聚多巴胺在离子型微球表面的形貌调控研究
发布时间：2021-09-30 02:41
多巴胺（DA）是一类具有生物来源、多反应性的氨基酸类化合物,已被证实可在多种材料的表面进行氧化自聚合反应而形成聚多巴胺（PDA）,但其在不同表面的聚合机理和所形成的形貌却还不太明确。为考察材料表面的电负性、氧化条件等对多巴胺氧化自聚合的影响,本文制备了一系列以聚苯乙烯为核、多种离子型聚合物为壳的纳米粒子,详细研究了其表面的离子类型在不同聚合条件下对多巴胺聚合过程及其形貌的影响。为考察阳离子对DA聚合的影响,制备了聚苯乙烯/聚二甲基二烯丙基氯化铵纳米粒子（PS/PDMDAAC NPs）、聚苯乙烯/聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子（PS/PVP NPs）,探究了其表面的阳离子在不同pH缓冲液中与DA的加入量对PDA形成过程及其形貌的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和Zeta电位及纳米粒度分析仪对所得纳米粒子的形貌与粒径进行了分析。结果发现,DA氧化聚合形成PDA并沉积在基材纳米粒子的表面形成致密的PDA涂层,且随着DA加入量的增大,纳米粒子表面沉积的PDA涂层厚度逐渐增加,这可能是由于DA与粒子的阳离子间有较强的静电相互作用而致。但在不同纳米粒子表面所沉积的PDA层厚有较...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A-D)贻贝和足丝蛋白中Mefp-5的氨基酸序列的照片，(E)多巴胺含有在Mefp-5中发现的氨基和儿茶酚基，(F)聚多巴胺薄膜沉积过程的示意图，(G)聚多巴胺膜的厚度随沉积时间的增加而增加，(H)25种不同的聚多巴胺涂覆的表面的XPS表征[13]
是指在碱性溶液(pH>7.5)中，溶液中存在的溶解氧(O2)作为氧化剂，单体DA发生氧化并自发聚合形成PDA(如图1-2)。这种自聚合反应格外温和，不需要复杂的仪器和苛刻的反应条件。当多巴胺单体加入到碱性溶液中，多巴胺的氧化聚合就立即开始，并伴随着溶液颜色从无色变为浅棕色，再逐渐变为黑棕色的变化过程[36]。通过改变单体DA的浓度及聚合时间，可以调控基材表面所沉积的PDA涂层的厚度，但是目前在单一反应步骤中制备得到的PDA涂层的厚度最大可为50nm，继续增加反应时间或者DA的浓度都不会使PDA涂层厚度有所增加[1,18,37]。图1-2受贻贝启发的多巴胺涂层的示意图[37]Figure1-2.Schematicillustrationofmussel-inspireddopamine[37]随着研究的深入，制备PDA涂层的方法也日趋多样。Zhang等人开发出一种CuSO4/H2O2体系，用于单体DA的快速聚合，促进PDA涂层在各种致密和多孔基材上的快速沉积，而且这种体系下所制得的PDA涂层具有足够的厚度、高均匀性及优异的稳定性[38]。同样，Zhu及其同事开发了一种新颖的FeCl3/H2O2引发体系用于酸性条件下制备PDA涂层，该体系能够成功地引发并加快PDA涂层的形成，极大地减少了反应时间，还提高了涂层的稳定性[39]。另外，Lee等人[40]报道了微波辐射可以在不添加氧化剂的条件下大大加快PDA的反应动力学，辐射几分钟就可以产生厚度为几十纳米的PDA涂层，同时避免化学氧化剂对PDA膜表面的污染。微波辐射产生的自由基是聚多巴胺涂层动力学显著增强的主要来源。同样，Wang等人[41]发现微等离子体可以触发并显著加速多巴胺的聚合过程，生成均匀的PDA涂层。Levkin等人[42]证明了使用紫外线照射能够在酸性、中性或者碱性条件下引发多巴胺聚合。他们认为，在紫外线照射下产生的活性氧(ROS)是加速多巴胺聚合的关键，即
铣傻拇呋?潦?具有重大研究意义的，引起了越来越多的人的关注，因为它提供了进行环境友好的“绿色聚合物化学”的机会[44]。实际上，有机体中黑色素的生成也是L-酪氨酸在酪氨酸酶的催化氧化下而形成的。漆酶(Lac)是一种含有多铜的多酚氧化酶，属于铜蓝氧化酶，它能催化许多酚类化合物的氧化，在氧化过程中能协同传递电子并将氧还原成水，在工业废水处理、染料脱色、酒水饮料等方面均具有广泛的应用前景[45-47]。多巴胺的儿茶酚结构也被证明在pH为6的条件下，可以通过漆酶的作用发生氧化反应，并进一步聚合形成PDA涂层[48](如图1-3)。与传统的溶液氧化法相比，酶催化法不仅可以作为氧化剂促进PDA的形成，而且还可以将漆酶包埋在PDA的内部，从而继续保留其酶活性，用这种方法制备的PDA有望应用在生物传感领域。