０１９年１１月１日出願の「ＤＵＲＡＢＬＥ ＢＩＯＦＯＵＬＩＮＧ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ」と題する特許協力条約（ＰＣＴ）特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１９／５９５４６号の優先権および利益を主張し、それらの開示は、各々、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、特定のタイプおよび／または種類の生物学的生物による侵入および／またはコロニー形成に起因する汚染および／またはファウリングから、水性環境に曝露される、水生環境中に浸漬される、および／または部分的に浸漬される、アイテムおよび／または構造体を保護する際に使用するための改善されたデバイス、システム、および方法に関する。より具体的には、水生環境への長期間の曝露の間、ミクロおよび／またはマクロファウリングから、構造体および／または基材を保護するための改善された方法、装置、および／またはシステムが開示される。
バイオファウリングとして知られる、水生環境中の構造体に対する様々な海洋生物の成長および付着は、娯楽および産業の両方のボートおよび海運産業、石油およびガス産業、発電所、水処理プラント、水管理および制御、灌漑産業、製造業、科学研究、軍隊（工兵隊を含む）、ならびに漁業を含む、多くの産業にとって顕著な問題である。沿岸水、港湾水、または海洋水（およびそれらの淡水対応物）に曝露される、ボートの船体、水中ケーブル、チェーン、および杭、石油掘削プラットフォーム、ブイ、封じ込めブームシステム、漁網、埠頭、および桟橋と関連付けられたものなどのほとんどの表面は、フジツボ、ムール貝（ならびにカキおよび他の二枚貝）、コケムシ、ヒドロ虫、チューブワーム、ホヤおよび／または他の尾索類などの動物種、ならびに様々な植物種によって、最終的にコロニー形成される。バイオファウリングは、様々な植物および／または動物種の間のそれらが最終的に付着する基材の態様との相互作用から結果的に生じ、これが、バイオファウリング生物を基材に堅固に結合する接着剤の形成につながり、これが、バイオファウリングにつながる。単純に見えるが、バイオファウリングのプロセスは、無数の微生物、マクロ生物、および水生環境の絶えず変化する特性によって影響を受ける非常に複雑な相互作用網である。
バイオファウリングの経済的影響は、多くの産業にとって最大の関心事である。船の大量のバイオファウリングは、水生環境に曝露される様々な表面の腐食、船舶の運航効率の大幅な低減、および多くの場合、船の一部分の最終的な劣化を結果的に生じさせ得る。ミクロおよびマクロ生物の蓄積はまた、船の表面の粗さの増加を引き起こし、それにより、船は、より大きい摩擦抵抗、速度および操縦性の減少、ならびに抗力の増加を受け、結果的に、燃料消費量が増加する。フジツボおよび他の動物が、プロペラ、駆動システム構成要素、入口、および／または浸漬された船体構成要素に付着するため、これらの増加したコストは、商業的および娯楽的乗船者によっても同様に経験される。
バイオファウリングの別の顕著な経済的影響は、多くの産業施設の熱交換器表面および／または他の接液表面上のバイオファウリングおよび／またはファウリング誘発スケールの形成である。例えば、大規模な冷却水システムは、多種多様な産業プロセスで使用されており、それらの最も基本的なこれらのシステムは、高温の流体またはガスから低温の流体またはガスへの熱伝達に依存しており、この熱は、典型的には、「熱伝達表面」を通じて伝わり、熱伝達表面は、多くの場合、高温物質と低温物質とを分離する熱伝達配管の金属壁である。多くの場合、冷却流体は、水を含むことになり、水は、多くの場合、湾、海、および／もしくは海洋から引き出された塩水、川、湖、もしくは井戸／帯水層から引き出された淡水、または様々なソースからの廃水とすることができる。水は、多くの生命体にとって好ましい環境であり、これらのファウリング生物は、多くの場合、熱伝達配管の接液表面にコロニー形成し、冷却システムの熱伝達率を顕著に低減し得る。多くの場合、熱伝達表面上に形成された薄いバイオフィルムでさえ、この表面を顕著に断熱することになり、その熱伝達効率を低減させ、冷却システムの全体的な運用コストを大幅に増加させる。
構造体に対する腐食および他の損傷の増加に加えて、物体に対するマクロファウリングの重量および分布はまた、物体および／または支持構造体が受ける浮力または応力、および歪みを劇的に変化させ得、このことは、汚染された物体の早期の故障および／または沈没につながり得る。例えば、大量のバイオファウリングを伴う表面を含む航行ブイ、封じ込めブーム、または桟橋の支柱は、重量の増加から結果的に生じる増加した応力負荷を受け、過剰な量のマクロファウリングの下で倒壊または沈没する可能性さえある。この増加した応力は、多くの場合、構造体の耐用年数を減少させ、継続的な洗浄および／または交換を必要とする結果をもたらす。同様に、水中センサ（ロープ型センサおよび／または自由浮遊センサを含む）は、多くの場合、海洋生物の侵入および／またはコロニー形成に起因して、比較的速く（多くの場合、３０日未満で）故障および／または誤動作することになる。
バイオファウリングはまた、植物および動物種が汚染された物体に「乗っている」ときに外来環境に植物および動物種を分布させることによる顕著な生態学的問題を生じさせ、相当な立法上および財政上の資源が、バイオファウリングの商業的および生態学的影響と戦うために割り当てられている。
バイオファウリングの蓄積を停止および／または低減する試みにおいて、様々な方法が使用されてきた。特にボートおよび海運産業でより一般的な方法の１つは、掻き取りによるバイオファウリングの除去である。しかしながら、掻き取りは、労働集約的であり、汚染された表面を損傷させ得、掻き取りが、侵入種の拡散を増加させ、地域の動物相に負の環境的影響を結果的にもたらすという懸念から、環境問題が提起されている。それゆえに、水生環境に曝露された表面のバイオファウリングの量を排除または低減するデバイスに対する必要性が存在する。
水と接触する物体を保護し、水生バイオファウリングを防止するための１つの戦略は、物理的被覆の使用を含む。これらの被覆は、望ましくは、構造体を水から遮蔽または分離することによって、保護デバイスとして作用する。例えば、米国特許第３，２２０，３７４号は、海洋保護デバイスを開示している。この発明は、ボートが使用されていないときに水の腐食作用および／または海洋増殖物から海洋機器を保護する独自の手段および方法を対象としている。
米国特許第３，５８７，５０８号は、ボートへの容易な取り付けのためのアウトドライブ保護装置を開示している。この装置は、ボートが使用されていないときに、海洋増殖物から、船内外モータのアウトドライブを保護する。バッグが、バックとトランサムとの間およびアウトドライブユニットの周囲に水密シールを提供する様式でのボートのトランサムへの容易な取り付けのために、アウトドライブユニットの周囲に配置されている。
米国特許第４，９９８，４９６号は、推進システムの船外部分を取り囲むようにボートのトランサムに締結され得る防水シュラウド本体を含む、海洋推進システム用のシュラウドを開示している。係止およびシーリング機構は、シュラウドをボートトランサムに水密係合で固設し、水中ポンプは、推進システムが、使用されていないときに、効果的に「乾ドック」にあるように、シュラウド本体から水を除去するように動作可能である。
米国特許第５，０７２，６８３号は、ボートの船尾上に装着されたモータのアウトドライブのプロペラおよびステムに適合するためのバッグを画定するブーツを含む、排水可能な保護ボートモータバッグ装置を開示している。バッグは、一旦、バッグがステム上に位置付けられると、ホースがそのようなバッグからの残渣のポンピングのために挿入され得るように、口から開口端ホースの受容のためのバッグの閉鎖端まで延在するチャネルを含む。結び紐が、バッグの口をステムに結ぶために、バッグの口の周囲に組み込まれ得、望ましい場合、別個の保護サックが、プロペラブレードを被覆して、バッグ自体に直接曝露されることからプロペラブレードを保護するために含まれ得る。
米国特許第５，３１５，９４９号は、ボートのモータ支柱を保護的に覆うための装置を開示している。カバーは、調節可能なカラー、可撓性の不透明なバッグ、調節可能なカラードローラインを含む。バッグは、カラーに取り付けられた開いた上端を有する。バッグの閉じた下端は、上端と反対側にあり、それに取り付けられた重りを有する。カラーの調節可能なカラードローラインは、バッグが露出部の上に配置された状態で、バッグの開口端が、調節可能なカラードローラインを引くことによって、露出部の周囲で閉じられ得るようになっている。カラーは、露出部の周囲の定位置に調整可能なカラードローラインを係止するための係止スロットを含む。操作ハンドルが、露出部に対するカバーの配置および除去を容易にするためにカラーに取り外し可能に取り付いている。露出部上の定位置にあるカバーによると、水および光が、望ましくは、バッグの内側に入ることを防止され、それによって、濾過摂食生物および植物などの水系生物が、望ましくは、カバー内で繁殖することができない。
米国特許第６，１５２，０６４号は、保護プロペラカバーを開示している。カバーは、浮揚性包囲体を提供するために浮揚性材料が配置される可撓性スリーブを含む。可撓性プロペラカバー部分が、可撓性スリーブに固設され、カバーの端は、プロペラの周囲に解放可能に固設される。浮揚性包囲体は、プロペラに隣接して位置付けられ、プロペラが水位線の下に位置付けられるときに水位線の上に延在する。浮揚性包囲体はまた、泳者がボートの近くを泳ぐときにプロペラと直接接触することから保護するように機能する。保護プロペラカバー装置は、輸送または保管中にプロペラを保護するためにさらに機能する。保護プロペラカバー装置は、ボートが進行中のときに、アンカーカバーとしてさらに機能する。保護プロペラカバー装置は、緊急浮揚デバイスとしてさらに機能する。
米国特許第６，６０９，９３８号は、停泊中、漂流中、座礁中、ドッキング中、保管中、または輸送中の水から出たボートの船内外モータに使用されるプロペラプロテクタスリッパを開示している。プロペラプロテクタスリッパは、プロペラにピッチングおよび損傷を引き起こす要素からプロペラを保護し、プロペラ関連損傷を最小限に抑える。プロペラプロテクタスリッパはまた、後続車両からの牽引されたボートのプロペラの距離を投影するためのゲージを提供する。
米国特許出願公開第２００８／００２０６５７号は、船舶のアウトドライブを保護するための装置を開示している。装置は、船舶のマーリンボードの下側に取り付くように適合された位置決め部材と、アウトドライブの周りに包囲体を提供するために位置決め部材と係合可能なシュラウドと、を備える。シュラウドは、浮揚性であり、位置決め部材と摺動係合するように浮遊され得る。シュラウドは、望ましくは、シュラウドの内側への水の侵入を防止するために、船舶のトランサムとのシュラウドの係合時に閉じられる開口部を有する。接続手段および係止手段は、シュラウドを位置決め部材に解放可能に接続するために提供される。
上記に例示されたような物理的な被覆の使用に加えて、バイオファウリングを低減するための努力において他の戦略が採用されてきた。米国特許出願公開第２００９／０１８５８６７号は、海洋要素の周りの渦誘発振動および抗力を低減するためのシステムおよび方法を開示している。システムは、限定されるものではないが、海洋要素の周りに回転可能に装着されたシェルを含み、シェルは、シェルが海洋要素の少なくとも一部分の周囲にスナップすることを可能にするように構成された長手方向間隙を画定する対向する縁を有する。フィンが、長手方向間隙の各対向する縁に沿って位置付けられ得、各フィンは、シェルから外向きに延在し得る。フィンは、望ましくは、渦誘発振動を低減し、海洋要素に対する抗力を最小化するように、シェル上に位置付けられ得る。１つ以上のファウリング防止剤が、シェル、フィン、またはそれらの組み合わせの少なくとも一部分の上、中、または周りに配設され得る。
米国特許第７，３９０，５６０号は、基材をファウリング除去するためのコーティングシステムを開示している。システムは、水または海水に長期間浸水された船体を含む。システムは、導電層、ファウリング防止層、および導電層にエネルギーパルスを提供するための手段を備える。導電層は、導電性である炭素充填ポリエチレンなどのポリマーを含む。ファウリング防止層は、低表面自由エネルギーを有するポリジメチルシロキサンなどのポリマーを含む。層は、導電層が電気、音響、もしくはマイクロ波エネルギーまたはそれらの組み合わせのパルスに曝露されたときに、導電層がファウリング防止層から分離するように設計されている。
米国特許第６，３０３，０７８号は、海水と接触する物体を保護するためのファウリング防止構造体を開示しており、これは、大量のファウリング防止剤を含有する、成形された熱可塑性樹脂または織物を組み込む透水性繊維材料を含み得、ファウリング防止剤が構造体から海水に浸出している。この参考文献によると、浸出剤は、水生生物の付着を防止するために、物体の近くに高濃度のファウリング防止剤を維持することが重要である。加えて、この参考文献によって開示される包囲体の実施形態の多くは、溶存酸素レベルが非常に低い（すなわち、８．３％以下）環境を形成し、これは、高度に無酸素であり、過度の微生物の腐食および保護される物体の分解を増進する傾向がある。
バイオファウリングの影響からこれらの物体を直接遮蔽および／または隔離しようとする際、水中物体の外面に適用するための多種多様な表面コーティング、塗料、および／または他の材料も当技術分野で知られている。これらのコーティングおよび／または他の材料の多くは、殺生物性添加剤および／または金属添加剤（すなわち、銅）に依存しており、これらは、望ましくは、時間の経過とともに周囲の水性環境に浸出し、様々な態様のバイオファウリング生物を妨害する。例えば、二価のＣｕ２は、細胞膜上の酵素を妨害し、様々なバイオファウリング生物の細胞分裂を防止するが、トリブチルスズ（ＴＢＴ）殺生物剤（現在、多くの先進国で海洋殺生物剤としての使用が禁止されている）および／または他の有機スズ化合物は、多くの海洋生物を殺傷するか、または成長を遅延させ、これらの物質の多くはまた、内分泌撹乱物質としても機能し得る。しかしながら、物体の水中表面を整え、次いで、そのような表面に直接、そのような塗料／コーティングを塗布および／または結合するプロセスは、多くの場合、費用および時間の掛かるプロセスであり（水性環境からの物体の除去さえ、および／または船舶の乾ドックさえ必要とし得る）、これらのコーティングの全ては、限定された持続時間を有し、典型的には、時間の経過とともに効果を失い、多くの場合、周囲の水性環境の生物に有害な（そして望ましくない）影響を有する。同様の困難は、疎水性、超疎水性、および／または非接着性（すなわち、非粘着性および／または超繊毛）表面などの溶除および／または表面特性に依存するシステムにも存在する。
より最近では、水性環境に放出される塩素などの活性苛性剤の放出または作製に依存するシステム（すなわち、海水から次亜塩素酸塩化合物を生成する電気塩素化システム）が、特に、大規模産業施設用の冷却および／または濾過水システムで、バイオファウリングを低減および／または防止しようとする際に使用されてきた。そのようなシステムの購入および／または運転の高いコストに加えて、そのような腐食性物質（塩素の場合、強力な酸化剤であり得る）は、意図された使用環境をはるかに超えて有害な影響を引き起こす可能性があり（すなわち、一旦、放出されると、それらは、周囲の水生環境中の生物を損傷させる可能性がある）、これらの物質の多くは、それらが保護することを意図するアイテムそのものまたは関連システム構成要素の腐食および／または分解を促進する可能性がある。
バイオファウリングから保護されることを意図された物体の周りに完全に密閉された環境を形成することなどによって、水性環境中のバイオファウリング要素から物体を完全に隔離するための様々な試みもまた、当該技術分野で行われている。しかしながら、これらの場合、密閉された環境内に含有される液体（保護される物体とも直接接触している）は、典型的には、非常に急速に停滞および／または無酸素状態になり、様々な材料の高レベルの嫌気性腐食、特に、無酸素海水などの無酸素硫酸塩に富む環境中の高レベルの腐食につながる。
本明細書に開示される様々な発明は、完全に密封された「包囲体」または他のタイプの外側被覆が、曝露された基材構造体の周囲で連続的に利用されることが非実用的、不可能、および／または不便であり得る状況を含む、水生環境への長期間の曝露に対するミクロおよび／またはマクロファウリングから構造体および／または基材を保護するための改善された方法、装置、および／またはシステムの必要性の理解を含む。これは、基材もしくは他の物体が非常に大きい、および／もしくは広範囲の水中支持構造体を有し得る状況、基材もしくは他の物体が水性環境を通って移動しているか、もしくは何らかの形態の推進力（すなわち、船のプロペラおよび／またはボートの船体）を提供している状況、水性環境中の周囲の水が循環、消費、および／もしくは利用されている（すなわち、冷却水のために、および／もしくは淡水のために蒸留されている）状況、ならびに／またはセンサもしくは他のデバイスが周囲の水性環境を記録および／もしくはサンプリングするために利用されている状況を含む。
本明細書に開示される様々な発明は、「保護された」基材が、無酸素性、酸性ならびに／または完全に密閉された包囲体内でおよび／もしくは基材に近接して発現し得る他の条件（ならびに／または微生物の誘発腐食の作用などの、そのような周囲環境に関連する他の条件）からの腐食または他の影響を受け得るという点で、基材を周囲の水性環境から完全に隔離する完全に密閉された包囲体が、水性環境の様々な悪影響から基材を適切に保護しない可能性があるという理解をさらに含む。したがって、基材の最適な保護は、基材を周囲の水性環境の様々な特徴および／または態様から少なくとも部分的に（完全ではないが）分離する包囲体によって提供され得る。
様々な実施形態では、周囲の水性環境の１つ以上の特徴または特性から基材を濾過、選別、分離、隔離、保護および／または遮蔽するために、基材または他の物体の周囲、それらに対して、および／または別様にそれらの近くに位置付けられ得る、バイオファウリング防止「包囲体」または「障壁」が説明され、２０１９年３月１３日出願の「ＢＩＯＦＯＵＬＩＮＧ ＰＲＯＴＥＣＴＩＶＥ ＥＮＣＬＯＳＵＲＥＳと題された同時係属中の米国特許出願第６２／８１７，８７３号、および２０１９年１１月１日出願の「ＤＵＲＡＢＬＥ ＢＩＯＦＯＵＬＩＮＧ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ」と題された同時係属中の特許協力条約（ＰＣＴ）特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１９／５９５４６号に説明されている様々な実施形態の採用を含み、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に各々組み込まれている。より具体的には、包囲体の様々な実施形態は、望ましくは、基材の直ぐ近くに「境界のある」、少なくとも部分的に包囲された、および／または区別された水性環境を形成し、このことは、いくつかの種類のミクロおよび／または媒体による直接のバイオファウリングから基材を濾過または遮断するとともに、少なくともいくつかの事例では、基材および／または包囲体壁上の比較的耐久性のある表面バイオフィルム、コーティングまたは層の形成を増進するように機能し得、このことは、包囲体がない場合でも、長期間、望ましくないタイプのバイオファウリング生物による基材表面のその後の定着、動員および／またはコロニー形成を潜在的に阻害、妨害、回避、および／または防止し得る。多くの事例では、包囲体壁の開口部、空隙、および／または窓形成は、包囲体内の水性環境と包囲体の外側の水性環境との間で制御された量の水交換を可能にし、場合によっては、包囲体内に収容されている液体の水の化学組成および／または濁度を変化させることもあり、周囲の開放された水性環境のものと比較して、区別された液体中に懸濁された、異なるレベルの粘土、沈泥、細かく分割された無機および有機物、藻類、可溶性着色有機化合物、化学物質および化合物、プランクトンならびに／または他の微視的生物につながり、それらのレベルは、包囲体内に収容されている基材のファウリングおよび／または腐食（またはファウリングおよび／または腐食の欠如）に様々な形で寄与し得る。
様々な実施形態では、本明細書に説明される包囲体は、様々なタイプのバイオファウリングに寄与する水生生物の定着および／または動員に不利であるか、または不利になる、保護されることになる基材または表面の浸漬および／または部分的に浸漬された部分に隣接して、少なくとも部分的に「包囲された」、「局所的な」、「収容された」、および／または「区別された」水生環境を生成するように作用する（１つ以上のタイプのバイオファウリング生物について、「負の」定着の手掛かりを作製する表面、ならびに「正の」定着の手掛かりを欠くおよび／またはその低減されたレベルを提示し得る表面を含み得る）。様々な実施形態の包囲体および／または他の構築物はまた、望ましくは、バイオファウリングに寄与する多くの海洋生物が、包囲体に侵入すること、ならびに／または基材の浸漬および／もしくは部分的に浸漬された表面に接触することを濾過、低減、および／または防止し得る。
様々な実施形態では、包囲体は、透過性の形成可能な基質および／または布材料を含み得、少なくとも１つの例示的な実施形態では、紡績ポリエステル糸から作製されたポリエステル織布を含み得る。少なくとも１つのさらなる実施形態では、紡績ポリエステル糸の採用が、望ましくは、微小および／または微視的スケールで布材料の有効表面積および／または細線維化を増加させ得、これは、望ましくは、（１）布を通って延在する天然および／もしくは人工の開口部の「有効」もしくは平均サイズの顕著な減少につながり得る、（２）布を通るおよび／もしくは布内の開口部内の「自由空間」の量および／もしくは幅を減少させ、それによって、布の表面との微生物（流入／流出液体内の）の間の分離距離を潜在的に低減させ得る、ならびに／または（３）包囲体内の水質の変化を様々なやり方で変更および／もしくは誘発し得る。布の減少した平均開口サイズは、望ましくは、液体の「濾過」を増加させて、様々な生物学的生物および／または他の材料が、包囲されたか、または境界のある環境に入ることを低減および／または防止することになるが、一方、開口部内の低減された「自由空間」は、望ましくは、生物が布を自由に通過する機会を低減させる、および／または包囲されたか、もしくは境界のある環境と開放された水性環境との間の「合計の水交換」の速度および／もしくは量を低減することになる。これらの因子は、望ましくは、包囲体の壁に出入りするミクロおよびマクロ生物（ならびに様々な有機および／または無機の汚染物質および／または他の化合物）のサイズおよび／または生存率の顕著な低減または計量を結果的にもたらすことになる。さらに、これらの態様はまた、望ましくは、包囲体材料自体および／またはその開口部内で発生し得るバイオファウリングまたは他の分解の量、程度および／または速度を低減することになり、望ましくは、長期間、包囲体の布の可撓性、透過性、および／または他の特性を維持する。
いくつかの実施形態では、包囲体の布壁の少なくとも一部分は、ある程度の量の液体および／または他の物質が、比較的制御および／または計量された様式で包囲体の壁を通過および／または「濾過」すること（すなわち、外部または「開放された」水性環境から、区別された水性環境へ、および／または区別された水性環境から、外部または開放された水性環境へ）を可能にするために十分な程度に窓形成および／または穿孔され得、望ましくは、区別された環境（包囲体内）と周囲の開放された水性環境（包囲体の外側）との間で包囲体壁を通じて発生する特定のレベル、量、および／またはパーセンテージの「大量の液体流」および／または「合計の液体交換」、ならびに包囲体壁および／またはそれらの細孔を通って拡散するか、または別様に通過する潜在性を提供する。液体および／または他の組成物のこれらの移動は、様々な天然および／または人工のプロセスと組み合わせて、望ましくは、包囲体内に比較的「異なる」または動的な「人工の」環境、特に、周囲の水性環境の動的特性とは多くの形で異なる特性を有する環境を誘発、促進および／または形成し、望ましくは、多くのバイオファウリング生物にとって「望ましくない」区別された環境を与え、それによって、バイオファウリングが包囲体内および／またはその直ぐ外側で発生することを低減および／または排除する。加えて、包囲体の壁の多数の小さい穿孔の存在は、望ましくは、取り入れおよび／または交換液体の様々なレベルの濾過を提供し得、壁細孔を介して包囲体に入る生物の数および／または生存率を潜在的に低減するとともに、包囲体内のおよび／または包囲体壁の近くを通り得る包囲体の外側の生物に悪影響を及ぼし得る。
様々な実施形態では、包囲体ならびにそれを通る任意の任意選択の開口部および／または穿孔の存在は、周囲の水性環境よりも基材のミクロおよび／またはマクロファウリングを助長しない可能性がある「包囲された」または「部分的に包囲された」水性環境を形成し得、周囲の水性環境のバイオフィルム局所定着の手掛かりよりも、低い正のレベルにある、包囲された環境内のバイオフィルム局所定着の手掛かりの実在および／または存在を含み得る。望ましくは、包囲体は、周囲の開放された水性環境内の同様の因子および／または化合物と比較して、包囲された水性環境内の様々な環境因子および／または化合物の組成および分布に「差」を生じさせることになり、これらの「差」は、（１）保護された基材の表面上、（２）包囲体の内壁表面上、（３）包囲体の壁の開口部および／もしくは穿孔の隙間内、ならびに／または（４）包囲体の外壁表面上で発生する顕著な量のバイオファウリングを阻害および／または防止する。いくつかの実施形態では、包囲体は、ミクロおよび／またはマクロファウリング生物の一部および／または全てが基材からある程度遠位に位置することを誘発および／または推進する、包囲体内の定着の手掛かりの勾配を生じさせ得るが、一方、他の実施形態では、包囲体は、基材のバイオファウリングおよび／他の分解を助長しない、基材に近接する微小環境を形成し得る。さらに他の実施形態では、包囲体は、基材の周囲に直接巻き付けられるなど、基材に近接しておよび／または基材と直接接触して位置付けられ得、それでも本明細書に説明される様々な保護を提供する。
様々な実施形態では、構造体は、布内の複数のより小さい開口部、穿孔および／または細孔とともに、開放された底部および／または上部（またはその一部分）などの１つ以上のより大きい開口部、ならびに包囲体の側面の様々な開口部を含み得る。様々な実施形態では、「大きい」開口部は、包囲体壁の外部表面積の表面積の少なくとも１０％以上を含む包囲体内の開口部として画定され得るが、一方、他の実施形態では、大きい開口部は、包囲体壁の外部表面積の表面積の２％以上、５％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、および／または４０％以上である面積を含み得る。様々な他の実施形態では、複数の比較的小さい開口部（すなわち、包囲体壁の外部表面積の表面積の０．２５％～２％）は、本明細書に説明されるより大きい開口部の１つ以上と機能および／または構造において幾分同等であり得る。
一例として、包囲体内の液体中の溶存酸素量は、望ましくは、外部の水性環境の液体中の溶存酸素量とは顕著な程度まで異なることになり、区別された液体中の溶存酸素の変化は、外部の水性環境中の溶存酸素レベルを潜在的に反映、追跡、および／または「遅延」（量を変化）させる。望ましくは、区別された液体中のこの溶存酸素レベルは、典型的には、周囲の水性環境のレベル未満になり（ただし、様々な実施形態では、周期的および／または連続的な場合を含み、周囲環境のレベル以上であり得る）、様々な実施形態では、溶存酸素レベルは、硫酸塩還元もしくは類似の細菌の活性（すなわち、微生物の誘発腐食－「ＭＩＣ」）および／または他の無酸素分解／腐食を助長するレベルを上回る値で変動し得、変動自体は、望ましくは、包囲体またはその様々な区分もしくは部分内の任意の単一の望ましくないタイプまたはグループのミクロおよび／またはマクロ生物の優勢を阻害および／または制御することを助ける。
様々な実施形態では、溶存酸素および／または他の水の化学組成成分の勾配が、包囲体の内壁と保護された基材の外面との間の包囲体の液体内で発現し得、この勾配は、包囲体の内壁に近接する「より快適なゾーン」、および／または基材の表面に近接する「あまり快適ではないゾーン」を潜在的に生じさせ、いくつかの実施形態では、内側包囲体壁に向かって、および／または基材の１つ以上の表面から離れる方向に移動するように様々な微生物を誘発し得るとともに（一例として、包囲体壁のより近くに存在し得る増加した溶存酸素パーセンテージに起因し得る）、いくつかの微生物に基材の表面上でコロニー形成、定着、繁殖、および／または成長しないように潜在的に推進する。様々な実施形態では、この勾配は、少なくとも部分的に、包囲体を通るおよび／もしくは包囲体内への水の流入に起因し得る、ならびに／または、少なくとも部分的に、包囲体を通るおよび／もしくは包囲体から出る水の流出に起因し得る。結果として生じる包囲体内および／または包囲体外への水の「交換」、ならびにそこに含有される化学物質および／または化合物の様々な濃度は、望ましくは、基材の本来の（すなわち、保護されていない）状態で基材に発生し得るバイオファウリングまたは他の分解の量、程度、および／または速度を低減することになる。
様々な実施形態では、包囲体に入るおよび／または包囲体を出る水または他の水性媒体は、望ましくは、主に「ひとまとめ」様式でこの通過を達成することになり、包囲体内の水の速度および／または「流れ」の局所化された変動が最小化することになる。結果として生じる包囲体内の水の比較的静止した性質は、望ましくは、包囲体内の水の顕著な「混合」を低減および／または阻害し、望ましくは、酸素化レベル（すなわち、化学躍層）および／または他の特性（すなわち、塩度、密度、温度）に基づく階層化を含み得る、包囲体内のより高いレベルの階層化および／または区別化につながり、包囲体内の無酸素および／またはユーキシニアの局所化された領域の形成に潜在的につながる（領域は、包囲体内で懸濁され得る、および／または包囲体内の他の水の領域によって基材の表面から分離され得る）。さらに、様々な代謝廃棄物および／もしくは有害な化合物（様々な既知および／または未知の微生物の「毒素」を含む）ならびに／または区別された環境内で生成された他の阻害化合物を含み得る、包囲体を出る水は、望ましくは、様々な時間の長さでそのような水／化合物の「大群」の中で、包囲体の細孔内および／または包囲体の外壁の近傍に「残り続け」、望ましくは、ファウリング生物による包囲体壁（外部に面する壁を含む）のコロニー形成を低減および／または妨害することになる。
１つの例示的な実施形態では、包囲体は、包囲体内に酸素枯渇ゾーンを生じさせるように基材に近接して利用され得、この酸素枯渇ゾーンの少なくとも一部分が、基材に近接するか、または基材と接触し、いくつかの実施形態では、酸素枯渇ゾーンは、区別された水性環境（すなわち、包囲体内）全体を含み得るが、一方、他の実施形態では、酸素枯渇ゾーンは、区別された水性環境の一部分のみを含み得る。望ましくは、包囲体の独自の設計および配置の様々な態様は、１つ以上の天然のプロセスが酸素枯渇ゾーンを最初に生成することを可能にすることになるが、いくつかの実施形態では、追加の措置および／または活動が、１つ以上の天然のプロセスを開始、加速、維持、遅延、低減、および／または補足するように行われ、それによって生じた酸素枯渇領域に影響を及ぼし得る。
望ましくは、包囲体は、水性環境内に独自の保護された環境を提供することになり、包囲体内の細菌および／または他の微生物の量および／または多様性は、包囲体の外側に位置するものとは異なり得る。さらに、包囲体は、包囲体内に複数の区別された環境を形成し得、複数の区別された環境は、「包囲体の内壁に近接する」（すなわち、例えば、包囲体の内壁の数ミリメートル以内）として定量化され得る第１の区別された「環境」と、基材の外面に近接する（すなわち、数ミリメートル以内）として定量化され得る第２の区別された「環境」と、を含み得る。様々な例示的な実施形態では、所与の区別された環境は、包囲体内の１つ以上のバイオフィルムの形成を誘発または増進し得、これは、基材の表面上のバイオフィルムの形成を含み得、このバイオフィルムは、包囲体が存在しない水性環境内で基材上に形成され得るバイオフィルム、および／または包囲体壁の内側表面上のもしくは包囲体壁の細孔内の異なるバイオフィルムとは、様々な態様で異なり得る。例えば、「包囲された」または区別された環境内の基材バイオフィルムは、より低い／少ない多様性の細菌もしくは他の微生物を組み込み得るか、保護されていない同等の基材の表面上に通常形成されることになるものよりも「薄い」層のバイオフィルムを含み得る（所望の様式でフィルムおよび／または隣接表面を通じた熱伝達を促進し得る）。様々な事例では、この区別されたバイオフィルムは、基材のミクロおよび／またはマクロファウリングを防止および／または低減するために、または様々な他の理由のために、有利であり得る。
いくつかの実施形態では、水性環境内の独自の保護された環境は、包囲体内の１つ以上のバイオフィルムの形成を誘発または増進し得る、包囲体内の細菌および／または他の微生物の独自の量および／または多様性を誘発し得、そのようなバイオフィルムは、保護されていない環境で通常遭遇するバイオフィルムよりも、基材に「あまりしっかりと取り付けられていない」可能性がある。そのようなバイオフィルムは、基材および／または中間バイオフィルム層からのファウリング生物の除去および／または「掻き取り」を容易にし得る。そのような場合、ミクロフローラおよび／またはミクロファウナは、包囲体の外側に位置するものとは異なる門（すなわち、異なる細菌、シアノバクテリア、および／または珪藻）を含み得る。
様々な実施形態では、包囲体およびそれを通る様々な穿孔の存在は、周囲の水性環境よりも基材のミクロおよび／またはマクロファウリングを助長しない可能性がある「区別された」水性環境を形成し得、周囲の水性環境のバイオフィルム局所定着の手掛かりよりも、低い正のレベルにある、区別された環境内のバイオフィルム局所定着の手掛かりの実在および／または存在を含み得る。望ましくは、包囲体は、周囲の開放された水性環境内の同様の因子および／または化合物と比較して、区別された水性環境内の様々な環境因子および／または化合物の組成および分布に「差」を生じさせることになり、これらの「差」は、（１）保護された基材の表面上、（２）包囲体の内壁表面上、（３）包囲体の壁の開口部および／もしくは穿孔の隙間内、ならびに／または（４）包囲体の外壁表面上で発生する顕著な量のバイオファウリングを阻害および／または防止する。いくつかの実施形態では、包囲体は、ミクロおよび／またはマクロファウリング生物の一部および／または全てが基材からある程度遠位に位置することを誘発および／または推進する、包囲体内の定着の手掛かりの勾配を生じさせることになるが、一方、他の実施形態では、包囲体は、基材のバイオファウリングおよび／他の分解を助長しない、基材に近接する微小環境を形成し得る。さらに他の実施形態では、包囲体は、基材の周囲に直接巻き付けられるなど、基材に近接しておよび／または基材と直接接触して位置付けられ得、それでも本明細書に説明される様々な保護を提供する。
様々な他の実施形態では、穿孔された包囲体壁の存在は、周囲の水性環境のものと比較して、区別された環境および／またはその部分内の様々な水の化学組成因子ならびに／または栄養素および／もしくは廃棄物の存在／不存在に同様に影響を及ぼし得る。例えば、ｐＨ、総溶存窒素、アンモニウム、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、総溶存リン酸塩、および／またはシリカは、区別された環境と周囲の開放された水性環境との間で変化し得、区別された環境内でも、そのような栄養素レベルは、包囲されたか、または境界のある水性領域にわたって変化し得る。一般に、包囲体壁の少なくとも一部分（すなわち、大量の水流の方向に基づく「上流部分」）に近接する場所における包囲体内の液体中の水の化学組成、栄養素レベル、および／または廃棄代謝物レベルは、包囲体の外側の液体のレベルにより近づく可能性があり、より大きい変動が、典型的には、包囲体内で、および／または基材表面に近接して見られる。
様々な実施形態では、本明細書に説明されるような包囲体の存在は、生物が、成長することをできなくする（包囲体の外側に位置する同等の生物と同様の速さで成長することができないことを含む）、繁殖することをできなくする、ならびに／または完全に機能するマクロファウリング生物になるためにこれらの生物が受ける、必要とされる天然のプロセスおよび／もしくはステージのうちの１つ以上を通過することをできなくする、区別された環境内の様々な「快適ではない」条件を理由に、基材上に上陸し得るファウリング生物が、基材に定着もしくは付着しない可能性がある、ならびに／または基材に繁殖および／もしくはコロニー形成することができない可能性があるように、水の化学組成を変化させ得る。例えば、様々な化学組成の変化が、包囲体内で（周囲の開放された水性環境と比較して）起こり得、溶存酸素レベルの低下、ｐＨの変化、栄養素レベルおよび／もしくは濃度、廃棄物レベル、ならびに／または包囲体内の水の移動の欠如の差などを含む。多くの場合、ファウリング生物は、基材が本明細書に説明される様々な包囲体内に配置されたときに、既に汚染された表面から切断および／または「死滅」する可能性もあり、これは、基材のファウリングを潜在的に停止および／または低減するとともに、いくつかの既存のバイオファウリング生物ならびに／または殻、骨格、外骨格および／もしくは関連する支持構造体などの骨格の残骸を、汚染された表面から潜在的に解き放し得る、および／または剥離し得る。
様々な実施形態では、包囲体の壁の穿孔の配置、小さいサイズおよび／または分布、ならびにその中に位置付けられた様々な縫糸および／または縫糸部分（すなわち、繊毛）の存在は、包囲体またはその様々な部分内の太陽光または他の光／熱エネルギー（人工および／または生物発光エネルギー源を含む）の存在および／または利用可能性を制限、防止および／または調節し得、このことは、様々なエネルギー源（例えば、光合成のための太陽光など）が様々な微生物および／または他の変性プロセスによる使用に即座に利用可能であることを、特に、包囲体が水性環境の表面の近く、またはそのような他のエネルギー源の近くで利用される場合に、制限および／または防止することを含む。望ましい場合、包囲体の壁に近接するそのようなエネルギー源の利用可能性または存在（すなわち、穿孔を通じた）は、いくつかの運動性生物が包囲体の内壁に近接して群集するおよび／または集まることを誘発し得、望ましくは、保護されるべき基材表面に近接するそれらの存在を低減させる。様々な代替的な実施形態では、光または他のエネルギー源は、包囲体に近接する周囲の水性環境内に位置付けられ得、および／または保護された基材に近接することを含む様々な場所で包囲体内に居続けられ得、それによって、包囲体に近接するおよび／または包囲体内のそのようなエネルギー源の利用可能性を向上させる。そのような実施形態は、追加されたエネルギー源に敏感なバイオファウリング生物の存在および／または成長を制限する（すなわち、典型的には、より暗い環境を好む、ゼブラムール貝を阻害するために光源を提供するなどの）際に特に有用であり得る。
様々な実施形態では、包囲体の壁の穿孔の配置、小さいサイズおよび／または分布、ならびにその中の様々な縫糸および／または縫糸部分の存在は、包囲体またはその様々な部分内で発生し得る、より高速の大量の流れの場所および／または量を制限、防止および／または調節し得、包囲体内のおよび／または基盤に近接する液体の様々なタイプの層流および／または乱流（すなわち、水の局所化された流れまたは「ジェット」）を制限および／または防止することを含む。いくつかの実施形態では、包囲体内で達成され得る水の比較的「緩慢」であるが完全には「静止」していない性質は、顕著な数の非固着性微生物が基材またはそれに近接する境界層と接触するようになることを防止し得る。さらに、包囲体内の液体の制限された流れは、より薄い／より厚い水性液体境界層が、保護された基材および／または包囲体壁に近接して存在することを可能にし得、このことは、保護された基材との微生物または他の接触をさらに制限するとともに、開放された水性環境のより活発な流れの状況に通常存在するよりも、より薄い／より厚いバイオフィルム層の形成を基材上で誘発または可能にし得る。
少なくとも１つの代替的な実施形態では、本発明の様々な利点は、区別された水性環境と周囲の開放された水性環境との間の望ましい水交換レベルを提供する、動力ポンプまたは「逆止弁」配置、プロペラシステムおよび／またはペタルシステムなどの、補足的な、および／または人工の水交換機構を組み込む、不透過性包囲体（プラスチック、木および／または金属の壁シートまたはプレートなどを含む）によって提供され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、保護された基材について本明細書に説明されるバイオファウリング保護および／または有効性の一部または全ては、望ましくは、様々な補足的なバイオファウリング防止剤の使用なしで、包囲体およびその透過性の形成可能な基質、繊維性基質、および／または布壁材料によって提供され得るが、一方、他の実施形態では、包囲体は、壁構造および／またはそのコーティングのある部分に１つ以上の殺生物剤および／またはファウリング防止剤を組み込む、透過性の形成可能な繊維性基質および／または布壁材料を含み得る。いくつかの実施形態では、殺生物剤および／またはファウリング防止剤は、包囲体壁および／または構成要素にバイオファウリング保護を提供し得る（包囲体自体は、基材に、あるレベルのバイオファウリング保護を提供する）が、一方、他の実施形態では、殺生物剤および／またはファウリング防止剤は、基材自体に、ある程度のレベルのバイオファウリング保護を提供し得、さらに他の実施形態では、殺生物剤および／またはファウリング防止剤は、包囲体および基材の両方、ならびに／またはそれらの様々な組み合わせにバイオファウリング保護を提供し得る。
いくつかの実施形態では、包囲体は、包囲体構造体に統合され得る、および／または補足的に提供され得る、補足的な殺生物剤または他のファウリング保護物質、阻害剤および／または毒素の不存在の際でも、基材および包囲体壁の両方に異なる程度でバイオファウリング保護を提供し得る。例えば、本明細書に説明されるような包囲体が基材の周囲に配置され、開示された区別された環境を形成するとき、環境はまた、様々な代謝廃棄物の上昇した濃度を発現し得、包囲体内で発生する様々なプロセスおよび／または代謝活動は、ファウリング生物に有害な、害になる、毒性の、および／または他の悪影響を有する、１つ以上の物質（例えば、硫化水素またはＮＨ３－Ｎ－アンモニア性窒素など）を生成し得る。例えば、ＮＨ３－Ｎは、遊離アンモニア態窒素（ＦＡＮ）またはアンモニア性窒素としても知られる非解離形態のアンモニアであり、細胞膜を透過し得るため、微生物にとって有害および／または有毒であることが見出されている。いくつかの実施形態では、そのような有害な化合物（様々な既知および／または未知の微生物の「毒素」を含む）および／または阻害化合物の所望される濃度が、包囲体内で発現し得（そして、これらの濃度は、次いで、包囲体内で発生する様々なプロセスによって継続的に「補充」され得る）、それらは、包囲体内の区別された水性領域中に存在し、および／または包囲体の壁を通して溶出し得、包囲体の外壁をファウリング生物からある程度まで保護する有害な化学物質の局所化された「大群」を潜在的に作製する。しかしながら、一旦、これらの化合物が包囲体を出ると、これらの有害な、および／または阻害化合物は、様々な天然のプロセスによって迅速に希釈および／または分解されるようになり得、したがって、包囲体からある程度の距離における環境上のこれらの物質のより長期間の影響に関する顕著な懸念が取り除かれる。加えて、包囲体内でこれらの化合物を作製するプロセスが連続的および／または周期的であるため、包囲体は、溶出リザーバおよび／または外部補充もしくは外部電源を必要とせずに、これらの阻害化合物を比較的一定のレベルで無期限に絶えず生成および／または溶出し得る。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体は、紡績ポリエステル糸から作製されたポリエステル布の透過性の形成可能な繊維性基質を含み得、これは、少なくとも片側（包囲体の外部に面する表面など）を殺生物性化合物もしくはコーティングまたは殺生物剤を含有する塗料でコーティングされ得、殺生物剤化合物の少なくとも一部が、布の本体内への道筋の少なくとも一部分を透過する。少なくとも１つのさらなる実施形態では、リング紡績ポリエステル糸の採用が、望ましくは、微小および／または微視的スケールで布材料の有効表面積および／または細線維化を増加させ得、これは、望ましくは、（１）布を通って延在する天然の開口部の平均サイズの顕著な減少につながり得る、ならびに／または（２）布を通るおよび／もしくは布内の開口部内の「自由空間」の量および／もしくは幅を減少させ、それによって、微生物（流入／流出液体内の）と布上に常在する殺生物剤コーティングとの間の分離距離を潜在的に低減させ得る。そのような実施形態の布の減少した平均開口サイズは、望ましくは、液体の「濾過」を増加させて、様々な生物学的生物および／または他の材料が、包囲されたか、または境界のある環境に入ることを低減および／または防止することになるが、一方、開口部内の低減された「自由空間」は、望ましくは、生物が殺生物性コーティングに非常に近づいて通過するため、包囲体を通過する生物に対する殺生物剤の効果を向上または増幅することになる（殺生物剤と様々な生物との間に起こる直接接触の向上した潜在性を含む）。これらの因子は、望ましくは、包囲体内を通るミクロおよびマクロ生物（ならびに様々な有機および／または無機の汚染物質）のサイズおよび／または生存率の顕著な低減を結果的にもたらすことになる。さらに、包囲体の布上および／または布内の殺生物剤のコーティングおよび／または塗料および／または添加剤の存在は、望ましくは、包囲体材料自体および／またはその開口部内で発生し得るバイオファウリングまたは他の分解の量、程度および／または速度を顕著に低減することになり、望ましくは、長期間、包囲体の布の可撓性、透過性および／または他の特性を維持する。
いくつかの実施形態および／またはいくつかの水性環境では、可撓性包囲体材料の少なくとも外面上の任意選択の殺生物剤コーティングの存在は、望ましくは、包囲体自体内の開口部上および／または開口部内で受けるバイオファウリングおよび／または他の分解の厚さ、密度、重量および／または程度を低減することになり、このことは、包囲体と周囲環境との間の所望される水交換レベルを最適に維持することになる、および／または基材の周囲の包囲体の所望される位置における包囲体の耐用年数を延ばすことになる。多くの状況では、包囲体のバイオファウリングは、包囲体の重量および／または剛性を顕著に増加させ、包囲体および／または包囲体に取り付けられた構造体（基材自体を含む）を損傷するとともに、包囲体および／またはそれに取り付けられた任意の物体の浮力に悪影響を及ぼし得る。加えて、包囲体自体のバイオファウリングは、様々な布構成要素の可撓性および／または延性を低減させ得、動的な水性環境中の布および／または関連する取り付け機構の早期の破れおよび／または故障を引き起こし得る、および／またはそれに寄与し得る。さらに、包囲体上／内におけるバイオファウリング形成は、潜在的に、包囲体布を通るおよび／または包囲体布内の開口部のサイズを「塞ぐ」もしくは減少させ得、および／または開口部を閉じ得、区別された環境と周囲の動的な、および／または開放された水性環境との間の透過性および／または液体交換速度を潜在的に変化させ得、望ましくない状態（すなわち、低溶存酸素レベルおよび／または無酸素）および／または包囲体内で発生する腐食もしくは他の問題を結果的にもたらす可能性がある。
少なくとも１つの実施形態では、包囲体は、包囲体の展開後、限られた期間、溶出および／または別様に分配される最初の殺生物剤処理を含み得、この期間は、包囲体の他の特徴が、区別された環境を発現することを可能にし、区別された環境は、様々な阻害性物質を生成して、最初の殺生物剤の溶出が、より低いおよび／またはより有効性のないレベルまで低下した後、および／または溶出もしくは分配を停止した後に、基材および／または包囲体にその後のバイオファウリング保護を提供し得る。
実施形態の上記および他の目的、態様、特徴、および利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによってより明らかになり、より良好に理解され得る。
キルトまたはスカートタイプ構築物の形態の包囲体の１つの例示的な実施形態を図示する。 図１のスカート包囲体システムの部分断面図を図示する。 本明細書に説明される様々なバイオファウリング保護システムで使用するための１つの例示的なシートまたは壁の斜視図を図示する。 外周リングまたはカーテンバイオファウリング保護システムの別の実施形態の斜視図を図示する。 バイオファウリング保護システムで使用するための濾過モジュールまたはフィルタ要素の１つの例示的な実施形態の斜視図を図示する。 外周リングまたはカーテンバイオファウリング保護システムの別の例示的な実施形態を図示する。 浮遊物体の周囲に少なくとも部分的に位置付けられたスカート包囲体の別の実施形態の断面を図示する。 浮遊物体の周囲に少なくとも部分的に位置付けられたスカート包囲体の別の例示的な実施形態の断面を図示する。 海上石油プラットフォームの周りに配置されたスカートまたは外周包囲体バイオファウリング保護システムの別の例示的な実施形態の側面図を図示する。 石油掘削プラットフォームの様々な支持脚の周囲に位置付けられた複数の包囲体および部分包囲体を有するバイオファウリング保護システムの別の例示的な実施形態を図示する。 標準的なボートスリップ内に位置付けられたＵ字形のバイオファウリング保護包囲体の上面図および斜視図を図示する。 吊りカーテン閉鎖具を組み込む別の例示的なＵ字形のバイオファウリング保護包囲体の側面図および斜視図を図示する。 複数の配備可能な圧延シートを含むバイオファウリング保護システムの構成要素を図示する。 バイオファウリング保護システムの布スカート区分および浮遊性フロートの別の例示的な実施形態の斜視図を図示する。 バイオファウリング保護システムの隣接浮遊ブーム区分間の摺動またはさねはぎ接続を図示する。 バイオファウリング保護システムの隣接浮遊ブーム区分間の接続を保護するために係合され得る閉鎖可能なフラップを図示する。 市販の浮遊ブームシステムへの取り付けのための布シートおよび関連付けられた構造体の一例の実施形態の側面図を図示する。 スカートタイプバイオファウリング保護包囲体の別の例示的な実施形態の側面図を図示する。 製造工場または他の施設の取水配管および関連機器のバイオファウリングを低減するための包囲体の別の例示的な実施形態の図を図示する。 天然または人工のリザーバまたは池の１つの例示的な実施形態の単純化された斜視図を図示する。 迷路または蛇行経路のバイオファウリング保護包囲体の１つの例示的な実施形態を図示する。 迷路または蛇行経路のバイオファウリング保護包囲体の代替的な実施形態を図示する。 バイオファウリング保護包囲体内における使用のための例示的な紡績糸の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真を図示する。 図１４Ａの糸の中央体部分の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を図示する。 ＰＥＴ紡績糸を含む編布のＳＥＭ顕微鏡写真を図示する。 バイオファウリング保護包囲体における使用のための圧延シート形態の例示的な布材料を図示する。 バイオファウリング保護包囲体における使用のための圧延シート形態の別の例示的な布材料を図示する。 様々な細孔開口部および単純化された通路を示す例示的な透過性布の断面図を図示する。 コーティングされていないポリエステル織布の別の例示的な実施形態を図示する。 コーティングを有する１７Ａの実施形態を図示する。 天然のコーティングされていない黄麻布を図示する。 溶剤ベースの殺生物性コーティングおよび水ベースの殺生物性コーティングでコーティングされた図１８Ａの布を図示する。 コーティングされていないポリエステル布を図示する。 殺生物性コーティングでコーティングされた図１９Ａの布を図示する。 コーティングされていない紡績ポリエステル布を図示する。 殺生物性コーティングでコーティングされた図１９Ｃの布を図示する。 コーティングされていない紡績ポリエステル布地を図示する。 コーティング後の図１８Ｅの紡績ポリエステル布地のコーティングされていない側を図示する。 例示的な包囲体内のローダミン濃度の経時的な検出を図示する。 様々な包囲体の実施形態で識別された様々なプランクトンのタイプおよび状態を図示する。 複数の層を有する壁構造体を組み込む、バイオファウリングから基材を保護するための包囲体の別の例示的な実施形態の斜視図を図示する。 バイオファウリング保護包囲体の様々な実施形態とともに使用するための補足的なポンピングシステムの水性流機構の１つの例示的な実施形態を図示する。 海水中の様々な基材上に形成されたバイオフィルム中の細菌門の様々な分布を図示する。
本明細書に説明される様々な実施形態の開示は、法的要件を満たすために十分な特異性を有して提供されるが、これらの説明は、必ずしも特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。特許請求の範囲の主題は、多種多様な他のやり方で具体化され得、異なるステップまたは要素を含み得、そして、過去、現在、および／または将来の開発を含む他の技術と組み合わせて使用され得る。本明細書に提供される説明は、個々のステップまたは要素の配置の順序が明示的に説明されているときを除いて、様々なステップまたは要素の中のまたはそれらの間のいかなる特定の順序または配置も示唆するように解釈されるべきではない。
本明細書に開示されるのは、バイオファウリングを受け易い水性環境または水性保持タンク内に位置する（またはそれらの中に配置される）基材または他の物体に近接して、それらの周囲、中、上部および／または下に配置され得る、様々な組立容易および／または使用容易な包囲体および／または他のデバイスである。様々な実施形態では、浸漬および／または部分的に浸漬された基材または他の物体（またはその一部分）を、水性バイオファウリングの影響から保護し得るシステム、デバイスおよび方法が開示され、包囲体が開放および／または除去され得る後のある程度の期間、基材によるバイオファウリング耐性の形成および潜在的な保持を含む。
様々な実施形態では、ポリエステル、ナイロンまたはレーヨン布などの比較的安価で容易に入手可能な材料、および／または綿、リネンまたは黄麻布（またはそれらの様々な組み合わせ）などの天然材料から形成され得る保護包囲体が開示される。様々な実施形態では、包囲体は、包囲体またはその一部分が、水性環境への一定量の曝露後に基材および／または支持構造体から連結解除され、腐敗し、および／または別様に劣化することを可能にする、廃棄および／または生分解性特徴を含み得、基材上における所望されるバイオフィルムまたは他の層の形成後の劣化および／または剥離を含み得る。
本明細書に開示される様々な実施形態では、「区別された水性環境」および／または「局所的な水性環境」という用語は、水の化学組成が包囲体の影響および／または存在に起因して変更されたか、または変更されることになる予定の水性エリアの一部および／または全てを広く包含することを意味し、１）包囲体の内壁の内側の任意の水（すなわち、「包囲された」または「区別された」水性環境）、２）包囲体の内面と外面との間の任意の細孔または空間内の任意の水（すなわち、「同伴された」水性環境）、および／または３）包囲体の外面に直ぐ近接する任意の水（すなわち、「近接した」水性環境）のうちの１つ以上（および／またはそれらの任意の組み合わせ）を含み得る。
いくつかの実施形態では、包囲体は、基材の外部表面を実質的に取り囲むおよび／または包含し得るが、一方、いくつかの代替的な用途では、包囲体は、望ましくは、包囲体に隣接および／または包囲体の外側に位置する基材を保護するように位置付けられ得、および／または構成され得、「開放された水性環境」は、包囲体内に位置するとみなされ得、「包囲された」または「区別された」水性環境は、包囲体の外壁と基材の内壁との間に位置付けられ得る。例えば、貯水タンクでは、タンクの内壁が保護されるべき「基材」を構成し得、タンク内にポンプ輸送される水の一部または全て（すなわち、小川、湖、港、または貯水池などの外部環境源からの）は、基材が保護されることを求められる「開放された水性環境」を構成し得る。そのような場合、本明細書に説明されるような包囲体は、水入口の周囲に位置付けられ得（または包囲体壁は、水入口とタンク壁との間のある点に位置付けられ得る）、包囲体は、望ましくは、タンク壁に近接して「異なる」環境条件を形成し、それによって、本明細書に説明されるようなバイオファウリングの様々な影響からタンク壁を保護する。
同様の様式で、包囲体および／またはその一部分を使用する液体の「濾過」および／または「裏漉し」を潜在的に伴う実施形態について、「開放された水性環境」は、包囲体壁を通過する前の水性水（または他の液体）の上流源とみなされ得、「区別された水性環境」は、包囲体部分を通過した後の液体とみなされ得る。少なくとも１つの代替的な実施形態は、バイオファウリング保護「吹き流し」または水性配管のフランジ内で配備され得る同様の設計などの、水タンク、保持セル、または分配ユニットの内壁に沿って並び得る包囲体要素を含み得る。
様々な代替的な実施形態では、本明細書に説明される基材を「包囲すること」は、保護された基材に近接して所望される濾過および／または水の化学組成の変化の一部および／または全てを誘発するために十分な程度まで包囲体または他のデバイスを用いて基材を部分的に包囲することを包含し、基材を周囲の水性環境または他の環境から完全に密閉または隔離しなくてもよい包囲体を含むことを理解されたい。例えば、ボートまたは船の船体または他の浸漬および／もしくは部分的に浸漬された部分を保護する包囲体は、包囲体が船体の水中部分の一部または全てのみを包含し、包囲体の部分が周囲の空気に開放され得る（すなわち、「水上」環境に開放された部分を含む）、水性環境の部分に開放され得る、および／または木造構造体、岩壁、固体金属シートなどの他の物体に向かって開放され得る場合でも、本明細書に説明されるように、船体を「包囲する」とみなされ得る。同様の様式では、様々な破損、開口部、継ぎ目、亀裂、裂け目、および／または欠落した壁要素を有する包囲体は、望ましくは、所望される水の化学組成の変化および／または濾過機能の一部および／または全てが包囲体および／または保護された基材に近接して発生することを誘発するために十分な包囲体構造体が存在し、それによって、包囲体および／もしくは基材をバイオファウリングから保護する、ならびに／または包囲体／基材のバイオファウリングの量を許容可能なレベルまで低減する、ならびに／または本明細書に説明されるように基材上に所望されるバイオフィルムの形成を誘発する場合、本明細書に説明されるように、基材を「包囲する」とみなされ得る。
少なくとも１つの実施形態では、港の床の底面に近接および／または接触する包囲体壁の下縁を有するものなどの、部分的に開かれるか、またはスカートタイプの包囲体が開示されている。少なくとも１つの可能な実施形態では、包囲体は、護岸、船体部分、より大きい船体、浸漬および／もしくは部分的に浸漬された構造体ならびに／または海底の底面／泥などの他の物体に対して、包囲体のある部分を部分的および／または完全に「密閉する」特徴を含み得る。他の実施形態では、包囲体は、望ましくは、本明細書に説明されるバイオファウリング保護を提供するために十分な深さを含み得るが、干潮時に水性媒体の底に触れることを回避するように十分に浅いものになる（すなわち、例えば、３フィートの長さ、６フィートおよび／または９フィートの水中深さ）。望ましい場合、垂直に配向されたシートの底部分は、包囲体の底部と海底との間の空間内および／または空間外への水の流れを阻害するが、完全に防止しない、窓形成、スリット、フリンジおよび／または穿孔を含み得る。
いくつかの実施形態では、浸漬された構造体の近くの天然水柱の「部分的」包囲体および／または「ドレープ」は、浸漬された構造体の一部または全部のバイオファウリングを防止および／または低減する際に顕著なバイオファウリング保護および／または改善を提供し得、特に、いくつかの「能動的」措置が、本明細書に説明される様々な水の化学組成の変化のいくつかの部分を、望ましくは、人工的に誘発および／または加速するために、同時に講じられ得る。他の実施形態では、「部分」包囲体または同様の構造要素の設計および／または位置付けは、水流動力学を利用して（すなわち、水のポンピングもしくは方向転換などの人工水流の作成および／または流れ、潮流などの天然水流の利用）、包囲体内の様々な開口部の存在を改善および／または適応させ、それによって、それによって保護された浸漬された構造体の一部または全部のバイオファウリングを防止および／または低減し得る。
必要に応じて、「部分的に開放された」包囲体は、船の船体および／または工場、熱交換器、発電構造体および／または水処理プラントの取水口／排水口を含み得る、完全にまたは部分的に浸漬された構造体の浸漬された取水口／排水口に出入りする水および／または他の材料の流れを顕著に妨げることなく、いくつかの環境内で効果的に利用され得る。
様々な実施形態では、スカートまたはキルトタイプの保護システムは、物体またはその部分の周囲の水中に展開され得る複数の垂直に配向された「シート」または同様の構造体を含む、包囲体または同様の構造体の個々の要素を含み得、シートのいくつかの部分は、保護されるべき物体の下に下向きに延在し、かつ、いくつかの実施形態では、スカートの上縁、物体、および／もしくは水面の下に顕著に延在し、いくつかの実施形態では、水体の有光層（すなわち、太陽で照らされたゾーン）のいくつかの部分内で、および／もしくはそこを越えて延在することを含み、保護システムは、望ましくは、物体に近接する水の部分的もしくは完全な薄光ゾーン（すなわち、十分に照らされないゾーン）を作製するか、または、望ましくは、バイオファウリングを阻害する保護された物体に近接する水の所望される化学組成の変化を誘発および／もしくは維持する、部分的もしくは完全に境界のある水の領域を形成する。様々な実施形態では、保護システムは、望ましくは、それを通過する太陽光に対するある程度の透過性変化をさらに誘発し得、これは、いくつかの実施形態では、物体と包囲体壁の上部分との間の太陽光の通過（ならびに／または様々な波長および／もしくはそれらの成分）を低減および／または排除するために、シート、メッシュ、スクリーンおよび／または他の障害物などの障壁材料の組み込みを伴う、包囲体の上部を介したこの薄光ゾーン内への大量の使用可能な太陽光（すなわち、生物によって使用可能な）の通過を低減および／または防止し得る。様々な実施形態では、これらの障壁材料はまた、波および／または風の作用による障壁内の水との酸素の物理的混合を阻害または防止し得る。
他の実施形態では、スカートまたは外周包囲体は、望ましくは、プラットフォームの支持構造体または「脚」の様々な部分の周囲のバイオファウリングを低減および／または排除する、海上石油プラットフォームの周囲に配置され得る。そのような実施形態では、包囲体壁は、支持構造体全体の外周の大部分の周囲に展開され、ドラムタイプのディスペンサまたは「フロート」から水中に垂直に下向きに延在し得（またはプラットフォームに直接および／または脚に固定され得る）、包囲体壁の深さは、必要に応じて増加および／または減少され得る。望ましくは、包囲体壁は、プラットフォーム支持体を完全におよび／または部分的に取り巻き（個々の包囲体で個々の支持脚、または単一の包囲体内で支持構造体全体を取り囲むことを含み得る）、包囲されたか、または境界のある水体の浅い部分および／または表面に近接するものを含む、包囲されたか、または境界のある水体の部分の所望される水の化学組成の変化を誘発するために十分な深さまで拡張されることになる。望ましい場合、包囲体壁のうちの１つ以上が、望ましいときに昇降され得、このことは、水の化学組成が監視されている場合（すなわち、例えば、リグの周囲または遠隔監視ステーションで）、水の化学組成に所望される変化を誘発し得る。同様の様式で、１つ以上の開口部、仕切り、および／または包囲体壁内もしくは包囲体壁間の仕切りは、必要に応じて、開かれておよび／または閉じられて、望ましくは、所望される様式で水の化学組成を変化させ得る。
望ましい場合、ファウリング防止システムは、自由浮遊包囲体を含み得、包囲体壁は、保護された船舶を取り巻くか、または取り囲み得る浮遊ブームによって支持され得る。様々な実施形態では、開示された構造体および／またはその構成要素は、ドックもしくはボートスリップに直接取り付けられ得る、および／またはそれらから直接吊り下げられ得る。例えば、Ｕ字形の包囲体は、標準のボートスリップ内に位置付けられ得、包囲体壁は、隣接するドックおよび／または他の構造体に接続されている。
様々な実施形態では、包囲体は、保護された基材に定期的にバイオファウリング保護を提供するために利用され得、これは、保護された基材に近接する水流が増加、減少し得るとき、および／またはいくつかの他の水流変化が所望されるときに、バイオファウリング保護の中断を含み得、バイオファウリング保護は、保護された基材に近接する水流が「通常」または所望のレベル（変化前水流レベルと同じであってもよく、または異なってもよい）で再開されている期間に潜在的に再開する。例えば、包囲体は、ユーザによって自動化および／または制御され得る１つ以上の表面下開口部を含み得、これは、包囲体内および／または包囲体外への増加した水流が望まれ得るときに開かれ得る。そのような機会は、包囲体からの基材の除去、外側の環境の水質のサンプリングの必要性、ならびに／または相当なレベルの冷却および／もしくは他の水（例えば、基材の船体の浸漬された取水口および／または排水口を介して）の必要性を含み得る。他の実施形態では、包囲体は、所望の期間に包囲体壁を通る増加した水の流れを提供するように設計され得、これは、増加した流れの期間中に包囲体によって提供されるバイオファウリング保護の一部または全てを低減および／または取り除き得るが、一旦、水流量が所定の設計閾値を下回って低減すると、バイオファウリング保護の再開を提供し得る。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体設計は、冷却水源として海水および／または淡水を使用するシステムのためのバイオファウリング防止および／または濾過システムとして特定の有用性を有して提供され得る。この実施形態では、水性環境中の浮遊するか、または部分的／完全に浸漬された包囲体または「リザーバ」が提供され得、包囲体は、通常の使用ベースで冷却システムによって直ちに必要とされ得るよりも大量の水性流体を包含する。例えば、冷却システムが通常の運転中に毎分１０００ガロンの水を必要とする場合、「リザーバ」（すなわち、包囲体壁と包囲体内の冷却水システムの取水口または入口との間の水体）は、望ましくは、少なくとも１０，０００ガロン、少なくとも２０，０００ガロン、少なくとも５０，０００ガロン、少なくとも１００，０００ガロン、少なくとも５００，０００ガロン、および／もしくは少なくとも１，０００，０００ガロン、ならびに／またはそれよりも多い水を包含し得る。１つの例示的な実施形態では、冷却システム用の水入口は、比較的低い溶存酸素レベルを有する水を冷却機器における使用のために入口に引き込むために、リザーバの上部近くにあり得、比較的高い溶存酸素レベルを有する「置換」水は、底部および／またはリザーバの任意のより低い側面の開口部または間隙中に引き込まれる。バルク水分子および／または液滴がリザーバ内の水柱を通過するために掛かる時間の間に、水柱内の天然および／または人工の脱酸素剤は、望ましくは、水中の溶存酸素レベルを低減させ得、その結果、溶存酸素レベルは、入口内に移動する前に、幾分枯渇される。しかしながら、少なくとも１つの代替的な実施形態では、水入口は、包囲体の底部および／またはリザーバの底面の近くにあり得、これは、冷却機器における使用のための包囲体／リザーバ内の一般的により低温の水として特に望ましい場合がある。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体の適切な設計、サイズ、形状、および／または他の特徴を決定するための方法が、望ましくは、包囲体内のバイオファウリングを低減および／または排除するために、推奨される最小の、包囲されたか、または境界のある体積および／または水交換速度を決定するために利用され得る。包囲体が、製造プラント（すなわち、発電所、淡水化プラント、精製所および／または他の製造施設）用の冷却水源および／または他の源水を提供するために利用され得る、膜フィルタ構成などの、いくつかの実施形態では、開示される方法は、水および／またはプラントの他の導管内のバイオファウリングを低減および／または排除するために、かつ、いくつかの実施形態では、水の追加の濾過および／または精密濾過を必要とせずに、潜在的に利用され得る。様々な実施形態では、包囲体は、複数のフィルタまたはモジュール式フィルタパネルを含み得、所望されるときに、フィルタ／パネルのうちの１つ以上が交換され得る。いくつかの実施形態では、フィルタパネルは、システムが通常動作中に交換され得る。
様々な実施形態では、包囲体の設計および使用は、特定の条件下で、基材および／または包囲体壁上の層、バイオフィルム、および／または材料の堆積の形成を潜在的に増進、誘発および／または推進し得、このことは、ミクロおよび／またはマクロ生物が、続いて、保護された基材の一部または全てにコロニー形成、動員、および／またはファウリングしようとすることを低減、撃退、阻害、および／または防止する（すなわち、基材にあるレベルの「バイオファウリング接種」を提供する）。例えば、本明細書に開示される包囲体の様々な実施形態は、包囲体内に独自の水性環境の生成を引き起こし得、基材の表面に近接する１つ以上の水性層内を含むその環境内に、微生物および／またはミクロフローラの独自の混合物の形成を結果的にもたらす。多くの実施形態では、包囲体内の微生物／ミクロフローラの独自の混合および／または分布は、様々な表面細菌と組み合わせて、基材上のファウリング生物の定着、動員および／またはコロニー形成に影響を及ぼす化合物を放出し得る、基材上の微生物のバイオフィルムまたは他の層の形成を誘発および／または誘導し得る。様々な実施形態では、一旦、独自の微生物のバイオフィルム層が確立されると、この層は、耐久性および／または自己補充性を維持し得、これは、包囲体がない場合（すなわち、包囲体が一時的および／または恒久的に除去および／または損傷され得る場合）、特定のタイプおよび／または量のバイオファウリングから基材を長期間保護し続け得る。
様々な実施形態では、基材上のファウリング生物の定着、動員および／またはコロニー形成に影響を及ぼす化学物質および／または化合物は、毒素および／または殺生物剤と、そのような定着、動員および／またはコロニー形成を阻止する化学物質および／または化合物と、正の定着、動員および／またはコロニー形成の手掛かりを欠き得る化学物質および／または化合物と、周囲の水性環境内で表面上に生成されるレベルよりも、および／または有益な生物（例えば、一般に、顕著なバイオファウリング生物とみなされていない可能性がある生物）のための正の定着、動員および／またはコロニー形成の手掛かりを生成する化学物質および／または化合物と比較して、低いレベルの正の定着、動員および／またはコロニー形成の手掛かりを生成し得る化学物質および／または化合物と、を含み得る。いくつかの実施形態では、保護された基材および／または関連付けられたバイオフィルム上に特定の「歓迎する手掛かり」を欠くことが、基材に拡張されたファウリング保護を提供し得る。様々な実施形態では、「歓迎する手掛かり」は、ミクロおよび／もしくはマクロフローラが必要とする、望む、ならびに／または所与の表面上における定着、動員、コロニー形成、成長、および／もしくは複製を容易にする、栄養素および／または化学物質を包含し得、そのような「阻止手掛かり」は、所与の表面上におけるミクロおよび／またはマクロフローラの定着、動員、コロニー形成、成長、および／または複製を阻害、阻止、および／または防止する、廃棄代謝物および／または他の化学物質を含み得る。
多くの場合、複雑なバイオフィルムを形成する、細菌、珪藻、および原生動物などの単細胞微生物に起因する「ミクロファウリング」（多くの場合「スライム」と呼ばれる）と、ソフトコーラル、海綿動物、イソギンチャク、尾索動物、およびヒドロ虫などの肉眼で視認可能な藻類（海藻）および無脊椎動物を含む「ソフトマクロファウリング」と、フジツボ、ムール貝、およびチューブワームなどの殻付き無脊椎動物からの「ハードマクロファウリング」との間で区別が行われ得る。さらに、多くの場合、所与の殺生物剤または殺生物剤投与レベルは、同じ種の幼生および成体の一員に対する異なる有効性、ならびにｐＨ、溶存酸素レベル、水温、および／または多くの他の因子を含む、多数の水の化学組成因子に基づいて異なる有効性を有し得ることが可能である。
様々な実施形態では、ファウリングの阻害は、実質的に同様の水性環境中に浸漬および／または部分的に浸漬された実質的に同様の基材（保護包囲体なし）の総ファウリング被覆と比較して、ファウリング生物による基材および／または包囲体表面／隙間の総被覆の低減によって表され得る。このファウリングの低減は、ファウリングの１０％以上の低減、ファウリングの１５％以上の低減、ファウリングの２５％以上の低減、ファウリングの３０％以上の低減、ファウリングの４０％以上の低減、ファウリングの５０％以上の低減、ファウリングの６０％以上の低減、ファウリングの７０％以上の低減、ファウリングの８０％以上の低減、ファウリングの９０％以上の低減、ファウリングの９５％以上の低減、ファウリングの９８％以上の低減、ファウリングの９９％以上の低減、ファウリングの９９．９％以上の低減、および／またはファウリングの９９．９９％以上の低減であり得る。代替的に、保護された物品のファウリングの阻害は、同等の保護されていない基材上に形成されたファウリング被覆および／またはファウリング質量（すなわち、体積および／または重量による）の量のパーセンテージとして表され得る。例えば、保護された物品は、保護されていない基材のファウリング被覆の１０％未満を発現し得（保護された基材が、０．１インチ未満の厚さのファウリング被覆を発現し、保護されていない同等の基材が、１インチ以上の厚さのファウリング被覆を発現する場合など）、これは、保護されていない基材のファウリングレベルと比較して、保護された基材および／または包囲体壁のファウリングレベルの１０分の１を超える低減を反映することになる。他の実施形態では、保護された物品は、１％未満のファウリング、または保護された基材および／もしくは包囲体壁のファウリングレベルにおける１００分の１を超える低減を発現し得る。さらに他の実施形態では、保護された物品は、０．１％未満のファウリングを発現し得、これは、保護された基材および／もしくは包囲体壁のファウリングレベルにおける１０００分の１を超える低減である。本発明のさらに他の実施形態では、保護された基材および／または包囲体壁は、基材および／または包囲体壁の任意の影響を受けたエリアに目に見えるほどのファウリングを有しない可能性があり、これは、保護されていない基材と比較して、０．０１％（もしくはそれ以上）またはさらには０％の保護された基材および／または包囲体のファウリングレベル（すなわち、保護された基材および／または包囲体壁のファウリングレベルにおける１万分の１超、またはそれを超える低減）を表し得る。ＡＳＴＭ Ｄ６９９０および海軍艦艇技術マニュアル（ＮＳＴＭ）は、基材上のファウリングパーセント範囲の量およびファウリング厚さを測定するために使用される既知の参照標準および方法である。
様々な追加の実施形態では、ファウリングの阻害は、実質的に同様の水性環境中に浸漬および／または部分的に浸漬された実質的に同様の基材（すなわち、保護包囲体なし）のファウリング被覆の総増加と比較して、ファウリング生物による基材および包囲体表面の両方の総被覆増加の低減によって表され得、これは、目視検査、物理的測定によって、および／または水性媒体から除去されたときの基材および包囲体の組み合わせの増加した重量および／または体積（すなわち、それらに付着したファウリング生物の重量に起因して増加した重量）に基づいて、測定され得る。このファウリングの低減は、ファウリングの１０％以上の低減、ファウリングの１５％以上の低減、ファウリングの２５％以上の低減、ファウリングの３０％以上の低減、ファウリングの４０％以上の低減、ファウリングの５０％以上の低減、ファウリングの６０％以上の低減、ファウリングの７０％以上の低減、ファウリングの８０％以上の低減、ファウリングの９０％以上の低減、ファウリングの９５％以上の低減、ファウリングの９８％以上の低減、ファウリングの９９％以上の低減、ファウリングの９９．９％以上の低減、および／またはファウリングの９９．９９％以上の低減であり得る。
改善された熱伝達効率
様々な実施形態では、開示されたシステムは、大規模な冷却水システムにおける熱交換器の効率、機能、および／または耐久性を顕著に改善し得る。大規模な冷却水システムは、多種多様な産業プロセスで使用されており、それらの最も基本的なこれらのシステムは、高温の流体またはガスから低温の流体またはガスへの熱伝達に依存しており、この熱は、典型的には、「熱伝達表面」を通じて伝わり、熱伝達表面は、多くの場合、高温物質と低温物質とを分離する熱伝達配管の金属壁である。多くの場合、冷却流体は、水を含むことになり、水は、多くの場合、湾、海、および／もしくは海洋から引き出された塩水、川、湖、もしくは井戸／帯水層から引き出された淡水、または様々なソースからの廃水とすることができる。いくつかの施設は、冷却水がプラントの冷却システム内に引き込まれ、熱交換器を１回通過するために利用され、次いで、加熱された冷却水が環境に排出される、ワンスルーまたはシングルパス冷却プロセスを利用するが、一方、他の施設は、冷却塔、冷却池、空冷式チラー（空冷が費用効果の高い地域の場合）、または加熱された冷却水から廃熱を取り除こうとする同様の熱除去装置を含む、冷却水再循環システムを使用し、この冷却水が、熱交換器を通じて複数回返送されることを可能にする。再循環冷却水システムは、シングルパス冷却システムと比較して外部ソースから少ない水を引き込むが、再循環システムは、典型的には、蒸発（開放された再循環システムの場合）および「ブローダウン」または濃縮された溶解固形分を含有する液体の排出によって失われた水を補充するために顕著な量の「補給」または交換水を依然として必要とする。
いくつかの場合、１回通過またはシングルパス冷却システムは、５サイクルの再循環で動作する冷却塔システムと同等の熱負荷を除去するために、２０～４０倍の水を利用し得る。例えば、１回通過冷却を使用する発電所は、生成された２０，０００～５０，０００ｇａｌ／ＭＷｈを引き込み得るが、再循環冷却を使用する同等のプラントは、５００～１，２００ｇａｌ／ＭＷｈしか引き込まなくてよい。１７５ＭＷｈの発電所に供給するために１時間あたり３，５００，０００～８，７５０，０００ガロンのオーダーある、１回通過プラントの水負荷は膨大であるが、再循環プラントでさえ、同等の１７５Ｍｗｈに対して、１時間あたり８７，５００～２１０，０００ガロンのオーダーの顕著な量の水を依然として必要とする。
水は、多くの生命体にとって好ましい環境である。シングルパス冷却システムでは、冷却プラント内に引き込まれる水は、一般に、成体および／または幼生のファウリング生物で溢れ、その多くは、様々な浸漬された表面にコロニー形成しようとする。低減された取水量（シングルパスシステムと比較して）を伴う再循環システムの場合でも、プラントに入る交換または「補給」水は、典型的には、多数の生物を含有することになり、再循環冷却水システムの流れ特性は、食物、酸素、および栄養素の循環供給を使用するための固着生物によるコロニー形成を促進し、冷却水温度は、冷却システムの様々な部位の好熱性個体群を支援するために十分に高くなる場合がある。これらの生物は、多くの場合、熱伝達配管の接液表面にコロニー形成し、冷却システムの熱伝達率を顕著に低減し得る。多くの場合、熱伝達表面上に形成された薄いバイオフィルムでさえ、この表面を顕著に断熱することになり、その熱伝達効率を低減させ、冷却システムの全体的な運用コストを大幅に増加させる。
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熱伝達効率を直接低減させることに加えて、バイオファウリングはまた、典型的には、バイオフィルムが厚くなるにつれて、チューブ壁の材料および／またはその隣のセルにアクセス可能である酸素が少なくなるため、接液金属表面のスケーリングおよび／または腐食を引き起こす、および／またはそれにつながる。硫酸塩還元菌などの細菌は、微生物誘起腐食（ＭＩＣ）と呼ばれるプロセスで金属を攻撃する代謝物を生成し得る。１９８０年代および１９９０年代初頭に実施された研究では、熱交換器のファウリングに起因する洗浄、流体処理、部品の交換、および生産の損失のコストは、全ての先進国のＧＤＰのおよそ０．２５％であったと推定された。プロセスプラントについて、熱交換器およびボイラの修理のための推定されるコストは、プラント全体の保守コストのおよそ１５％であり、この値の約半分は、ファウリングのみに起因していた。２０１６年には、Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ（ＮＡＣＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）が、腐食の世界的なコストが２．５兆米ドルであったと推定した。
多くの冷却システムでは、熱交換器構成要素は、典型的には、少なくとも７０％～８０％過剰設計されており、この量には、望ましくは、熱交換器表面のファウリングに起因する３０％～５０％の予想される効率低下の補償を含む。熱伝達を低減することに加えて、ファウリングの蓄積はまた、チューブまたは流路の断面積を低減させ得、これは、熱伝達表面を通過する冷却流体の抵抗を増加させる。継続して低減された流れは、熱交換器全体の圧力降下を劇的に増加させ、流量をさらに低減し、熱伝達の問題を悪化させ得る（熱交換器チューブの最終的な遮断を含む）。しかしながら、これらのシステムの多くでバイオファウリングの効果を制御および／または改善することによって、本システムは、オペレータが、この必要とされる「過剰設計」を顕著なレベルで低減することを可能にし、資本設備の大幅な節約を結果的にもたらし得る。
同様に、冷却塔などの再循環冷却システムの様々な要素で発生するバイオファウリングは、流れの分布を顕著に変更し、蒸発冷却速度を劇的に低減し得る。これらのシステムのバイオファウリングはまた、冷却システムの金属壁の腐食速度を増加させる酸素濃度などの、望ましくない効果を生じさせるとともに、アメーバ内に生息するレジオネラ菌などの潜在的に有害な生物の増殖および分布を促進し得る。
様々な実施形態では、冷却システムの熱伝達表面上に形成されるバイオファウリングフィルムの厚さおよび／または範囲を顕著に低減させ、それによって、バイオファウリングの断熱効果を低減し、冷却システム内で最適な熱伝達効率レベルの維持を確保し得る、バイオファウリング保護システムの実施形態が開示される。いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるバイオファウリング保護システムは、冷却システムの全体および／または複数の部分にファウリング保護を提供し得るが、一方、他の実施形態は、冷却システムの１つ以上の熱交換器の接液熱伝達表面などの、冷却システムの特定の領域および／または「モジュール」に「局所化された」または特化した保護を提供し得る。
１つの例示的な実施形態では、バイオファウリング保護システムは、冷却水流の一部または全部が通過し得る、任意選択の殺生物剤含浸濾過媒体または「殺生物剤フィルタ」を含み得る。望ましくは、フィルタ媒体は、多くのファウリング種の成体生物を含む、様々な「より大きい」ファウリング生物の一部および／または全部を阻害および／または「濾過」し得るが、一方、フィルタ媒体中の殺生物剤は、望ましくは、様々な「より小さい」および／または未熟なファウリング生物を殺傷、損傷および／または不活性化することになる。そのような阻害は、望ましくは、例えば、標的化されたファウリング生物が熱交換器チューブおよび／または冷却水システム全体（例えば、シングルパス冷却システムにおいて）を通過するために必要な時間などの、限られた期間、接液表面にコロニー形成することに対する阻害を含み得る。様々な実施形態では、任意選択の殺生物剤含浸濾過媒体によって提供される濾過および／または阻害は、接液熱伝達表面上に薄い、最小のおよび／または熱伝導性バイオフィルムの形成を誘導し得、これは、望ましくは、バイオファウリングによって負の影響を受け得る既存の熱伝達システムの熱伝達効率／構成要素と比較して、熱伝達効率の増加および／または熱伝達構成要素の耐用年数を提供することになる。様々な代替的な実施形態では、任意選択の殺生物剤含浸濾過媒体によって提供される濾過および／または阻害は、接液熱伝達表面上に容易に除去可能または還元可能なバイオフィルムの形成を誘導し得、これは、既存のバイオフィルムと比較して、より安価および／またはより低侵襲性の洗浄方法を使用して除去され得る。
様々な実施形態では、殺生物剤含浸濾過媒体は、望ましくは、濾過媒体自体の上および／または内部におけるバイオファウリング増殖を阻害することになり、これは、開示されたシステムにおける濾過媒体の性能、耐用年数、および／または保守性を大幅に向上させることになる。殺生物剤の存在は、望ましくは、フィルタの外面および／または内面上の生物の付着、沈降、および／または増殖を阻害することになり、濾過媒体の可撓性を維持するとともに、破れ、裂け目、ならびに／またはファウリング生物の存在および／もしくはそれによって引き起こされる総重量の増加に起因するフィルタの他の障害の機会を顕著に低減し得る。加えて、殺生物剤の存在および分布は、さらに望ましくは、ファウリング生物（特に、胞子、ｐｒｏｐｕｌｇａｔｅｓ、幼虫および／または幼生の形態）が、濾過媒体の開口部および／または「細孔」内に付着、沈降および／または増殖することを防止および／または阻害することになる。多くの場合、殺生物剤は、同じ種の成体および幼生の一員に対して非常に異なるレベルの有効性を有し得、より小さいおよび／または幼生生物に対する保護に必要な投与量と比較して、所与の殺生物剤の顕著により高い投与量が、多くの場合、より大きいおよび／または成熟した生物によるファウリング活動を防止するために必要とされる。濾過媒体を通したより大きい生物の通過を阻害し、より小さい生物が濾過媒体の殺生物剤コーティングされた細孔を通過する際により小さい生物に直接的により高い有効投与量の殺生物剤を適用することによって、本システムは、高い毒性レベルの殺生物剤および／または他のシステム構成要素を必要とせずに、非常に効果的なファウリング保護を提供する。
様々な実施形態では、開示された殺生物剤濾過デバイスの「下流」の水性媒体の顕著な部分および／または全部は、望ましくは、１つ以上の殺生物剤含浸濾過媒体を通過していることになるが、一方、他の実施形態では、流体流のいくつかの部分は、バイパスされている、および／または殺生物剤含浸濾過媒体による濾過を受けていない場合がある。例えば、「スカート」または他のバイオファウリング保護デバイスは、殺生物剤含浸濾過媒体の外周の「壁」を組み込み得るが、一方、デバイスの様々な開口部および／または底部は、周囲の環境に開放され得る。そのような場合、濾過媒体が存在し、その効果が、保護されていない基材と比較して、保護された基質のファウリングの幾らかの低減を依然として提供し得るため、バイオファウリングは、任意の保護された基材に対して依然として効果的であり得る。同様の様式で、水または他の液体の水性流は、本明細書に開示されるバイオファウリング保護デバイス（すなわち、殺生物剤含浸濾過媒体を含む１つ以上の濾過ユニットを組み込み得る）を通る水流の部分「濾過」から利益を得ることができ、したがって、濾過は、望ましくは、濾過された水流内のより大きいおよび／またはより小さいファウリング生物の両方を除去および／または不活性化し得るが、一方、濾過された水流内のある程度の量の溶出された殺生物剤は、フィルタの下流のエリア内のバイオファウリング生物の活動を潜在的に阻害するために、残りの濾過されていない水と混ざることになる。そのような「部分濾過」濾過システムは、冷却塔などの水流を再循環させる際に特に有用性を有し得る。
分布マットおよびフィルタ
様々な実施形態では、開示されるものは、流体流内のバイオファウリング生物の付着、沈降および／または増殖を望ましくは阻害するために、流体流中に殺生物剤を適用および／または「投与」するための非常に効果的なデバイスおよび／またはシステムが本明細書に開示される。様々な実施形態では、布濾過媒体が開示され、布濾過媒体は、上面、底面、および布を通って上面から底面まで延在する複数の細孔を有し、コーティングまたは「塗料」は、それに適用される少なくとも１つの殺生物剤または毒性物質を含有する。少なくとも１つの例示的な実施形態では、コーティングは、布の上面に適用され得、コーティングのいくつかの部分が、細孔の中および／またはそこを通過している。望ましい場合、コーティング適用プロセスは、布の底面への吸引または真空の適用を含み得、これは、望ましくは、布を通る細孔開口部の開存性（すなわち、「開放」条件）を維持しながら、コーティングのいくつかの部分を細孔内に引き込み得る。（すなわち、コーティングは、望ましくは、布への適用後、布を通る細孔の大部分を「塞がない」ことになる）。コーティングが乾燥するか、別様に所望の状態に硬化すると、コーティングされた布は、所望の形状および／または構成に形成され得、次いで、流体が布の細孔を通過する水流中に配置され、殺生物剤および／または毒性物質の量は、細孔を通過する個々の流体流中に溶出するか、または別様に分配される。胞子、ｐｒｏｐｕｌｇａｔｅｓ、幼虫および／または幼生の形態のファウリング生物もまた、これらの個々の細孔を通過しているため、これらの生物は、比較的高い投与量の殺生物剤および／または毒性物質に曝露され、殺生物剤および／または毒性物質は、望ましくは、濾過媒体の細孔内および／または流体流のさらに下流の接液表面上に付着、沈降、および／または増殖する生物の能力を不活性化および／または阻害する。
保護システム、濾過媒体および変化した水域
様々な実施形態では、開示されたシステムおよび／またはシステム構成要素は、望ましくは、「保護された」接液表面上のバイオファウリング生物の天然活性を変化させることになり、それによって、表面の天然バイオファウリングを低減、排除および／または変化させる。図１は、物体またはその部分の周囲の水中に配備され得る、複数の垂直に配向された「シート」または同様の構造体などの包囲体の個々の要素を含み得る例示的なキルトまたは「スカート」包囲体システム１００を図示し、シートのいくつかの部分が、保護される物体の下に下向きに延在している。望ましい場合、保護シートは、スカートの上縁、物体、および／または水面の下に顕著に延在し得、いくつかの実施形態では、水中の物体の深さの５、１０、２０、または１００倍を含む、相当な深さまでを含む。
図２は、保護された基材２９０（すなわち、船の船体）の一部分を有する、図１のスカート包囲体システムの部分断面図を図示する。この実施形態では、垂直包囲体シートまたは壁２００が示され、これは、浮遊支持構造またはブーム２１０を組み込み、そこから水柱に下向きに吊られている。様々な代替的な実施形態では、開示された包囲体および／または他の構成要素は、保護された基材、その支持構造および／またはその任意の浸漬された部分の１つ以上の表面に直接取り付けられ得るが、他の実施形態では、包囲体構成要素は、油保護ブームおよび／またはフェンダなどの、独立した自由浮遊システムの一部を形成し得る（すなわち、ボートの船体とドックとの間、および／または船体と他の浮遊構造体との間、または石油掘削装置、静止船舶、もしくは護岸などの物体の外周の周囲を自由浮遊する）。
図３Ａは、本明細書に開示される様々なシステムとともに使用され得る１つの例示的なシートまたは壁３００の斜視図を図示する。シートは、可撓性および／または剛性のある支持ビームを含み得る、支持構造体３２０に上縁で固設され得る、布濾過媒体３１０を含み得る。媒体３１０の側面の一方または両方は、Ｖｅｌｃｒｏ（商標）接続もしくはフックアンドループファスナなどの締結デバイス３３０、または当技術分野で公知の他の締結構造体を含み得る。媒体３１０の底縁は、可撓性シールまたはフリンジ３４０を含み得、これは、別の物体および／または水性媒体の底部／海底に対する「ソフトシール」として利用され得る。
様々な実施形態では、上記のシートなどの複数のシート４００が、図３Ｂに図示されるリングシステムなどの、保護される基材を取り囲むか、または実質的に取り囲む、外周リングまたはカーテン４１０に組み立てられ得る。この実施形態では、リング４１０は、完全に閉じられてもよく、または図示されるように、外周に沿って１つ以上の開口部で部分的に閉じられるだけであってもよい。望ましい場合、シート４００は、支持構造体４２０に摺動可能に固設され得、このことは、リング４１０構造体が、所望されるように外周で開閉することを可能にし得る。
図３Ｃは、本明細書に開示される様々なシステムとともに使用され得る例示的な濾過モジュール５００の斜視図を図示する。モジュール５００は、支持構造５２０によって外縁で固設され得る布濾過媒体５１０を含み得、この実施形態では、支持ビームの可撓性および／または剛性のある外側フレームを含み得る。加えて、この実施形態は、望ましくは、エキスパンドメタルまたはワイヤメッシュなどの、媒体５１０の下流面に位置付けられる補強材料５３０（この材料は、望ましい場合、フレームにおよび／またはその中に固設され得る）を含み得、これは、媒体５１０を通過する流体からの流動力に対して、媒体５１０を剛性化および／または別様に支持し得る。望ましい場合、モジュール５００は、流体パイプおよび／または浸漬された濾過ユニットなどの、濾過ユニットのレシーバ内に収まるようにサイズ決めおよび構成され得、ユニットは、任意選択的に、その中に複数のフィルタモジュール（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、濾過ユニットは、望ましい場合、単一の水の流れのための複数のフィルタの使用を含む、流体流に直列および／または並列に複数のフィルタを含み得る。
図３Ｄは、自由浮遊包囲体６００の１つの例示的な実施形態を図示し、包囲体壁６１０は、保護された船舶（図示せず）を包囲し得るか、または取り囲み得る、浮遊ブーム６２０によって支持され得る。様々な代替的な実施形態では、開示された構造体および／またはその構成要素は、ドックもしくはボートスリップに直接取り付けられ得る、および／またはそれらから直接吊り下げられ得る。例えば、図７Ａおよび７Ｂは、標準のボートスリップ１０１０内に位置付けられ得るＵ字形の包囲体１０００の上面図および斜視図を図示し、包囲体壁１０２０は、隣接するドックおよび／または他の構造体に接続されている。望ましい場合、浸漬された、および／または部分的に浸漬されたドア１０３０、吊りカーテン、または他の可動壁構造体が、ボートの船尾または他の基材に近接して提供されて、開口「Ｕ」区分を閉じ得、ボートがドックおよび／または包囲体に出入りすることを可能にするように開かれ得る、および／または閉じられ得る。望ましい場合、吊りカーテンは、包囲体の水中壁を含み得、水中壁は、包囲体から離れる方向に、および／または包囲体に向かって、揺動または回転されて（すなわち、ドアを開くおよび／または閉じることと同様の様式で）、包囲体を開くおよび／または閉じて、ボートまたは他の浮遊構造体が、包囲体に入るおよび／または包囲体を出ることを可能にし得る。代替的に、図７Ｃおよび７Ｄは、吊りカーテン閉鎖具１１１０を組み込む別のＵ字形の包囲体１１００の側面図および斜視図を図示し、カーテン１１１０および／またはその一部分が上昇および／または下降されることを可能にする特徴を含んで、典型的な様式（すなわち、カーテン区分が十分な量だけ下降したときに、船舶が、下降したカーテン区分を越えて包囲体の中および／または外に浮遊し得る）で、船舶が包囲体１１００に侵入／包囲体１１００から出ることを可能にし得る。別の代替例として、包囲体壁材料の１つ以上の区分および／または支持構造体（すなわち、支持パイプまたはワイヤケーブル支持体）の一部もしくは全ては、「横に摺動」して（シャワーカーテンを開くおよび／または閉じること、またはベネチアンブラインドと同様に表面に上向きに引っ張られることと同様の様式で）、包囲体に入るおよび／または包囲体から出ることを可能にし得、これは、図３Ｂを参照されたい。
開示された実施形態のいずれかでは、包囲体壁の上縁は、水および／または波の作用が、望ましくは、包囲体壁の上部を越えて侵入しないように、水面から少なくとも１または２フィート上に吊るされ得る（包囲体は、望ましくは、水面の下に所望の程度まで延在する）。様々な代替的な実施形態では、吊りカーテンおよび／または他の構造体は、保護された基材自体、浮遊構造体、固定構造体、水上表面、水中表面ならびに／または水体の底部および／もしくは表面下港湾構造体および／もしくは海底上／中への装着を含む、様々な表面に装着され得る。
図４Ａは、浮遊物体７１０および／または他の基材の少なくとも部分的に周囲に位置付けられる、スカート包囲体７００の１つの例示的な実施形態を図示し、包囲体壁７２０の下部分または底部７３０が、物体７１０の最も低い点７４０よりも顕著に下に延在している。この実施形態では、包囲体７００は、水の包囲された領域を包含し、包囲された領域は、比較的高レベルの溶存酸素または他の化学因子を有する水の第１の層７５０内に位置付けられ、包囲体の底部７３０は、水の第２の層７６０内および／またはそれに近接して終端し、第２の層は、顕著に低いレベルの溶存酸素または他の化学因子を有している。望ましくは、この配置は、低下した酸素レベル（ただし、完全に枯渇していない）水性ゾーンなどの、包囲体内／その近く、および浮遊物体７１０に近接する、異なる化学組成および／または水条件のゾーンの形成を容易にし得る。様々な実施形態では、包囲体の開放された底部は、包囲された水と周囲の環境との間のある程度の混合を可能にし得るが、この混合ゾーン７７０は、望ましくは、浮遊物体７１０に近接する水ゾーンの条件に顕著に影響を及ぼさないことになる。
図４Ｂは、浮遊物体７８５および／または他の基材の少なくとも部分的に周囲に位置付けられる、スカート包囲体７８０の別の例示的な実施形態を図示し、包囲体壁７９０の下部分または底部７９５が、衰退の底部ならびに／または地下の港湾構造体および／もしくは海底の近く、ならびに／またはそれと接触して延在している。いくつかの実施形態では、これは、所望のレベルへの包囲体の水の混合を最小化し得るが、海底との包囲体の直接接触は、より強い底流および／または過度の沈泥が発生し得る場合、または海底上の望ましくない生物が包囲体構成要素に侵入し得る、および／またはコロニー形成しようとし得る場合、あまり望ましくない可能性があるが、一方、他の実施形態では、底面（すなわち、天然および／または人工の表面）との部分的および／または完全な密閉が望ましい場合がある。
いくつかの実施形態では、開示される包囲体は、望ましくは、（１）包囲体シートを通る顕著なレベルの酸素輸送に対する障壁、（２）天然光合成もしくは生物の他の代謝プロセスおよび／または生物および／または包囲体内で発生する望ましくない化学反応を低減および／または防止し得る、生物および／または化学反応のための包囲体内の利用可能なエネルギーおよび／または栄養素供給の潜在的な低減、かつ／あるいは（３）酸素および／または他の化学物質／元素が、包囲体の上部において包囲された水の中に拡散および／または混合することを低減および／または防止することを提供することになる。望ましいことに、開放された、および／または部分的に閉じた底部で包囲体に入る外部液体の多くは、保護されていない表面液体レベルよりも低濃度の溶存酸素（および／または様々なレベルの他の化学成分）を含有することになり、そのような水の混合は、保護されているアイテムおよび／または船体の底部のかなり下の深さで主に発生する。包囲体が所望の位置にあると、包囲体内の天然生物学的プロセスは、望ましくは、包囲体内の液体に含有される溶存酸素の多くを利用することになり、それによって、無酸素レベルに近づき得るレベルまで包囲体内の溶存酸素レベルを顕著に低下させるが、これは、長期間にわたって無酸素レベルを超えないことが望ましい（ある程度の溶存酸素は、構造体の開放された底部を介して、ならびに／または包囲体のシート壁内またはそれらの間の開口部および／もしくは穿孔を通して、補充される）。
様々な実施形態では、本明細書に説明される包囲体は、望ましくは、少なくとも１または２時間後、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、少なくとも９０％以上、包囲された水性環境の溶存酸素レベルおよび／または他の水の化学組成レベルの差を誘発することになる（すなわち、包囲体の外側の溶存酸素レベルまたは他の水の化学成分と比較して包囲体内の）。
いくつかの実施形態では、垂直に配向されたシートまたは同様の構造体は、望ましくは、保護されたアイテムの深さを超える、および／またはより低い溶存酸素濃度の領域に到達する、および／またはさらには薄光ゾーンもしくは密度勾配層の天然の深さを超えるために十分な深さを水体中に延在し得、この深さは、関連する水体または他の水性媒体に依存して、１フィート、２フィート、３フィート、４フィート、５フィート、６フィート、７フィート、８フィート、９フィート、１０フィート、１１フィート、１２フィート、１３フィート、１４フィート、１５フィート、２５フィート、５０フィート、７５フィート、１００フィート、１５０フィート、２００フィート、５００フィート、１，０００フィート、および／またはそれ以上の深さを含み得る。代替的に、望ましい場合、垂直に配向されたシートまたは同様の構造体は、港湾または他の底部の特徴（図４Ｂ参照）の床に近接する深さまで延在し得るか、またはさらには水体の底部に触れ得る。別の代替例として、垂直に配向されたシートまたは同様の構造体は、溶存酸素レベル（すなわち、パーセンテージおよび／または絶対溶存酸素レベル）または他の水の化学組成成分が、同じ水域の浅い水の溶存酸素レベルまたは他の成分と比較して、溶存酸素レベルまたは他の成分の３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％および／または９０％以上の低減などの、水の表面近くの溶存酸素レベルまたは他の成分よりも顕著に低い深さまで延在し得る。様々な実施形態では、垂直に配向されたシートの底部分は、包囲体の底部と海底との間の空間内および／または空間外への水の流れを阻害するが、完全に防止しない、窓形成、スリット、フリンジおよび／または穿孔を含み得る。
図５は、望ましくは、プラットフォームの支持構造体または「脚」８２０の様々な部分の周囲のバイオファウリングを低減および／または排除する、海上石油プラットフォーム８１０の周囲に配置されたスカートまたは外周包囲体の１つの例示的な実施形態を図示する。この実施形態では、包囲体壁８００は、支持構造体全体の外周の大部分の周囲に展開され、ドラムタイプのディスペンサまたは「フロート」８４０から水中に垂直に下向きに延在し（またはプラットフォームに直接および／または脚に固定され得る）、包囲体壁の深さは、必要に応じて増加および／または減少され得る。望ましくは、包囲体壁は、プラットフォーム支持体を完全におよび／または部分的に取り巻き（個々の包囲体で個々の支持脚、または単一の包囲体内で支持構造体全体を取り囲むことを含み得る）、包囲された水体の浅い部分および／または表面に近接するものを含む、包囲された水体の部分の所望される水の化学組成の変化を誘発するために十分な深さまで拡張されることになる。望ましい場合、包囲体壁のうちの１つ以上が、望ましいときに昇降され得、このことは、水の化学組成が監視されている場合（すなわち、例えば、リグの周囲または遠隔監視ステーションで）、水の化学組成に所望される変化を誘発し得る。同様の様式で、１つ以上の開口部、仕切り、および／または包囲体壁内もしくは包囲体壁間の仕切りは、必要に応じて、開かれておよび／または閉じられて、望ましくは、所望される様式で水の化学組成を変化させ得る。
様々な実施形態では、包囲体は、包囲体の底部および／または上部を部分的および／または完全に閉じる特徴を含み得、これは、ベルクロまたはフックアンドループファスナ構成要素、ジッパー、磁気閉鎖具、および／またはクロスステッチされた特徴などの、閉鎖可能および／または開放可能な特徴を含み得る。同様の接続タイプは、保護された物体の周囲で個々のシートの側縁を一緒に接続するために利用され得る）。少なくとも１つの可能な実施形態では、包囲体は、護岸、船体構成要素、より大きい船体、浸漬された構造体ならびに／または海底の底面／泥などの他の物体に対して、包囲体のある部分を部分的および／または完全に「密閉する」特徴を含み得る。他の実施形態では、包囲体は、望ましくは、本明細書に説明されるバイオファウリング保護を提供するために十分な深さを含み得るが、干潮時に水性媒体の底に触れることを回避するように十分に浅いものになる（すなわち、例えば、３フィートの長さ、６フィート、９フィート、１２フィートおよび１７フィートの水中深さ）。
本明細書に説明される基材を「包囲すること」および／または「部分的に包囲すること」はまた、保護された基材に近接して所望される水の化学組成の変化の一部および／または全てを誘発するために十分な程度まで包囲体を用いて基材を部分的に包囲することを包含し、基材を周囲の水性環境または他の環境から完全に密閉または隔離しなくてもよい包囲体を含むことを理解されたい。例えば、ボートまたは船の船体または他の浸漬された部分を保護する包囲体は、包囲体が船体の水中部分の一部または全てのみを包含し、包囲体の部分が周囲の空気に開放され得る（すなわち、「水上」環境に開放される）、または木造構造体、岩壁、固体金属シートなどの他の物体に向かって開放され得る場合でも、本明細書に説明されるように、船体を「包囲する」とみなされ得る。同様の様式では、様々な破損、開口部、継ぎ目、亀裂、裂け目、および／または欠落した壁要素を有する包囲体は、望ましくは、所望される水の化学組成の変化および／または濾過機能の一部および／または全てが包囲体および／または保護された基材に近接して発生することを誘発するために十分な包囲体構造体が存在し（そのような化学組成の変化は、包囲体内で自然に、ならびに／または水の化学組成を人工的に変更するものを反応、吸収、および／もしくは放出し得る、いくつかの添加剤もしくは改質剤に起因して、あるいは両方の様々な組み合わせで発生する可能性がある）、それによって、包囲体および／もしくは基材をバイオファウリングから保護する、ならびに／または包囲体／基材のバイオファウリングの量を許容可能なレベルまで低減する、ならびに／または本明細書に説明されるように基材上に所望されるバイオフィルムの形成を誘発する場合、本明細書に説明されるように、基材を「包囲する」とみなされ得る。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体は、望ましくは、周囲の大気環境に開放されている上面を含み得る。この実施形態では、水性媒体は、望ましくは、大気と自由に混合および／または大気中に蒸発し得、これは、冷却池および／または冷却塔などの蒸発冷却用途で特に有用であり得る。
図６は、複数の包囲体および部分包囲体９１０が石油掘削プラットフォームの様々な支持脚９２０の周囲に位置付けられ得る、バイオファウリング保護システム９００の別の例示的な実施形態を図示する。この実施形態では、支持脚の各々の周囲に位置付けられて示される包囲体が存在し、これらの包囲体は、望ましくは、本明細書に説明されるようなバイオファウリングの影響から支持脚を保護する。加えて、様々な包囲体は、望ましくは、包囲体によって直接保護されない場合がある中央掘削チューブ９３０（すなわち、中央に位置付けられた正方形チューブ）に、ある程度のバイオファウリング保護を提供するが、プラットフォームの別個のエリアに位置付けられた様々なモジュール式包囲体の複合効果は、組み合わせられたときに、包囲体の外側のエリアに保護を提供し得る（すなわち、「ルービックキューブ」保護システム）。この設計は、特に、構造体が大き過ぎるか、または広く分布され過ぎる可能性がある状況、および／または構造体全体を保護する単一の保護包囲体の配置のための環境が整っていない状況（すなわち、北海）で、基材用の１つのタイプの「蛇行経路」保護システムを形成し得、望ましくは、複数の立方体、円筒、正方形、および／または長方形（または他の形状）を一緒にセグメント化して、支持構造体および／または構造体の下の水の一部または全部を包含し得ることになる。単一の包囲体が適切および／または実行可能でない可能性がある場合、包囲体を個々の区分に「分割」することが望ましい場合があり、個々の区分は、より良好に制御されて、および／またはさらには離隔されて、セグメントが包含するより広いエリアのバイオファウリング制御を潜在的に可能にし得る（およびいかなる区分の内側にも位置しない可能性がある、区分間に位置付けられた基材を潜在的に保護する）。いくつかの実施形態では、海岸線、港底、岸壁、橋脚、および／または他の浸漬された構造体などの天然および／または人工特徴物は、バイオファウリング保護システムの蛇行または「迷路のような」経路の一部を形成し得る。
図８Ａおよび８Ｂは、複数の配備可能な「圧延」シート１３００を含むバイオファウリング保護システムの構成要素を図示し、各圧延シートは、貯蔵ロール１３１０および配備可能な可撓性シート１３２０を含み、可撓性シート１３２０は、貯蔵ロール１３１０から展開され、下向きに延在され得る（すなわち、望ましくは、いくつかの実施形態では重力下で）。様々な実施形態では、貯蔵ロール１３１０は、望ましくは、水性媒体中に浮遊する浮遊性部材（例えば、浮遊性発泡スチロール（商標）中央チューブ）を含み得るが、一方、他の実施形態では、貯蔵ロール１３１０は、支持機構または同様の構造体に取り付けられ得る（図示せず）。様々な実施形態では、複数のそのような配備可能な「圧延」シートは、本明細書に説明されるように、部分的および／または完全なスカートまたはバイオファウリング保護包囲体を作成するために配備される可撓性シートの一部または全部とともに、基材１３３０の外周の周囲に提供され得る。望ましい場合、様々な圧延シートが水面下の所望の深さまで配備され得、これは、不規則および／もしくは不均一な底面に対応するために、水条件変化に対応するために、ならびに／または任意の他の理由を含む、様々な理由で異なる深さへの異なるシートの配備を含み得る。望ましい場合、シートは、隣接するシートの互いの取り付けを可能にするように取り付け機構を含み得る。
図９Ａは、浮遊性チューブまたはフロート１４２０を実質的に取り囲み、かつその周囲に取り付ける、上縁を有する布スカート区分１４１０を含む、バイオファウリング保護システム構成要素１４００の別の例示的な実施形態を図示する。布スカート区分１４１０は、少なくとも１つの側縁に補強ストリップ１４３５およびスライドコネクタ１４４０を有する、リフトハンドルまたはアンカー１４３０をさらに含み得る。スライドコネクタ１４４０は、望ましくは、当技術分野で知られているように、溝配置のスライド可能な舌などの、隣接スカート区分（図９Ｂおよび９Ｃを参照）と接続するための適切なコネクタを含み得る。スライドコネクタ１４４０はまた、スライドコネクタが所望の位置に係止されることを可能にする、ならびに／または風および／もしくは波の作用による隣接構成要素の意図しない脱落を防止する、取り外し可能および交換可能なピンまたは停止具１４５０を含み得る。望ましくは、スカート区分１４１０は、構成要素の適切な配向を確保し、また、最終の組み立てられたシステムの強度および／または安定性を顕著に向上させることを確保し得る、フロート１４２０の下および／または隣接布区分に位置付けられるロープまたはチェーン重量などの、コネクタおよび／または重り１４７０を収容し得る、１つ以上のチューブ状布区分１４６０をさらに含み得る。様々な実施形態では、スカート区分は、隣接ブームセグメントへの接続の保護を提供する閉鎖可能なフラップを含み得る（図９Ｄおよび９Ｅ参照）。望ましい場合、所望の様式で布スカート区分１４１０がフロート１４２０の周囲に固設されることを可能にする、複数の固設ストリップ、フックアンドループ接続および／またはＶｅｌｃｒｏ（商標）ストリップ１４８０が提供され得る。
少なくとも１つの代替的な実施形態では、バイオファウリングシステムの様々な構成要素は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｍａｒｉｎｅ ＰＩＧ Ｓｕｐｅｒ Ｓｗａｍｐ Ｂｏｏｍ（ＢＯＭ１００）（Ｎｅｗ Ｐｉｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｐｔｏｎ，ＰＡ，ＵＳＡから市販されている）などの、市販のフローティングブームシステムに取り付け可能であり得る。この実施形態では、図１０に示されるように、コーティングされた布シート１５００（任意選択的に殺生物剤含有製法でコーティングされ得る）は、フックアンドループタイプファスナまたは同様の配置によって既存のフローティングブームシステム１５１０に取り付けられ得、シート１５００は、望ましくは、布シートが、現在バイオファウリングを起こし易いブームシステム１５１０の様々な場所上に位置付けられることを可能にする、様々なフラップ１５２０および／または閉鎖具１５３０を含む。この実施形態では、布シート１５００は、本明細書に説明される様々な布構築物などの、コーティングされたおよび／または含浸された布を含み得る。望ましい場合、布シートのうちの１つ以上は、個々のシートまたはブーム区分の修理および／または交換を可能にするために取り外し可能であり、次いで、バイオファウリング保護システムの継続的な機能を容易にするために交換され得る。
図１１は、冷却水源として海水および／または淡水を使用するシステムのためのバイオファウリング防止および／または濾過システムとして特定の有用性を有し得る、スカートタイプの包囲体の別の例示的な実施形態を図示する。この実施形態では、水性環境１６１０中の浮遊包囲体１６００または「リザーバ」が提供され、包囲体は、通常の使用ベースで冷却システムによって必要とされるよりもはるかに大量の水性流体を包含し得る、１つ以上の外周壁１６２０を有する。例えば、冷却システムが通常の運転中に毎分１０００ガロンの水を必要とする場合、リザーバは、望ましくは、少なくとも１０，０００ガロン、少なくとも２０，０００ガロン、少なくとも５０，０００ガロン、少なくとも１００，０００ガロン、少なくとも５００，０００ガロン、および／または少なくとも１，０００，０００ガロンおよび／またはそれよりも多い水を包含し得る。任意選択の上部カバー１６３０が、望ましい場合、可撓性の非透過性膜またはプラスチックタープ材料を使用することなどによって、包囲された水を大気から隔離するために提供され得る。水入口１６４０は、リザーバの上部中央の場所の近くに位置付けられ得、入口は、フロート１６５０または他の支持体によって支持され、冷却機器または他の用途に移すために入口１６４０から引き込まれた水（様々な実施形態では、比較的低いが無酸素ではないことが望ましい、溶存酸素レベルまたは他の所望の水の化学組成因子レベルを有し得る）を運ぶ、接続された可撓性または剛性のある水配管１６６０を有する。望ましくは、比較的高い溶存酸素レベルを有する水は、底部１６７０および／またはリザーバの任意の側面開口部または間隙を通ってリザーバに入り得る。水分子がリザーバ内の水柱を通過する、および／または横切るために掛かる時間の間に、水柱内の天然および／または人工の脱酸素剤は、望ましくは、水中の溶存酸素レベルを低減させることになり（勾配矢印１６８０によって図示されるように）、その結果、溶存酸素レベルは、入口内に移動する前に、枯渇される。しかしながら、少なくとも１つの代替的な実施形態では、水入口は、包囲体の底部および／またはリザーバの底面の近くにあり得、これは、一般に、冷却機器における使用のための包囲体／リザーバ内の最も冷たい水である。
上記のように、少なくとも１つの例示的な実施形態は、包囲体の適切な設計、サイズ、形状、および／または他の特徴を決定するための方法が、望ましくは、包囲体内のバイオファウリングを低減および／または排除するために、推奨される最小の、包囲されたか、または境界のある体積および／または水交換速度を決定するために利用され得ることを含む。包囲体が、製造プラント（すなわち、発電所、淡水化プラント、精製所および／または他の製造施設）用の冷却水源および／または他の源水を提供するために利用され得る、膜フィルタ構成などの、いくつかの実施形態では、開示される方法は、水および／またはプラントの他の導管内のバイオファウリングを低減および／または排除するために、かつ、いくつかの実施形態では、水の追加の濾過および／または精密濾過を必要とせずに、潜在的に利用され得る。
図１２Ａおよび１２Ｂは、バイオファウリングを低減し、製造プラント、発電所またはいくつかの他の施設による海水、淡水、汽水、またはいくつかの他の水性液体の利用を容易にするために利用され得る包囲体１７００の別の例示的な実施形態を図示する。この実施形態では、包囲体１７００は、水体内に位置付けられ得、さらには、図１２Ａに示されるように、水性環境（すなわち、水中「ラベランダ」）内で深さ「Ｄ」まで完全に浸漬され得る。包囲体は、包囲体１７００内に位置付けられた水吸引パイプまたは他の入口デバイス１７２０を有する、外面のうちの１つ以上に１つ以上の交換可能な含浸布濾過媒体１７１０を含み得、水が吸引デバイスに引き込まれると、交換水の流れは、媒体１７１０、ならびに／または包囲体の壁（包囲体の天井、側壁、および／もしくは床面を含み得る）内および／もしくはそれらの間の任意の他の開口部および／もしくは穿孔を通って包囲体に入り得る。
いくつかの実施形態では、包囲体の容積は、顕著な液体のリザーバを収容するのに十分に大きくてもよく、その結果、液体は、所望の「滞留時間」の間、包囲体内に留まり、所望の水の化学組成の変化が起こることを可能にして、包囲体および／または施設の水配管内でバイオファウリングが発生することを低減および／または排除し得る。いくつかの他の実施形態では、包囲体の容積は、より小さく、顕著に大きい液体のリザーバを含有しなくてもよく（使用中の入口への予想される流量と比較して）、その実施形態では、液体は、所望の水の化学組成の変化を可能にするための所望の「滞留時間」の間、包囲体内に留まらない場合があるが、むしろ、濾過媒体を通して濾過および／または任意選択の殺生物剤適用に主に依存して、望ましくは、包囲体、および／または施設の水配管、および／または熱伝達表面内でバイオファウリングが発生することを低減および／または排除し得る。
様々な所望の実施形態では、完全に浸漬された包囲体は、包囲体が、水体内のより低温の水であり得る、ならびに／またはより低いおよび／もしくは最低レベルの溶存酸素（もしくは他の望ましい水の化学組成因子）を含有し得る、水柱内のより低いまたは最も低い点から水を保持および／または引き込む場合に特に有用であり得る。
様々な実施形態では、包囲体設計は、望ましくは、施設のための毎日の（すなわち、２４時間の）水使用量以上である水の量を包含し得る。例えば、施設が２４時間にわたって毎時間１００，０００ガロンの冷却水を利用する場合、１つの好ましい包囲体設計は、少なくとも２４０万ガロンの水を包含することになる。１立方フィートの海水が約７．４８ガロンを含有すると仮定すると、１つの好ましい包囲体設計は、およそ３２１，０００立方フィートを包含し得、これは、およそ１１３フィートの幅、１１３フィートの長さ、２６フィートの高さの内部容積（すなわち、３３１，９９４立方フィート）を有する包囲体とすることができる。他の好ましい実施形態では、収容される水の体積は、少なくとも８時間の水使用量を供給するのに十分であり得るが、一方、さらに他の好ましい実施形態は、２日以上の水使用量を提供し得る。望ましくは、包囲体内に存在する水は、望ましくは、いくつかのタイプの「調整された」水を生成するために、所望の様式（既に開示されたように）で水の化学組成を変更するのに十分な「滞留」時間を与えることになり、これは、所与の設置のための完全な水の必要性が、「調整された」水によって提供され得る状況、および所与の設置の水の必要性の一部分のみが、「調整された」水によって提供され得る状況を含み得る。
いくつかの代替的な実施形態では、冷却および／またはいくつかの他の産業プロセスのための水を提供するために天然または人工の水源が利用されている場合などの、本包囲体の様々な特徴を含むように既存の水体を改質することが望ましい場合がある。例えば、エネルギー発生施設は、多くの場合、発生ユニットを冷却するために３００，０００～５００，０００ガロン／分の（またはそれよりも多い）水を使用することになるが、一方、典型的な大規模石油精製プラントは、３５０，０００～４００，０００ガロン／分を利用し得る。そのような場合、１日分の水使用量を含有する単一の包囲体または一連の包囲体を構築することが、経済的、実用的、および／または望ましくない場合がある。むしろ、本明細書に説明される「部分的」包囲体および／または包囲体構成要素（すなわち、垂直シートおよび／またはスカート）を組み込む様々な実施形態が、所望される水の化学組成レベルに合致するように既存の天然および／または人工のリザーバ内の水のための曲がりくねった経路を作製するために利用され得、水リザーバの蒸発冷却および／または曲がりくねった流路に沿った水の乱流混合を促進するために、流れている水の表面を大気に曝露する特徴を含み得る。
図１３Ａは、天然または人工のリザーバまたは池１８００の１つの例示的な実施形態の単純化された斜視図を図示し、これは、１回通過冷却用の水源、ならびに再循環冷却システムで多くの場合に使用される再循環リザーバまたは「冷却池」を包含し得る。図１３Ｂおよび１３Ｃに最良に見られるように、バイオファウリング保護システムは、池１８００内に位置付けられる複数の包囲体壁１８１０を含んで、望ましくは、入口１８２０に向かう流体からの天然の性質を変更する、水盤、池または港湾内の一連の交互の壁１８１０を位置付けることによるなどの、水体内の水性液体用の迷路または蛇行経路を生じさせ得る。この実施形態では、壁１８１０は、望ましくは、１つ以上の所望の経路に沿って液体を方向転換し得、それによって、所望の水「路」の有効な長さおよび／または形状を潜在的に増加させ、このことは、水が所望の様式で「調整」されることを可能にして、本明細書に開示された様々な改善を得ることができる。例えば、そのような蛇行経路を通過する水は、いくつかのタイプの「調整された」水を生成するために、所望の様式で水の化学組成を変更するのに十分な「滞留」時間を与えることになり、これは、所与の設置のための完全な水の必要性が、「調整された」水によって提供され得る状況、および所与の設置の水の必要性の一部分のみが、「調整された」水によって提供され得る状況を含み得る。望ましい場合、異なる水の「流れ」が、図１３Ｃの実施形態におけるなどの、本発明による異なる物質で処理され得、第１の水の流れ１８５０は、入口１８２０まで迷路全体を通過するが、一方、第２の水の流れ１８６０は、迷路の半分のみを通って入口１８２０まで移動する迷路の場所に追加される。そのような配置は、包囲体内の調整された水に直接加えられる様々なソースからの水を含み得る。
迷路の別の代替的な配置が図１３Ｄに示され、ここでは、一連の円形包囲体が用いられて、入口１８２０が位置するリザーバの中心に向かって蛇行経路を作成し、入口１８２０は、上記に説明されようにその後に除去され得る場所に位置する。
望ましい場合、包囲体および／または他のシステム設計は、幅および／または体積を徐々に増加する水性流体用の１つ以上の流路を組み込み得、水流は、取水口に近づくにつれて断面がますます大きくなり、これは、流れる水の追加の滞留時間および／またはより大きい表面積を提供するために、天然のリザーバおよび／または人工の支流もしくは河川で特に有用な設計特徴であり得る。
図２２は、複数の層を有する壁構造を組み込むバイオファウリングから基材を保護するための包囲体２２００の別の例示的な実施形態の斜視図を図示し、各層に同じ、同様のもしくは異なる透過性、各層に同じ、同様のもしくは異なる材料、および／または各層に同じ、同様のまたは異なる厚さを有する複数の層を組み込む壁構造体を含み得る。別の実施形態では、層は、各層間の間隔の最小距離で、もしくは距離なしで、または各層間の間隔の顕著な距離で離隔され得る。望ましい場合、第１の上層２２１０は、除去可能であり得、第１の上層の除去（「引き剥がし」または他のタイプの接続区分２２１５を含み得る）は、無傷の第２の下層２２２０を露出させ、第２の下層の除去は、無傷の第３の下層（図示せず）を露出させ、以下同様であり、全て、保護された基材を取り囲む。望ましい場合、第１の上層は、除去可能であり得、残りの下層は、基材の周りで無傷のままであり、次いで、第１の上層が除去および／または交換を正当化するために十分に汚染された状態になり得る場合など、交換用の第１の上層が、無傷の下層および／または基材の周囲に位置付けられ得る。代替的に、複数の上層および／または下層は、複数の犠牲層を含み得、各層は、十分に汚染された状態になると、除去され、下にある未使用または準未使用の層を露出させる（すなわち、依然として基材を取り囲み、保護する）。いくつかの実施形態では、下層は、上に説明されたように、基材および／または下層の周りの外層の周期的な除去、交換、および／または更新（すなわち、汚染された層の除去、ならびに新しい上層との即時および／または遅延した交換）を伴って、１、２、３、４および／または５年以上でさえ、長期間、基材の周りの位置に留まり得る。そのようなシステムは、望ましい場合、塩水、淡水、および／または汽水中の用途を有し得る。
図２３は、包囲体２３１０内の包囲された環境へ／から水性液体および／または他の材料もしくは物質を追加および／または除去するための補足的なポンピングシステム２３００の水性流機構の１つの例示的な実施形態を図示する。この実施形態では、包囲体は、外壁または境界を含み、これは、いくつかの実施形態では、１つ以上の透過性壁を含み得、他の実施形態では、１つ以上の半透過性および／または非透過性壁を含み得る（いくつかの実施形態では、非透過性である包囲体の一部または全ての壁を含み得る）。流れ空洞または取水口２３３０および取水管２３４０を有するポンピング機構２３２０が提供され得、ポンプは、ポンプの出口から、包囲体の少なくとも１つの壁を通って、包囲体内の水性環境を通って／内に延在する、出口２３６０および出口管または流れ空洞もしくは流路管２３７０をさらに含む。様々な実施形態では、出口管の少なくともいくつかの流れ空洞部分２３８０は、包囲体内である程度の距離で延在し得、出口は、保護された基材（図示せず）および／または包囲体の１つ以上の包囲体壁から近接して、および／または遠位に潜在的に位置付けられている。使用中、ポンピング機構がアクティブ化されて、所望される様式で筐体内に外側の水を供給し得る、および／またはポンプ操作は、包囲体の外側の環境内で放出されるように、包囲体から水を引き込むように逆転され得る。代替的に、ポンピング機構は、包囲された環境に追加の酸素または他の水の化学組成因子を供給するために利用され得る。望ましい場合、ポンピング機構の一部または全てならびに／または流れ空洞および／もしくは取水口２３３０は、包囲体内に、または代替的に包囲体壁のいくつかの部分内におよび／もしくはそれらを通って位置付けられ得るか、または望ましい場合、包囲体の外側に位置付けられ得る。別の実施形態では、水性流機構は、水を移動させるか、またはポンプシステムとして所望される流れ特性を生じさせるために同様の様式で使用され得る、プロペラシステム、ペタルシステム、流れパイプ、流れ水路、または流れトンネルであり得る。
様々な実施形態では、包囲体設計は、（１）基材を完全に包囲する包囲体（すなわち、「ボックス」または「可撓性バッグ」包囲体）、（２）基材の外周を取り囲む側壁を有する包囲体（すなわち、基材の側面を取り囲むが、開いた上部および／もしくは底部を有し得る、「スカート」または「ドレープ」）、（３）様々な開口部および／もしくは欠落モジュール式区分を組み込み得る、基材の周囲に組み立てられ得るモジュール式壁から形成された包囲体（すなわち、「開いたジオデシックドーム」包囲体）、（４）基材の浸漬された部分のみを取り囲む包囲体（すなわち、上部が開いている「浮遊バッグ」包囲体）、ならびに／または（５）基材の単一側面のみを保護する包囲体（すなわち、「ドレープ」包囲体）と、多くの他の潜在的な包囲体設計と、を含む、様々な構成の透過性壁を組み込み得る。加えて、包囲体壁は、比較的平滑もしくは平坦、または湾曲および／もしくは連続的であり得、または包囲体壁は、望ましい場合、起伏のある表面、波形もしくはアコーディオン状の表面、折り曲げられた、「しわくちゃの」もしくは「押しつぶされた」表面、ならびに／または表面積を劇的に増加させ得る、および／もしくは包囲体壁の濾過能力を潜在的に変更し得る他の特徴などの、非常に複雑な構造体を含み得る。
様々な実施形態では、包囲体は、繊維フィラメントを含み、約６ミル以下（すなわち、０．１５２４ミリメートル以下）の平均ベースフィラメント直径を有する、３次元可撓性濾過布を含む、１つ以上の壁を組み込み得る。様々な代替的な実施形態では、包囲体材料は、テクスチャード加工ポリエステルを含み得る。加えて、８０×８０の黄麻布などの天然繊維材料は、天然材料が水性環境中で比較的急速に分解し、下にある分解プロセスが包囲体内の顕著な測定可能なｐＨ差に寄与する場合でも、包囲体材料として基材を保護する際に有用であり得、様々な水性環境中で有用であり得る。望ましい場合、様々な包囲体の実施形態は、包囲体構成要素が水性媒体中で一定時間後に分解することを可能にする分解性および／または加水分解性の材料および／または結合（すなわち、構成要素間および／または構成要素材料のポリマー鎖に沿った）を組み込み得る。
様々な実施形態では、本発明のデバイスは、望ましくは、バイオファウリングの低減、停止、および／または逆転、かつ／またはバイオファウリング生物の定着を阻止する、ならびに／または基材上における所望されるバイオファウリング防止層および／もしくはバイオフィルムの形成を助長する、すなわち、保護された基材または物品上の減少したバイオファウリングを結果的にもたらす有利なバイオフィルムの形成を誘導するために展開される際に、所望される局所的な水性環境（すなわち、「区別された環境」）の形成を開始する、所望される包囲された環境の形成を提供することになる。様々な実施形態では、この「区別された環境」は、基材の周りの包囲体展開の数分または数時間以内に形成され得るが、一方、他の実施形態では、所望される「区別された環境」を形成するために数日、数週間、または数か月掛かり得る。望ましい場合、包囲体は、基材がその中に配置されるかなり前に展開され得るが、一方、他の実施形態では、包囲体は、基材と同時に展開され得るか、または包囲体は、基材が水性環境中に浸水および／または維持されたかなり後に展開され得る。様々な実施形態では、顕著な水の化学組成の差および／または区別された環境の他の独自の態様の形成は、配備時に即座に開始し得るか、または包囲体が水性環境中に配置されてから１時間以内に形成され得るが（包囲体が環境中に、および／または保護されることになる基材に近接して単独で配置されることを含み得る）、一方、他の実施形態では、所望される区別された環境の開始および／または形成（完全な区別された環境の形成、ならびに区別された環境のさらなる態様が誘発される際に変更および／または補足され得る様々なファウリング阻害条件の形成を含み得る）は、包囲体が、少なくとも２時間、少なくとも３時間、少なくとも６時間、少なくとも１２時間、少なくとも１８時間、少なくとも１日、少なくとも２日、少なくとも３日、少なくとも４日、少なくとも５日、少なくとも６日、少なくとも１週間、少なくとも２週間、少なくとも３週間、少なくとも４週間、少なくとも１か月、少なくとも２か月、少なくとも３か月、および／または少なくとも６か月以上の間、基材の周りの定位置にあることを必要とし得る。様々な実施形態では、これらの様々な期間に生じ得る様々な水の化学組成の差は、溶存酸素、ｐＨ、総溶存窒素、アンモニウム、アンモニア性窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、総溶存リン酸塩、シリカ、塩度、温度、濁度、クロロフィルなどを含み得）、その様々な濃度は、異なる時間で増加および／または減少し得、包囲体浸水の異なる持続時間における個々の成分の異なる濃度を含む。
いくつかの場合、本発明のデバイスおよび／またはそのデバイスは、一定期間後に、分解し得る、ならびに／または所望されるレベルのファウリング防止および／もしくは環境形成効果をもはや提供しない場合がある。様々な実施形態では、包囲体がそのファウリング防止影響を失うまでの時間量は、特定の水生環境、季節、温度、存在する海洋生物の構成、温度、光、塩度、風、水速度を含む、多くの因子に基づいて変化し得る。水生環境の条件に基づいて、包囲体は、一時的にファウリング防止および／または環境形成効果を失い、条件が正常にまたは幾分所望される基準に戻ったときのみ、そのファウリング防止／環境形成効果を取り戻し得ることに留意されたい。本明細書に使用される「耐用年数」は、包囲体の展開から、マクロファウリングのレベルが基材上で問題になるまでの時間量を意味し得るが、一方、「包囲体寿命」は、包囲体自体が物理的に無傷であり、基材自体の周囲で有効のままである時間量を意味し得る（これは、包囲体によって提供されるバイオファウリング保護の「耐用年数」によって超えられる場合がある）。本発明の様々な態様では、包囲体の耐用年数および／または包囲体寿命の一方または両方は、３日以上、７日以上、１５日以上、３０日以上、６０日以上、９０日以上、１２０日以上、１５０日以上、１８０日以上、２７０日以上、１年以上、１．５年以上、２年以上、３年以上、４年以上、または５年以上であり得る。
望ましい場合、包囲体またはその部分は、任意選択的に、生分解性、光分解性、酸化性、および／または加水分解性材料を含み得る、分解性材料で構築され得る、ならびに／または分解性アタッチメントおよび／もしくは閉鎖具を組み込み得、望ましくは、分子量の減少、質量の低減、および／または特定の条件下で経時的に包囲体もしくはその部分の低減された強度もしくは耐久性（および他の潜在的な効果）を結果的にもたらす。様々な実施形態では、そのような材料による水生環境への継続的な曝露は、最終的に、基材からの包囲体（またはその１つ以上の層）の剥離、ならびに／または包囲体および／もしくはその様々な成分の環境に優しい分解を結果的にもたらし得る。そのような剥離は、時間放出および／またはファウリングの程度（すなわち、重量ベース、抗力ベース、および／または低減された壁の可撓性）で放出される様式で、包囲体全体の剥離および／または異なる層の剥離を含み得る。
使用される材料のタイプが何であれ、包囲体は、任意選択的に、構造体が三次元的に、半径方向に、長手方向に、および／またはそれらの様々な組み合わせで拡張されることができるように形成可能であるように構築され得る。このタイプの構築物は、望ましくは、様々な構成で物体上および／またはその周囲に位置付けられることを可能にし、これは、望ましい場合、包囲体壁が取り付けられる物体の表面の輪郭を反映し得るように位置付けることを含み得る。いくつかの実施形態では、包囲体は、基材の１つ以上の表面の鏡像形状で形成され得、一般に、基材をその中に収容するために少なくともわずかに大きいサイズになる。
いくつかの例示的な実施形態では、包囲体は、黄麻布または麻などの完全に天然の材料で構築され、人工材料および／または殺生物性毒素の使用が禁止され得る、および／または推奨されない場合がる、飲料水リザーバおよび／または野生生物保護区などの特に取り扱いに注意を要する水域中で基材を保護するために展開され得る。そのような場合、包囲体は、望ましくは、包囲体が基材および／または関連する支持構造体から剥離されることになる場合でも（剥離された構造体の追加の開口部が、ここで、保護された水性環境およびその付随する利点の発展を防止し得るため）、水を汚染する、および／または局所的な水生環境に害を及ぼす、顕著な潜在性をもたらさずに、所望される期間、下にある基材に保護を提供することになる。そのような場合、一旦、基材がもはや保護を必要としなくなると、または様々な理由で包囲体が汚染された、および／または損傷された場合、包囲体は、除去され得、ならびに／または同様の材料の新しい包囲体および／もしくは包囲体構成要素と交換され得、ファウリング防止が必要に応じて基材に復元される。
濾過媒体および布
様々な実施形態では、本明細書に説明されるファウリング保護システムの一部または全部に組み込まれ得る、多種多様な布および／または他の濾過媒体が説明される。これらの実施形態の多くでは、コーティングまたは塗料が布に組み込まれ得、コーティングまたは塗料は、布および／またはその細孔を通って流れる流体に放出および／または溶出され得る１つ以上の殺生物剤および／または生物毒性物質を含む。
図１４Ａは、例示的な紡績糸１９００の１つの例示的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真を図示し、これは、絡み合わされたフィラメント１９２０の中央本体または糸束１９１０を図示し、様々なフィラメント端１９３０が中央本体１９１０に対して横方向に延在している。図１４Ｂは、中央本体１９１０の断面図を図示し、糸束１９１０内の個々のフィラメント１９２０の非常に微細なサイズを強調している。ＰＥＴ紡績糸を含む編布１９５０の拡大図を図示する図１４Ｃに最良に見られるように、一連の隙間または開口部１９８０は、編みプロセス中にヤード束１９７０の間に位置付けられ、１つ以上の延在する繊維または繊維端１９９０は、様々な開口部を横切って延在している（複数の繊維端が、望ましくは、様々な実施形態で各開口部を横断する）。
様々な実施形態では、包囲体壁およびその中で保護された基材は、約２００インチ、または約１５０インチ、または約１４４インチ、または約７２インチ以下、または約３６インチ以下、または約２４インチ以下、または約１２インチ以下、または約６インチ以下、または約１インチ以下、または約１インチ以上、または約６インチ以上、または約１インチ～約２４インチ、または約２インチ～約２４インチ、または約４インチ～約２４インチ、または約６インチ～約２４インチ、または約１２インチ～約２４インチ、または約１インチ～約１２インチ、または約２インチ～約１２インチ、または約４インチ～約１２インチ、または約６インチ～約１２インチ、または約１インチ～約６インチ、または約２インチ～約６インチ、および／または約４インチ～約６インチの平均間隔（すなわち、包囲体の内壁と基材の外面との間）によって分離および／または離隔され得る。様々な代替的な実施形態では、包囲体の少なくとも一部または全てが、１つ以上のエリア（限定されるものではないが、包囲体の閉鎖部分を含む）内で基材と直接接触し得、したがって、いくつかの実施形態では、構造体と基材との間に実質的にほとんどまたは全く距離がない場合がある。
様々な他の実施形態では、包囲体壁と基材との間の間隔が平均距離の特定の範囲内に収まることが望ましい場合があるか、または所望される間隔は、包囲体および／または保護されることになる基材の幅、長さ、深さ、および／または他の特性に比例し得る。例えば、より小さい基材と数ガロンのみの水を収容するより小さい包囲体との間の所定の間隔を維持することは、特に、水交換レベルおよびそれに対する結果的に生じる水の化学組成の変化の影響をより受け易い可能性がある、区別された環境中に比較的少量の水が存在する場合、比較的大きい船体と包囲体内のその「区別された環境」中に数千または数百万ガロンの水を収容した大きい包囲体との間の間隔と比較して、より重要であり得る。そのような場合、包囲体壁と基材の対向する表面との間の所望される間隔は、基材サイズ、タイプ、包囲体設計、および／または包囲体の剛性、および／または設計に依存して、対向する包囲体壁間の距離の２％以下、対向する包囲体壁間の距離の５％以下、または１０％以下、または２０％以下、または３０％以下、または４０％以下、または最大４９．９％であり得る。別の実施形態では、局所的な水性環境は、基材の表面から離れる方向に、１００インチ以上、５０インチ以上、１０インチ以上、５インチ以上、３インチ以上、２インチ以上、１インチ以上、０．５インチ以上、０．１インチ以上、０．０４インチ以上、５０フィート以下、４０フィート以下、２０フィート以下、２０フィート以下、１０フィート以下、４フィート以下、２フィート以下、１００インチ以下、１０インチ以下、５インチ以下、１インチ以下、０．１インチ以下、０．０４インチ以下の距離を延在し得る。
図１５Ａは、本明細書に説明される様々な包囲体および／または濾過要素を形成するために様々なやり方で使用され得る、圧延シート形態の例示的な布材料２０００を図示する。この実施形態では、材料は、望ましくは、可撓性繊維材料、この場合、天然繊維布地、ならびにポリエステルもしくは他の合成繊維の織られた、編まれた、フェルト加工された、不織および／もしくは他の構造、かつ／またはそれらの様々な組み合わせを含み得る、布材料を含む。様々な実施形態では、布は、本明細書に説明される様々な包囲体の実施形態を構築するために利用され得る、ならびに／またはそのような圧延シート材料を用いて細長い基材を巻くか、もしくは別様に「被覆」することが可能である、および／もしくは望ましい場合があり、特に、圧延されていない、および巻き付けられていないシートが、漸進的に巻き付けられた基材を含む「包囲体」を作製し得る他のシート区分に重なり得る場合（すなわち、杭または支持ガーダに沿って）、布材料は、重なる「バーバーポール」もしくはメイポールタイプの技術で基材の周囲に巻き付けられるか、または水タンクもしくは灌漑用パイプの内壁の裏地となる。そのような場合、布が保護された基材に直接接触し、布包囲体壁と基材表面との間の液体（および任意選択的に布自体の中の液体）の非常に薄い層が、本明細書に説明される「区別された環境」を構成することが望ましい場合がある。
図１５Ｂは、望ましくは、他の布部分に、ならびに／または他のデバイスおよび／もしくは構成要素に自己接着し得る、布の様々な部分に沿って接着剤、面ファスナ材料２０１０（および／または縫い目）を組み込む、巻かれたシート布２００５の別の例示的な実施形態を図示し、本明細書に説明されるように、布の大部分は、有孔または透過性部分２０２０を含む（そして様々な実施形態では、ファスナ材料自体が透過性および／または非透過性部分を同様に含み得る）。望ましい場合、いくつかの他の布部分を被覆する材料フラップは、非透過性であり、下にある構造体を保護し得る。
使用中、布は、杭もしくは支持ガーダまたは他の構造体の周囲に巻き付けられて、杭のいくつかの部分の周囲に包囲体を形成し得、これは、杭の様々な部分をバイオファウリング生物および／または他の分解から保護するために、本明細書に説明されるものと同様の機能の様々な包囲体を作製するために、漸進的巻き付け方法（すなわち、「バーバーポール」タイプの巻き付け）または円形巻き付け方法（すなわち、「ラウンドロビン」タイプの巻き付け）を含み得る。様々な実施形態では、面ファスナまたは同様のファスナを使用する取り付けは、そのような締結技術が透過性になり、本明細書に説明される様々な透過性材料と同様の様式でそれを通して水交換を可能にし得るため、特に望ましい場合がある。
望ましい場合、包囲体は、三次元（３Ｄ）構造に組み立てられ得る個々の構成要素区分を使用して構築され得る。例えば、包囲体の個々の壁区分は、三角形、正方形、および／または他の多角形を含む、様々な構成で互いに取り付けられるように提供され得る。望ましい場合、壁区分は、比較的剛性のある台枠によって支持され得るか、また区分は、高度に可撓性であり得、および／またはローラもしくは他の担体上に提供され得、組み立て前に各個々の区分を解放するように展開され得る。少なくとも１つの代替的な実施形態では、開放された包囲体フレームまたは支持体が提供され得、フレームセグメントの周囲に巻き付けられ得る、および／またはフレームセグメントに重ねられ得る（および、例えば、運輸業者によって出荷用の物体のテーピングまたは「出荷包装」と同様の様式でフレームに適用される）、細長いシートまたは包囲体壁材料が提供される。
様々な代替的な実施形態では、包囲体および／またはその構成要素材料は、格子状、メッシュ、マット、または窓形成された布配置で形成された縫糸の織り合わされた、および／または絡み合わされたストランドから形作られた三次元布基質および／または繊維性基質構造体を含み得、様々な実施形態では、１つ以上の非平坦および／または非平滑布層を組み込み得る。１つの非常に単純化された形態では、包囲体は、複数の垂直に位置付けられた要素と織り合わされた複数の水平に位置付けられた要素を含有し得（および様々な方向に位置合わせされた他の繊維要素の様々な組み合わせ）、これは、複数の分離された、および／または織り合わされた層を含み得る。可撓性材料は、バッフルまたは様々な相互接続区分を含み得る、１つ以上の離隔された層を含み得る。望ましくは、包囲体材料内の各糸または他の縫糸要素は、事前選択された数の個々のストランドを含むことになり、ストランドの少なくとも一部分は、様々な場所および／または方向で縫糸コア要素から外向きに延在し、それによって、布に織り合された縫糸および縫糸ストランドの三次元の曲がりくねった網状組織を作製する。様々な実施形態では、繊維性基質の様々な要素は、対角線を含む、事実上任意の配向で、または互いに対して平行な様式で、それによって、直角を形成するか、または三次元配向、ならびに／またはランダム化された分布（すなわち、フェルトマット）および／もしくはパターンを含む、事実上任意の他の配向で、位置合わせされ得る。加えて、いくつかの実施形態では、個々の要素間に顕著な間隔があり得るが、一方、他の実施形態では、間隔は、間にほとんどまたは全く間隔を空けずに緊密なパターンを形成するために、非常に緊密なパターンに減少され得る。様々な好ましい実施形態では、縫糸および／または繊維などの要素は、天然または合成ポリマーで作製され得るが、金属、ナイロン、綿、またはそれらの組み合わせなどの他の材料で作製されてもよい。
本発明の様々な態様は、高度に繊毛化された繊維性基質および／または可撓性材料の使用を含み得、このことは、材料が、その表面から、もしくは細孔内に突出する巻きひげもしくは毛状付属物（すなわち、繊維）、または「濾過」媒体を形成する３次元可撓性布の開放空間を含み得ることを意味する。巻きひげまたは毛状付属物は、３次元可撓性濾過材料を構成する材料の一部分であるか、またはその材料に組み込まれ得る。代替的に、巻きひげまたは毛状付属物は、可撓性材料に接着されたか、または取り付けられた別個の組成物から形成され得る。例えば、巻きひげまたは毛状付属物は、それ自体が可撓性材料の表面に取り付けられている接着剤層に取り付けられ、そこから突出し得る。本発明の態様では、巻きひげまたは毛状付属物は、包囲体材料の表面から突出し得るが、一方、他の態様では、巻きひげまたは毛状付属物は、包囲体材料から内向きに、ならびに／または包囲体材料の繊維性基質および／もしくは布の他の縫糸および／もしくは繊維に向かっておよび／もしくはその中に内向きに延在し得る。本発明の様々な態様では、巻きひげまたは毛状付属物は、弾力性を有し得る、ならびに／または包囲体および／もしくは水の移動に起因して振動し得る、および／もしくは揺れ得る。様々な実施形態では、繊毛自体および／または巻きひげもしくは毛状付属物の移動の組み合わせはまた、包囲体の表面上または表面内のバイオファウリング生物の定着を断念させ得る。
様々な実施形態では、包囲体の透過性材料中の多数の小さい繊維の存在は、材料の３次元構造の複雑さの大幅な増加を提供し得、これは、これらの構造が織られたパターンの開いた隙間の中および／または周囲に延在し得るためである。繊維のこの配置は、布の深さを横断し、包囲体によって保護された内部環境に入ろうとする生物に、より曲がりくねった経路をさらに提供し得る（すなわち、材料の「濾過」効果を向上させる）、および／または任意選択の殺生物剤コーティングが接着する、布の非常に大きい表面積を提供し得る。様々な実施形態では、包囲体内への３次元「入口経路」（すなわち、微生物が材料の開口部および／または細孔を通過する際の）の形状および／またはサイズが、望ましくは、より長い経路、より大きい表面積を提供することになる、ならびに／または包囲体内へのファウリング生物の流入を濾過および／もしくは妨害する、ならびに／またはより多い量の殺生物剤コーティングをその内部に保持する際により有効であることを証明することになるため、紡績ポリエステルが、包囲体材料として非常に望ましい特徴を有すると決定されている。
様々な実施形態では、包囲体壁の三次元地形は、望ましくは、そのような布構築が、包囲体壁の「濾過効果」を向上させ得る、ならびに／または包囲体布および／もしくは保護された基材に「しがみつく」様々なファウリング生物の能力に悪影響を及ぼし得るという点で、包囲体のバイオファウリング防止効果に寄与することになる。しかしながら、他の実施形態では、包囲体壁および／または他の構成要素は、テクスチャード加工糸または他の材料（および／または他の材料構築技術）などの「より平坦な」および／または「より平滑な」材料を含み得、本明細書に開示される多くのバイオファウリング防止効果を依然として提供し得る。そのような材料は、紡績ポリエステル糸を組み込む材料よりも顕著に平坦、平滑、および／または低繊毛であり得るが、一方、これらの材料は、様々な用途に対して許容可能なバイオファウリング保護レベルを依然として提供し得る。
包囲体を構築するための様々な程度に好適であり得る様々な材料は、様々な天然および合成材料、またはそれらの組み合わせを含む。例えば、黄麻布、ジュート、帆布、羊毛、セルロース、絹、綿、麻、およびモスリンは、考えられる有用な天然材料の非限定的な例である。有用な合成材料は、限定なしで、ポリオレフィンのポリマー部類（ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、コポリマーなど）、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、レーヨン、ポリアミド、ポリアクリル、およびエポキシを含み得る。様々なタイプのガラス繊維組成物もまた、使用され得る。ポリマーおよびコポリマーの組み合わせもまた、有用であり得る。これらの三次元可撓性材料は、本明細書に説明されるようなファウリング防止および／または濾過特性を提供することができる構造を提供する繊維構造体、透過性シート、または他の構成に形成され得る。本明細書に説明される包囲体を構築する際の使用のための潜在的に好適な可撓性材料の例は、限定されるものではないが、黄麻布、帆布、綿布、リネン、モスリン、透過性ポリマーシート、ポリマー繊維またはフィラメントから構築された布、ならびに透過性フィルムおよび膜を含む。本発明の態様では、可撓性材料は、黄麻布、編まれたポリエステルもしくは他の布、織られたポリエステルもしくは他の布、紡績ポリエステルもしくは他の布、それらの様々な組み合わせ、または様々な特性を有する他の布などの天然または合成布から選択され得、本明細書に開示されているものを含む。
様々な実施形態では、包囲体の１つ以上の壁を形成する可撓性材料は、絡み合わされた繊維または繊維の束（すなわち、糸）によって形成された構造を有し得る。本明細書に使用される際、「絡み合わされた」は、本明細書に論じられる様々な濾過および／または透水性および／または水交換特徴が可能な繊維性基質を生成するために、繊維が不織である、織られる、編み込まれる、編まれる、または別様に混在され得ることを意味する。繊維が絡み合わされている物質は、望ましくは、３次元可撓性材料中に開いた空間および閉じた空間のパターンを作製し得、その中の開いた空間が隙間を画定する。望ましくは、可撓性材料を構成し得る繊維は、例えば、単一のフィラメント、複数のフィラメントの束、天然もしくは合成組成物のフィラメント、または天然および合成組成物の組み合わせである。本発明の態様では、繊維は、約５０ミル以下、約２５ミル以下、約１０ミル以下、約６ミル以下、約５ミル以下、約４ミル以下、約３ミル以下、約２ミル以下、約１ミル以下、約０．５ミル以下、約０．４ミル以下、約０．３ミル以下、約０．２ミル以下、または約０．１ミル以下の平均直径（または「平均フィラメント直径」）を有する。
本発明のいくつかの態様では、可撓性材料は、織布または編布を含み得る。例えば、織布は、約３～約１５０、約５～約１００、約１０～約５０、約１５～約２５、約２０～約４０、および／またはおよそ２０ｐｐｉのインチ当たりのピック数（「ｐｐｉ」またはインチ当たりの横糸）を有し得る。本発明の他の態様では、織布は、約３～約１５０、約５～約１００、約１０～約５０、約１５～約２５、約２０～約４０、および／またはおよそ２０ｅｐｉもしくはおよそ２４ｅｐｉのインチ当たりの端数（「ｅｐｉ」またはインチ当たりの縦糸）を有し得る。本発明のさらに他の様々な他の態様では、編布は、約３～約１２０、約５～約１００、約１０～約５０、約１５～約２５、約２０～約４０、および／またはおよそ３６ｃｐｉもしくはおよそ３７ｃｐｉのインチ当たりのコース（「ｃｐｉ」）を有し得る。本発明のさらに他の態様では、編布は、約３～約８０、約５～約６０、約１０～約５０、約１５～約２５、約２０～約４０、および／またはおよそ３６ｗｐｉもしくはおよそ３３．７ｗｐｉのインチ当たりのウェール（「ｗｐｉ」）を有する。
したがって、本発明の少なくとも１つの態様では、織布は、約９～約２２，５００、約１００～約２０，０００、約５００～約１５，０００、約１，０００～約１０，０００、約２，５００～約８，０００、約４，０００～約６，０００、約２，５００～約４，０００、約５，０００～約１５，０００、約１０，０００～約２０，０００、約８，０００～約２５，０００、約２０～約１００、約３０～約５０、約４５、または約４０糸／平方インチの糸サイズ密度（すなわち、縦糸に単位面積当たりの横糸を乗算したもの）を有する。
本発明の別の態様では、織布または編布の糸は、約４０デニール～７０デニール、約４０デニール～１００デニール、約１００デニール～約３０００デニール、約５００～約２５００デニール、約１０００～約２２５０デニール、約１１００デニール、約２１５０デニール、または約２２００デニールのサイズを有し得る。
本発明のさらに別の態様では、織布または編布は、約１～約２４オンス／平方ヤード（約３４～約８１４ｇ／ｍ２）、約１～約１５オンス／平方ヤード、約２～約２０オンス／平方ヤード（約６８～約６７８ｇ／ｍ２）、約１０～約１６オンス／平方ヤード（約３３９～約５４２ｇ／ｍ２）、約１２オンス／平方ヤード（約４０７ｇ／ｍ２）、または約７オンス／平方ヤード（約２３７ｇ／ｍ２）、または約３オンス／平方ヤードの単位面積当たりベース重量を有し得る。本発明の別の態様では、望ましい紡績ポリエステル繊維ベースの織布は、包囲体材料として利用され得、布は、約４１０グラム／メートル２の基本重量（任意のコーティングまたは改質が含まれる前のベース布の重量）を有する（表４参照）。
様々な例示的な実施形態では、好適な包囲体または構造壁の厚さは、０．０２５インチ～０．０５７５インチ以上の範囲であり得、望ましい包囲体は、およそ０．０２０５インチの厚さ、およそ０．０３１９インチの厚さ、およそ０．０４８２インチの厚さ、および／またはおよそ０．０５７１インチの厚さである。包囲体内の穿孔および／または開口部のサイズ、ならびに包囲体内の様々な開口部の形状、サイズ、および／または曲がりくねりの程度に依存して、具体的に説明されたものよりも厚いおよび／または薄い厚さの包囲体が、様々な成功度および様々な包囲体材料を伴う様々な包囲体設計で利用され得る。様々な代替的な実施形態では、開示された繊維性基質の構築に利用される可撓性ベース材料、繊維、および／または縫糸は、保護されることになる所望される基材または特定の用途に依存して、厚さおよび／または長さの広い変化を有し得る。例えば、本発明のいくつかの態様では、可撓性材料の厚さは、約０．００１～約０．５インチ、約０．００５～約０．２５インチ、約０．０１～約０．１インチ、約０．０２インチ、約０．０３インチ、約０．０４インチ、約０．０５インチ、または約０．０６インチであり得る。膜濾過構造体、およびその複数の層などの、単一の構造体内の厚さおよび透過性の変化が企図されている。
本明細書に説明される様々な目的を達成するために、多種多様な材料および／または材料の組み合わせが、包囲体材料として利用され得ることを理解されたい。例えば、フィルムまたは同様の材料は、包囲体壁の一部または全てに透過性および／または不透過性フィルムを含み得る、布包囲体壁材料の１つの代替例として利用され得る。同様に、ゴム、ラテックス、薄い金属、金属フィルム、および／もしくは箔、ならびに／またはプラスチックもしくはセラミックなどの天然および合成材料が利用され得、様々な結果を伴う。
様々な実施形態では、「透過性」は、湿潤および／または乾燥条件の布の可撓性および／または形態の変化によって配合され得る、この布のアーキテクチャにおける「曖昧さ」および／またはランダム性に起因する、紡績ポリおよび／または黄麻布材料の全体の開口部の「有効」多孔度を測定および／または決定することが幾分困難であり得るため、望ましくは、包囲体および／またはその構成要素のいくつかの態様の指標として利用され、出願人は、開示されたシステムおよびデバイスの様々な実施形態の有効性にとって任意選択的に重要であり得ると考える。様々な実施形態では、包囲体は、可撓性材料を含む１つ以上の壁を含み得、開口部および／または細孔が、そこを通って形成されている。いくつかの望ましい実施形態では、壁を通る開口部の一部または全ては、曲がりくねったか、または「曲がった」流路を含み得、曲路率は、流路の両端の間の直線距離に対する流路の実際の長さ（Ｌｔ）の比として定義される：
Figure 2022525510000004
１つの例示的な実施形態では、テクスチャード加工糸または紡績ポリエステル糸から作製された織布は、例示的な包囲体壁の作製における使用に非常に望ましい場合があり、紡績ポリエステル糸は、様々な場所（すなわち、比較的高いレベルの「ヘアリネス」または繊毛）および複数の方向で糸から延在する顕著な数の繊維端を潜在的に有し、望ましくは、より複雑化された３次元マクロ構造および／または布の外部表面から内部表面へのより曲がりくねった経路につながる。様々な好ましい実施形態では、これらの繊維端は、織布中に存在し得る天然の開口部内に延在し得、布を通るいくつかの「直線経路」開口部を潜在的に低減および／もしくは排除する、ならびに／または布を通る既存の経路の曲がりを増加させる（場合によっては、３次元布の地形を通じて相当な距離を延在し得る）。様々な実施形態では、布の一部分が１．２５超の曲路率を有する開口部を組み込むことが望ましい場合があるが、一方、他の実施形態では、布の様々な開口部について１．５超の曲路率がより望ましい場合がある。
透過性
多くの実施形態では、包囲体構成要素の一部および／または全てへの透過性の要素、構成要素、および／または構造体の組み込みが非常に望ましく、これは、制御された様式および／または速度で濾過媒体および／または包囲体の中および／または外への水のある程度のバルク輸送を可能にする。望ましくは、濾過媒体／包囲体用に選択された材料（複数可）は、包囲体と周囲の水性環境との間のある程度のレベルの「バルク流体交換」を可能にする透過性のレベルを有する１つ以上の壁付き構造体を含むことになる。この透過性は、望ましくは、包囲体が配置されることになる局所的な環境に最適化される、および／または好適になるが、一般に、包囲体は、非常に高い透過性を有する包囲体材料が、包囲体内の水の化学組成を変更すること、および／または保護された物品上のバイオファウリングを制限もしくは低減することに幾分低効果であり得るため、低～中レベルの透過性を組み込み得るが、一方、極めて低透過性のまたは透過性がない（または繊維表面上および／または中のファウリングに起因するものを含む、多くの理由で経時的に透過性が非常に低くなり得る）包囲体材料は、布の壁を通る液体交換の許容できない低レベルにつながり得、これは、保護された環境内の低酸素レベル（すなわち、無酸素もしくは他の条件）または他の化学物質レベルから結果的に生じる、様々な基材腐食または他の問題につながり得る。様々な場所および／または環境条件（季節および／または気象パターンの様々な変化を含む）では、透過性の上昇もしくは低下または他の包囲体設計の変化が望まれ得る。多くの場合、局所的な環境条件（すなわち、水流、温度、生物－花のタイプ、生育期、塩度、利用可能な栄養素および／もしくは酸素、汚染物質など）ならびに／または局所的な水条件／速度（すなわち、流れおよび／または潮汐に起因する）は、所望される透過性および／または他の設計考慮事項に影響を及ぼし得、例えば、包囲体に対するより高速の液体の衝突は、材料の所与の透過性に対して増大した水交換速度を生じさせ得、これは、そのような条件では、より低透過性の材料の使用を必要とし得るか、または示唆し得る。
様々な実施形態では、包囲体は、望ましくは、水生環境に少なくとも部分的に浸漬された基材または基材部分のバイオファウリングを阻害し得、包囲体は、使用中に透水性であるか、または透水性になる材料を含み、包囲体は、基材を受容し、基材の表面から構造体の少なくとも内部／外部表面まで延在する区別された水生環境を形成するように適合され、構造体またはその部分は、基材の周りに構造体を位置付ける際、またはその後に、基材の１平方センチメートル当たり約１００ｍｌ／秒以下の透水性である。様々な実施形態では、構造体の透水性は、水が透過することを可能にする構造体を形成することによって、例えば、所望される透過性を有するように繊維を製造することなどによって達成され得る。いくつかの実施形態では、構造体は、それが使用されるときに、経時的に透水性になるように設計され得る。例えば、そうでなければ透水性構造体は、最初にそれを実質的に不透過性にするコーティングを含み得るが（この不透過性は、最初の配置の直後に包囲体内の所望される低酸素条件を「ジャンプスタート」するために特に有用であり得る）、コーティングが溶除、腐食、または溶解すると、下にある透過性が、増加する、および／または有用になる（このことは、酸素化された水が包囲体中に／包囲体を通って透過し、低酸素条件に達した後、包囲体内で望ましくない持続的な無酸素条件が発生することを防止することを助け得る）。
様々な実施形態では、包囲体布の最適および／または所望される透過性レベルは、表３（下記）に識別される布透過性のいずれかに近似し得、いくつかの実施形態では、１００ｍｌ／秒／ｃｍ２～０．０１ｍｌ／秒／ｓｍ２の範囲の透過性を含み得る。様々な代替的な実施形態では、布または他の透過性材料は、０．０６ｍｌ／秒／ｃｍ２～４６．７１ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．０７ｍｌ／秒／ｃｍ２～４６．２２ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．０８ｍｌ／秒／ｃｍ２～４３．０８ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．１１ｍｌ／秒／ｃｍ２～４２．５４ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．１３ｍｌ／秒／ｃｍ２～４２．０４ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．１８ｍｌ／秒／ｃｍ２～４０．５５ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．１９ｍｌ／秒／ｃｍ２～２９．０８ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．３２ｍｌ／秒／ｃｍ２～２８．１６ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．４８ｍｌ／秒／ｃｍ２～２５．４１ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．５０ｍｌ／秒／ｃｍ２～２２．３０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．７７ｍｌ／秒／ｃｍ２～２１．９７ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．７９ｍｌ／秒／ｃｍ２～２０．４６ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．８３ｍｌ／秒／ｃｍ２～１５．７９ｍｌ／秒／ｃｍ２、または０．９０ｍｌ／秒／ｃｍ２～１４．７２ｍｌ／秒／ｃｍ２、または１．０５ｍｌ／秒／ｃｍ２～１４．１９ｍｌ／秒／ｃｍ２、または１．０８ｍｌ／秒／ｃｍ２～１４．０４ｍｌ／秒／ｃｍ２、または１．１１ｍｌ／秒／ｃｍ２～１３．９１ｍｌ／秒／ｃｍ２、または１．６５ｍｌ／秒／ｃｍ２～１１．２７
ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．０９ｍｌ／秒／ｃｍ２～１１．１０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．２５ｍｌ／秒／ｃｍ２～１０．１７ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．２９ｍｌ／秒／ｃｍ２～９．４３ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．３６ｍｌ／秒／ｃｍ２～９．２０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．４３ｍｌ／秒／ｃｍ２～９．０２ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．４７ｍｌ／秒／ｃｍ２～８．２４ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．５７ｍｌ／秒／ｃｍ２～８．１６ｍｌ／秒／ｃｍ２、または２．７７ｍｌ／秒／ｃｍ２～８．１１ｍｌ／秒／ｃｍ２、または３．６８ｍｌ／秒／ｃｍ２～６．０４ｍｌ／秒／ｃｍ２、または３．８４ｍｌ／秒／ｃｍ２～５．９９ｍｌ／秒／ｃｍ２、または４．４３ｍｌ／秒／ｃｍ２～５．４０ｍｌ／秒／ｃｍ２、および／または４．７０ｍｌ／秒／ｃｍ２～４．７７ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を有する材料を含む、包囲体の１つ以上の壁内または壁上で利用され得る。
Figure 2022525510000005
様々な実施形態では、包囲体内の区別された環境と開放された環境との間の最適および／または所望される水交換速度は、容積の、毎時、約０．１％～約５００％、約０．１％～約４００％、約０．１％～約３５０％、約２０％～約３７５％、約０．１％～約１００％、約０．１％～約２５０％、約２０％～約５００％、約５０％～約２００％、約１００％～約２００％、約０．１％～約２０％、約１００％～約２００％、約２５％～約２００％、約２５％～約１００％、約１０％～約７５％、約２５％～約２７５％、約１００％～約５００％、約１００％～約２５０％、約５０％～約１５０％、約７５％～約２００％、約２０％～約３５０％、約５０％～約１００％、毎時約０．２％～約１２０％、毎時約０．２％～約２０％、毎時約２０％～約５０％、または毎時およそ２５％の範囲であり得る。
材料の透水性は、材料の組成、材料の構築の方法およびタイプ、材料がコーティングされているか、もしくはコーティングなしかどうか、材料が乾燥しているか、湿っているか、もしくは飽和しているかどうか、材料自体が何らかの様式で汚染されているか否か、ならびに／または布が水性環境中における試験および／もしくは使用前に「事前に湿らされている」か否かを含む、多数の因子の関数であり得る。さらに、所与の材料の透過性が経時的に変化し得るため、単一の材料であっても、許容可能なおよび／または最適な透水性の範囲が存在し得る。本発明の様々な態様では、包囲体の透水性は、望ましくは、局所的な（すなわち、包囲体内で保護された）水生環境中の一定の無酸素条件の形成を回避するために十分な初期最小透過性であり得るが、一方、他の実施形態では、透過性がより大きくてもよい。本発明の様々な態様では、包囲体材料は、上記の試験方法によって測定された際に、使用前か、または使用中に達成されたかのいずれかで、約１００以下、約９０以下、約８０以下、約７０以下、約６０以下、約５０以下、約４０以下、約３０以下、約２５以下、約２０以下、約１０以下、約５以下、約４以下、約３以下、約２以下、約１以下、約０．５以下、約０．１以下、約１以上、約０．５以上、約０．１以上、約０．１～約１００、約０．１～約９０、約０．１～約８０、約０．１～約７０、約０．１～約６０、約０．１～約５０、約０．１～約４０、約０．１～約３０、約０．１～約２５、約０．１～約２０、約０．１～約１０、約０．１～約５、約０．５～約１００、約０．５～約９０、約０．５～約８０、約０．５～約７０、約０．５～約６０、約０．５～約５０、約０．５～約４０、約０．５～約３０、約０．５～約２５、約０．５～約２０、約０．５～約１０、約０．５～約５、約１～約１００、約１～約９０、約１～約８０、約１～約７０、約１～約６０、約１～約５０、約１～約４０、約１～約３０、約１～約２５、約１～約２０、約１～約１０、または約１～約５の水透過性（基材１平方センチメートル当たり、ミリリットル／秒の水）を有する。
任意選択の殺生物剤コーティング
様々な例示的な実施形態では、開示された包囲体は、任意選択的に、包囲体材料および／または基材に適切なバイオファウリング保護を提供するために、包囲体用の補足的な殺生物剤および／またはファウリング防止剤の使用を含み得、これはまた、保護されていない布がマクロファウリングを含まないがないようなファウリング圧力であり得るとき、および／またはコーティングされていない包囲体が、所望される期間、収容した基材に保護を提供するために十分であり得る場合、一定の浸漬期間中の保護されていない布包囲体の定期的使用を含み得る。多くの実施形態では、様々な代替的な任意選択の実施形態では、濾過媒体および／または包囲体壁構造の表面の少なくとも一部分は、殺生物性塗料、コーティングおよび／または添加剤によって含浸、注入、および／またはコーティングされ得る。いくつかの追加の実施形態では、殺生物剤および／またはファウリング防止剤は、濾過媒体および／もしくは包囲体壁ならびに／またはその他の部分に統合されて、望ましくは、望ましくないファウリングから包囲体自体を保護し得る。いくつかの例示的な実施形態では、布または材料は、殺生物剤用の担体として作用し得る。
一般に、化学的または生物学的手段によって任意の望ましくないか、または所望されない生物に対する破壊、阻止、無害化、および／または制御効果を及ぼす能力を有する、殺生物剤または他の化学物質、化合物および／もしくは微生物は、任意選択的に、材料または材料成分の製造中などに、材料のいくつかの部分内および／または上に組み込まれ得るか、または殺生物剤などは、製造後に材料に導入され得る。望ましくは、材料内／上の１つ以上の殺生物剤は、外面上および／または包囲体内の開口部内の水生生物のコロニー形成を阻害および／または防止することになるとともに、バイオファウリング生物を、包囲体内の開口部を貫通することを試みるか、または正常に貫通するために十分に小さく撃退する、無能力化する、障害を与える、および／または弱体化し、それにより、バイオファウリング生物は、構造体と基材との間の人工または合成の局所的な水生環境内で繁殖することがあまりできない。様々な実施形態では、包囲体は、望ましくは、約３～７日以上、７～１５日以上、３～１５日以上、少なくとも１か月、少なくとも３か月、少なくとも６か月、少なくとも１２か月、少なくとも２年、少なくとも３年、少なくとも４年、および／または少なくとも５年以上の耐用年数のための、バイオファウリングの保護および／または阻害を可能にする（および／または所望される人工の局所的な水生環境または合成の局所的な水性環境の形成を可能にする）ために十分な強度および／または完全性を維持する材料を組み込む。
包囲体の少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体は、殺生物剤コーティングによってコーティング、塗装、および／または含浸されている材料を組み込み得、これは、望ましくは、材料に所望される深さまで接着および／または浸透する（布の一方側のみに対する材料の表面コーティング、布を通る道筋の１％～９９％を浸透し得るコーティング、ならびに布を通って完全に浸透し、布の対向する一部または全てをコーティングし得るコーティングを含み得る）。望ましくは、殺生物剤は、材料上のバイオファウリングのタイプ、速度、および／もしくは程度を低減および／もしくは防止することになる、ならびに／または材料内の開口部を通過して区別された水性環境に入ろうとする微生物に幾らかの有害な影響を有し得る（また、包囲体内に既に存在する微生物にもいくつかの影響を有し得る）。様々な実施形態では、包囲体内への３次元の「入口経路」に沿った殺生物剤コーティングまたは塗料の存在（すなわち、微生物が材料の開口部および／または細孔を通過するときの）は、望ましくは、より大きい表面積を提供し、今日の海洋用途の剛性のある浸漬された表面上で利用されている標準的な２次元「平面」塗料殺生物剤被覆（すなわち、硬質平面コーティング）よりも有効であることを証明することになる。様々な態様では、特に、布基質材料が高度に細繊維化および／または繊毛化されている場合、そのような材料のコーティングは、望ましくは、殺生物剤コーティングが接着するための布のより高度な「機能的表面積」を提供し得、このことは、望ましくは、生物が布を通過するときに、これらの小さい繊維（およびその上またはその中に存在する殺生物剤塗料、コーティング、または添加剤）の近くに位置する、および／またはそれらに接触する可能性がより高いため、バイオファウリング防止有効性の潜在性を向上させる。
様々な代替的な実施形態では、包囲体は、殺生物剤コーティング（布の一方側のみに対する材料の表面コーティング、ならびに布の細孔内をある程度の量で延在し得る布の前部および／または後部からの表面コーティングを含み得る）によってコーティング、塗装、および／または含浸されている材料を組み込み得、これは、布の細孔内に最大５％、布の細孔内に最大１０％、布の細孔内に最大１５％、布の細孔内に最大２０％、布の細孔内に最大２５％、布の細孔内に最大３０％、布の細孔内に最大３５％、布の細孔内に最大４０％、布の細孔内に最大４５％、布の細孔内に最大５０％、布の細孔内に最大５５％、布の細孔内に最大６０％、布の細孔内に最大６５％、布の細孔内に最大７０％、布の細孔内に最大７５％、布の細孔内に最大８０％、布の細孔内に最大８５％、布の細孔内に最大９０％、布の細孔内に最大９５％、布の細孔内に最大９９％、布の細孔を通る道筋の最大１００％浸透する、および／または布の対向する表面上まで細孔から外に延在する、布の一方の表面上のコーティングを含み得る。
様々な実施形態では、いくつかの実施形態の殺生物剤コーティングまたは他のコーティング／添加剤の追加の組み込みはまた、望ましくは、バイオファウリング生物および／または他の有害な薬剤が、浸水後の一定期間、可撓性布および／またはその中の穿孔にコロニー形成することを阻害および／または防止され、それによって、望ましくは、包囲体壁の可撓性の穿孔された性質、およびそれに付随する利点を維持するべきであるという点で、濾過媒体、包囲体および／またはその構成要素の耐久性および機能寿命を改善する。殺生物剤が主に布基質に近接して保持される場合（すなわち、殺生物剤が、布または包囲体の外側の非常に低い殺生物剤溶出レベルを有するか、または殺生物剤溶出レベルがなくてもよい）、殺生物剤は、望ましくは、包囲体壁のバイオファウリングを顕著に阻害することになるが、一方、包囲体の存在およびその中に形成された「区別された水性環境」は、保護された基材のバイオファウリングを低減および／または阻害することになる。様々な例示的な実施形態では、殺生物剤は、区別された水性環境内および／または包囲体に隣接する開放水域内の水中の極めて低い、および／または検出可能でないレベル（すなわち、３０ｎｇ／Ｌ未満）を有し、依然として、包囲体および／または基材をバイオファウリングから保護する高い効果を残すことが可能である。１つの例では、包囲体材料からの殺生物剤放出速度は、人工海水中において７日間で０．２～２ｐｐｍ以下であると検出され、低い局所的な濃度（すなわち、殺生物剤放出速度）は、人工海水中において７日間で０．２～２ｐｐｍ以下であると検出され、これらの放出速度は、包囲体をバイオファウリングから包囲体材料を保護することにおいて効果的であった。
様々な殺生物剤ならびに／または他の分配および／もしくは溶出材料を組み込む、多種多様な補足的なコーティングが、所与の包囲体設計に組み込まれて、様々なファウリング防止の利点を提供し得る。例えば、様々な量および／またはタイミングでｅｃｏｎｅａおよび／またはピリチオンを放出するコーティングは、バイオファウリングと戦う際に有用であり得、浸水後、数日および／または数週間のみの後に顕著に低減する、最初に高い放出速度を有する実施形態、ならびに浸水時間とともに増加する最初に低い放出速度を有する他の実施形態を含む。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、包囲体材料は、登録された殺生物剤を含有する水ベースおよび／または溶媒ベースのコーティングを含む、市販の殺生物剤コーティングの表面および／または表面下コーティングを有する紡績ポリエステル布を含み得、コーティングは、ブラッシング、ローリング、塗装、ディッピング、スプレー、プロダクションプリンティング、カプセル化、および／またはスクリーンコーティング（真空補助有りおよび／またはなし）を含む、当該技術分野で知られている事実上任意の手段によって布に適用される。材料のコーティングは、材料の一方または両方の側面、および材料の内向きの側面上の片面コーティングで達成され得るが、材料の外向きの（すなわち、基材から離れて、開放された水性環境に向かう）側面上の片面コーティングは、殺生物剤の含有量、コストを最小化し、有利な可撓性を維持しながら、顕著のレベルの効果を実証した。水ベース（「ＷＢ」）の殺生物性コーティングは、本明細書の様々な実施形態で主に論じられているが、溶媒ベース（「ＳＢ」）の殺生物性コーティングが、代替的に、望ましい場合、様々な用途で（および／または水ベースの塗料と組み合わせて）使用され得る。
様々な実施形態では、コーティングのための様々な印刷プロセスの使用は、包囲体壁内および／または包囲体壁上に視認可能なパターンおよび／またはロゴの組み込みを可能にするという追加の利点を有し得、このことは、包囲体のソース（すなわち、包囲体の製造者）、１人以上のユーザの識別（すなわち、特定のマリーナおよび／もしくはボートの所有者／ボートの名称）、ならびに／または予想される使用エリアおよび／もしくは条件の識別（すなわち、「塩水浸水のみ」もしくは「Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ Ｈａｒｂｏｒのみの使用」もしくは「夏季のみ使用」）を識別するために材料をマーケティングおよび／または広告することを含み得る。望ましい場合、様々なインジケータが、包囲体の外側に「交換期限」の日付の印刷を含む、包囲体の使用年数および／または条件を識別するために組み込まれ得る。望ましい場合、視認可能なパターンが、コーティング混合物中に補足的なインクおよび／または染料を組み込み得る、殺生物剤コーティング自体を使用して印刷され得るか、または追加のロゴなどが、別個の添加剤を使用して印刷され得る。
様々な実施形態では、殺生物剤コーティングまたは塗料は、望ましくは、２２０グラム／平方メートル～２３５グラム／平方メートルの範囲の量で材料に適用され得るが、１００グラム／平方メートルを含む２２０グラム／平方メートル未満の適用、および３００グラム／平方メートル以上を含む、２３５グラム／平方メートル超の適用は、顕著な潜在性を示す。様々な代替実施形態では、コーティング混合物は、混合物の２％、５％、および／もしくは７％などの１０重量％以下の殺生物剤、またはコーティング混合物の１０重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％、５０重量％、および／もしくはそれ以上の殺生物剤を含む、より多くの量の殺生物剤、ならびにそれらの事実上任意の組み合わせを包含する範囲（すなわち、２％～１０％および／もしくは５％～５０％など）を含む、混合物の様々なパーセンテージ重量で１つ以上の殺生物剤を含み得る。包囲体設計が特に大きい可能性がある場合、コーティング混合物中の殺生物剤のパーセンテージを顕著に増加させることが望ましい場合があり、このことは、望ましくは、包囲体および／または基材の保護に必要なコーティングの総量を低減する。
図１６は、例示的な透過性布２１００の断面図を図示しており、様々な細孔開口部２１１０および単純化された通路２１２０が、布２１００の前面２１３０から後面２１４０まで延在している。任意選択的に殺生物剤または他の衰弱性物質を含有するコーティング物質２１５０も示されており、このコーティング物質のいくつかの部分は、前面２１３０から少なくともある程度の距離「Ｄ」で、布２１００の細孔開口２１１０および／または通路２１２０内に延在する。様々な実施形態では、コーティング物質は、望ましくは、ある程度の平均距離「Ｄ」で、材料の布および／または布壁の開口部／細孔に浸透することになる（すなわち、３％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、５０％、７５％、またはそれ以上の布への浸透深さ、図１６参照）。望ましくは、布がある程度まで曲げられること、および／または成形されることを可能にするような様式で、適用される布よりも乾燥した構成で多くの場合に「より剛性のある」コーティング物質が適用され（すなわち、コーティングは、望ましくは、望ましくない程度まで、目に見えるほど、または厳しく、布を「剛性化」させないことになる）、布が、所望される包囲体形状に形成されること、ならびに／または構造体の周囲に巻き付けられること、ならびに／または可撓性バッグおよび／もしくは容器に形成されることを可能にする（望ましい場合）。バッグまたは同様の包囲体（すなわち、閉鎖可能な形状）が提供される場合、コーティングは、望ましくは、その製造後にアイテム上／内に適用され得、これは、１つ以上のコーティング層の下の任意の継ぎ目および／または縫合／接着されたエリアのコーティングおよび／またはカプセル化を含み得る。様々な実施形態では、コーティング浸透深さは、平均して、材料を通る深さの半分以下になる。
一旦、コーティングまたは塗料でコーティングされると、材料および／または包囲体は、所望される期間（いくつかの商業的用途では、２分未満、もしくは他の実施形態では、最大１時間以上）、保存処理および／もしくは空気乾燥することを可能にされ得る、またはガス、油もしくは電気加熱要素を利用して強制乾燥され得る。次いで、材料および／または包囲体は、本明細書に説明されるように使用され得る。
様々な実施形態では、包囲体は、材料の縫糸に取り付けられる、コーティングされる、カプセル化される、組み込まれる、および／または「織り込まれる」、任意選択の殺生物剤を含み得る。例えば、殺生物剤は、様々な濃度の１つ以上の殺生物剤を含有するストリップに組み込まれ、したがって、望ましくは、様々な植物および動物種が、包囲体上および／または包囲体内に付着すること、または存在を確立することを防止し得る。代替的に、包囲体は、遊離またはマイクロカプセル化された形態の殺生物剤を含有するリザーバまたは他の成分を含み得る。マイクロカプセル化は、望ましくは、殺生物剤が時間依存様式で環境中に拡散または放出され得る機構を提供する。殺生物剤充填マイクロカプセルは、リザーバまたは容器の使用なしで個々の縫糸および／または織布に埋め込まれ得るか、または殺生物剤は、繊維性基材要素（すなわち、縫糸）、および／またはそれらの間の開口部もしくは「細孔」の表面上にコーティングされ得る。
コーティング技術の当業者に知られているスプレー式塗布の使用などの、コーティングまたはファウリング防止剤を挿入および／または適用する他の方法が企図される。追加的に、包囲体は、個々の繊維性要素を含有することを必要としないが、代わりに、内部に埋め込まれたおよび／または材料にコーティングされた作用剤を含有する穿孔および／または柔軟性シートで作製され得る。固設機構を提供するために、包囲体は、限定されるものではないが、ＶＥＬＣＲＯ（登録商標）などの面ファスナ、スナップ、ボタン、留め金、クリップ、ボタン、接着剤ストリップ、またはジッパーなどの締結要素を含み得る。望ましい場合、包囲体は、望ましくは、複数の壁構造体を含み得、各壁構造体は、縫合、織りなどによって、１つ以上の隣接する壁構造体（もしあれば）に取り付けられ、これは、モジュール式包囲体を形成するために、１つ以上のコーティング層の下の任意の継ぎ目および／または縫合／接着されたエリアのコーティングおよび／またはカプセル化を含み得る。望ましい場合、包囲体材料は、締結要素をファウリングから保護するために、包囲体締結要素を越えて、および／またはその上に拡張するように追加され得る。
様々な実施形態では、包囲体は、望ましくは、包囲体のバイオファウリングを阻害および／または防止するために、縫糸および／または繊維（すなわち、繊維性基質の様々な要素）に取り付けられる、および／またはその中に埋め込まれる、バイオファウリング防止特性を含む。好ましい実施形態では、バイオファウリング防止剤は、Ｅｃｏｎｅａ（商標）（ＢｅｌｇｉｕｍのＪａｎｓｓｅｎ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ＮＶから市販されているトラロピリル）および／または亜鉛オマジン（すなわち、ピリチオン）を含む殺生物剤コーティングであるが、当業者に知られている、亜鉛、銅、またはその誘導体などの、現在入手可能な、および／または将来開発される他のバイオファウリング防止剤が使用されてもよい。さらに、微生物由来のファウリング防止化合物およびそれらの合成類似体が利用され得、これらの異なるソースは、典型的には、脂肪酸、ラクトン、テルペン、ステロイド、ベンゼノイド、フェニルエーテル、ポリケチド、アルカロイド、ヌクレオシドおよびペプチドを含む、１０のタイプに分類される。これらの化合物は、海藻、藻類、真菌、細菌、ならびに幼生、海綿、ワーム、巻貝、ムール貝、および他のものを含む、海洋無脊椎動物から隔離され得る。上記の化合物および／もしくはその同等物（ならびに／または任意の将来開発される化合物および／もしくはその同等物）のいずれかの１つ以上（またはそれらの様々な組み合わせ）が、バイオフィルム形成および細菌付着などのミクロファウリングと、１つ以上の標的化された種に対する、フジツボもしくはムール貝を含む、大型生物の付着などのマクロファウリングとの両方を防止するバイオファウリング構造体を作製するために利用され得るか、または望ましい場合、複数のバイオファウリング生物に対するより「広範囲」の汚染物質防止として利用され得る。
１つの例示的な実施形態では、望ましい紡績ポリエステル繊維ベースの織布は、包囲体材料として利用され得、布は、およそ４１０グラム／メートル２の基本重量（任意のコーティングまたは改質が含まれる前のベース布の重量）を有する（表４参照）。
Figure 2022525510000006
表５は、様々なレベルの実用性を有する包囲体壁材料として利用され得るいくつかの代替的な布仕様を示す。
Figure 2022525510000007
様々な構造体または包囲体の実施形態について、塗料／コーティングの標的追加重量は、およそ約５グラム／メートル２～５００グラム／メートル２、約５０グラム／メートル２～４８０グラム／メートル２、約１００グラム／メートル２～３００グラム／メートル２、約１２０グラム／メートル２～２８０グラム／メートル２、およそ２２４グラム／メートル２から（または最大その±１０％まで）、に設定され得る。
殺生物剤または他のコーティングの追加が望まれ得る様々な実施形態において、いくつかの実施形態では、コーティングは、包囲体が完全に組み立てられた、および／または構築された後に、包囲体に適用され得るが、他の実施形態では、コーティングは、組み立ておよび／または構築の前に、包囲体の構成要素の一部または全てに適用され得ることを理解されたい。さらに他の実施形態では、包囲体のいくつかの部分は、事前コーティングおよび／または前処理され得るが、一方、他の部分は、組み立て後にコーティングされ得る。さらに、包囲体の製造および／または組み立て中のプロセスおよび／または処理ステップが、殺生物剤または他のコーティング特性の品質および／または性能に悪影響を及ぼし得る技術を伴い得る場合、それらのプロセスおよび／または処理ステップを、包囲体および／または包囲体構成要素のコーティングの適用前にそれらに実施することが望ましい場合がある。例えば、感熱性殺生物剤および／またはコーティングが望まれ得る場合、高温を伴う材料プロセス技術が、その殺生物剤コーティングの適用前に布および／または包囲体壁を作製および／または加工するために採用され得る（すなわち、殺生物剤および／またはコーティングの熱に関連する分解の機会を低減するために）。
様々な実施形態では、コーティング材料または他の添加剤（殺生物剤コーティングまたは他の材料を含む）は、包囲体の布に適用および／または組み込まれ得、変化したレベルの透過性を潜在的に結果的にもたらし、これは、基材をバイオファウリングから保護するためにあまり好適ではない場合がある材料を、一旦、コーティングされた条件になると、基材をバイオファウリングから保護するためにより望ましいものに変換し得る。例えば、本明細書に説明されるように、基材をバイオファウリングから保護するために包囲体を形成するためのあまり望ましくない場合がある、液体に対して比較的高い透過性を実験的に実証する（すなわち、１５０ｍＬの液体が５０秒未満で試験布を通過した）、コーティングされていないポリエステル布。しかしながら、殺生物性コーティングを用いて所望されるレベルまで適切にコーティングされたとき、コーティングされた布の透過性は、中程度の透過性レベル（すなわち、１００ｍＬの液体が５０～８０秒で試験布を通過した）、および／または非常に低い透過性レベル（すなわち、ほとんどまたは全く液体が試験布を通過しなかった）などの、非常に望ましいレベルまで実質的に低減され得る。このようにして、計画的な透過性レベルが、望ましい場合、各選択された布ごとに、任意選択的に、「ダイヤル設定」または合わせて調整され得る。
長期間にわたる水性環境中の浸水試験中に、ポリエステルコーティングされた布を組み込む包囲体の一実施形態は、マクロファウリングを発現しなかった、および／または極最小のマクロファウリングのコーティングを発現した。さらに、一例のポリエステル布は、浸水期間中により透過性が高かったが、別の例は、浸水期間中に低透過性になった。
図１７Ａは、局所的な条件に依存して、本明細書に説明されるように、基材をバイオファウリングから保護するために、いくつかの包囲体設計を形成するための望ましい透過性範囲の下限上にあり得る、液体に対して比較的低い透過性を実験的に実証した（すなわち、１００ｍＬの液体がおよそ３９６秒で試験布を通過した）、コーティングされていない２３×２３のポリエステル織布の例示的な実施形態を図示する。コーティングされたとき（図１７Ｂ参照）、これらの材料は、浸水前に本質的に非透過性になったが、浸水後により透過性になった。上記のように、所望される透過性レベルが、望ましい場合、各選択された布ごとに、「ダイヤル設定」または合わせて調整され得る。様々な実施形態では、所与の布および／または包囲体構成要素の透過性は、望ましい場合、湿潤または乾燥条件で変化するか、または異なり得る。
長期間にわたる水性環境中の浸水試験中、コーティングされていない２３×２３のポリエステルおよびコーティングされたポリエステル布は、全て、包囲体および／または基材上にマクロファウリングがなかった。さらに、これらの材料の各々は、浸水中に透過性の顕著な増加を受け、２３×２３のコーティングされていないポリエステル布は、１２０秒で１５０ｍＬの液体の通過を可能にしたが、一方、第１の２３×２３コーティングされたポリエステル布は、１６０秒で１５０ｍＬの液体を可能にし、第２の２３×２３のコーティングされたポリエステルは、１８０秒で１５０ｍＬの液体を可能にした。
他の代替的な実施形態では、図１８Ａ～図１８Ｃは、コーティングされていない（図１８Ａ）、溶媒ベースの殺生物性コーティングでコーティングされた（図１８Ｂ）、および水ベースの殺生物性コーティングでコーティングされた（図１８Ｃ）、天然材料、黄麻布を図示する。透過性試験中、コーティングされていない黄麻布は、５０．９９ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を実証したが、一方、コーティングされた黄麻布は、溶剤ベースの殺生物性コーティングおよび水ベースの殺生物性コーティングについて、それぞれ、５２．３２ｍｌ／秒／ｃｍ２および３８．２３ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を有した。塩水中の３２日間の浸水後、両方のコーティングされた布の透過性は、８５．２３ｍｌ／秒／ｃｍ２および８７．２８ｍｌ／秒／ｃｍ２まで顕著に増加したが、コーティングされていない黄麻布は、透過性を２０．４２ｍｌ／秒／ｃｍ２まで減少させた。ファウリングの観察では、コーティングされていない黄麻布は、極最小のファウリングを受け、コーティングされた黄麻布は、事実上マクロファウリングを受けなかった。
追加的に、別の代替的な実施形態では、１／６４のポリエステルのコーティングされていない布を、溶媒ベースの殺生物性コーティングでコーティングし、代替的に水ベースの殺生物性コーティングでコーティングした。透過性試験中、コーティングされていない１／６４のポリエステル布は、２６．８２ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を実証したが、一方、コーティングされた１／６４のポリエステル布は、溶剤ベースの殺生物性コーティングおよび水ベースの殺生物性コーティングについて、それぞれ、４４．４９ｍｌ／秒／ｃｍ２および２９．２５ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を有した。塩水中の３２日間の浸水後、全ての１／６４のポリエステル布の透過性は、それぞれ、１０．９９ｍｌ／秒／ｃｍ２、１３．７８ｍｌ／秒／ｃｍ２、および１３．３１ｍｌ／秒／ｃｍ２まで顕著に減少した。ファウリングの観察では、コーティングされていない１／１６のポリエステル布は、ある程度のファウリングを受けたが、コーティングされた１／６４ポリエステル布は、事実上マクロファウリングを受けなかった。
異なる様々な布地を製造し、コーティングし、バイオファウリング防止包囲体の構築および試験に利用した。第１の実施形態（１０００μｍの縮尺を有する図１９Ａに示されている）では、テクスチャード加工ポリエステル布地が、第１の基材上で殺生物剤コーティングでコーティングされており、このコーティングの相当な量が、布地を通って対向する第２の表面まで完全に貫通している（第２の表面上のコーティングのある程度エリアは、他のエリアよりも薄い）。図１９Ｂは、１０００μｍの縮尺で、このコーティングされた布地を図示する。平均して、このコーティングされた布は、５２３．５４（±２．３３）の細孔数／インチ２を有し、細孔のおよそ５パーセント未満が閉塞されていた（平均して）。
図１９Ｃは、１００％紡績ポリエステル布の別の好ましい実施形態を図示し、図１９Ｄは、殺生物性コーティングでコーティングされたこの布を図示している。試験中、コーティングされていない１００％ポリエステル布は、布の１０．１７ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を実証したが、コーティングされたポリ布は、０．３２ｍｌ／秒／ｃｍ２および１．０８ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性を有していた。２３日間の浸水後、両方のコーティングされた布の透過性は、顕著に変化せず、コーティングされていないポリ布は、極最小のファウリングを受け、コーティングされたポリ布は、事実上マクロファウリングを受けなかった。しかしながら、他の様々な実施形態では、連続コアの周囲のコア紡績ステープル繊維、オープンエンド紡績、リング精紡、および／またはエアジェット紡績などの紡績ポリエステル糸を調製するための他の手法が、同様に好ましい結果をもたらすと予想される。
別の実施形態（５００μｍの縮尺を有する図１９Ｅに示されるコーティングされていない布）では、その後、紡績ポリエステル布が、第１の表面上に殺生物剤コーティングでコーティングされ、このコーティングの相当な量が布地の繊維および／または細孔を通って部分的に浸透している（いくつかの実施形態では、布を通って最大５０％またはそれを超えて浸透する）。図１９Ｆは、１０００μｍにおける布の対向するコーティングされていない側面を示しており、この図はまた、望ましい場合、このコーティング技術を使用して達成され得る顕著な細孔サイズの低減も実証している。平均して、このコーティングされた布は、４９３（±３．５３）の細孔数／インチ２を有し、細孔のおよそ７～１０パーセントがコーティング材料によって完全に閉塞されていた（平均して）。
実験的に、これらの布の実施形態の全ては、望ましいレベルの透過性を実証し、これは、多数の小さい細孔、より小さいサイズの繊維、および／またはそれらの様々な組み合わせに起因し得る。様々なコーティング方法が、布を所望されるレベルまでコーティングおよび浸透する際に非常に効果的であり、保護包囲体に組み込むための非常に効果的な材料を生成した。
表３は、本発明の様々な実施形態における使用に潜在的に好適な様々な布を、コーティングされていない、およびコーティングされた状態におけるこれらの布地の例示的な透過性とともに図示する。例えば、Ｐｏｒｔ Ｃａｎａｖｅｒａｌ Ｈａｒｂｏｒ（Ｐｏｒｔ Ｃａｎａｖｅｒａｌ、Ｆｌｏｒｉｄａ、ＵＳＡ）では、０．５ｍｌ／秒／ｃｍ２～２５ｍｌ／秒／ｃｍ２～５０ｍｌ／秒／ｃｍ２～７５ｍｌ／秒／ｃｍ２～１００ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約０．１ｍｌ／秒／ｃｍ２～約１００ｍｌ／秒／ｃｍ２、ｃｍ２、または約１ｍｌ／秒／ｃｍ２～約７５ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１ｍｌ／秒／ｃｍ２～約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１ｍｌ／秒／ｃｍ２～約５ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約５ｍｌ／秒／ｃｍ２～約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約２０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約２５ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約５０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約２０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約７０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約４０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約２０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約６０ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約７５ｍｌ／秒／ｃｍ２～約１００ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約６０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約１００ｍｌ／秒／ｃｍ２、または約１０ｍｌ／秒／ｃｍ２～約３０ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性範囲が、包囲体上および／もしくは包囲体内、ならびに／または保護された基材上で相当な量のファウリングが発生することを防止するために十分（局所的な条件に依存して）であり、一方、依然として、十分な水流が包囲体内の無酸素を阻害および／または防止することを可能にし得ることが実験的に決定された。加えて、０．５ｍｌ／秒／ｃｍ２以下の透過性を有する布は、様々な包囲体の実施形態に好適であり得、時折の低酸素条件期間が、許容可能であり得る、および／または所望され得る。これらの範囲よりも低い透過性は、いくつかのエリア内の少ない水の移動の期間中に無酸素条件につながり得、これは、様々な実施形態では、あまり望ましくないおよび／または望ましくない場合がある。別の例示的な実施形態では、少なくとも０．３２ｍｌ／秒／ｃｍ２、および最大１０．１７ｍｌ／秒／ｃｍ２の透過性範囲が、包囲体の寿命の間の望ましい透過性特性の最適範囲および／または予想される透過性変化の所望される範囲であると決定された。他の実施形態では、少なくとも１．５ｍｌ／秒／ｃｍ２、および最大８．０ｍｌ／秒／ｃｍ２の範囲が、望ましい場合がある（および本明細書に開示される様々な範囲の任意の組み合わせ）。多くの場合、特定のファウリング生物のため、所与の領域および／または水体中のファウリング侵入の発生率および／またはファウリング成長の速度は、相互関連因子の多重度、ならびに意図された使用エリアの局所的および／または季節的条件（そして、とりわけ、保護されることを意図された基材）に非常に依存し得、所与の包囲体設計用の所与の布の透過性の許容範囲は、広範囲に変化し得、したがって、１つの包囲体設計および／または場所に最適および／または好適であり得る布の透過性は、別の包囲体設計および／または場所にあまり最適ではない、および／または好適ではない場合がある。したがって、所望される透過性の値およびその範囲は、ファウリング防止保護を提供するが、所与の水体中の長期間の無酸素条件を回避する、所与の布の能力および／または透過性の一般的な傾向として解釈されるべきであるが、他の包囲体設計および／または水条件における所与の布の使用を排除するものとして解釈されるべきではない。
様々な実施形態では、フィルタ媒体および／または包囲体材料の透過性は、望ましくは、本来の場所におけるその耐用年数にわたって（または、望ましい場合、所望されるバイオフィルム層が確立されるまで）所望される透過性範囲内に維持され得、それにより、包囲体の構造および／または材料（一例として）の変化に起因する材料の透過性の任意の潜在的な増加は、望ましくは、有機および／または無機の破片（発生し得る、材料および／またはその細孔の任意のバイオファウリングを含む）による細孔の目詰まりに起因する材料の透過性の様々な予期される減少に近似することになる。この平衡は、望ましくは、長期間にわたって、包囲体の完全性および／または機能、ならびに区別された環境の特性を維持することになり、包囲体および／または保護された基材に顕著な保護を提供する。
様々な実施形態では、包囲体壁は、長期間にわたる水性環境中の浸水試験中に透過性の変化を受ける様々な材料を組み込み得る。例えば、コーティングされていない合成材料は、一般に、経時的に低透過性になり得るが（これは、一旦、基材の周囲に位置付けられたときの布の漸進的なファウリングに起因し得る）、一方、殺生物性コーティングでコーティングされたいくつかの材料は、経時的に低透過性になるいくつかの実施形態を含む、様々な透過性の変化を受け得る。加えて、コーティングされていない状態の天然の試験繊維（黄麻布）は、より透過性になったが、一方、殺生物剤でコーティングされた黄麻布は、経時的に低透過性になった。様々な実施形態では、コーティングパラメータ（すなわち、コーティングの追加／厚さ、適用方法、細孔サイズを維持および／または増加させるための真空適用、乾燥パラメータなど）の変化、および様々な繊維パラメータ（すなわち、構築物、材料、初期透過性、乾燥中の制約の有無、ヒートセットの有無など）が、所与の包囲体設計の寿命中の、幅広い範囲の所望される透過性特性、およびの予想される透過性の変化を生成することを可能にし得る。したがって、水性環境中に展開されたとき、透過性がある程度の期間にわたって経時的に増加または減少するか否か、および製品ライフサイクルとの関連付けられた相関に影響を及ぼす（および／またはそれを制御する）ことが可能である。
様々な実施形態では、包囲体は、望ましくは、水生環境に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを阻害し得、包囲体は、使用中に透水性であるか、または透水性になる材料を含み、包囲体は、基材を受容し、基材の表面から構造体の少なくとも内部／外部表面まで延在する区別された水生環境を形成するように適合され、構造体またはその部分は、基材の周りに構造体を位置付ける際、またはその後に、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒の水、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／分の水、もしくはその間の値の透水性、またはそれよりも大きい／小さい透過性を有する。
様々な実施形態では、構造体の透水性は、所望される透過性を有するように繊維を織ること、および／または任意選択的に所望される透過性を繊維に提供する殺生物剤コーティング（または非殺生物剤含有コーティング）で繊維をコーティングすることなどによって、水が構造体を通って透過することを可能にするように構造体を形成することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、構造体は、それが使用されるときに、経時的に透水性になるように設計され得る。例えば、他の透水性構造体は、最初にそれを実質的に非透過性にするコーティングを有し得るが、コーティングが溶除、腐食、または溶解するにつれて、下にある透過性が増加する、および／または有用になる。
表６（下）は、透過性布壁を組み込む包囲体の透水性の１つの例示的な試験を示している。この実施形態では、初期の高濃度のローダミンを水性環境中の包囲体内に作製し、次いで、ローダミン濃度を経時的に測定し、包囲体の透過性壁の内外で水交換が起こったときに、このマーカの濃度がどのように低下したかを決定した。試験は、その寸法および壁透過性を有するこの包囲体内のローダミンの滞留時間がおよそ４時間１０分であり、３時間の半減期、および約０．００２７ｍｌ／ｃｍ２／秒の流量を伴ったことを示した。
Figure 2022525510000008
ローダミン染料試験を、様々な試験包囲体内の水交換速度を決定するための類似物として利用した。例えば、ＹＳＩ Ｔｏｔａｌ Ａｌｇａｅ Ｓｅｎｓｏｒ（ＴＡＬ）を、袋詰めされた船尾模倣物に配置した。０．９ｍｇ／Ｌの濃度のローダミンを船尾模倣物に加えた。データがバッグ内の色素のバックグラウンド濃度に戻ったとき、ＹＳＩを２日間、開放水域中に配置して、非投与のバッグレベルと比較するための開放水域読み取り値を得た。滞留時間、半減期、および流量をローダミンデータから計算した。滞留時間をローダミン染料の初期濃度の３７％として計算した。半減期を滞留時間の６９．３％として計算した（文献に見出されるこれらの計算を使用した）。２倍の体積（１つの体積の流入および１つの流出を考慮）を取り、それを滞留時間および表面積で除算することによって流量を計算した。希釈率をより正確に把握するために、バックグラウンド色素を減算した後、ｍｇ／Ｌ単位のローダミン濃度をグラフ化した。試験結果は、船尾模倣物の色素濃度が安定して自然なレベルに戻るためにおよそ２６時間掛かったことを示している。滞留時間を４時間１０分として計算し、流量を０．００２７ｍＬ／ｃｍ２／秒であると計算した。
様々な実施形態では、包囲体またはその一部分が最初に高透過性を有し、その後、保護されることになる基材の周りに包囲体が配置された後に起こる透過性の低減を伴うことが非常に望ましい場合がある。例えば、非常に低い透過性を有する包囲体は、水性媒体中の配置後、正の浮力を維持し得、このことは、浸漬および／または部分的に浸漬された基材の周りに包囲体を配置することを不可能ではないにしても困難にし得る。対照的に、より透過性の高い要素を組み込む包囲体は、基材の周りの展開の際に、より容易に「沈む」場合がある。そのような包囲体は、高透過性である下部分を含み得（包囲体の水の流入および迅速な充填を可能にするために）、より高いまたはより低い透過性である他の包囲体要素を伴う。一旦、必要に応じて基材の周りに展開されると、より高い透過性の要素は、必要に応じて、透過性を変え得るか（すなわち、より高いまたはより低い透過性）、または同じ透過性を維持し得る。
様々な実施形態では、本明細書に説明されるような包囲体が利用されるとき、基材上の生物学的コロニー形成シーケンスは、基材の定着、動員、および最終的なマクロファウリングを低減および／または最小化するために中断（破壊、変更など）され得る。一旦、基材の周囲または内側（基材の内面を保護する場合）に位置付けられると、包囲体の透過性の保護布壁は、望ましくは、包囲体内への様々なミクロおよび／またはマクロ生物の通過を濾過および／または妨害し得、任意選択の殺生物剤コーティングは、いくつかの実施形態では、包囲体のファウリングを防止し得る、ならびに／または生物が布に接触および／もしくは布を通過する際に生物の一部および／もしくは全てを傷つけ得る、および／もしくは害し得る。望ましい場合、殺生物性コーティングは、基材の周囲の初期配置の際に顕著な殺生物性溶出を受けて、ファウリング生物に影響を及ぼす初期のより高い「殺傷レベル」を確立し得、殺生物性溶出レベルは、包囲体内の水の化学組成が変化するにつれて、一定の期間にわたって顕著に低減して、所望される区別された環境を形成し、したがって、基材をさらなるファウリングから保護する。
１つの例示的な実施形態では、包囲体の殺生物剤でコーティングされた透過性布膜を通過する微視的プランクトンの試験は、いくつかの生物が通過後に生き残って生存可能である可能性が高かったが、一方、他のいくつかの生物が通過中に害される、および／または傷つけられる可能性が高かったことを示した。包囲体内の生きている生物のこの観察は、包囲体内の区別された水の試験によって補強され、付属物を使用する包囲体内の相当なパーセンテージの微生物（１～１０＋ｃｍ／秒の速度の二枚貝幼生および尾索類など）が、繊毛を使用する多くの生存可能な微生物（０．５～２ｍｍ／秒の範囲の速度の二枚貝ベリジャー幼生およびチューブワームなど）とともに、殺生物剤でコーティングされた包囲体内で生存可能なままであるように見えた。しかし、生きているファウリング生物が包囲体の内側に存在していた、および／または基材と直接接触していた間でさえ、包囲体保護特徴は、これらの生きているおよび／または生存可能な生物が、保護された基材上で繁殖および／またはコロニー形成することを防止した。
図２１は、透過性布タイプごとに、様々な包囲体内で識別された様々なプランクトンタイプおよび条件（すなわち、生死）を図示する。様々な包囲体試験では、結果は、殺生物剤でコーティングされた布包囲体内で良好な泳者よりもより貧弱な泳者が存在したことを示し、殺生物剤が、コーティングされた布を有する包囲体内に泳いで入り、次いで、出られなかった幼生を傷つけたか、別様に影響を及ぼした可能性があることを示唆している。追加的に、「良好な」泳者は、包囲体から外に泳ぐことができた可能性があり、「貧弱な」泳者は、包囲体内の制限された水の移動に起因して、包囲体を離れることができなかった可能性がある。この観察結果は、コーティングされていない布および開放試料よりもコーティングされた布の包囲体中に、より貧弱な泳者が顕著に存在した事実によってさらに裏付けられた。また、コーティングされていないものよりも、コーティングされた布の包囲体では、より多くのプランクトンの総数が存在したように見えた。
本発明のいくつかの実施形態は、スカートタイプの包囲体の形態で説明されてきたが、バイオファウリング防止包囲体は、任意の構造体に適合するように形状決めされ得る。様々な実施形態では、包囲体材料は、シート材料の外面に適用された殺生物剤または他のコーティングを伴って、または伴わずに、巻かれたシートの形態で提供され得、これは、シート材料内への、および／もしくはシート材料を通る顕著な浸透を含み得るか、または、代替的に、シート材料に組み込まれた殺生物剤または他のバイオファウリング防止材料を含み得、これは、殺生物剤の放出をカスタマイズするためにマイクロカプセル化を利用し得る。そのため、バイオファウリング防止包囲体は、ネット、取水パイプ、下水パイプおよび／または保持タンク、水システム制御バルブおよび安全バルブ、海上システム、灌漑システム、発電所、パイプラインバルブおよび安全制御システム、軍用および商用監視センサおよびアレイなどの、様々なタイプの水生構造物上に配置され得る。他の実施形態は、水生構造物、橋、洪水障壁、堤防、および／またはダム用の支柱を含み得る。水面上に延在する表面下構造物の寿命を延ばすために、支持および基礎構造物は、巻き付く（緊密にもしくは緩く結合された）および／または同様の包囲体を組み込み得る。
保護され得る他の物体は、ブイおよび／またはセンサなどの繋ぎ止められた、および／または浮遊構造物を含む。包囲体は、水生環境の近くまたは水生環境と直接接触しているブイの一部分に取り付けられて、それらのエリア内、ならびに包囲された／結合されたエンベロープ構造物、ブイを海底にアンカー固定するリンク装置および／またはケーブルの周囲に配置されたブランケットおよび／またはスリーブのバイオファウリングの蓄積を防止し得る。
一旦、包囲体が所望される程度まで基材の周りに適切に位置付けられると（基材を完全に包囲しない場合がある実施形態、および／または基材を部分的に包囲するだけの場合がある実施形態を含む）、いくつかの実施形態の包囲体の影響は、望ましくは、基材および／または他の物体の直ぐ周囲のエリア内に独自の水性環境を形成することになり、その目標は、望ましい場合、（１）追加の生存可能なミクロおよび／またはマクロファウリング媒体の侵入からの基材の曝露を緩衝および／または最小化すること、（２）包囲体内および／または外に通過する任意の液体を濾過すること、（３）区別された環境内の基材および／または生物学的実体に対する、日光または他の光／エネルギー源の直接的な影響を低減および／または排除すること、（４）区別された環境内の溶存酸素量および／または他の水の化学組成値を調節すること、（５）包囲体内の液体の速度および／または乱流を低減することを含む、区別された環境と開放された環境との間の液体交換を計量、制御、および／または制限すること、（６）電荷および／または帯電したファウリング粒子から基材を絶縁および／または隔離すること、ならびに（７）区別された環境内のｐＨ、温度、塩度、および／または他の環境因子などの、様々な水の化学組成値を、周囲の開放された環境のものと近接して維持することと、を含む。さらに、様々な実施形態では、包囲体自体の一部または全ては、望ましくは、殺生物剤コーティングの活性、包囲体の内側からの様々な化学物質の溶出、包囲体材料の可撓性、および／または包囲体の構造体から脱落するか、もしくは他の剥離するバイオファウリング媒体の潜在性によって、顕著なバイオファウリングから保護されることになる。
水の化学組成の変化によるバイオファウリング保護
本明細書に説明される実施形態の多くでは、開示されるバイオファウリング保護システムは、包囲体または濾過媒体が、基材または他のシステムに近接して水の「分離された」領域を「分離」、「包囲」、または別様に部分的および／もしくは完全に作成すると、基材に顕著なレベルの保護を提供し得、多くの実施形態は、依然として、区別された環境内に入るように包囲体の壁を通じた透過によるなどの、開放された環境と、分離されたか、または包囲された環境との間のある程度の量の液体交換を可能にし、同様に、区別された環境からのある程度の量の液体は、依然として、包囲体の壁を通じて透過して、開放された環境内に入り得る。望ましくは、基材の周りの保護包囲体の設計および位置付けは、任意選択的に、開放された水性環境のものと比較して、包囲された環境の様々な水の化学組成特徴および／または成分を有意な程度に変更し得る。様々な事例では、包囲体は、周囲の水性環境と比較して「異なる」いくつかの水の化学組成特徴を誘発し得るが、一方、他の水の化学組成特徴は、周囲の水性環境と同じままであり得る。例えば、溶存酸素レベルが、しばしば、区別された環境と開放された環境との間で「異なる」可能性がある場合、区別された環境および開放された環境内の温度、塩度、および／またはｐＨレベルは、同様または同じであり得る。望ましくは、包囲体は、いくつかの水の化学組成特徴に所望される様式で影響を及ぼし得るが、一方、他の水の化学組成特徴を、周囲の開放された水性環境のものと比較して、最小限に影響される、および／または「手つかず」のままにする。潜在的に「異なる」可能性がある、および／または同じままであり得る（すなわち、包囲体設計ならびに／または場所および／もしくは季節などの他の環境因子に依存して）、いくつかの例示的な水の化学組成特徴は、溶存酸素、ｐＨ、総溶解窒素、アンモニウム、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、総溶存リン酸塩、シリカ、塩度、温度、濁度、クロロフィルなどを含み得る。
いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上の水の化学組成特徴の尺度は、包囲体の外側の同等の測定値（包囲体の外側の潜在的な溶出を説明するために、包囲体外壁から１もしくは２インチ以上のみ、または１、２、３、５、１０、２０フィート以上の距離などの、包囲体から離れてある程度の距離における測定値を含み得る））と比較して、包囲体の内側で「異なる」可能性がある。そのような「差」は、内側／外側の測定値の間の０．１％以上の差、または内側／外側の測定値の間の２％以上の差、または内側／外側の測定値の間の５％以上の差、または内側／外側の測定値の間の８％以上の差、または内側／外側の測定値の間の１０％以上の差、または１５％以上の差、または２５％以上の差、また５０％以上の差、または１００％以上の差を含み得る。加えて、そのような差は、等しくない差を伴う複数の化学因子に対するものであり得るか、または１つの因子の増加および別の因子の減少を含み得る。いくつかの水の化学組成因子がいくつかの因子に対して本質的に同じままであるが、一方、様々な差が他の因子に対して認められ得る状況を含む、全てのそのような説明された水の化学組成因子の組み合わせが企図される。
本発明の様々な実施形態では、包囲体が基材に近接して「区別された水性環境」を形成し得るが、包囲体はまた、周囲の水性環境（すなわち、包囲体の外側）の液体および／または他の物質との包囲体内の液体および／または他の物質間の制御されたか、または計量された量の「混合」および／または他の輸送も可能にし得る。包囲体内および／または包囲体外の両方で発生し得る、この制御された輸送は、望ましくは、顕著な量のバイオファウリングが基材上に形成することを阻害および／または防止する、包囲体の部分内の独自の水性環境を形成する。例えば、海水中の溶存酸素は、（１）水面中に溶解、拡散、および／もしくは混合する（すなわち、曝気によって）大気中の酸素、（２）藻類、水中の草、および／または光合成もしくは他の代謝経路に起因する他の生物学的プロセスによって放出される酸素、ならびに／または（３）海水中に混合する小川および河川の水流中に存在する酸素の３つの源のうちの１つに由来する。適切に設計され、好適な環境に展開されたとき、包囲体構造体はまた、望ましくは、顕著な量の太陽光が、区別された水性環境中に透過することを遮断および／または阻害し得、それによって、包囲体内の光合成から供給される溶存酸素の量を低減する。加えて、包囲体の壁の存在は、望ましくは、様々な因子に起因する水平および／または垂直の水流（またはそれらの組み合わせ）に起因する包囲体内、包囲体を通る、および／または包囲体外への水の物理的バルク流を低減および／または阻害することになり、これは、包囲体壁が様々な程度に屈曲し得るため、包囲体壁が水流に少なくとも部分的な障壁を提供することを可能にし、一方、包囲体壁が流れ抵抗を低減するために幾分有意な程度まで形状および／または配向を変更することも可能にすること、ならびに可撓性包囲体壁が様々な程度に水流とともに「移動」および／または変形し得るため、壁布の細孔を通る水流を推進する圧力差を低減することを含む。
少なくとも１つの例示的な実施形態では、本発明の包囲体が基材の周囲に最初に配置されるとき、区別された水性環境中の溶存酸素は、生物学的、代謝的、ならびに／または包囲体内に酸素枯渇領域を生じさせるための包囲体内の他のプロセスおよび／もしくは活動によって、包囲体の内部から迅速に枯渇され得る。しかしながら、包囲体が包囲体内および／または包囲体外へのある程度の水のバルク流（すなわち、包囲体と周囲の「開放された」水域との間の水交換）を可能にするため、ある程度の量の酸素補充が、包囲体壁を通る酸素飽和水の流入とともに発生することになり、ある程度の量の酸素枯渇水が、包囲体壁から外に出ることになる。一般に、包囲体内への酸素補充は、開放水域のミクロフローラおよび／またはミクロファウナによって通常利用されているよりも低速度で発生し、このことは、包囲体内のミクロフローラおよび／またはミクロファウナの少なくとも一部が、それらの活動、挙動、生殖、代謝、多様性、組成、および／または相対的分布を変更して、包囲体内の人工条件に適応することを誘発および／または強制するとともに、酸化および／またはフリーラジカルの活性などの様々な天然化学プロセスに影響を及ぼす。さらに、開放水域の酸素レベルおよび／または交換速度は、様々な因子（昼／夜のサイクル、流れ／潮流、および／または他の水の移動、風および／または嵐の活動に起因する水の曝気など）に起因して変動するため、溶存酸素の流入は、変化することになり、このことは、包囲体内の酸素および／または他の化学物質のレベルを変化させ、このことは、包囲体の内側の人工の環境内におけるミクロフローラおよび／またはミクロファウナの活動、挙動、生殖、代謝、組成、および／または相対濃度のさらなる変化を誘発する。望ましくは、包囲体によって形成された人工の環境条件は、それによって、ファウリング生物による基材の定着、動員、成長、および／またはコロニー形成を阻害および／または防止することになり、また、包囲体内で発生することになる代謝および／または他のプロセスの独自の混合を誘発することになる。
いくつかの実施形態では、包囲体は、基材の外部表面を実質的に取り囲むおよび／または包含し得るが、一方、いくつかの代替的な用途では、包囲体は、望ましくは、包囲体の外側に位置する基材を保護するように位置付けられ得、および／または構成され得、「開放された水性環境」は、包囲体内に位置するとみなされ得、「包囲された水性環境」は、包囲体の外壁と基材の内壁との間に位置付けられ得る。例えば、貯水タンクまたは冷却水入口システムでは、タンクおよび／またはシステムの内壁が保護されるべき「基材」を構成し得、タンクまたはシステム内にポンプ輸送される水の一部または全ては、基材が保護されることを求められる「開放された水性環境」を構成し得る。そのような場合、本明細書に説明されるような包囲体は、水入口の周囲に位置付けられ得（または包囲体壁は、水入口とタンク壁との間のある点に位置付けられ得る）、包囲体は、望ましくは、タンク壁に近接して「異なる」環境条件を形成し、本明細書に説明されるようなバイオファウリングの様々な影響からタンク壁および／または他の内部構造体（すなわち、熱交換器チューブ）を保護する。
望ましい場合、１つ以上の包帯壁は、壁の穿孔および／または貫通を含み得、これは、包囲体壁に沿った異なる深さにおける採用のための異なるサイズの穿孔および／または貫通を含み得る。例えば、包囲体壁は、壁のより浅いレベルに穿孔を含まないか、または非常に小さい穿孔を含み得、同じ壁のより大きい穿孔が、壁のより深いレベルに形成され、各壁区分は、水柱の同じまたは異なる深さにおける同じおよび／または異なる穿孔サイズを含む。
様々な実施形態では、様々な包囲体実施形態内の溶存酸素レベルは、一般に、周囲の開放水域の溶存酸素よりも低くなり、包囲体内のミクロフローラおよび／またはミクロファウナに、これらの人工の条件に適応するためにそれらの活動、挙動、繁殖、代謝、多様性、組成、および／または相対的分布を変更させる人工の環境を形成する。さらに、所与の包囲体内のこれらの人工の条件は、包囲体内の溶存酸素レベルが包囲体の外側の変化する酸素レベルに「追従」または「遅れる」などの、絶えず変化する可能性がある。
一般に、本明細書に説明されるような包囲体内の溶存酸素の正味量の変化は、包囲体壁を通って包囲体および／または任意の他の包囲体開口部内に流れる水に含有される溶存酸素の任意の流入（すなわち、典型的には、増加した酸素供給源）から、酸化もしくは同様のプロセス、ならびに／またはその中のフローラおよび／もしくはファウナの代謝プロセスを含む、包囲体内で発生する様々なプロセスによって包囲体内で消費される酸素の量（すなわち、減少する酸素供給）（およびある程度の包囲体から外に流出する脱酸素水の任意の溶存酸素の流れ）を減算したものに起因するはずである。外部溶存酸素レベルがより高い場合、ならびに／または水の流入が、包囲体内で消費される、および／もしくは包囲体を出るよりも多くの酸素を包囲体内にもたらす場合、包囲体内の正味酸素レベルは、ある程度増加するはずであり、外部溶存酸素レベルがより低い場合、および／または水の流入が遅く、包囲体内で消費されるよりも少ない酸素をもたらすとき、包囲体内の正味酸素レベルは、ある程度減少するはずである。したがって、包囲体内の溶存酸素レベルは、包囲体を取り囲む水域の溶存酸素レベルの後に「反応」または「遅延」し、包囲体のＤＯレベルは、典型的には（必ずしも常にではないが）、周囲の水域のＤＯを下回る。さらに、適切に構築および適用された包囲体内のＤＯレベルは、多くの場合、一般に、包囲体の外側の溶存酸素の日中および／または季節変動を模倣することになるが、低減されたレベルにある。区別された環境中のこれらの変化の各々は、望ましくは、包囲体内のマクロファウリングおよびミクロフローラならびに／またはマクロファウリングおよびミクロファウナに、人工の条件内の変化に適応するために、それらの活動、挙動、繁殖、代謝、多様性、組成、および／または相対的分布をさらに変化させることになる。
筐体内の外側の溶存酸素レベルよりも一般的に低い溶存酸素レベルを誘発することに加えて、本発明の様々な実施形態は、開放された環境中の最高酸素レベルと最低酸素レベルとの間の変動量を低減および／または制限し得、追加的に、開放された環境中のファウリングに寄与し得る酸素レベルの一時的な変動の多くを低減または「平滑化」する能力を有する。包囲体内のＤＯレベルの望ましい緩和または平滑化は、包囲体の外側の開放された環境のより「ギザギザ」および／または急激なＤＯレベルの変化と比較して、包囲体内の溶存酸素の変動を媒介することになる。
様々な包囲体の実施形態では、局所的な水生環境内の溶存酸素レベルは、望ましくは、２４時間の期間にわたって平均に、または５％、もしくは８％、もしくは１０％、もしくは１２％、もしくは１５％、もしくは２０％、もしくは２５％、もしくは５０％、もしくは６０％、もしくは７５％、もしくは８０％、もしくは８５％、もしくは９０％、もしくは１００％、もしくは１０５％、もしくは１１０％、もしくは１１５％、もしくは１２０％、もしくは１２５％を上回る濃度、または１５％を上回る、１４％を上回る、１３％を上回る、１２％を上回る、１１％を上回る、１０％を上回る、９％を上回る、８％を上回る、７％を上回る、６％を上回る、５％を上回る、４％を上回る、３％を上回る、２％を上回る、１％を上回る、および／もしくは０％を上回る溶存酸素を含む、他の溶存酸素レベルを上回って維持されることになる。しかしながら、いくつかの実施形態では、包囲体内の溶存酸素レベルが無酸素レベルまで低減することが許容可能および／または望まれる場合さえあり得、無酸素レベルは、包囲体の一部または全ての中の液体１リットル当たり０．５ミリグラム未満の酸素の酸素濃度を含み得る。そのような無酸素条件は、望ましくは、長期間維持されず、むしろ、関連する包囲体設計、局所的な水条件、保護されることになる基材、関連する季節、局所的なファウリング圧力、および／または他の因子に依存して、１分未満、または１０分未満、または３０分未満、または１時間未満、または３時間未満、または１２時間未満、または２４時間未満、または１週間未満の持続時間を有する比較的一時的な現象である傾向にある。望ましくは、そのような低減されたおよび／または無酸素の酸素レベルは、下にある基材および／または包囲体の構造に顕著に有害である一定期間にわたって維持されないことになる。
様々な実施形態では、包囲体内で生じた低減された溶存酸素レベルは、酸素の低減された利用可能性が、ある程度のファウリング生物が包囲体内および／または基材上でコロニー形成および／または繁殖することを困難にし得るという点で、基材のバイオファウリングの低減に大きく寄与することになる。加えて、包囲体内の溶存酸素レベルの低減は、硫化水素および／またはアンモニア性窒素（すなわち、遊離アンモニア態窒素、窒素－アンモニアまたはＮＨ３－Ｎ）などの廃棄物の形成を増加させ得、ならびに／または他の生物がそのような廃棄物を処理および／もしくは排除する機会を大幅に低減し得、硫化水素およびアンモニア性窒素の両方は、様々な水生生物および／または微生物に有害および／または有毒でさえある。例えば、様々な水体中に発生する生物学的に行われる窒素サイクルは、包囲体内の遊離酸素の低減に大きく寄与し得、ＮＨ３－Ｎレベルは、利用可能な溶存酸素レベルに少なくとも部分的に依存している。加えて、いくつかの実施形態では、嫌気性アンモニア酸化反応は、包囲体内の細菌によって潜在的に開始および／または持続され得、これは、同様に海洋成長を阻害するヒドラジンおよび／または他の副生成物を生成し得る。一般に、これらの副生成物の濃度は、包囲体の外側よりも包囲体の内側で高くなり（ただし、様々な既知および／または未知の微生物「毒素」および／または阻害化合物を含む、様々なこれらの有害な化合物は、様々な速度で包囲体の壁を通って溶出し得る）、いくつかの実施形態では、包囲体内のこれらの副生成物の個々の濃度および／または比較比は、様々な理由で変動し得る。
例えば、様々な実施形態では、本明細書に説明される包囲体は、代謝廃棄物、毒素、または包囲体内で０．５３ｍｇ／Ｌ～２２．８ｍｇ／Ｌの範囲の濃度のＮＨ３－Ｎなどの他の阻害化合物の形成を誘発し得、これらは、様々な淡水生物にとって有毒であり得る（典型的には、ｐＨおよび／または温度に依存する）。他の実施形態では、開示された包囲体内の区別された環境内で生じるＮＨ３－Ｎの濃度は、０．０５３～２．２８ｍｇ／Ｌの範囲であり得、これは、包囲体内および／または包囲体の外部表面上におけるバイオファウリング形成を阻害し得る。加えて、０．００２ｍｇ／Ｌ以上程度の低いレベルのＮＨ３－Ｎでは、コロニー形成および／または再生する様々な水生フローラおよび／またはファウナの能力は、顕著に低下し得る。
いくつかの例示的な実施形態では、溶存酸素、アンモニウム、総溶存窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、総溶存リン酸塩、および／またはシリカ（ならびに本明細書に説明される様々な他の化学成分）などの、包囲体内の水の化学組成成分の個々のレベルの変動および／または変化は、包囲体内に形成された人工の環境が、望ましくは、異なる期間で異なるマクロファウリングおよびミクロフローラならびに／またはマクロファウリングおよびミクロファウナの繁殖を「増進」および／または「阻害」することになるという点で、本発明のいくつかの実施形態の重要な態様を形成することがさらに提案される。区別された環境中のそのような継続的な変化は、望ましくは、包囲体内に、および／または包囲体に近接して存在する様々な生物を、新しい環境条件に適応するように絶えず適合および／または変化させ、このことは、包囲体内の、および／または包囲体に近接する、単一の種または種のグループ化の優勢を阻害する傾向にある。これは、包囲体内の様々なフローラおよび／またはファウナの間の競争を強化する効果を有し得、このことは、単一の品種、種、ならびに／またはフローラおよび／もしくはファウナの分布による包囲体の支配を阻害および／または防止し得、それによって、細菌または他のミクロもしくはマクロ実体の優勢な種が、繁栄する、および／または基材をファウリングすることにエネルギーを費やすか、もしくは他のファウリング生物が付着し得る土台を形成する機会を有する潜在性を低減する。
様々な実施形態では、包囲体は、包囲体の外側よりも包囲体内でより高い濃度のアンモニア性窒素などのファウリングを阻害する水の化学組成因子の形成を誘発し得る。望ましい場合、包囲体内のアンモニア性窒素の濃度が取得され得、これは、０．１十億分率（ｐｐｂ）以上であり得る、１十億分率（ｐｐｂ）以上であり得る、１０十億分率（ｐｐｂ）以上であり得る、および／または１００十億分率（ｐｐｂ）以上であり得る。様々な実施形態では、包囲体は、包囲体の外側よりも包囲体内でより高い濃度の亜硝酸塩などのファウリングを阻害する水の化学組成因子の形成を誘発し得る。望ましい場合、包囲体内の亜硝酸塩の濃度が取得され得、これは、０．１十億分率（ｐｐｂ）以上であり得る、０．１百万分率（ｐｐｍ）以上であり得る、０．５百万分率（ｐｐｍ）以上であり得る、および／または１百万分率（ｐｐｍ）以上であり得る。
本発明の多くの実施形態の包囲体に関する別の重要な態様は、包囲体が、望ましくは、典型的な水の条件下で包囲体内および／または包囲体外への水の流れを阻害するが、完全には防止しないことである。多くの場合、保護されることになる基材は、基材が置かれている水に対して様々な程度に基材の移動を制約し得る、海底、アンカー、壁、桟橋、杭、岸壁、埠頭、他の構造体などの、１つ以上の固体の不動の物体に固設、接続、取り付け、および／または繋ぎ止められ、このことは、基材の様々な表面を通過するある程度のレベルのバルク水流が誘発し得る。しかしながら、本明細書に説明される包囲体の様々な実施形態（典型的には、基材、その様々な支持構造体、および／または他の隣接する物体に取り付けられる）は、望ましくは、基材表面に直ぐ隣接する水の周囲流をある程度まで中断および／または妨害することになり、より望ましくは、多くの水流条件下で、包囲されたか、または境界のある水体を基材と直接接触させて維持することになる。本明細書に開示される様々な包囲体設計は、様々な包囲体構成要素の可撓性を介してこの目的を達成し、この可撓性は、包囲体およびその中に包囲されたか、または境界のある水体が、周囲の水域の衝突および／または移動に応答して、様々な程度に変形および／または変位することを可能にする。
様々な実施形態では、基材の周りの水性媒体内の包囲体の配置は、望ましくは、溶存酸素を「調節」し、包囲体の内側および外側の水域の間に溶存酸素差を生じさせ、これは、望ましくは、保護された物品のファウリングを防止する際に顕著な改善を提供する。多くの場合、区別された環境の溶存酸素調節は、外部環境と比較して、包囲体内の有意に低い溶存酸素レベルの形成を包含し得、包囲体内のこの溶存酸素レベルは、内部酸素消費量および外部溶存酸素レベルに応答して、様々な程度で変動する。加えて、区別された環境内の「バルク水」の溶存酸素と、保護された基材または物品の表面の「境界層」内の水中の溶存酸素との間の二次勾配もまた、存在し得、これは、外部環境と比較した包囲体内の低エネルギー環境、ならびに／または包囲体内の水を「混合」し得る顕著な乱流および／もしくは渦流の流れの不存在に少なくとも部分的に起因する。これらの局所化された差異条件は、生物による酸素および／もしくは栄養素の消費、ならびに／または基材のまたは物品の表面および／もしくは包囲体内の水柱中の他の因子によって引き起こされ得、これは、保護された物品上におけるバイオファウリングの欠如および／またはバイオファウリング防止バイオフィルムの形成に寄与するさらに枯渇した「境界層」につながり得る。
一般に、１００％のＤＯ（「溶存酸素」）は、水が平衡状態で可能な限り多くの溶存酸素分子を含有することを意味するが、一方、１００％超のＤＯは、水が酸素で「過飽和」されていることを意味する（これは、多くの場合、光合成、大気交換、および／または温度変化の影響に起因して、海水で発生し得る）。平衡状態では、水中の各ガスの割合は、大気中の各ガスの割合に近似し得るが、同じになることはめったにない。したがって、平衡状態では、水中の酸素のパーセンテージ（水中の他のガスと比較して）は、大気中の酸素のパーセンテージ（大気中の他のガスと比較して）と同等であり得る。しかしながら、水体中の溶存酸素の特定の濃度は、典型的には、温度、圧力、塩度、ならびに光合成および／または表面撹拌の利用可能性などの他の因子に基づいて変動することになる。まず、温度が上がると酸素の溶解度が減少する。したがって、より高温の水は、より低温の水よりも１００％の飽和で低溶存酸素を含有し、それゆえに、より低温の水は、より多くの酸素を担持し得る。例えば、海面かつ４℃では、１００％の空気飽和水は、１０．９２ｍｇ／Ｌの溶存酸素を保持することになる。しかし、温度が室温の２１℃まで上昇すると、１００％の空気飽和で８．６８ｍｇ／ＬのＤＯのみになる。第２に、溶存酸素は、圧力が増加すると増加する。より深い水は、より浅い水よりも多くの溶存酸素を保持し得る。静水圧に起因して、ガスの飽和度は、深さが１メートル増えるごとに１０％減少する。したがって、溶存酸素の濃度が表面で１００％の空気飽和度にある場合、生物学的需要に利用可能な同じ量の酸素が依然として存在するとしても、表面から３メートル下では、７０％だけの空気飽和度になる。第３に、溶存酸素は、塩濃度が増加すると指数関数的に減少する。したがって、同じ圧力および温度で、塩水は、淡水よりも約２０％少ない溶存酸素を保持する。加えて、上記の因子が変化し（例えば、気温または水温が１日を通して変動し得る）、平衡がまだ達成されていない可能性があるため、任意の特定の時間の溶存酸素は、環境と平衡状態にない場合がある。さらに、風力および他の水の撹拌は、周囲条件下で予想されるものを超える水の曝気につながり得、生物学的および／または他のプロセスによる局所的な酸素の使用および／または生成は、溶存酸素の量を継続的に増加または減少させ得る。
様々な実施形態では、一旦、本明細書に説明される包囲体が水性環境中で基材の周りに配置されると、包囲体内の溶存酸素は、望ましくは、様々な自然発生する生物学的および／または他のプロセスによって利用されることになり、それにより、包囲体内の局所化された溶存酸素レベルが、包囲体の外側の水中の溶存酸素レベルに対して変化し始める。溶存酸素の浸透輸送が水中で非常にゆっくり起こるため、および光合成を介した酸素生成を可能にするために包囲体内に流入する日光エネルギーが、典型的には、ほとんど、またはまったく存在しないため、包囲体内への追加の溶存酸素の主な供給源は、一般に、包囲体の外側の水のバルク輸送（典型的には、より高いパーセンテージで溶存酸素を担持する）から、包囲体壁および他の構成要素の開口部を通って包囲体内に入る。次いで、この追加の溶存酸素は、上に説明されたものと同様の様式で、包囲体内で利用され、このサイクルは、包囲体内の溶存酸素レベル、典型的には、一般に、無酸素レベルを上回るが、包囲体の外側の酸素レベルよりも顕著に低い、安定レベルに達するまで、継続的に繰り返す。
様々な実施形態では、包囲体内の溶存酸素レベルは、包囲体を取り囲む開放読み取り値よりも包囲体内で一貫して低く、それによって、周囲の水性環境とは「異なる環境」を形成する。しかしながら、様々な包囲体が外部の水性環境との様々なレベルの「流体交換」が可能であったため、包囲体内の全体的な水質の多くの他の特性（ｐＨ、温度、および塩度を含む）は、周囲の水性環境の特性と同じまたは同様であり得る。しかしながら、２４時間にわたる天然酸素レベルが、典型的には、変動しているため（すなわち、包囲体の外側の酸素レベルは、典型的には、日周性様式で変動することになり、より高いレベルの溶存酸素は、光合成に起因して日中に発生し、溶存酸素レベルは、暗い期間中に低下する）、包囲体内では、同じ２４時間にわたる溶存酸素レベルは、典型的には、包囲体の外側のレベルと同様の様式で変動することになり、これは、バルク流体輸送を介して包囲体に入る「溶存酸素置換」の量が、外側の溶存酸素レベルに依存して変化することになる。いくつかの事例では、包囲体の外側の酸素レベルが低いときなど、包囲体の内側は、限られた期間の間、より高い酸素レベルを有し得る。さらに、置換溶存酸素が包囲体の壁に近接して包囲体に入るため、多くの場合、包囲体内における水の制限されたバルク移動および／または混合が存在し、溶存酸素の高い方から低い方への勾配を、典型的には、包囲体の壁と保護された基材の表面との間に存在させる。
多くの場合、本明細書に説明された包囲体は、望ましくは、周囲の開放された水性環境中の水のＤＯレベルと比較して、区別された水性環境（すなわち、保護された基材に近接する）中の溶存酸素レベルを制御、軽減、および／または「平滑化」し得る。多くの事例では、包囲体内のＤＯレベルは、望ましくは、周囲の水性環境のＤＯレベルよりも低くなるが、区別されたＤＯレベルは、いくつかの実施形態および／またはいくつかの条件では、周囲の開放された水性環境のＤＯレベルを周期的に超え得る。加えて、本明細書に説明される包囲体は、望ましくは、無酸素ＤＯレベルを上回る区別されたＤＯレベルを維持するが、無酸素範囲内に収まる周期的および／または断続的な区別されたＤＯレベルは、基材の無酸素腐食がほとんどまたは全く発生しないことを可能にするために無酸素期間が十分に短い状況を含む、様々な状況で許容可能であり得る。
様々な実施形態では、０．５ｍｇ／Ｌ以下の溶存酸素レベルは、望ましくない、および／または「無酸素」条件とみなされ得るが、一方、約２ｍｇ／Ｌ（以下）の溶存酸素レベルは、水性環境中でコロニー形成、繁栄、および／または繁殖する水性生物の能力に顕著な悪影響を引き起こすことができる。
多くの場合、所与の水性環境の溶存酸素含有量の顕著な変化は、多くの生物からの迅速な応答を引き起こし得、ＤＯレベルの下方変化は、生物が最も速く応答するパラメータの１つである。細菌または他の生物の嫌気性、好気性、または通性としての大別は、典型的には、成長および他の活動のためのエネルギーを生成するためにそれらが採用する反応のタイプに基づく。それらのエネルギー含有化合物の代謝では、好気性菌は、末端電子受容体として分子状酸素を必要とし、典型的には、分子状酸素がないと成長することができない。一方、嫌気性菌は、典型的には、酸素の存在下では成長することができず、酸素はそれらにとって有毒であり、それゆえに、嫌気性菌は、電子受容体として他の物質に依存しなければならない。嫌気性菌の代謝は、多くの場合、発酵タイプであり、嫌気性菌は、利用可能な有機化合物を有機酸およびアルコールなどの様々な最終生成物に還元する。通性生物は、最も融通が利く。通性生物は、末端電子受容体として酸素を優先的に利用するが、他の化合物を還元することによって、酸素の非存在下でも代謝することができる。例えば、高エネルギーリン酸の形態で、グルコースの分子が酸素の存在下で二酸化炭素と水とに完全に分解されるとき（３８分子のＡＴＰ）、酸素の不存在下で発酵プロセスによって部分的にしか分解されないとき（２分子のＡＴＰ）よりもはるかに多くの使用可能なエネルギーが得られる。いくつかの場合、包囲体内のＤＯレベルの低減は、生物がその代謝経路の速度および／またはタイプを変更するように促され得、このことは、新しいＤＯレベルへの適合を含み得るが、一方、他の生物は、単純に静止状態に入る、および／または死ぬ場合がある。包囲体環境が望ましくない低レベルのＤＯを有する場合、生物は、一般に、包囲体のより低いＤＯ環境内に留まることが、定着能力に悪影響を及ぼし得る、ならびに／または生物が増加したＤＯ環境を見つけない場合に様々な健康問題および／もしくは死を引き起こすため、マイナスになる可能性があるため、定着するためにより高いＤＯレベルを有する別の環境を探すことになる（および／またはより低いＤＯ環境を去ろうとする）。
様々な実施形態では、包囲体内のＤＯの最適および／または所望されるレベルは、少なくとも平均２０％以上、少なくとも平均５０％以上、少なくとも平均７０％以上、平均２０％～１００％の範囲内、平均３３％～６７％の範囲内、平均５０％～９０％の範囲内、または平均７０％～８０％の範囲内のＤＯ含有量であり得る。代替的に、包囲体内の所望されるＤＯレベルは、包囲体の外側からある程度の距離（すなわち、包囲体から離れて１、または２、または５、または１０、または１２インチ、もしくは２、または５、または１０フィート）で検出された水中の溶存酸素レベルよりも、少なくとも平均１０％少ないＤＯ含有量であり得る。
様々な実施形態では、包囲体内の溶存酸素の調節は、包囲体内の区別された環境と包囲体の外側の開放された水性環境との間に少なくとも１０％の溶存酸素差を誘発することになる。様々な実施形態では、この差は、包囲体が水性媒体中に配置された後数時間以内／後に発生し得るか、または包囲体配置後、２～３時間、６時間、１２時間、１日、２日、３日、４日、５日、６日、１週間、２週間、またはさらに１か月以内に発生し得る。様々な代替的な実施形態では、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、および／または少なくとも９０％以上の所望される溶存酸素差が生じることになる。
多くの場合、所与の包囲体内の溶存酸素レベルは、生物学的および／または他のプロセスによって枯渇されることになり、様々な包囲体設計内の溶存酸素レベルの維持は、包囲体の壁を通る周囲の水性環境からの溶存酸素（かかるＤＯレベルは、包囲体内のＤＯレベルよりも高い）の流入に潜在的に依存し、この流入はまた、壁構造体自体を通る拡散、透過性包囲体壁を介した水のバルク移転の同伴を介して、ある程度のレベルで発生し得る。本明細書に説明される構造体および方法は、望ましくは、金属表面の腐食につながり得る長期間の包囲体内の無酸素環境の形成を回避するために、構造体内および／または構造体を通る十分な水流（および／または溶存酸素流）を提供するために、適切なレベルの「水交換」を有する包囲体を提供するが、望ましくは、水生生物が基材上で定着および／または繁栄することを最小化および／または防止する、基材上の局所的な水生環境および／またはバイオフィルムコーティングも形成する。特に、本発明のデバイスは、望ましくは、周囲の水性環境の溶存酸素（ＤＯ）レベルとは「異なる」レベルの区別された水生環境中（すなわち、保護される物体の周囲）のＤＯレベルを維持するように意図される透過性レベルを提供することになる。
１つの例示的な実施形態では、開放された水生環境ＤＯレベルは、およそ９０％～およそ１５０％ＤＯの範囲であり得るが、一方、区別された水生環境（すなわち、保護されることになる基材を含有する）のＤＯレベルは、約５０％～約１１０％ＤＯの範囲であり得、この実施形態では、基材を汚染する様々な生物の能力を阻害し（これは、繁殖および／またはコロニー形成するそれらの能力を実質的に阻害および／または防止すると考えられている）、長期間、無酸素が発生し、基材の腐食を増進し得るＤＯレベルまで、「下落」しなかった（ただし、比較的短い期間の周期的な無酸素条件が発生した可能性があり、様々な理由で許容可能であった可能性がある）。様々な実施形態では、包囲体の存在はまた、周囲の水性環境の溶存酸素レベルで発生し得る自然のスパイクおよび／または下落を媒介、「平滑化」または「緩衝」し得、これは、水生生物が、保護された基材上に定着および／または繁殖することをさらに防止および／または阻害し得る。
少なくとも１つの代替的な実施形態では、包囲体設計は、溶存酸素などの１つ以上の水の化学組成因子に対して透過性であり得るが、一方、１つ以上の他の因子、化学物質、および／またはさらに水自体の輸送／通過を容易にしない壁材料を含み得、本明細書に説明される水の化学組成の差の一部または全てを生じさせるように、十分なレベルの酸素（または他の化学因子）が包囲体を透過することを可能にし得る。そのような代替的な設計は、本明細書に開示される様々なバイオファウリングの改善を生じさせるように、いくつかの潜在性を有し得る。
様々な他の代替的な実施形態では、特定の包囲体設計は、所望されるファウリング保護を得るために、包囲体内の様々な水の化学組成成分（例えば、溶存酸素など）を補足する特徴を含み得る。例えば、最適レベルよりも幾分低透過性である壁を有する包囲体は、溶存酸素の補足源を含み得、これは、包囲体内の溶存酸素レベルを望ましくない無酸素レベルを上回って維持するために利用され得る。代替的に、包囲体の一実施形態は、補足的な流体供給ポンプ、またはさらに外部に装着された「プロペラ」を含み得、プロペラは、包囲体の外側の追加の流体が包囲体を通って通過および／または包囲体内に通過するように誘発するためにアクティブ化され得、それによって追加の補足的な溶存酸素および／または包囲体からの廃棄物除去を提供し、ポンプ／プロペラは、周期的におよび／または包囲体内で得られる水の化学組成因子の様々な測定値に基づいて、アクティブ化および／または非アクティブ化され、包囲体の設計および配置によって直接影響を受ける水の化学組成因子、ならびに包囲体の存在によって直接変更された１つ以上の水の化学組成因子から結果的に生じ得る水の化学組成因子の変化を含み得る。代替的に、補足的なポンプおよび／またはポンピングシステムは、水が透過性包囲体壁を通過せずに、包囲体または境界のある水体に直接入るおよび／または出るように水をポンプ輸送するために利用され得る。
包囲体内に含有される水中の溶存酸素レベルの低減の代わりに、および／またはそれに加えて、多種多様な他の水の化学組成因子は、本明細書に説明される包囲体の実施形態の設計および配置によって影響を及ぼされ得、これは、保護された基材のファウリングを顕著に遅延させ得る、および／または防止し得る、水の化学組成因子を含む。例えば、酸素が包囲体内で枯渇したとき、包囲体内で自然発生するバクテリアのいくつかの種は、典型的には、海水では、硝酸塩である、次善の電子受容体に最初に変化することになる。脱窒が起こり、硝酸塩は、かなり急速に消費されることになる。いくつかの他の微量元素を還元した後、これらの細菌は、最終的に、硫酸塩を還元することに変化し、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の副生成物、ほとんどの生物相に対する化学毒性、および特徴的な「腐った卵」の臭いの原因を結果的にもたらす。次いで、他の化学物質の中でもとりわけ、包囲体内のこの上昇したレベルの硫化水素は、本明細書に説明されるように、所望される様式で基材のファウリングを阻害し得る。さらに、包囲体内の硫化水素はまた、包囲体の壁を通って溶出し（すなわち、包囲体から外への水のバルク流を伴って）、包囲体の細孔内および／または外部表面上のファウリング成長を潜在的に阻害し得る。
包囲体内に含有される保護された基材のファウリングを阻害する局所化された条件を形成することに加えて、本明細書に説明される包囲体の様々な実施形態はまた、包囲体内で形成された任意の毒性および／または快適ではない条件が、包囲体の外側で迅速に中和されるという点で、非常に環境に優しい。例えば、１ｍｌの流体が開口部を通って包囲体に入るとき、およそ１ｍｌの包囲体流体が、外部環境へ包囲体の外側に変位されることになると想定され得る。この変位された流体は、典型的には、海洋生物にとって毒性のおよび／または快適ではない成分を含有することになる（これは、好ましくは、ファウリングが包囲体内の基材に付着することを低減および／または防止する）。しかしながら、一旦、包囲体の外側に出ると、これらの成分は、外部の水性環境で、多種多様な自然発生機構によって迅速に分解、酸化、中和、代謝、および／または希釈され、一般に、包囲体自体に近接しているとしても、水生環境に持続する影響を引き起こさない。これは、高レベルの殺生物剤および／または他の薬剤を組み込む既存のファウリング防止デバイスおよび／または塗料よりも非常に好ましく、高レベルの殺生物剤および／または他の薬剤のいくつかは、多くの形態の生命（魚および人間ならびに／または他の哺乳類を含む）に対して非常に有毒であり、海洋環境で何十年も持続し得る。
望ましいバイオフィルム形成
本明細書に開示されるように、包囲体が基材を保護するために利用されている場合、基材上の生物学的コロニー形成シーケンスは、通常予想される開放水域シーケンスとは顕著に異なり得る。例えば、本明細書に説明されるような包囲体が利用される場合、基材上の生物学的コロニー形成シーケンスは、基材の定着、動員、および最終的なマクロファウリングを低減および／または最小化するために中断（破壊、変更など）され得る。一旦、基材の周囲または内側（例えば、基材の内面を保護する場合）に位置付けられると、フィルタ媒体および／または包囲体の透過性の保護布壁は、望ましくは、包囲体内への様々なミクロおよび／またはマクロ生物の通過を濾過および／または妨害し得、包囲体壁と基材との間に形成された異なる水条件は、生物が既に包囲体内に位置する場合、および／または生物が最終的に包囲体を通過する場合、生物のうちの一部および／または全てが基材に定着および／またはコロニー形成することを防止し得る。例えば、微視的なプランクトンならびに他の従来の非定着性生物および他の定着性生物が包囲体の透過性布膜を通過するとき、包囲体内の様々な水条件は、プランクトンの一部を害するか、または傷つけ得るが、一方、生き残って活動的なままである他のプランクトンは、基材表面の定着および／またはコロニー形成を回避することになる。
様々な実施形態では、基材の周りのバイオフィルム保護包囲体の初期配置は、基材の表面上に「保護」バイオフィルム層の形成を引き起こし得る、および／または誘発し得、このバイオフィルム層は、（１）下にある表面を通じた熱伝達とのバイオフィルム干渉を最小化するバイオフィルム層を形成すること、および／または（２）バイオフィルム層を形成することであって、包囲体の完全性が破れ得、基材が外側の環境に潜在的に直接曝露された後のバイオファウリング保護の提供をさらに含み得る、その後の顕著な追加のファウリングから基材を保護する、形成すること、などの様々な望ましい特性を有する。
本発明の様々な態様では、本明細書に説明されるような包囲体の適切な設計および使用は、基材上のバイオファウリング生物の定着を効果的に低減および／または防止する基材の表面上における生物学的コーティング、層および／またはバイオフィルムの形成に影響を及ぼす、および／またはそれを誘発する包囲体内に「異なる環境」を形成し得る。いくつかの本発明の態様では、この低減および／または防止は、基材上における定着の断念を含み得る、バイオファウリング生物の幼生の定着を断念させる（例えば、減少、最小化、または防止する）１つ以上の局所的な定着の手掛かりに起因し得るが、一方、本発明の他の態様では、減少および／または防止は、基材上における定着を同様に低減し得る、バイオファウリング生物の幼生の定着を促進する１つ以上の正の定着の手掛かりの不存在に起因し得る（ならびに／または定着の手掛かりの存在および／もしくは不存在の様々な組み合わせは、様々な実施形態に関与し得る）。本発明の別の態様では、包囲体は、包囲体によって形成された区別された水生環境内におけるバイオファウリング生物の幼生の定着を断念させる１つ以上の局所的な定着の手掛かりを作製する微生物の成長を促進し得る。本発明のさらなる態様では、包囲体は、包囲体材料自体の上および／または中にバイオファウリング生物の幼生の定着を断念させる１つ以上の局所的な定着の手掛かりを作製する微生物の成長を促進し得る。したがって、本発明のこれらの態様では、バイオファウリング生物の幼生は、包囲体によって保護された、浸漬された基材または基材部分に定着または付着することができないか、またはそうする可能性が低い場合がある。
様々な実施形態では、バイオフィルムは、保護された基材上にあり得、包囲体の外側および／または包囲体の内側に形成され得る。各場所のバイオフィルムは、バクテリア、シアノバクテリア、珪藻、様々なバクテリアの門、多様性、厚さ、隔離能力、および／または完全性の量に基づいて、ならびに他の尺度によって異なり得る。
海水、塩水および／または淡水などの水性媒体に浸水された基材上のファウリングコミュニティの確立に典型的につながる、多くの一般的に許容される「標準的な」進行またはコロニー形成シーケンスが存在する。典型的なシーケンスでは、水性媒体中への基材の浸水は、高分子吸着の物理的プロセスが即座に開始され、続いて、原核細胞および細菌が海洋環境内の任意の表面上に迅速に上陸し、付着してコロニーを形成する。いくつかの場合、次いで、その後の微生物バイオフィルムの形成が、藻類の胞子、原生動物、フジツボキプリド、および海洋菌類の付着を増進し得、続いて、他の海洋無脊椎動物の幼生および大型藻類が定着するが、一方、他の場合、マクロファウラは、バイオフィルムなしで定着し得、依然としていくつかの他のマクロファウラは、より清浄な表面を好み得る。
海洋ファウリングは、典型的には、生態系発達の４つの段階に続くものとして説明される。バイオフィルム形成の化学は、コロニー形成前の初期ステップを説明する。最初の１分以内に、ファンデルワールス相互作用が、浸漬された表面を、有機ポリマーのコンディショニングフィルムで被覆させる。次の２４時間で、この層は、バクテリア付着のプロセスが発生することを可能にし、珪藻およびバクテリア（例えば、Ｖｉｂｒｉｏ ａｌｇｉｎｏｌｙｔｉｃｕｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ）の両方が付着して、バイオフィルムの形成を開始する。第１週の終わりまでに、豊富な栄養素およびバイオフィルムへの付着の容易さが、大型藻類（例えば、Ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌｉｓ、Ｕｌｏｔｈｒｉｘ）および原生動物（例えば、Ｖｏｒｔｉｃｅｌｌａ、Ｚｏｏｔｈａｍｎｉｕｍ ｓｐ．）の胞子の二次コロニー形成体がそれら自体に付着することを可能にする。２～３週間以内に、三次コロニー形成体であるマクロファウラが付着した。これらは、尾索類、軟体動物、および固着性刺胞動物を含む。
しかしながら、本明細書に説明されるような包囲体が利用される場合、基材上の生物学的コロニー形成シーケンスが変化し得る。例えば、基材上の生物学的コロニー形成シーケンスは、保護された基材の定着、動員、および最終的なマクロファウリングを低減および／または最小化するために中断（破壊、変更など）され得る。一旦、基材の周囲に位置付けられると、包囲体の透過性の保護布壁は、望ましくは、包囲体内への様々なミクロおよび／またはマクロ生物の通過を濾過および／または妨害するとともに、包囲体内の水の化学組成の様々な態様を潜在的に変更し得る。
図２４は、一般に、開放試料の基材（左端から６つの棒グラフ）および海水中の様々な包囲体の実施形態内の基材（右端から６つの棒グラフ）上に形成されたバイオフィルム内の細菌門の様々な分布をグラフで図示しており、表７（下）は、図２４に図示されている基礎データを含有する。包囲体によって保護された基材または他の物品上に形成された細菌性バイオフィルムは、その保護された物品に近接する開放水域または他の水性環境内の基材または他の物体上に形成する任意の天然のバイオフィルムとは有意に異なっていた。様々な実施形態では、包囲体の適切な設計および操作は、望ましくは、微生物の特定の組み合わせの成長および複製を誘発および／または増進することになり、それらの多くは、通常、自然環境内で異なる（すなわち、多くの場合、比較的低い）レベルで見出され、微生物のこれらの組み合わせは、特定の「動員および定着」挙動を他の生物に増進し、基材の表面を、快適ではないおよび／または「あまり望ましくない」として識別する（そして、様々な手段を通じてこの事実を合図する）能力を有し得る。
ＤＮＡ分析は、様々な保護された包囲体の実施形態の内側のＰＶＣおよび青銅基材上に形成する表面バイオフィルムが、包囲体の外側の同様の基材上に形成されるものとは顕著に異なったことが確認され、これはまた、包囲体内に存在するバイオフィルム形成コミュニティ、および包囲体の内壁表面内／上に形成するバイオフィルムにも当てはまる。例えば、開放水域内のＰＶＣおよび青銅物品クーポンに出現するバイオフィルムは、本発明の包囲体によって保護されたＰＶＣおよび青銅物品クーポン上に出現するバイオフィルムと比較して、より厚く、より多様であった。加えて、マクロファウリングは、開放水域内の物品上に観察されたが、一方、マクロファウリングは、包囲体によって保護された基材上にほとんどまたは全く存在しなかった。いくつかの実施形態では、包囲された基材上のバイオフィルムは、開放されたバイオフィルムよりも多様性に乏しく、異なる量の珪藻、細菌、シアノバクテリア、および異なる細菌門の分布を伴っていた。加えて、各包囲体内（および／または各基材上）の優勢な細菌門および細菌分布は、各包囲体設計ごとに著しく異なっていた。例えば、図２４に最良に見られ、表７のデータによって支持されているように、紡績ポリ包囲体内のＰＶＣ基材（右端から３つの棒グラフ）は、プロテオバクテリア（棒グラフの最上部にある大きいグループ）およびバクテロイデス（棒グラフの最下部に向かって２番目に大きいグルーピング）が優勢であった。対照的に、紡績ポリ包囲体内の青銅基材（棒グラフ６～９）は、プロテオバクテリアが優勢であり、ずっと小さい残りの部分は、バクテロイデスが優勢であった。バイオフィルムの優勢な細菌門のこの分布図は、開放された青銅の棒グラフ（１列目～３列目）、開放されたＰＶＣの棒グラフ（４列目～６列目）、包囲された青銅の棒グラフ（７列目～９列目）、および包囲されたＰＶＣの棒グラフ（１０列目～１２列目）に関するものである。追加的に、包囲された基材のバイオフィルムの「完全性」は、包囲された基材のうちのいくつかの上にあるバイオフィルムが、開放された基材と比較して、基材表面から除去および／または洗浄しやすいように見えたという点で、開放試料とは異なっていた。
Figure 2022525510000009
いくつかの実験では、様々な基材を水性環境（すなわち、天然海水）中に浸水し、いくつかの基材を、３週間の浸水期間の間、本明細書に説明されているものなどの包囲体設計によって保護し、その時点で基材を海水から除去し、包囲体および結果として生じる基材表面のバイオフィルム（その時間中にこれらの基材上に形成された）をＤＮＡ分析の対象とした。保護されていない（すなわち、開放された）青銅基材と比較された、包囲体によって保護された青銅基材間の視覚的比較は、保護された基材上のファウリング生物の著しい低減を示した。さらに、開放された棒グラフ（すなわち、保護されていないＰＶＣおよび青銅）上に形成されたバイオフィルムは、保護された基材上のバイオフィルムよりも顕著に厚いことが証明された。加えて、開放および区別された試料のバイオフィルム間の１つの顕著な差は、保護された基材のバイオフィルム中のプロテオバクテリアおよびバクテロイデスの優勢、ならびに保護されたバイオフィルム中のウェルコミクロビウムおよびアクチノバクテリアの事実上の不存在であった。新規包囲体によって形成された人工の「区別された」環境内の基材上に形成された新規および／または「人工」もしくは「合成」バイオフィルム中の様々な細菌の優勢および／または不存在は、独自であり、開放された水生環境中で自然に形成されたバイオフィルム層によって提示されたそれらの通常の定着の手掛かりとは異なる（および、不利である可能性がある）定着の手掛かりを獲得する顕著に異なる人工バイオフィルムであると考えられ、それによって、包囲体の不存在時（すなわち、包囲体が恒久的および／または一時的に除去された後）でも、ミクロおよび／またはマクロファウリング媒体による基材の定着および／またはコロニー形成の機会を低減する。
別の実験的試験では、一連の透明なガラス基材を、水性環境中に浸水し、３０日、８か月、および１２か月の期間の間、本明細書に説明されているものなどの新規包囲体設計によって保護された基材および保護されていない基材上に形成するバイオフィルム／ファウリングの厚さおよびタイプを決定するために分析した。これらの試験結果は、３０日間の試験全体の間、新規包囲体の内側のスライド上にマクロファウリングの定着は発生しなかったと結論付けた。対照的に、開放水域中に配置されたスライドは、３０日目までマクロファウリングを蓄積し続けた。開放されたスライドのマクロファウリングは、ハイドロイド、被覆および樹枝状コケムシ、フジツボ、チューブワーム、および海綿で構成され、開放されたスライド上の顕著に高い定着が１４日目から始まった。
様々な基材上のバイオフィルムに関して、保護包囲体の内側からのスライド上の独自のバイオフィルムは、容易に視認可能ではないほど薄いと決定され、バイオフィルムの存在は、小さい接着した堆積物の塊によって示された。これらの保護されたスライドのバイオフィルムの外観は、１日目～３０日目までほとんど変化しなかった。逆に、塩水中に３０日間浸水した後の開放されたスライドバイオフィルムは、実験の過程で顕著な変化を遂げた。１日目、バイオフィルムは、非常に軽く、区別されたバイオフィルムと同様であった。しかしながら、３日目までに、開放されたバイオフィルムは、縁毛類（バイオフィルムを食べる捕食性繊毛虫類）が優勢であった。７日目に、開放されたバイオフィルムの視認可能部分は、珪藻、シアノバクテリア、および微細藻類、ならびに固着性バイオフィルム生物を食べる微視的な運動性生物（繊毛虫類、渦鞭毛虫類など）で構成されていた。これらの保護されていないバイオフィルムは、１４日目にさらに厚く、より発達し、糸状の藻類が蓄積していた。加えて、溶存酸素レベルは、１日目、７日目、および１４日目に、新規包囲体内よりも開放水域内で顕著により高かった。さらに、液体のｐＨは、１４日目以降、新規包囲体内よりも開放水域内で顕著により高かった。
塩水中における１年間の浸水後、布バイオファウリング防止包囲体を用いて保護されたガラス基材を、生物の定着について調べた。１２か月の浸水後、保護されたガラス基材上に大きなまたは小さなバイオファウリングまたは生物の定着が存在しなかったが、バイオフィルムが、布包囲体によって保護されたガラス基材上に形成されていた。この１２か月のバイオフィルムは、いくつかの基材上の斑点のある、むらのある、非連続的な薄層から、他の基材上の表面全体に完全に延在した連続的な薄膜層まで及んだ。これらの１２か月のバイオフィルム構造は、３０日後のガラス基材上のバイオフィルムと比較して、より発達し、複雑であったが、３０日後の保護されていないガラス基材上のバイオフィルムは、１２か月後の保護されたガラス基材上のバイオフィルムよりも指数関数的により発達し、複雑であり、厚くなった。少数の捕集された（しかし、定着していない）中心の珪藻を除いて、１２か月後の保護されたガラス基材上のバイオフィルム中にシアノバクテリアまたは珪藻は、存在しなかった。保護されたガラス基材上の１２か月のバイオフィルムの構造は、細胞外高分子物質（ＥＰＳ）中に捕集されたシルトを含有し、少数のガラス基材は、低被覆のチューブワーム（ｓｐｉｒｏｒｂｉｄおよびＨｙｄｒｏｉｄｅｓ ｓｐ．）を含有していた。
物理的なものから生化学的なものまで、多種多様な幼生および／または他の定着の手掛かりが存在する。これらの手掛かりは、幼生の定着に有利または不利な生息地の存在を示す。物理的な手掛かりは、光および色、流れの方向および速度、酸素、配向、テクスチャ、音、ならびに表面エネルギー／濡れ性の沈着を含み得る。捕食者または優れた競争相手の存在を示す他の手掛かりは、定着を阻害し得る。既存のファウリングは、定着を促進または阻害し得、その影響は、既存のおよび定着する種に依存して変化し得る。本開示の目的に対して、局所的な定着の手掛かりは、局所的な水生環境中の定着を促進または断念させる（促進の不存在を含む）水生生物の幼生に情報を提供する、局所的な水生環境中の現在の条件および過去のマーカを意味し得る。本発明の態様では、包囲体は、基材および／または区別された水生環境と併せて、基材上および／または包囲体上／内の水生生物の定着を促進しない、および／または積極的に断念させない、局所的な定着の手掛かりの形成を生成および／または増進する、局所的な水生環境を画定する。本発明の様々な実施形態では、少なくとも１つの外因性の局所的な定着の手掛かり形成を誘発する、増進する、可能にする、および／または促進する、新規包囲体または他のデバイスが提供される。
一旦、局所的な定着の手掛かりの有無にかかわらず、バイオフィルムまたは他の層が存在するか、または確立されると、これらの手掛かりは、包囲体が、もはや、基材と係合されていないか、または基材から除去された後の一定期間、基材（例えば、表面が包囲体によって十分に保護されている）内／上に留まり得る。例えば、一旦、局所的な定着の手掛かりが基材と関連付けられるか、または基材上に存在するようになると、包囲体が、除去および／または損傷され得、局所的な定着の手掛かりの少なくとも一部分が基材上に存続して、マクロファウリング生物の定着を断念させる、および／または促進しないように、継続的な信号を提供するべきである。一例として、局所的な定着の手掛かりのこの予防効果は、包囲体が除去（および／または損傷）された後に、ボートの船体上に留まり得、定着を断念させ続け得る。この定着の断念は、最大約２年、少なくとも１．５年、少なくとも１年、少なくとも９か月、少なくとも６か月、少なくとも３か月、少なくとも１か月、少なくとも１週間、少なくとも３日、少なくとも１日、および／または少なくとも１２時間の期間に及び得る。さらに、その上に形成されたバイオフィルムまたは他の層は、除去に耐性があり得、したがって、プロペラベーンおよび／またはシャフトなどの推進力を発生させるために使用されるアイテムを含む、可動および／または移動性の浸漬および／または部分的に浸漬された表面および／またはアイテムに対する継続した保護を提供し得る。したがって、本明細書に説明される包囲体および本発明のプロセスは、バイオファウリングに対する基材の「接種」を可能にし得、その接種は、局所的な定着の手掛かり（ＬＳＣ）の持続効果に起因して、しばらく継続し得る。
様々な実施形態では、測定された全てのパラメータを含む、水の化学組成の変化は、少なくとも部分的に、外面上、内面上、または包囲体構造体の布内におけるバイオファウリング生物の蓄積に起因していた場合があることが提案される。一実施形態では、包囲体構造体の外面に発達した外部バイオフィルムが蓄積し、１３日目までに顕著になり、３０日目までに組織化された構造を成熟および発達させた。これらの時点（１３日目および３０日目）では、溶存酸素およびｐＨは、包囲体構造体の内側で顕著に低下した。いくつかの例示的な実施形態では、包囲体構造体内の微生物呼吸が酸素の減少および二酸化炭素の相対的な増加につながることが予想されるため、溶存酸素およびｐＨは、一緒に紐付けられ得ると考えられる。水中の炭酸の増加は、より酸性の条件を結果的にもたらし、したがって、水中のｐＨを低下させる。
いくつかの実施形態では、バイオフィルム成分は、適切な定着部位への手掛かりとして使用され得る。さらに、無脊椎動物の幼生の細菌の手掛かりの受容体は、各生物に独自であり得る。多くの生物に関して、幼生の定着は、表面のバイオフィルムに応答して発生する。基材表面上のバイオフィルムおよび包囲体表面上のバイオフィルムの差は、生物に、一方のバイオフィルムに定着させ、他方のバイオフィルムに定着させない可能性がある。好ましくは、定着は、包囲体表面上のバイオフィルム上で発生することになり、基材表面上のバイオフィルム上で発生しないことになる。
少なくとも１つの追加の実施形態では、包囲体構造体の表面上のバイオフィルムは、「バイオフィルタ」として作用し得、および／または栄養素（すなわち、酸素、窒素、炭素、リン酸塩など）を利用もしくは消費し得、したがって、栄養素の一部または全てが包囲体構造体の内側の水中に通過または移動することを可能にし、このことは、水の化学組成データが、構造体内の包囲された水と比較したときに、開放水域内でより多くの呼吸または栄養素の取り込みが発生することを示す場所を立証し得る。これらの２つのコミュニティである、布内で成長するバクテリアバイオフィルムおよび構造体の外面上で成長する無脊椎動物のマクロファウリングは、構造体によって包囲されている区画内でバイオファウリングを防止する少なくとも１つの機構である、ファウリング防止保護を提供する固定フィルム障壁の確立および維持に関与し得る。
別の実施形態では、１つ以上のバイオフィルムが、包囲体構造体の表面上に成長されて、基材を保護し、包囲体の寿命を延ばし得る。これらの保護バイオフィルムは、包囲体の外面上、包囲体の内面上に位置し得るか、または包囲体の壁を透過するか、またはその中にあり得る。いくつかの実施形態では、３次元のマルチフィラメント繊維包囲体構造体は、平坦表面よりも顕著により多くの有効接触表面積を提供し得、それゆえに、その上に存在するバイオフィルムは、顕著により活性であり得る、および／またはより高い保護を提供するように最適化され得る。
表８Ａおよび表８Ｂは、様々な布およびコーティングされた布について、水性環境（すなわち、海水）中の浸水前条件および２３日間の浸水後の実験的な透過性の結果を示している。表９Ｂから、黄麻布試験試料の透過性は、紡績ポリエステルの透過性よりも顕著に低かったことを確認することができる。しかしながら、黄麻布および紡績ポリエステルは、両方、少なくとも部分的に、基材の環境からより大きい幼生のマクロ生物を排除することによって、汚染物質防止布と幾分同様に機能した。様々な事例では、布の透過性は、表面ファウリングおよび／または他の布分解に関連する時間の関数として減少し得る。この試験の顕著な結果の１つは、黄麻布の分解および／または他の特性、ならびに生産機器の害虫駆除、洗浄、滅菌、および／または汚染などの、様々な天然繊維に伴って存在し得る生産課題に起因して（すなわち、天然繊維は、プロセス中に合成材料よりも広範囲かつ頻繁に機器の洗浄を必要とし得る）、紡績ポリエステルが黄麻布（これは、あまり好ましくないが、依然として、様々な用途で許容可能であり得る）よりも好ましい材料であり得ることである。
Figure 2022525510000010
Figure 2022525510000011
様々な代替的な実施形態では、包囲体壁は、包囲体の表面上および／または細孔内のファウリングを阻害および／または防止し得る補足的な殺生物剤または他の化学物質もしくは化合物を組み込み得る。様々な実施形態では、殺生物剤または他の化学物質／化合物は、一次殺生物活性が包囲体布の表面および／または細孔内に限定され、非常に低いおよび／または存在しないレベルの殺生物剤が包囲体の中および／または外側に溶出する。そのような場合、殺生物剤は、望ましくは、包囲体をファウリングから保護するが、一方、包囲体は、結果的に、基材をファウリングから保護する。
様々な試験包囲体設計は、様々な毎日および／または季節の水条件下で基材にバイオファウリング保護を提供する際に非常に有効であった。様々な試験に関して、異なるサイズおよび／もしくは形状の構造体、または包囲体の実施形態を、包囲体の存在がマクロファウリングの定着を低減、減少、排除、阻害、および／または防止するか否かを決定するために試験し、これは、開放水域と比較して包囲体内に形成されたバイオフィルムの視覚的比較を実施すること、および包囲体内の水質および水の化学組成を開放水域と比較することを含む。表９Ａは、塩水試験の結果を表の形態で示しており、アンモニウム、硝酸塩＋亜硝酸塩（Ｎ＋Ｎ）、総溶存窒素（ＴＤＮ）、溶存有機窒素（ＤＯＮ）、リン酸塩、およびシリカが、全て、サンプリング中に異なる点で包囲体と開放試料との間で顕著に異なったことを示しており、表９Ｂは、温度、塩度、溶存酸素、およびｐＨなどの追加の化学測定を示している。試験結果は、アンモニウムが１４日目（６／２２／１８）および３０日目（７／９／１８）に包囲体の内側で顕著に高くなり、Ｎ＋Ｎが１日目（６／９／１８）、３日目（６／１１／１９）および１０か月目（４／１５／１９）および１２か月目（６／２４／１９）に包囲体の内側で顕著に高くなったことを示した。ＴＤＮおよびＤＯＮは、７日目に開放試料で顕著に高かったが、切り替わって、１４日目および３０日目に包囲体内で高かった。リン酸塩は、３日目、７日目、１４日目、および３０日目、ならびに１０か月目および１２か月目に包囲体内で顕著に高かった。シリカは、１日目、３日目、および１４日目に開放試料で顕著に高かったが、３０日目に包囲体内でより高かった。
Figure 2022525510000012
Figure 2022525510000013
次を含む、様々な結論がデータから明らかになった：（１）溶存無機窒素（Ｎ＋Ｎおよびアンモニウム）は、包囲体内でより高かったが、一方、溶存有機窒素（アミノ酸、尿素）は、７日目まで包囲体の外側でより高かった。これは、成長のために無機窒素を使用し、有機窒素を生じさせる（腐敗および排泄によって）バクテリア、シアノバクテリア、および植物プランクトンによって、包囲体の外側でより高い生物活性を示し得る。この実験からのバイオフィルムの結果（観察的に）および以前の試験からのＤＮＡの結果は、この仮説を立証した。包囲体の内側の全体的な溶存有機窒素（ＤＯＮ）は、実験の後半を通して同様のままであったが、一方、開放ＤＯＮは、変動し、これは、包囲体によって隔離または緩衝された、海港内の窒素の自然サイクルに起因する可能性が高く、（２）リン酸塩レベルは、開放水域内よりも包囲体内でより高く、これは、包囲体の外側でリンを使用するより高い生物活性に起因する可能性が高く、および／または（３）シリカレベルは、１４日目まで包囲体の外側でより高く、これは、３０日目に切り替わった、包囲体の外側の珪藻のより高い活性および代謝回転に起因する可能性が高い。包囲体内の全体的なシリカレベルは、経時的に合理的に同様であったが、一方、開放レベルシリカは、変動した。この変動性は、シリカが珪藻によって使用されたため、開放水域内のサイクル、すなわち、包囲体によって隔離または緩衝されたサイクルを示した可能性が高い。
別の例では、水の化学組成および水質を、様々な包囲体の実施形態で観察した。この塩水試験の目的は、様々なサイズの包囲体（直径１、２、および４フィートの直径）内の水と開放水域との間の水の化学組成の差を調べることであった。表９Ｃは、１２か月の塩水試験の結果を表の形態で示しており、アンモニウム、硝酸塩＋亜硝酸塩（Ｎ＋Ｎ）、総溶存窒素（ＴＤＮ）、溶存有機窒素（ＤＯＮ）、リン酸塩、シリカ、およびアルカリ度が、全て、サンプリング中に異なる点で包囲体と開放試料との間で顕著に異なったことを示しており、表９Ｄは、温度、塩度、溶存酸素、およびｐＨなどの追加の化学測定を示している。
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Figure 2022525510000015
試験結果は、溶存酸素およびｐＨが、全てのサイズの包囲体（１、２、および４フィートの直径）に関して、包囲体内の水域と比較して、開放水域内で顕著に高かったことを示した。Ｎ＋Ｎ、ＴＤＮ、リン酸塩、およびシリカは、全て、開放水域と比較して、包囲体内の水域中で顕著に異なった。アルカリ度、Ｎ＋Ｎ、ＴＤＮ、およびリン酸塩は、全て、開放水域と比較して、包囲体の内側で顕著に高かった。このデータは、塩水中の他の水の化学組成試験と同様の傾向を示している。開放水域と比較したときの包囲体内の増加した水の化学組成濃度は、成長に利用可能な栄養素を使用する細菌、シアノバクテリア、および植物プランクトンによる、包囲体の外側のより高い生物活性を示し得る。
さらに、これらの水の化学組成調査の結果のいくつかは、呼吸または物質代謝が包囲体構造体内の光合成よりも高いか、またはそれを超える効果を、様々な包囲体の実施形態が生じさせ得ることを示唆している。この効果は、包囲体構造体によって生じる、溶存酸素または他の水の化学組成パラメータの低下したレベルに起因して起こり得る。包囲体の内側の溶存酸素の差は、包囲体内の光の制限に関連している可能性が高い場合がある。
包囲体構造体内の光合成を超える呼吸の効果は、リン酸塩の結果に基づいて立証され得る。包囲体内の水域中のリン酸塩濃度は、開放水域よりも一貫して高い。リン酸サイクル、およびリン酸塩が粒子と溶解相との間で交換していることが既知であることに基づいて、拡散は、透過性包囲体の各側部で水の化学組成の平衡を回復しようとするように作用している可能性がある。開放水域条件と比較した包囲体内の水の条件の差が大きいほど、一般に、より多くの拡散が平衡を回復するように作用する。それゆえに、リン酸塩は、包囲体水域内で増加し続ける可能性が高いはずであるが、拡散に起因して失われ得る。
一実施形態では、包囲体構造体は、硝化および脱窒に富む環境の初期確立を通じて、その境界内でファウリング防止保護を提供する。この試験中、データは、包囲体構造体内の水中のより高いアンモニウムを一貫して示した。還元された窒素またはアンモニウムである、呼吸の初期窒素生成物を伴う。４日間の浸水後、内部環境が、低酸素化されるようになり、デバイスの境界内の海洋生物に有毒である非イオン化アンモニア性窒素（ＮＨ３－Ｎ）の形成を結果的にもたらす。ＮＨ３－Ｎの生成に加えて、亜硝酸塩（ＮＯ２）および他の毒性反応性窒素分子もまた、包囲体構造体の媒体で満たされた境界内で生成され得ることが可能である。この効果は、包囲体の外部が漸進的に汚染されるにつれて増強されるように見える。さらに、包囲体デバイスの表面内および表面上に形成する微生物バイオフィルムは、普遍的な硝化および脱窒経路に寄与し得る。
様々な試験データは、多くの場合、硝酸塩＋亜硝酸塩（Ｎ＋Ｎ）が、開放水域と比較したときに、包囲体構造体内の水域内でより高かったことを立証した。この結果は、有酸素条件下にこえるアンモニアの硝化に関連し得る。いくつかの実施形態では、溶存酸素は、バッグ内でより低いが、硝化を阻害するために十分に低くない場合があり、アンモニウム源は、呼吸に由来し得る。いくつかの実施形態では、溶存酸素は、アンモニウムへの異化的硝酸塩還元（ＤＮＲＡ）または硝酸塩／亜硝酸塩のアンモニア化成を増進するために十分に低くない可能性が高いが、ＤＮＲＡを増進し得る無酸素微小環境（水中の溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ未満）がバッグ内に存在することが可能である。ＤＮＲＡは、硝酸塩を電子受容体として使用し、亜硝酸塩、次いで、アンモニウムに還元する微生物の嫌気呼吸の結果である。
追加的に、総溶存窒素（ＴＤＮ）は、典型的には、塩水試験中の開放水域と比較して、包囲された水域内でより高かった。この結果は、粒子が分解するときに粒子から放出される高い微生物呼吸および溶存窒素と整合している。いくつかの実施形態では、包囲体の低エネルギー環境中の粒子の定着は、包囲された水域への溶存栄養素の定着源を結果的にもたらす。包囲体の底部のこの定着、死んだ、死にかけている、または分解された粒子は、いくつかの実施形態では、包囲体の水および開放水域内の水の化学組成および水質の差を説明し得る。これらの分解粒子または定着は、包囲体構造体内の溶存酸素の大部分を消費している可能性がある。
呼吸がＣＯ２を放出すると、これは、結果的に、ｐＨを低下させて、炭酸塩に駆動または還元され得る。海水中の炭酸の増加を生じさせることによって、水は、結果的により酸性条件になり、したがって、より低いｐＨ測定値になる。生物は、特に溶存酸素が３ｍｇ／Ｌまたは２ｍｇ／Ｌのレベルに達し始めたときに、溶存酸素の減少に迅速に応答する。この水中における差は、生物に、殻を生成させないか、またはより薄い殻を生成させ得る。さらに、この差は、酸素の差が大き過ぎる場合に、生物を、定着もしくは遊泳および／または移動させない場合がある。
炭酸塩の化学組成もまた、包囲体構造体デバイスの境界内で改質されるように見え、同伴水は、経時的に炭酸カルシウムの鉱化作用に対してより腐食性になる。実験中にサンプリングされた開放水域および包囲された水域の比較を可能にするために、炭酸水の化学組成の変化を評価するＮＯＡＡ ＣＯ２ Ｓｙｓプログラムが、特定の時点でサンプリングされた各水塊の単一の統合された測定値、アラゴナイトの飽和指数（Ｏｍｅｇａ－Ω）を生成するために使用され得る。アラゴナイト（アラゴナイトは、炭酸カルシウム鉱物の結晶化形態である）飽和指数（Ω）は、海水中の炭酸カルシウムの過飽和度を示す無次元数である。１を超える値は、過飽和（アラゴナイトのサイズが成長することになる）を示し、１未満の値は、未飽和（アラゴナイトが溶解することになる）を示す。化学海洋学者は、所与の海洋水塊の海洋酸性化の規模および傾向を確認するために、オメガ値を頼る。Ωの減少傾向は、炭酸カルシウム形成に対する腐食性の脅威であると考えられる。Ωの決定は、塩度、水温、深さ（圧力として）、リン酸塩、シリカ、アンモニウム、アルカリ度、およびｐＨに依存する。単一の統一された尺度への全てのこれらのパラメータの統合は、定着実験の期間中に採取された水塊試料の直接比較を可能にした（図１２Ｂ参照）。
レッドフィールド比またはレッドフィールド化学量論を、包囲体構造体の内側の水域内および開放水域内の海洋植物プランクトンに見出される炭素、窒素、およびリン酸塩の原子比を理解するために分析した。この理論によると、炭素：窒素：リン酸塩の比率＝１０６：１６：１の栄養素の制限を塩水中で調査した。包囲体の内側の水域内のアンモニウム（すなわち窒素）およびリン酸塩の増加した濃度レベルに基づいて、いくつかの実施形態では、開放水域と比較して包囲体の水域内にいかなる栄養素の制限もない可能性があると決定された。
一実施形態では、包囲体は、細菌のコロニー形成およびマクロファウリングの定着のための基層として機能し得る。溶存酸素、アンモニア、亜硝酸塩、硝酸塩の自由な交換は、透過性包囲体全体で発生し得る。一実施形態では、マクロファウラ（ｍａｃｒｏｆｏｕｌｅｒ）および／または細菌性バイオフィルムの呼吸は、透過性包囲体にわたる酸素および／または化学栄養素の取り込みの大部分を説明し得る。酸素、窒素、リン酸塩および他の栄養素の消費は、水が透過性包囲体内に通過または交換するときにバイオフィルムによって発生し得る。細菌性バイオフィルムは、包囲体水域がバイオフィルム酸素取り込み速度（ＯＵＲ）に関して定常状態に達するまで、包囲体のＯＵＲに関与し始め得る。一例では、バイオフィルムに関する包囲体内の水中の栄養素の定常状態は、１２か月未満、６か月未満、３か月未満、１～６０日、１～３０日以内、または５８日目で発生し得る。包囲体の表面内または表面上で成長する細菌性バイオフィルムおよび包囲体の外部表面上で成長する無脊椎動物のマクロファウラは、多くの実施形態では、固定フィルム障壁を確立および維持することに関与し、これは、顕著なファウリング防止保護を提供し得る。いくつかの実施形態では、フィルム障壁は、布構造体によって包囲された水区画内でバイオファウリングが発生することを防止する機構であり得る。
一般に、ＮＨ３－Ｎとしての非イオン化アンモニアは、水生種および海洋種の両方に対して１００μｇ／Ｌ（ｐｐｂ）に近いレベルで非常に有毒である。７日後にデバイス内から観察されたＮＨ３－Ｎ濃度は、毒性レベルの２０％に近づいており、より高かった可能性がある。デバイス内からの毒性の別の潜在的な一因は、１ｐｐｍレベルで有毒であると考えられている亜硝酸塩（ＮＯ２）である。塩水実験中、デバイス内の溶存酸素は、低酸素レベルまで低下しなかったが（低酸素は、２ｍｇ／Ｌ未満の溶存Ｏ２で発生する）、減少傾向にあった。この水の化学組成の作用機構が任意の特定の微生物バイオフィルムに依存しないため、淡水用途にも関連する。
別の例では、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ａｔ Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ （ＵＷＭ：ウィスコンシン大学ミルウォーキー校）における実験から、水の化学組成および水質の淡水試料を収集し、分析した。包囲体構造体を、五大湖内でのファウリングからバルブおよびボートを保護するために配備した。１か月の浸水後、水試料を、包囲体および開放水域内で収集した。これらの結果が、表９Ｅ～表９Ｇに提示される。表９Ｅに示されるように、アンモニウム、亜硝酸塩、Ｎ＋Ｎ、ＴＤＮ、ＤＯＮ、リン酸塩、およびシリカは、淡水中で顕著に異なり、化学物質のほとんどは、五大湖の２つの別個の場所で顕著に異なった。マリーナ（Ｍ）の淡水は、開放水域と比較して、包囲体構造体の内側の水域内の顕著に高いアンモニウム、ＴＤＮ、およびリン酸塩濃度を実証した。亜硝酸塩、Ｎ＋Ｎ、リン酸塩、およびシリカの濃度は、全て、ＵＷＭの護岸の開放水域と比較して、包囲体の内側の水中で顕著に高かった。これらの結果は、成長のために利用可能な栄養素を使用するバクテリア、シアノバクテリア、および植物プランクトンによる、包囲体構造体の外側のより高い生物活性を示すものであり得る。
Figure 2022525510000016
Figure 2022525510000017
Figure 2022525510000018
表９Ｆは、五大湖の２つの場所である、マリーナ（Ｍ）およびＵＷＭの護岸（ＵＷＭ）に関して、１か月の淡水温度、導電率、溶存酸素、およびｐＨの結果を示す。包囲体構造体の内側の水中の溶存酸素濃度は、各場所の開放された淡水中の溶存酸素とは異なる。別の淡水実験では、水の化学組成試料を、金属バルブを保護する包囲体の内側の同伴水、および２か月後に五大湖の同様の場所にある開放された水域について分析した。淡水温度、導電率、溶存酸素（ＯＤ）、ｐＨ、濁度、およびクロロフィルの試験結果が表９Ｇに提示される。溶存酸素、ｐＨ、クロロフィルは、包囲体内の水域と開放水域との間に顕著な差を有することを示す。溶存酸素およびｐＨは、開放水域と比較して、局所的な水生環境（包囲体内の水域）内でより低い。クロロフィル読み取り値は、開放水域と比較して、局所的な水生環境内で顕著に高い。溶存酸素、ｐＨ、およびクロロフィルの差は、有酸素環境内における細菌の呼吸が、藻類の光合成または栄養素の取り込みよりも大きいか、またはより顕著であるという理解に基づいて説明され得る。淡水試験についても、塩水試験と同様の結論がなされている。
以下の表１０Ａおよび表１０Ｂに示される別の例示的な実施形態では、水の化学組成の結果を、３０または４０スクリーン（真空ありまたはなし）による商用印刷プロセスを使用して１５４（３５００ｃＰ、元の製法）または１５３（３５００ｃＰ、アクリルなしの製法）の水ベースの殺生物性コーティングによってコーティングされた紡績ポリエステル布を組み込む様々な包囲体、および開放水域試料について得た。全体として、合計８つの処理：１５４－３０ｖ、１５４－３０ｎｖ、１５４－４０ｖ、１５４－４０ｎｖ、１５３－３０ｖ、１５３－３０ｎｖ、１５３－４０ｖ、および１５３－４０ｎｖと、開放水域試料（対照）とを試験した。各布タイプの透過性を、開示された方法を使用して収集し、次の試料検索表が提供された。
Figure 2022525510000019
水試料を、水の化学組成のコアサンプラを使用して、低透過性包囲体、１５４－３０ｎｖ、１５３－４０ｎｖ、および１５３－３０ｎｖ、高透過性包囲体、１５３－４０ｖおよび１５４－４０ｖ、ならびに開放水域（対照）から収集した。試験結果は、包囲体内から収集された水試料と開放水域試料との間の栄養素レベルの観察可能な差を実証した。低透過性包囲体は、開放水域試料と比較して栄養素含有量のより大きい差を示している。一般に、水の栄養素含有量レベルは、開放水域と比較して包囲体の内側でより高かった。追加的に、開放水域のｐＨと比較した包囲体内の水のｐＨが観察された。包囲体設計、基材組成および／または他の目標、ならびに様々な環境および／または水の条件に依存して、包囲体内のｐＨは、開放された環境のｐＨよりも高くなり得るか、または新規包囲体内に収容される水は、開放水域よりも低いｐＨまたはより酸性のｐＨを反映し得、これは、いくつかの包囲体設計のバイオファウリング効果に寄与する、区別された環境の重要な水の化学組成の「差」を構成し得る。
Figure 2022525510000020
水交換速度
様々な実施形態では、最適な、所望される、および／または平均の「水交換速度」は、所与の包囲体設計を使用して所与の水性環境中の所与の基材を保護するために決定され得、これは、広範囲の水および／または他の環境条件に起因して変動し得る、所望される水交換速度の範囲（複数可）を含み得る。例えば、所望される水交換速度は、特定のタイプおよび／もしくは形状の基材材料を保護するように最適化され得る、特定のサイズ、形状、および／もしくは体積の包囲体および／または包囲体壁材料のために設計および／もしくは特定され得る、特定の領域または水深のために設計および／もしくは特定され得る、季節変動および／もしくは温度および／もしくは潮汐活動に依存し得る、ならびに／または水の塩度、溶存酸素、栄養素、廃棄物、水速度、特定の用途、および／もしくは多数の他の考慮事項に起因して変動し得る。様々な実施形態では、水交換速度は、望ましくは、外部の開放された環境と包囲体内の内部環境との間の条件（すなわち、溶存酸素、廃棄物、利用可能な栄養素など）の所望される勾配を生成して、基材を許容できないほど損傷し得る条件を形成せずに、下にある基材表面を望ましくないレベルのバイオファウリングから保護するために、例えば、許容できないレベルの基材腐食につながり得る長期間にわたって無酸素条件（すなわち、いくつかの実施形態では、およそ０．５ｍｇ／Ｌ以下の溶存酸素レベル）の有害な影響を回避するために十分なものになる。
様々な実施形態では、「開放された」環境の水域の計量された流入が、包囲体内、および包囲体の水の計量された流出中の望ましい水の化学組成（包囲体内の代謝廃棄物、ならびに／または有害、阻害および／もしくは毒性副生成物の所望される濃度を含み得る）の変化を誘発することを可能にし、それにより、様々な既知および／もしくは未知の微生物の「毒素」および／もしくは阻害化合物を含む様々な有害な化合物、ならびに／または他の水の化学組成因子が包囲体壁を通って溶出し、包囲体の外部表面および／もしくは細孔を過剰なファウリングから保護し得ることが非常に望ましいことになる（いくつかの実施形態では、水流条件が、包囲体の外壁の一部または全てを実質的に取り囲む、そのような化合物の「大群」を作製し得る）。これらの実施形態では、包囲体の存在は、包囲体に補足的に提供される、補足的な殺生物剤または他のファウリング保護毒素の不存在の際でも、基材および包囲体壁の両方に異なる程度でバイオファウリング保護を提供し得る。例えば、様々な包囲体の実施形態が基材の周囲に配置され、開示された区別された環境を形成するとき、この区別された環境はまた、様々な代謝廃棄物の上昇した濃度を発現し得、包囲体内で発生する様々なプロセスおよび／または代謝活動は、ファウリング生物に有害な、および／または悪影響を有する、１つ以上の物質（例えば、硫化水素またはＮＨ３－Ｎなど）を生成し得る。これらの有害な化合物は、次いで、濃度が上昇し、包囲体の壁に存在および／または溶出し得、包囲体の外壁をファウリング生物からある程度まで保護する有害な化合物の局所化された「大群」を作製する。しかしながら、一旦、有害な化合物が包囲体を離れると、これらの有害な化合物は、多くが包囲体の外側の豊富な溶存酸素を利用する様々な天然プロセスによって、迅速に希釈および／または分解されるようになり、したがって、これらの物質のより長期間の影響に関するいかなる懸念も取り除かれる。加えて、包囲体内でこれらの有害な化合物を作製するプロセスが連続的および／または周期的であるため、包囲体は、無期限に比較的一定のレベルでこれらの化合物の新たな供給を潜在的に生成し得る。
様々な実施形態では、保護包囲体と周囲の水性環境との間で交換される、毎分、包囲体内の総水量の少なくとも０．５％以上の所望される水交換速度が、本明細書に説明されるように保護された基材に対する多種多様なファウリング防止および／または防食効果を提供し得るが、毎分０．５％未満、それに等しい、および／またはそれを超える交換速度は、望ましくは、本明細書に説明されるような様々なファウリング防止および／または防食の利益を提供し得る。この交換速度は、任意選択的に、１分当たり、１時間当たり、１日当たり、および／または１週間当たりなどの特定の期間にわたる、ならびに憩流および／または潮の干満中などの水の移動および／または非移動の期間中の平均速度として決定され得る。他の実施形態では、保護包囲体と周囲の水性環境との間で交換される、毎分、包囲体内の総水量の最大５％の所望される水交換速度が、本明細書に説明されるように保護された基材に対する多種多様なファウリング防止および／または防食効果を提供し得るが、毎分５％未満、それに等しい、および／またはそれを超える交換速度は、望ましくは、本明細書に説明されるような様々なファウリング防止および／または防食の利益を提供し得る。
１つの例示的な実施形態では、毎分、密閉されたか、または境界のある水量のおよそ０．４１７％（すなわち、毎時、密閉されたか、または境界のある総容積のおよそ約２５％）の水交換速度を可能にする包囲体は、より優れたバイオファウリング耐性を基材に提供することが示されている。例示的な包囲体内の包囲されたか、または境界のある水量は、包囲体の包囲されたか、または境界のある総容積から、包囲体内の基材の体積を減算したものとして計算され得る。他の実施形態では、水交換速度は、包囲体内の基材の体積を考慮せずに、１時間あたりの包囲体の密閉されたか、または境界のある総容積のおよそ２５％であり得る。
様々な実施形態では、毎分０．１％未満の水交換速度が、所望されるレベルのファウリング防止および／または防食効果を提供し得るが、一方、他の実施形態では、毎分、総水量の０．１％～１％以内の所望される水交換速度が、有効であり得る。他の実施形態では、総水量の１％～５％の水交換速度が、所望されるレベルのファウリング防止および／または防食効果を提供し得るが、一方、他の実施形態では、毎分、総水量の５％～１０％の所望される水交換速度が有効であり得る。他の実施形態では、所望される交換速度は、毎分、総水量の１％～９９％、毎分、総水量の５％～９５％、毎分、総水量の１０％～９０％、毎分、総水量の１５％～８５％、毎分、総水量の２５％～７５％、毎分、総水量の３０％～７０％、毎分、総水量の４０％～６０％、または毎分、総水量のおよそ５０％の範囲であり得る。他の実施形態では、水交換速度は、毎分、１０％～５０％もしくは１０％～１５％、１５％から２５％、および／または２５％～５０％、またはそれらの様々な組み合わせ（すなわち、毎分１％～１０％または毎分５％～２５％など）で変動し得る。
また、局所的な水条件が包囲体上および／もしくは包囲体から離れる、より高速の水流を提供する場合、ならびに／または包囲体が移動させられ得る場合（すなわち、移動する、および／または移動可能な物体に取り付けられることによって）、包囲体材料のより低い透過性は、包囲体壁に接触および／または衝突するより高速の水が、繊維性基質および／または比較的静止した水域で通常発生するよりも透過性の布を通って十分に大量の液体を透過させて、それによって、本明細書に説明されるようにバイオファウリング保護を提供するために所望される水交換速度を引き起こすという点で、より望ましいことも理解されたい。同様の様式では、局所的な水条件が包囲体上および／もしくは包囲体から離れる、より低速の水流を提供する場合、包囲体材料のより高い透過性は、包囲体壁に接触および／または衝突するより低速の水が、繊維性基質および／または比較的活動的な水域で通常発生するよりも透過性の布を通って十分に少量の液体を透過させて、それによって、本明細書に説明されるようにバイオファウリング保護を提供するために所望される水交換速度を引き起こすという点で、より望ましい。
Figure 2022525510000021
様々な実施形態では、包囲された環境の記載された区別化が起こることを可能にするために十分な量および／または体積の「水性媒体」を収容するとともに、毒性および／または有害な化学物質および／または化合物の十分な濃度の「蓄積」が、所望される水交換の期間中のそのような化学物質／化合物の所望される濃度を維持することを可能にするために十分な流体の「リザーバ」も収容する、包囲体設計を採用することが望ましい場合がある。いくつかの事例では、包囲体内の水性媒体（すなわち、水）の包囲された体積は、特に、センサおよび／または取水口などの比較的小さい基材の場合、包囲された基材の体積の数倍であり得るが、一方、他のいくつかの実施形態では、包囲体内の水性媒体の包囲された体積は、包囲された基材の体積の数分の一および／またはそれに等しくてもよい（すなわち、いくつかの場合、船体および／または他の大きい構造物に関して）。様々な実施形態では、表面対容積比は、様々な包囲体設計を説明するために利用され得、これは、表１１に示されるように、０．４～８００のフィートの逆数の範囲の表面対体積比を有する３つの例示的な包囲体の実施形態、例えば、０．４以下のフィートの逆数の表面対容積比を有するポンピング立方体包囲体設計、８００以上のフィートの逆数の表面対体積比を有するボート船体包囲体設計（５０フィート以上の船舶に関して）、および３５０のフィートの逆数（以下または以上）の船尾模倣包囲体設計を含み得る。
他の実施形態では、包囲体は、包囲された基材の表面積と比較して、特定の表面積比および／または表面積比の範囲を有して設計され得、これは、包囲体設計および／もしくは表面包囲体の設計および／または表面テクスチャ、ならびに／または基材の完全もしくは部分的に浸漬される、および／もしくは他の特徴に依存して大きく変動し得る。例えば、所与の包囲体設計および／またはサイズは、基材の略平滑表面およびより複雑な基材表面（すなわち、バルブおよび／またはプロペラ）を保護するために利用され得、表面積比は、包囲体／平滑基材に関しておよそ１：１もしくは１．１：１、または包囲体／複雑な基材に関しておよそ１：２以上である。同様の様式では、複雑な包囲体設計は、あまり複雑ではない基材に対して、１．１：１以上の比を有し得る。様々な実施形態では、包囲体は、所与の保護された基材に関して１：１．１～１．１：１の範囲の表面積比を有することになり、この範囲は、様々な程度の基材および／または包囲体の複雑さに関して、両方向に１：２～２：１以上まで拡大し得る。一般に、包囲体設計は、基材よりも少なくともわずかに大きいと予想され（包囲体のある程度の量の水に対して）、包囲体の表面特徴は、基材の表面特徴よりも幾分複雑ではないと予想されるため、多くの実施形態では、包囲体の基材に対する表面積比は、およそ１：１、または２：１、または３：１、または１０：１、または５０：１、または１００：１、またはそれ以上になる。他の実施形態では、包囲体設計の表面積は、基材の表面積よりも小さいと予想される。これは、浸漬されているのが基材の１％、５％、１０％、２０％、２５％、５０％、６０％、７５％、８０％、９５％、９９％以下にかかわらず、基材が単位に部分的に浸漬されているときに発生し得る。いくつかの実施形態では、包囲体の基材に対する表面積比は、およそ１：１、または１：２、または１：３、または１：１０、または１：５０、または１：１００、またはそれより低くなる。
水性環境および改質化合物の調整
いくつかの実施形態では、保護されることになる基材／物体に近接する水生環境の補足的な改質を提供することが望ましい場合があり、上記のように包囲体が物体の周りに配置される前、最中、および／または後に、そのような改質を含む。いくつかの実施形態では、そのような改質は、基材に近接する水生環境中への１つ以上の好気性微生物、化学物質、および／または化合物（酸素枯渇化合物を含む）の導入による、包囲体内の水生環境中の溶存酸素の加速された枯渇および／もしくは置換、または他の水の化学組成の変化を引き起こすことなどによって、水の化学組成の様々な成分を変更するために、天然および／または人工の機構および／または化合物の使用を含み得る。例えば、一実施形態では、バイオファウリングから保護されることになる物体は、ボートの水中船体部分を含み得、本明細書に説明されるような包囲体が、船体の周囲に配置され、次いで、好気性バクテロイデスなどの好気性細菌の１つ以上の種を含む、補足的な酸素枯渇化合物または物質が、包囲されたか、または境界のある空間の水生環境中に多数および／または大量に人工的に導入され得、望ましくは、包囲体によって誘発される溶存酸素レベルの低減を加速する。そのような導入は、液体、粉末化された、固体、および／もしくはエアロゾル化された補足物を海水および／もしくは包囲された／境界のある水性環境中に投入もしくは展開されるやり方であってもよく、または代替的に、酸素枯渇細菌または他の成分が、展開前に包囲体壁の内面内または内面上に形成された層またはバイオフィルムに組み込まれてもよい。望ましくは、好気性バクテロイデスは、水性環境中に既に存在する細菌種を含み得、包囲体の底部および／または壁／側面の開口部を通じたそのような細菌の最終的な放出は、周囲の環境に有害および／または重大なものではない。他の実施形態では、粉末化された鉄（すなわち、ゼロ価鉄Ｆｅ０または部分的に酸化された第一鉄Ｆｅ２＋）、窒素ガスまたは液体窒素などの化合物が、包囲体内の水性環境中に導入されて、望ましくは、包囲体内の水から溶存酸素を吸収し得るか、または塩などの添加物が、水性環境に加えられて、水が限定された期間の間に保持し得る溶存酸素量を低減し得る。
様々な実施形態では、改質化合物は、包囲体とともにおよび／または別個に（基材を包囲する前、それと同時に、および／またはその後を含む）包囲されたか、または境界のある水生環境中に導入される、固体、粉末、液体、気体もしくは気体化合物、および／またはエアロゾル化合物を含み得る。いくつかの実施形態では、改質化合物は、限定されるか、または所望される期間の間、包囲されたか、または境界のある水性環境内に位置付けられ、次いで、水の所望される改質および／または調整が起こった（すなわち、「区別された」水性環境の形成）後、その環境から除去され得る。他の実施形態では、改質化合物は、包囲されたか、または境界のある水性環境中に分散され得、化合物のいくつかの実施形態は、水中に潜在的に溶解および／または分散されるが、一方、他の化合物は、固体および／または粒状状態のままであり得る。望ましい場合、改質化合物は、望ましくは、化合物の一部または全てを包囲体内および／または水柱内の所望されるレベル（すなわち、包囲体内の表面、および／または保護された物体の浸漬深さよりも深い位置などの所望される深さ）に維持する、浮遊特徴を含み得るが、一方、他の実施形態では、化合物が包囲体の底部および／または側面から出ること、ならびに／または包囲体内および／もしくは包囲体に近接して港もしくは他の海底特徴物の底部に静置されることを可能にし得る。さらに他の実施形態では、改質化合物は、区別された環境内の水または他の液体の密度および／または塩度を変更し得、これは、区別された環境内および／またはその外側の液体が一緒に混合する、および／または別様に流れる自然な傾向を低減および／または排除し得る。
少なくとも１つの代替的な実施形態では、改質化合物（複数可）は、包囲体に隣接するか、またはその近くの、外部の包囲されていない水中に放出され得、望ましい場合、包囲体内に、および／または包囲体を通って流れ得る。さらに他の実施形態では、改質化合物および／またはその成分は、組み合わせられて展開され得、いくつかの構成要素が、包囲されたか、または区別された環境の外側に配置され、他の構成要素が、包囲されたか、または区別された環境内に配置され得る。
いくつかの実施形態では、改質化合物は、材料構築物および／またはその中／その上の任意のコーティング内を含む、包囲体の壁および／またはその中に形成されたポケットに取り付けられ得る、および／または統合され得る。望ましい場合、化合物は、水性媒体と反応する水および／または塩による活性化および／または溶除性材料を含み得、化合物が包囲体内の溶存酸素レベルおよび／または水の化学組成レベルに影響を及ぼす、１０分、１時間、１２時間、および／または２日間などの限定された期間を有するか、または化合物は、１週間、１か月、または１年などの長期間にわたって有効であり得る。望ましい場合、改質化合物または他の材料は、包囲体内および／またはその外側に位置付けられ得る交換可能なバッグ内に位置付けられ得、バッグ内の材料は、経時的に「枯渇」し、必要に応じて、交換を潜在的に必要とする。
１つの例示的な実施形態では、改質化合物は、カチオン性多金属コバルト錯体の結晶性塩（ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥにおいて公開された「Ｏｘｙｇｅｎ ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌ－ｔｏ－ｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ」、ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ，ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１４に説明されている）などの、包囲体内の水生環境から酸素を吸収する結晶性材料を含み得る。この材料は、空気および／または水から溶存酸素（０２）を吸収し、加熱されたとき（すなわち、周囲の日光に曝されているときなど）および／または低酸素圧を受けているときに、吸収された酸素を放出する能力を有する。望ましい場合、この酸素吸収性材料が、包囲体の壁材料に組み込まれ得、それにより、酸素は、包囲体が保護された基材に近接して水中に配置されたときに、即座に吸収されるが、そのような酸素吸収は、配置後の一定期間後に減衰することになる。その後、包囲体壁は、水から除去され得（保護が、もはや所望されなくなった後など）、包囲体壁は、日光に曝されて、吸収された酸素を放出し、次の使用のために「再生」する。
別の例示的な実施形態では、改質化合物は、気体形態で包囲体内に導入され得るか、または包囲体内への導入後にペレットまたは他の液体もしくは固体化合物（ＣＯ２の「ドライアイス」形態を潜在的に含む）から放出され得る、窒素または二酸化炭素（またはいくつかの他の気体もしくは化合物）などの気体または気体化合物を含み得る。そのような導入または「散布」は、包囲体内、または包囲体の壁内／壁に沿った、水中への窒素および／またはＮ２気泡の注入を含み得る。注入は、包囲体の表面および／または水柱内の任意の深さで達成され得る。望ましくは、そのような注入は、包囲体内に顕著な対流を誘発して、相当な量の外側の水および／または溶存酸素をシステム内にもたらすことはない。いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるような包囲体は、必要とされるとき、設置された窒素投与システムおよび窒素フラッシュの周期的な更新を制御する酸素レベル用の監視プローブと組み合わせられ得る。様々な実施形態では、窒素注入は、多孔質加重ディスペンサ（すなわち、水族館の曝気石）を有する小さい窒素タンクを使用して達成され得るが、一方、他の実施形態は、オンサイト窒素発生器を利用して、空気から窒素を精製し、次いで、ポンピングシステムを通じて、この窒素を分配し得る。望ましい場合、窒素分配システムは、望ましい場合、単一の範囲のサイズまたは様々なサイズ範囲の気泡を放出する気泡分配システムを含み得る。少なくとも１つの実施形態では、窒素ナノバブル注入システムが利用され得る。
少なくとも１つの代替的な実施形態では、本明細書に説明される様々なシステムにおける使用に好適な気体化合物注入は、Ｓｔｕａｒｔ Ｆｌｏｒｉｄａ，ＵＳＡのＥｃｏｓｐｈｅｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．からＳｔｕａｒｔ Ｆｌｏｒｉｄａ，ＵＳＡから市販されている、Ｏｚｏｎｉｘ（登録商標）システムなどのオゾン注入システムを含み得る。
様々な実施形態では、本明細書に説明される改質化合物は、望ましくは、数秒以内／後もしくは適用、および／または適用の数分以内／後（すなわち、適用された窒素バブリングの１分～５分～１０分～２０分～４０分～６０分）、および／または適用の数時間以内／後に、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７０％、および／または少なくとも９０％以上の、包囲されたか、または境界のある水生環境の（すなわち、包囲体の外側の溶存酸素レベルと比較して包囲体内の）溶存酸素レベルの低減を誘発することになる。いくつかの事例では、包囲体内の環境は、改質化合物の添加（すなわち、化合物が、既に進行している可能性がある様々な化学変化のうちのいくつかを単純に変更、補足、逆転、遅延、および／または加速し得る）前に本明細書に説明されるように「区別された」水生環境にある程度まで既に変更されている場合があるが、他の実施形態では、包囲体内の環境は、改質化合物の添加前に、周囲の開放された水性環境と同様の化学組成を保有し得る。
様々な代替的な実施形態では、改質化合物は、溶存酸素レベル以外の包囲体内の水の化学組成の１つ以上を変更する材料を含み得るか、または改質化合物は、包囲体内の溶存酸素レベルのある程度のレベルの改質との組み合わせで包囲体内の水の化学組成の１つ以上の追加の成分を変更する材料を含み得る。水の化学組成のそのような追加の成分は、ｐＨ、全溶存窒素、アンモニウム、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、全溶存リン酸塩、シリカ、塩度、温度、濁度、ならびに本明細書の様々な場所に説明される他のものを含み得る。別の実施形態では、二次事前調整／ダウシング剤、化学物質、粉末、または同様のものが、水を事前調整するために使用され得る。
様々な実施形態では、所与の包囲体に望ましい改質、または「事前調整」化合物（または化合物の組み合わせ）、または「調整」、または「連続調整」、または「後調整」の量および／またはタイプは、（１）包囲体の断面（すなわち、横および／もしくは縦の）サイズに基づいて、（２）包囲体内に含有される水性媒体の体積に基づいて、（３）保護された物体の表面積および／もしくは深さに基づいて、（４）包囲体内および／もしくはその外側の水性環境の化学的および／もしくは環境特性に基づいて、（５）開口部のサイズおよび／もしくは包囲体の外側の水の深さに基づいて、（６）包囲されたか、または境界のある環境と周囲の水性環境との間の水交換量に基づいて、ならびに／または（７）それらの様々な組み合わせで決定され得る。
様々な実施形態では、包囲体配置および／または基材配置の時点または直前／直後に包囲体内の水の化学組成を変更する初期手段としての「脱酸素剤」および／もしくは改質剤および／もしくは増加剤および／もしくは吸収剤および／もしくは「置換剤」、または同様の物理的、化学的および／もしくは生物学的プロセス（包囲されたか、または境界のある環境内の溶存酸素または代替的にいくつかの他の要素および／もしくは化合物に影響を及ぼし得る）の採用は、最初の包囲体展開中、最初の包囲体展開が最適以下であった状況（すなわち、ヒューマンエラーに起因する）、包囲体が、包囲体またはその部分を開閉することによって意図的に「破れた」状況、包囲体が使用中のいくつかの様式で損傷された状況、および／または天然の環境条件が、特に、バイオファウリングの発生の余地があり得る状況（すなわち、水の移動が、区別された環境と外部環境との間の水交換速度を望ましくないレベルまで増加させる場合、および／または春もしくは夏または「重度のバイオファウリング季節」の日中などの特に重度のバイオファウリング発生期間中）を含む、溶存酸素または他の水の化学組成レベルが望ましくないレベルにあるときに包囲体内で発生し得るバイオファウリングを低減および／または排除することを望まれ得る。望ましくは、脱酸素剤は、溶存酸素レベルを迅速に低減するか、包囲体内に他の標的化された水パラメータを生じさせ、それにより、限定された期間の間に包囲体によって引き起こされるバイオファウリングの阻害および／または低減を開始し、その後の期間に包囲体が正しく展開および／または修理されることを可能にする、および／または包囲体内の人工の条件が、より遅い天然のプロセスに起因して所望されるレベルまで安定することを可能にする。様々な実施形態では、そのような採用は、代替的に、望ましい場合、水の条件を所望される程度まで、および／もしくは限定された期間、「リフレッシュ」もしくは別様に変更するために、包囲体が配置された後に、かつ／または包囲体が、一定期間、ならびに／または必要なおよび／もしくは所望されるときに包囲体の構成要素の修理および／もしくは交換を可能にするために、開かれた後に、相当な時間量で行われ得る。酸素還元作用とは対照的に、いくつかの実施形態では、酸素源もしくは他の改質化合物の分散（すなわち、気体酸素の直接注入および／または直接もしくは何らかの化学反応を介して酸素を放出し得る化学物質の導入）、または何らかの他の酸素添加活性（すなわち、包囲体の水面を手動で撹拌すること）は、いくつかの実施形態では、望ましくない無酸素条件を受ける包囲体内の溶存酸素レベルを一時的に増加させるために有用であり得る。
様々な実施形態では、改質化合物は、改質化合物によって直接誘発される効果、および改質化合物によって引き起こされる初期効果から「カスケード」し得る効果を含み得る、所望される様式で他の水の化学組成特徴に影響を及ぼし得る。いくつかの場合、他の水の化学組成は、周囲の開放された水性環境のものと比較して、最小限に影響を受け得る、および／または「手つかず」であり得る。潜在的に「異なる」可能性がある、および／または同じままであり得る、いくつかの例示的な水の化学組成特徴（すなわち、改質化合物のタイプおよび量と、投与方法および／または投与の頻度と、包囲体設計ならびに／または場所および／もしくは季節などの他の環境因子と、に依存する）は、溶存酸素、ｐＨ、総溶存窒素、アンモニウム、硝酸塩、亜硝酸塩、オルトリン酸塩、総溶存リン酸塩、シリカ、塩度、温度、濁度などを含み得る。例えば、脱酸素剤、吸収剤、および／または置換剤は、他の条件に直接影響を及ぼすか、または他の条件を標的化もしくは改質するために使用され得る（ならびに／または脱酸素剤が枯渇および／もしくは利用されたずっと後のバイオファウリング効果の延長を含む）、他の水の化学組成特性に潜在的に影響を及ぼし得る。
なおさらに代替的な実施形態では、改質化合物は、本明細書に説明される水の化学組成レベルの余分の１つを増加および／または減少させ得る物質を含む、様々なやり方で様々な水の化学組成特徴を変更する物質を含み得る。例えば、包囲体が、透過性および／または水交換速度を所望される閾値レベルを下回って潜在的に低減する何らかのファウリングまたは他の事故を受け得る場合、包囲体内の溶存酸素レベルをある程度（すなわち、無酸素条件を回避するために）まで補足することが望ましい場合があり、これは、区別された環境中にある程度のレベルの溶存酸素を放出する化学物質および／または化合物の追加を含み得る。代替的に、物理的混合装置および／または他の曝気源が、所望される期間、包囲体の水中の溶存酸素レベルを直接増加させるために利用され得る。
いくつかの場合、特に、設計上の制約が、利用可能な不動産の量、環境問題、および／または水性媒体の他の同時使用によって制限され得る場合、１日またはさらに数時間の水使用量よりも顕著に少ない水を供給する包囲体を構築することが望ましい場合がある。そのような場合、本明細書に説明される様々な水の化学組成因子を人工的に誘発および／または加速し得る、上記のような、連続的および／または周期的な水調整処理を提供することが望ましい場合がある。そのような場合、包囲体内の水の化学組成は、周期的および／または連続的に監視され得、１つ以上の水調整処理が、必要に応じて、包囲体内の水に適用されている。例えば、１日程度で予想される必要量と、水の化学組成が所望される、および／または許容可能なレベルに到達することを可能にするために必要とされる「滞留時間」とを比較することによって、所望される最小包囲体サイズを決定することが可能であり得る。ただし、最小包囲体サイズが達成されることができない場合、または水の化学組成変化が、達成するために過剰な時間を必要とする場合、必要に応じて水を調整することが望ましい場合があり、これは、包囲体内の水が排出されて交換されるように、周期的な「リフレッシャ」処理を含み得る。さらに、大きい包囲体の使用が所望されない場合、本明細書に説明され得様々な水調整処理は、望ましい場合、より小さい包囲体で、および／または施設の吸引配管内でさえも連続的に利用され得る。そのような場合、本明細書に説明される様々な水調整処理は、窒素または他の気体および／もしくは化学物質で水を連続的に調整する（水プラント内などで）ために使用され得る。そのような処理は、バッチプロセスを達成するために十分な滞留時間が所与の包囲体内に存在しない場合、または水を連続的に処理する閉ループプロセス技術が望ましい場合に特に有用であり得る（すなわち、特定の範囲内に所望される水の化学組成レベル（酸素レベルなど）を決定および／または維持するために閉じた試験および処理ループを用いる場合。様々な実施形態では、本明細書に説明される様々な包囲体および／または水調整処理は、必要に応じて、別個におよび／または一緒に利用され得、このことは、望ましい場合、低い水需要期間中の包囲体の単独の使用、およびより高い水需要期間中の両方の技術の同時使用を含み得る。同様の様式で、本明細書に説明される水調整処理は、低い水需要期間中に単独で利用され得、より高い水需要の期間中に同時の包囲体による両方の水調整の使用を伴う。異なる環境条件が、水性媒体に対して異なる処理を必要とし得ることも理解されるべきであり、これは、季節的、および／または温度、日光、塩度、高／低水位、高／低ファウリング季節などの他の差を含む。）。
望ましい場合、改質化合物（複数可）は、包囲体のうちの１つ以上の中に放出され得るか、または代替的に、包囲体のうちの１つ以上に隣接するか、もしくはその近くの外部の包囲されていない水中に放出および／もしくは配置され得る。
比較的高い水流および／またはより大きい水交換％の期間中などの、いくつかの事例では、本明細書に説明される様々な包囲体特徴および／またはファウリング防止保護機構を増強、補足、および／または交換するために事前調整材料を利用することが望ましい場合がある。例えば、増加した水流および／または増加した水交換は、顕著なファウリングが発生することを可能にする程度まで包囲体内の区別された環境を変更し得る場合、水の化学組成を変更して、増加した流れの期間中のファウリングを低減するために、事前調整材料を包囲体内および／またはそれに隣接して分配または適用することが望ましい場合がある。そのような流れの発生の期間および／または程度に依存して、事前調整材料の複数の適用が望まれる場合があり、そのような適用は、一旦、水流および／または区別された環境がそれらの所望される、より正常な条件に戻ると、中断される。
ファウリング重量／質量制御
様々な実施形態では、包囲体が、特定のタイプおよび／もしくは種またはファウリング生物が包囲体および／または保護された基材に付着することを低減、最小化、および／または防止することが望ましい場合がある。例えば、二枚貝または他の「より重い」ファウリング生物（すなわち、高いファウリングバイオマスを有する、および／または顕著な抗力を引き起こすもの）が包囲体に付着することを防止するが、一方、細菌コロニーなどの「より軽い」生物、中立的に浮遊性の生物、および／または「スライム」によるファウリングは、許容可能および／または望ましい場合がある。そのような場合、包囲体、任意の任意選択の殺生物剤、および／または他の包囲体要素は、１つ以上の特定のタイプのそのような望ましくない生物によるコロニー形成を低減、最小化、および／または防止するように選択および／または設計され得る。
包囲体アセンブリ
様々な実施形態では、包囲体は、単一の部品で構築され得るか、または様々な包囲体形状で組み立てられ得る複数のモジュール式部品を含み得る。例えば、包囲体設計は、望ましくは、複数の壁構造体を含み得、各壁構造体は、縫合、織り、面ファスナ、ベルクロなどによって、１つ以上の隣接する壁構造体（もしあれば）に取り付けおよび／または組み立てられ、これは、任意の継ぎ目および／または縫合／接着されたエリアのコーティングおよび／またはカプセル化を含み得る。様々な縫合技術が、本発明の様々な包囲体を構築するために使用され得、継ぎ目または重なる布の折り目の縫糸および／または関連する不規則な表面が、望ましくは、外部環境に曝露されず、したがって、望ましくは、包囲体のバイオファウリングを受ける余地がある外部に面する表面を提供しない場合を含む（包囲体の外面に沿って形成されるわずかな隙間は、最適ではない場合があるが、様々な実施形態では、許容可能であり得る）。代替的に、熱接合、超音波溶接、および／または他のエネルギーベースの接合技術、接着または接着剤、ならびに他の縫合および／または二次元織り／編み技術などの他の接続技術が、必要に応じて利用され得る。他の代替的な実施形態では、三次元布成形技術が、側面上の外部に面する継ぎ目を有していない、ならびに／または上部および／もしくは底部の１つ以上の継ぎ目および／もしくは開口部のみを有する、包囲体用の材料の「チューブ」またはバッグを作製するために使用され得る。いくつかの特に望ましい実施形態では、包囲体の様々な壁区分の取り付けおよび／または接着は、好ましくは、取り付け領域内である程度のレベルの可撓性が維持されるように、達成されることになる。
同様の様式で、包囲体の様々な実施形態は、望ましくは、比較的硬質の、途切れていない、および／または不透過性の表面が、望ましくは、包囲体によって周囲の水性環境の外部に提示されないように、透過性および／または可撓性の取り付け機構および／または包囲体を組み込むことになる。多くの場合、バイオファウリング実体は、本明細書に説明される包囲体のものなどの隣接する可撓性布区分上における後続するコロニー形成のための「足掛かり」をそのような実体に提供し得る、定着および／またはコロニー形成用の硬質の途切れていない表面を好み得る。そのような「足掛かり」の場所の潜在性を低減することによって、開示された包囲体設計の多くは、様々な開示された実施形態および／またはその提供される基材保護のバイオファウリング耐性を顕著に改善し得る。少なくとも１つの実施形態では、包囲体は、継ぎ目および／または不透過性壁区分を有していない単一の構築物として作製される基材に特化し得る。
面ファスナまたは「ベルクロ」ファスナの場合、そのような接続デバイスの採用は、そのようなファスナが透過性包囲体壁と同様の様式で水性媒体に対して透過性であり得るという点で、様々な包囲体の実施形態に特に良く好適であり得る。そのような設計特徴は、包囲体内の液体が、同様の様式でファスナ構成要素および／または包囲体壁を通って溶出することを可能にし、それによって、本明細書に説明されるようにファスナ表面のファウリングを阻害し得る。代替的に、可撓性面ファスナの接続「フラップ」は、対応する可撓性または非可撓性取り付け表面の上に配置されて、取り付け表面に追加の保護を提供し得る。
様々な実施形態では、包囲体は、望ましくは、静水圧の影響が包囲体、様々な包囲体構成要素、保護された基材ならびに／または任意の接続された物体および／もしくはアンカーシステム損傷させることを低減、軽減、阻害、および／または防止する１つ以上の特徴を組み込み得る。例えば、包囲体の多くは、望ましくは、包囲体および／またはその構成要素上の外部の水の移動（すなわち、流れ、波、および／または潮汐の作用）の影響の多くを軽減、低減、および／または排除し得る、可撓性布材料を備え得る（非可撓性の固体包囲体または包囲体壁と比較して）。同様の様式で、穿孔の存在および／または包囲体壁の透過性は、望ましくは、任意の静水圧効果の少なくとも一部分が、望ましくは、包囲体を「通過」することになり（典型邸には、包囲体と周囲の水性環境との間の所望されるレベルの流体交換を結果的にもたらす）、包囲体の他の部分が、移動する水の中で屈曲する、曲がる、および／または「フラップ」することになるという点で、包囲体および／またはその支持構造体の様々な部分に作用する静水圧力を低減および／または軽減する。さらに、包囲体の大部分を通して可撓性の柔軟性の布地および／または他の材料の採用は、望ましくは、様々な包囲体構成要素の加工硬化および／または疲労破壊の潜在性を低減し、包囲体の耐久性および機能寿命を向上させる。したがって、包囲体の少なくとも１つの例示的な実施形態は、包囲体の近傍で潮汐、流れ、および／または波の動きによって移動および／または屈曲し得る１つ以上の壁構成要素（または包囲体設計全体）を含み得る。
様々な実施形態では、布の透過性は、穿孔デバイス（すなわち、針、レーザ切断、微細孔を作製するための延伸など）、研磨材料、ならびに／または圧力および／もしくは真空の効果（すなわち、水および／またはエアジェット）の使用などによる、機械プロセス、または化学的手段（すなわち、エッチング化学物質）を含む、様々な技術によって影響を及ぼされ得る、および／または変更され得る。同様の様式では、低透過性布が、望ましくは、布の透過性を所望される範囲内まで高めるように処理されるが、一方、他の実施形態では、より高い透過性の布が、所望される量のより低い透過性まで改質され得る（例えば、塗料、コーティング、目詰まり、または凝固剤を使用することによって）。
多くの実施形態では、選択された包囲体壁材料（複数可）のタイプおよび／または透過性レベルは、包囲体および／または様々な包囲体構成要素の設計および配置において顕著な考慮事項になる。水性媒体中の包囲体の初期配置時に、透過性材料は、望ましくは、開放された環境と包囲されたおよび／または境界のある環境との間で十分な水交換が発生することを可能にし、バイオファウリングに対して保護する区別された環境が形成することを可能にすることになる。しかしながら、様々なファウリング圧力および／または他の因子が、水性媒体中の所与の包囲体壁材料の経時的な透過性および／もしくは多孔性を潜在的に変更し得る、ならびに／または別様に影響を及ぼし得るため、多くの場合、透過性材料が、区別された環境を維持する、所望される水交換レベルを可能にし続けることが重要であり、また望ましくは、いくつかの包囲体の実施形態内で長期の無酸素が発生することを回避する。これらの懸念によると、たとえ水交換速度が包囲体の耐用年数中の異なる時間で減少、増加、および／または同じままであり得ても、材料の細孔のうちのいくつかの目詰まりおよび／または閉鎖が、包囲体のファウリング防止性能に顕著に影響を及ぼすべきではないように、包囲体壁材料に対してより高い透過性レベルを選択することが望ましい場合がある。
包囲体配置および間隔
使用中、包囲体の実施形態は、望ましくは、水性媒体中の基材の浸水の前に、基材の周囲に適用され得る。これは、物体が最初に水性媒体に初めて浸水される前の物体の保護（すなわち、水性環境中への物体の「未使用」の浸水）、および水性媒体から除去され、洗浄および／またはスケール除去された以前に浸水された物体の保護を含み、包囲体は、その後の浸水の前に物体に適用される。他の実施形態では、包囲体は、以前に長期間浸水された可能性がある、および／またはその上に既に顕著な量のバイオファウリングを有している物体を含む、水性環境中に既に浸水された物体に適用され得る。一旦、包囲体が物体に適用されると、包囲体は、基材の１つ以上の曝露された表面の周囲にいくつかの様式で固設され得、それによって、包囲体内の水性環境を周囲の水性環境から様々な程度まで部分的および／または完全に隔離する。様々な実施形態では、包囲体は、包囲体が比較的大きい間隙および／またはそこを通る開口部を有し得る場合などの、包囲体が基材を「完全に」包囲しない場合があることも理解されたい。そのような場合、包囲体は、依然として、本明細書に説明されるように、基材および／または基材の部分のバイオファウリングを低減および／または防止する、包囲体内に所望される環境変化を生じさせために十分に、十分「閉鎖」され得る。
基材の非限定的な例は、限定されるものではないが、ジェットスキーなどの、スポーツ、商用および軍用の船舶、船、船舶、ならびに海上船舶、ジェットスキーなどの民間のボート、船、船舶、および海上船舶、ボート、船、船舶、および海上船舶の推進システム、ボート、船、船舶、および海上船舶の駆動システム、ならびに船尾駆動装置、船内駆動装置、ポッド駆動装置、ジェット駆動装置、船外駆動装置、プロペラ、インペラ、駆動シャフト、船尾およびバウスラスタ、ブラケット、舵、ベアリングなどのそれらの構成要素、ハウジング、バウスラスタおよび船尾スラスタなどの、ボート、船、船舶、および海上船舶のスラスタ、冷却水入口、ＨＶＡＣ水入口、および推進システム入口などの、ボート、船、船舶、および海上船舶の入口、ドック、スリップ、杭、桟橋、ラフト、浮揚型塗料プラットフォーム、浮揚型足場プラットフォーム、ならびに浮揚型ウインチおよび牽引機器プラットフォームなどの、海洋作業支援機器、アンカー、ロープ、チェーン、金属ケーブル、係留器具、合成繊維ケーブル、および天然繊維ケーブルなどの、拘束および保持機器、ｐＨ測定器、溶存酸素測定器、塩度測定器、温度測定器、地震測定器、およびモーションセンサ計器ならびに関連付けられたアレイなどの、海洋計装、アンカーチェーン、アンカーケーブル、アタッチメントチェーン、アタッチメントケーブル、係留チェーン、係留ケーブル、継手、フロート、ボラード、および関連付けられたアタッチメントなどの、係留機器、マーカブイ、水路マーカブイ、入口マーカブイ、ダイバーブイ、および水深インジケータブイなどの、ブイ、木製杭、金属杭、コンクリートドック杭、埠頭杭、桟橋杭、水路マーカ用杭、表面下構造用杭などの、海洋杭、護岸、石油およびガスリグの探査および生産構造物、地方自治体用構造物、商業用構造物、および軍事用構造物などの、海面下構造物、海洋濾過システム、膜フィルタ、水入口フィルタ、配管および／もしくは貯蔵タンクなどの、工業用濾過システム機器、海洋リフトおよびボート保管構造物、灌漑用水貯蔵タンクならびに灌漑用配管および／もしくは機器、かつ／またはそれらの任意の部分を含み、水管理システムならびに／または錠、ダム、バルブ、水門および護岸などのシステム構成要素を含む。本開示を使用して対処され得るバイオファウリングによって影響を受ける他の機構は、微小電気化学薬物送達デバイス、製紙およびパルプ産業機械、水中機器、防火システム配管、ならびにスプリンクラシステムノズルを含む。機構を妨害するだけではなく、バイオファウリングはまた、それが表在底生生物として知られているものであるとき、生きている海洋生物の表面上でも発生する。バイオファウリングはまた、水ベースの液体が他の材料と接触しているほぼ全ての状況で見出される。海洋培養、膜システム（例えば、膜バイオリアクタおよび逆浸透スパイラル巻回膜）、ならびに大規模産業機器および発電所の冷却水サイクルに、産業的に重大な影響がある。バイオファウリングはまた、同伴水を含む油を運ぶ油パイプライン、特に使用済み油、切削油、乳化によって水溶性になった油、および作動油を運ぶ油パイプラインでも発生し得る。
様々な実施形態では、保護されることになる基材は、限定されるものではないが、金属表面、ガラス繊維表面、ＰＶＣ表面、プラスチック表面、ゴム表面、木材表面、コンクリート表面、ガラス表面、セラミック表面、天然繊維表面、合成繊維表面、および／またはそれらの任意の組み合わせを含む、任意の材料から作製された表面または表面下部分であり得る。
したがって、本発明の例示的な実施形態が示され、説明されてきたが、本明細書に使用される全ての用語は、限定ではなく説明的であり、多くの変更、修正、および置換が、本発明の概念および範囲から逸脱せずに当業者によってなされ得ることが理解されるべきである。
本明細書で引用される刊行物、特許出願、および特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が参照により組み込まれることが個別的に、かつ具体的に示され、その全体が本明細書に記載された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に使用される様々な見出しおよびタイトルは、読者の便宜のためであり、その下の特徴または開示のいずれかを特定の実施形態（複数可）に限定または制約するように解釈されるべきではない。様々な例示的な実施形態は、説明された様々な利点および／または特徴の多数の組み合わせを組み込み得、それらの組み合わせの全ての様式が企図され、本明細書に明示的に組み込まれることを理解されたい。
本発明を説明する文脈中の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という用語および同様の参照対象の使用は、本明細書に別途指示されない限り、または文脈によって明確に矛盾しない限り、単数形および複数形の両方を包含するように解釈されるべきである。「備える」、「有する」、「含む」、および「含有する」という用語は、別途記載されない限り、非限定的用語（すなわち、「含むが、限定されるものではない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別途示されない限り、範囲内に収まる各別個の値を個別的に参照する省略方法として機能することを単に意図し、各別個の値は、本明細書に個別的に記載されているかのように明細書に組み込まれる。本明細書に説明される全ての方法は、本明細書に別途示されない限り、または文脈によって別途明確に矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供される任意のおよび全ての例、または例示的な文言（例えば、すなわち、「など」）の使用は、単に本発明をより良好に明らかにすることを意図しており、別途特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の範囲に対する限定を課さない。明細書のいかなる文言も、特許請求の範囲に記載されていない任意の要素が本発明の実施に不可欠であることを示すと解釈されるべきではない。
本発明の好ましい実施形態は、本発明を実行するために発明者に既知の最良の方式を含み、本明細書に説明されている。それらの好ましい実施形態の変形は、上記の説明を読むと、当業者には明らかになり得る。本発明者は、当業者がそのような変形を適切に採用することを期待し、本発明者は、本明細書に具体的に説明されている以外の様式で本発明が実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法によって許可されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された主題の全ての変更および均等物を含む。さらに、その全ての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書に別途示されない限り、または文脈によって別途明らかに矛盾しない限り、本発明によって包含される。

Claims (159)

  1. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる、少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層を含む構造体であって、前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、前記水性環境内で前記基材の外周の少なくとも一部分を実質的に取り囲み、前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、前記水性環境の表面またはその近くの上端、および第１の深さまで前記水性環境内に下向きに延在する下端を有する、構造体を備え、
    前記構造体が、前記水性環境に対して少なくとも部分的に開放されている底面を有する、デバイス。
  2. 前記構造体が、前記水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、前記局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層の少なくとも内面まで延在し、
    前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記基材の最も低い点が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さよりも深い、請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記基材が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さの少なくとも２倍である、請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記水性環境が、第２の深さにおいて、前記副状態の下に位置する底面を含み、前記第１の深さが、前記第２の深さ以下である、請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記基材の浸漬された船体が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さよりも深い、請求項１に記載のデバイス。
  7. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、透水性布を含む、請求項１に記載のデバイス。
  8. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
  9. 前記構造体が、少なくとも平均１０％以上の前記局所的な水性環境内の液体の溶存酸素含有量を維持する、請求項１に記載のデバイス。
  10. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項１に記載のデバイス。
  11. 前記構造体の表面積が、少なくとも前記基材の表面積以上である、請求項１に記載のデバイス。
  12. 前記構造体の表面積が、前記基材の表面積未満である、請求項１に記載のデバイス。
  13. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、前記基材の周りに前記構造体を位置付ける際に、約０．４フィート－１～約８００フィート－１である、請求項１に記載のデバイス。
  14. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１超である、請求項１に記載のデバイス。
  15. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１未満である、請求項１に記載のデバイス。
  16. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との比が、約１００対１以下である、請求項１に記載のデバイス。
  17. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約２対１以下である、請求項１５に記載のデバイス。
  18. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約１対２以上である、請求項１１に記載のデバイス。
  19. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、殺生物剤を組み込まない、請求項１に記載のデバイス。
  20. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、殺生物剤を含む、請求項１に記載のデバイス。
  21. 前記構造体が、少なくとも部分的に開放されている上面を有する、請求項１に記載のデバイス。
  22. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    複数の垂直に延在する可撓性シートを含む構造体であって、前記複数の垂直に延在する可撓性シートが、前記水性環境内で前記基材の外周を取り囲み、前記複数の垂直に延在する可撓性シートの各々が、前記水性環境の表面またはその近くの上端、および前記水性環境内に下向きに延在する下端を有する、構造体を備え、
    前記構造体が、前記構造体の底端で前記水性環境に開放されている、デバイス。
  23. 前記構造体が、前記水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、前記局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層の少なくとも内面まで延在し、
    前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項２２に記載のデバイス。
  24. 前記基材の最も低い点が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さよりも深い、請求項２２に記載のデバイス。
  25. 前記基材が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さの少なくとも２倍である、請求項２２に記載のデバイス。
  26. 前記水性環境が、第２の深さにおいて、前記副状態の下に位置する底面を含み、前記第１の深さが、前記第２の深さ以下である、請求項２２に記載のデバイス。
  27. 前記基材の浸漬された船体が、前記水性環境内に第２の深さで延在し、前記第１の深さが、前記第２の深さよりも深い、請求項２２に記載のデバイス。
  28. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、透水性布を含む、請求項２２に記載のデバイス。
  29. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項２２に記載のデバイス。
  30. 前記構造体が、少なくとも平均１０％以上の前記局所的な水性環境内の液体の溶存酸素含有量を維持する、請求項２２に記載のデバイス。
  31. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項２２に記載のデバイス。
  32. 前記構造体の表面積が、少なくとも前記基材の表面積以上である、請求項２２に記載のデバイス。
  33. 前記構造体の表面積が、前記基材の表面積未満である、請求項２２に記載のデバイス。
  34. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、前記基材の周りに前記構造体を位置付ける際に、約０．４フィート－１～約８００フィート－１である、請求項２２に記載のデバイス。
  35. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１超である、請求項２２に記載のデバイス。
  36. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１未満である、請求項２２に記載のデバイス。
  37. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との比が、約１００対１以下である、請求項２２に記載のデバイス。
  38. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約２対１以下である、請求項３６に記載のデバイス。
  39. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約１対２以上である、請求項３２に記載のデバイス。
  40. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、殺生物剤を組み込まない、請求項２２に記載のデバイス。
  41. 前記少なくとも１つの垂直に延在する可撓性シート層が、殺生物剤を含む、請求項２２に記載のデバイス。
  42. 前記構造体が、少なくとも部分的に開放されている上面を有する、請求項２２に記載のデバイス。
  43. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    前記基材を受容するように適合された構造体であって、前記構造体が、水性環境を局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在する、前記構造体が、前記構造体の表面積の少なくとも１０％を含む前記構造体内の少なくとも１つの大きい開口部を有する、構造体と、
    少なくとも１つの水性流空洞を含む水性流機構であって、前記水性流空洞の少なくとも一部分が、前記局所的な水性環境内に位置付けられている、水性流機構と、を備え、
    前記水性流空洞が、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の平均約０．１％～５００％を、前記開放された水性環境からの水の体積と交換するために十分な流量の水性媒体を提供する、デバイス。
  44. 前記水性流機構が、ポンプを含む、請求項４３に記載のデバイス。
  45. 前記水性流機構が、プロペラを含む、請求項４３に記載のデバイス。
  46. 前記構造体が、透水性である、請求項４３に記載のデバイス。
  47. 前記構造体が、不透水性である、請求項４３に記載のデバイス
  48. 前記水性流機構が、前記開放された水性環境からの水の体積との、毎時、前記局所的な水性環境中の水の前記体積の約０．１％～２００％の平均水交換を提供する、請求項４３に記載のデバイス。
  49. 前記水性流機構が、前記開放された水性環境からの水の体積との、毎時、前記局所的な水性環境中の水の前記体積の約０．２％～１２０％の平均水交換を提供する、請求項４８に記載のデバイス。
  50. 前記水性流機構が、前記開放された水性環境からの水の体積との、毎時、前記局所的な水性環境中の水の前記体積の約０．２％～２０％の平均水交換を提供する、請求項４９に記載のデバイス。
  51. 前記水性流機構が、前記開放された水性環境からの水の体積との、毎時、前記局所的な水性環境中の水の前記体積の約２０％～５０％の平均水交換を提供する、請求項４９に記載のデバイス。
  52. 前記構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項４３に記載のデバイス。
  53. 前記構造体が、少なくとも平均１０％以上の前記局所的な水性環境内の溶存酸素含有量を維持する、請求項４３に記載のデバイス。
  54. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項４３に記載のデバイス。
  55. 前記構造体の表面積が、少なくとも前記基材の表面積以上である、請求項４３に記載のデバイス。
  56. 前記構造体の表面積が、前記基材の表面積未満である、請求項４３に記載のデバイス。
  57. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、前記基材の周りに前記構造体を位置付ける際に、約０．４フィート－１～約８００フィート－１である、請求項４３に記載のデバイス。
  58. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１超である、請求項４３に記載のデバイス。
  59. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１未満である、請求項４３に記載のデバイス。
  60. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との比が、約１００対１以下である、請求項４３に記載のデバイス。
  61. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との前記比が、約２対１以下である、請求項６０に記載のデバイス。
  62. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との前記比が、約１対２以上である、請求項４３に記載のデバイス。
  63. 前記構造体が、殺生物剤を組み込まない、請求項４３に記載のデバイス。
  64. 前記構造体が、殺生物剤を含む、請求項４３に記載のデバイス。
  65. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる構造体であって、前記構造体が、完全に開放された底部を有し、前記基材を受容するように適合されている、構造体を備え、
    前記構造体が、水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在し、
    前記構造体が、前記開放された水性環境から前記局所的な水性環境中に溶存酸素含有量を調整する、デバイス。
  66. 前記構造体が、２４時間以内に溶存酸素を平均１０％以上の溶存酸素に維持することによって、前記局所的な水性環境内の溶存酸素レベルを調整する、請求項６５に記載のデバイス。
  67. 前記構造体が、前記２４時間以内に溶存酸素を平均４０％以上の溶存酸素に維持することによって、前記局所的な水性環境内の溶存酸素レベルを調整する、請求項６６に記載のデバイス。
  68. 前記構造体が、２４時間以内に溶存酸素を２０％～１２０％の範囲内の溶存酸素に維持することによって、前記局所的な水性環境内の溶存酸素レベルを調整する、請求項６６に記載のデバイス。
  69. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量とは異なる、請求項６５に記載のデバイス。
  70. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項６５に記載のデバイス。
  71. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項６５に記載のデバイス。
  72. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、第１の溶存酸素含有量が、第１の変化速度を含み、第２の溶存酸素含有量が、第２の変化速度を含み、第１の変化速度が、前記第２の変化速度と同じである、請求項６５に記載のデバイス。
  73. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、第１の溶存酸素含有量が、第１の変化速度を含み、第２の溶存酸素含有量が、第２の変化速度を含み、第１の変化速度が、第２の変化速度よりも遅いか、またはそれ未満である、請求項６５に記載のデバイス。
  74. 前記局所的な水性環境が、前記構造体の内壁に近接して第１の溶存酸素含有量と、前記基材の外壁に近接して第２の溶存酸素含有量と、を有し、第１および第２の溶存酸素含有量が、異なる、請求項６５に記載のデバイス。
  75. 前記第２の溶存酸素含有量が、前記第１の溶存酸素含有量未満である、請求項７３に記載のデバイス。
  76. 前記差が、前記第１の溶存酸素含有量と第２の溶存酸素含有量との間で少なくとも０．１％の差である、請求項６９に記載のデバイス。
  77. 前記差が、前記第１の溶存酸素含有量と第２の溶存酸素含有量との間で少なくとも５％の差である、請求項６９に記載のデバイス。
  78. 前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項６５に記載のデバイス。
  79. 前記構造体が、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒以下の透過性を有する透水性表面を含む、請求項６５に記載のデバイス。
  80. 前記構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項６５に記載のデバイス。
  81. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項６５に記載のデバイス。
  82. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、常に、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項７０に記載のデバイス。
  83. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、日中、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項７０に記載のデバイス。
  84. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量に遅れる、請求項７０に記載のデバイス。
  85. 平均において、前記第１の変化速度が、前記第２の変化速度に遅れる、請求項７１に記載のデバイス。
  86. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量と比較して緩和される、請求項７０に記載のデバイス。
  87. 平均において、前記第１の変化速度が、前記第２の変化速度と比較して緩和される、請求項７１に記載のデバイス。
  88. 前記構造体が、殺生物剤を組み込まない、請求項６５に記載のデバイス。
  89. 前記構造体が、殺生物剤を含む、請求項６５に記載のデバイス。
  90. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる構造体であって、前記構造体が、その中に、前記構造体の表面積の少なくとも１０％を含む少なくとも１つの大きい開口部を有し、前記構造体が、前記基材を受容するように適合され、
    前記構造体が、水性環境を、合成の局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、合成の局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在している、構造体と、
    前記合成の局所的な水性環境内に形成されるファウリング防止バイオフィルムであって、前記合成の局所的な水性環境が、前記合成の局所的な水性環境に近接しているがその外側に位置する水域と比較して、水の化学組成の差を含む、ファウリング防止バイオフィルムと、を備える、デバイス。
  91. 前記合成の局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量とは異なる、請求項９０に記載のデバイス。
  92. 前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項９１に記載のデバイス。
  93. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項９１に記載のデバイス。
  94. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、第１の溶存酸素含有量が、第１の変化速度を含み、第２の溶存酸素含有量が、第２の変化速度を含み、第１の変化速度が、前記第２の変化速度と同じである、請求項９１に記載のデバイス。
  95. 前記局所的な水性環境が、第１の溶存酸素含有量を含み、開放された水性環境が、第２の溶存酸素含有量を含み、第１の溶存酸素含有量が、第１の変化速度を含み、第２の溶存酸素含有量が、第２の変化速度を含み、第１の変化速度が、第２の変化速度よりも遅いか、またはそれ未満である、請求項９１に記載のデバイス。
  96. 前記局所的な水性環境が、前記構造体の内壁に近接して第１の溶存酸素含有量と、前記基材の外壁に近接して第２の溶存酸素含有量と、を有し、前記第１および第２の溶存酸素含有量が、異なる、請求項９０に記載のデバイス。
  97. 前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項９０に記載のデバイス。
  98. 前記構造体が、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒以下の透過性を含む、請求項９０に記載のデバイス。
  99. 前記構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項９０に記載のデバイス。
  100. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、常に、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項９１に記載のデバイス。
  101. 平均において、前記第１の溶存酸素含有量が、日中、前記第２の溶存酸素含有量未満である、請求項９１に記載のデバイス。
  102. 水性環境内で基材上のバイオファウリングを低減するための人工的に作製されたバイオフィルムを作製する方法であって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる構造体を前記基材の周りに配置して、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在する人工の局所的な水性環境内で前記基材を実質的に包囲することを含み、前記構造体が、開放された底部を有し、
    前記構造体が、開放された水性環境から前記局所的な水性環境中への溶存酸素含有量を調整し、前記人工の局所的な水性環境内の低減された溶存酸素レベルが、前記バイオフィルムの変化を誘発する、方法。
  103. 前記人工の局所的な水性環境内の前記低減された溶存酸素レベルが、前記人工の局所的な水性環境内のシアノバクテリア、珪藻、および細菌門からなる群のうちの少なくとも１つの一員の蔓延の低減を誘発する、請求項１０２に記載の方法。
  104. 前記人工の局所的な水性環境内の前記低減された溶存酸素レベルが、前記人工の局所的な水性環境内のシアノバクテリア、珪藻、および細菌門からなる群のうちの少なくとも１つの一員の蔓延の増大を誘発する、請求項１０２に記載の方法。
  105. 前記基材上に微生物の人工混合物によって堆積された前記バイオフィルムが、前記水性環境中に自然発生するバイオフィルムよりも薄い、請求項１０２に記載の方法。
  106. 前記基材上に微生物の人工混合物によって堆積された前記バイオフィルムが、前記水性環境中に自然発生するバイオフィルムよりも弱い構造的完全性を有する、請求項１０２に記載の方法。
  107. 微生物の人工混合物によって堆積された前記バイオフィルムが、主にプロテオバクテリアまたはバクテロイデスを含む、請求項１０２に記載の方法。
  108. 微生物の人工混合物によって堆積された前記バイオフィルムが、非常に少ない量のベルコミクロビアまたはアクチノバクテリアを含む、請求項１０２に記載の方法。
  109. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減するためのデバイスであって、
    前記構造体が、開放された底部を有し、水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在し、
    前記局所的な水性環境中の第１の水の化学組成因子の第１の測定値が、前記開放された水性環境中の前記第１の水の化学組成因子の第２の測定値とは異なることを含む、デバイス。
  110. 前記第１の水の化学組成因子が、アンモニウムであり、前記第１の測定値が、前記第２の測定値よりも高い、請求項１０９に記載のデバイス。
  111. 前記第１の測定値と第２の測定値との間の差が、前記水性環境中への前記構造体の配置の３日以内に生じる、請求項１１０に記載のデバイス。
  112. 前記第１の水の化学組成因子が、アンモニア性窒素であり、前記第１の測定値が、前記第２の測定値よりも高い、請求項１０９に記載のデバイス。
  113. 前記第１の測定値が、０．１十億分率（ｐｐｂ）超である、請求項１１２に記載のデバイス。
  114. 前記第１の測定値が、１十億分率（ｐｐｂ）超である、請求項１１３に記載のデバイス。
  115. 前記第１の測定値が、１０十億分率（ｐｐｂ）超である、請求項１１４に記載のデバイス。
  116. 前記第１の測定値が、１００十億分率（ｐｐｂ）超である、請求項１１５に記載のデバイス。
  117. 前記第１の測定値と第２の測定値との間の差が、発現するために少なくとも３０日の浸水を要する、請求項１１２に記載のデバイス。
  118. 前記第１の水の化学組成因子が、亜硝酸塩であり、前記第１の測定値が、前記第２の測定値よりも高い、請求項１０９に記載のデバイス。
  119. 前記第１の測定値が、０．１十億分率（ｐｐｂ）よりも高い、請求項１１８に記載のデバイス。
  120. 前記第１の測定値が、０．１百万分率（ｐｐｍ）よりも高い、請求項１１９に記載のデバイス。
  121. 前記第１の測定値が、０．５百万分率（ｐｐｍ）よりも高い、請求項１２０に記載のデバイス。
  122. 前記第１の測定値が、１百万分率（ｐｐｍ）よりも高い、請求項１２１に記載のデバイス。
  123. 前記第１の水の化学組成因子が、リン酸塩であり、前記第１の測定値が、前記第２の測定値よりも高い、請求項１０９に記載のデバイス。
  124. 前記第１の測定値と第２の測定値との間の差が、発現するために３日以内の浸水を要する、請求項１２３に記載のデバイス。
  125. 前記透過性構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～２００％の平均水交換を可能にする透過性部分を含む、請求項１０９に記載のデバイス。
  126. 前記構造体が、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒以下の透過性を有する透水性表面を含む、請求項１２５に記載のデバイス。
  127. 前記透水性構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項１０９に記載のデバイス。
  128. 前記構造体が、殺生物質を組み込む、請求項１０９に記載のデバイス。
  129. 構造体が、いかなる殺生物質も組み込まない、請求項１０９に記載のデバイス。
  130. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減する方法であって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる、構造体を使用することであって、前記構造体が、前記基材を受容するように適合されており、前記構造体が、その中に、前記構造体の表面積の少なくとも１０％の大きい開口部を有し、前記構造体が、水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在する、使用することと、
    前記局所的な水性環境内の溶存酸素含有量を少なくとも１０％低減させる物質を分配することと、を含む、方法。
  131. 物質が、窒素ガスを含む、請求項１３０に記載の方法。
  132. 前記物質を海水中に分配する前記ステップが、前記海水に窒素ガスを散布することを含む、請求項１３１に記載の方法。
  133. 前記物質が、鉄充填剤を含む、請求項１３０に記載の方法。
  134. 前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項１３０に記載の方法。
  135. 前記構造体が、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒以下の透過性を有する透水性表面を含む、請求項１３０に記載の方法。
  136. 前記構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項１３０に記載の方法。
  137. 前記構造体が、少なくとも平均１０％以上の前記局所的な水性環境内の液体の溶存酸素含有量を維持する、請求項１３０に記載の方法。
  138. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項１３０に記載の方法。
  139. 前記構造体の表面積が、少なくとも前記基材の表面積以上である、請求項１３０に記載の方法。
  140. 前記構造体の表面積が、前記基材の表面積未満である、請求項１３０に記載の方法。
  141. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、前記基材の周りに前記構造体を位置付ける際に、約０．４フィート－１～約８００フィート－１である、請求項１３０に記載の方法。
  142. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１超である、請求項１３０に記載の方法。
  143. 前記局所的な水性環境内の水の体積に対する前記構造体の表面積の比が、３５０フィート－１未満である、請求項１３０に記載の方法。
  144. 前記構造体の表面積と前記基材の表面積との比が、約１００対１以下である、請求項１３０に記載の方法。
  145. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約２対１以下である、請求項１３０に記載の方法。
  146. 前記構造体の前記表面積と前記基材の前記表面積との前記比が、約１対２以上である、請求項１３０に記載の方法。
  147. 前記構造体が、殺生物剤を組み込まない、請求項１３０に記載の方法。
  148. 前記構造体が、殺生物剤を含む、請求項１３０に記載の方法。
  149. 水性環境中に少なくとも部分的に浸漬された基材上のバイオファウリングを低減する方法であって、
    使用中に透水性であるか、または透水性になる構造体を使用することであって、前記構造体が、前記基材を受容するように適合されており、前記構造体が、その中に少なくとも１つの開口部を有し、前記少なくとも１つの開口部が、合計で前記構造体の表面積の少なくとも１０％の大きい開口部を有し、前記構造体が、水性環境を、局所的な水性環境と、開放された水性環境と、に分離し、前記局所的な水性環境が、前記基材の表面から前記構造体の少なくとも内面まで延在する、使用することと、
    前記局所的な水性環境内の溶存酸素含有量を、前記開放された水性環境の溶存酸素含有量とは異なるように変化させる物質を分配することと、を含む、方法。
  150. 前記局所的な水性環境内の前記溶存酸素含有量が、前記開放された水性環境の溶存酸素含有量とは少なくとも１０％異なる、請求項１４９に記載の方法。
  151. 前記構造体が、前記局所的な水性環境と前記開放された水性環境との間で、毎時、前記局所的な水性環境中の水の体積の約０．１％～５００％の平均水交換を提供する、請求項１４９に記載の方法。
  152. 前記構造体が、基材の１平方センチメートル当たり約１００ミリリットル／秒以下の透過性を有する透水性表面を含む、請求項１４９に記載の方法。
  153. 前記構造体が、天然および合成の布、天然および合成の膜、天然および合成のシート、ならびに天然および合成素材の組み合わせから作製された布、膜、フィルム、およびシートからなる群から選択された３次元可撓性材料を含む、請求項１４９に記載の方法。
  154. 前記構造体が、少なくとも平均１０％以上の前記局所的な水性環境内の液体の溶存酸素含有量を維持する、請求項１４９に記載の方法。
  155. 前記局所的な水性環境内の水の化学組成が、前記開放された水性環境内の水の化学組成とは異なる、請求項１４９に記載の方法。
  156. 前記構造体の表面積が、少なくとも前記基材の表面積以上である、請求項１４９に記載の方法。
  157. 前記構造体の表面積が、前記基材の表面積未満である、請求項１４９に記載の方法。
  158. 前記構造体が、殺生物剤を組み込まない、請求項１４９に記載の方法。
  159. 前記構造体が、殺生物剤を含む、請求項１４９に記載の方法。
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