图1-3通过漆酶催化在玻璃碳电极上形成聚多巴胺-漆酶-多层纳米管纳米复合膜的示意图[48]Figure1-3.SchematicRepresentationoftheFormationofPDA-Lac-MWCNTsNanocompositeFilmonGCEthroughLacCatalysis[48]此外，通过电催化引发的电聚合反应可直接在电极上沉积PDA涂层[49]。当采用溶液氧化法制备PDA涂层时，虽然在基材的表面可以沉积PDA涂层，但是溶液体系中往往伴随着大量不溶性物质的沉淀，而使用电聚合法制备PDA涂层则可以抑制大量沉淀物的存在。与溶液氧化法相比，在相同浓度的单体下，电催化引发法可使聚多巴胺在无氧化剂的条件下直接沉积在电极上，并且具有更大的膜厚度。尽管电聚合制备方法比较简单而且有效，但是仅导电材料支持表面电聚合。Stckle等人同样也应用了循环伏安法(CV)研究了聚多巴胺的电聚合过程，以控制所沉积的PDA薄膜的厚度以及每个CV循环次数下所沉积的聚合物的质量[50]。研究发现，随着循环次数的增加，PDA薄膜几乎
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑色素的结构、性质及其在纳米复合材料领域的应用[J]. 汪洋,东为富. 中国材料进展. 2019(05)
[2]仿贻贝黏附性多巴胺的研究与应用进展[J]. 李珍妮,邓字巍. 高分子材料科学与工程. 2015(01)
[3]反应介质对聚多巴胺纳米粒子制备的影响[J]. 张弘弢,蒋金泓,莫梦婷,朱利平. 功能高分子学报. 2014(04)
[4]仿贻贝黏附高分子的研究进展[J]. 吴俊杰,龙宇华,赵宁,徐坚. 高分子通报. 2011(10)
博士论文
[1]聚合物/黑色素复合材料的制备及性能研究[D]. 汪洋.江南大学 2018
[2]聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装[D]. 刘盼苗.东南大学 2018
[3]基于多巴胺自聚—组装行为的聚合物分离膜表面修饰与性能研究[D]. 蒋金泓.浙江大学 2014
硕士论文
[1]聚乳酸/聚多巴胺复合材料的制备及性能研究[D]. 杨雯迪.江南大学 2019
[2]基于壳聚糖/纳米金复合材料的制备及其光热性能研究[D]. 曾金凤.江南大学 2018
本文编号：3414962
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A-D)贻贝和足丝蛋白中Mefp-5的氨基酸序列的照片，(E)多巴胺含有在Mefp-5中发现的氨基和儿茶酚基，(F)聚多巴胺薄膜沉积过程的示意图，(G)聚多巴胺膜的厚度随沉积时间的增加而增加，(H)25种不同的聚多巴胺涂覆的表面的XPS表征[13]
是指在碱性溶液(pH>7.5)中，溶液中存在的溶解氧(O2)作为氧化剂，单体DA发生氧化并自发聚合形成PDA(如图1-2)。这种自聚合反应格外温和，不需要复杂的仪器和苛刻的反应条件。当多巴胺单体加入到碱性溶液中，多巴胺的氧化聚合就立即开始，并伴随着溶液颜色从无色变为浅棕色，再逐渐变为黑棕色的变化过程[36]。通过改变单体DA的浓度及聚合时间，可以调控基材表面所沉积的PDA涂层的厚度，但是目前在单一反应步骤中制备得到的PDA涂层的厚度最大可为50nm，继续增加反应时间或者DA的浓度都不会使PDA涂层厚度有所增加[1,18,37]。图1-2受贻贝启发的多巴胺涂层的示意图[37]Figure1-2.Schematicillustrationofmussel-inspireddopamine[37]随着研究的深入，制备PDA涂层的方法也日趋多样。Zhang等人开发出一种CuSO4/H2O2体系，用于单体DA的快速聚合，促进PDA涂层在各种致密和多孔基材上的快速沉积，而且这种体系下所制得的PDA涂层具有足够的厚度、高均匀性及优异的稳定性[38]。同样，Zhu及其同事开发了一种新颖的FeCl3/H2O2引发体系用于酸性条件下制备PDA涂层，该体系能够成功地引发并加快PDA涂层的形成，极大地减少了反应时间，还提高了涂层的稳定性[39]。另外，Lee等人[40]报道了微波辐射可以在不添加氧化剂的条件下大大加快PDA的反应动力学，辐射几分钟就可以产生厚度为几十纳米的PDA涂层，同时避免化学氧化剂对PDA膜表面的污染。微波辐射产生的自由基是聚多巴胺涂层动力学显著增强的主要来源。同样，Wang等人[41]发现微等离子体可以触发并显著加速多巴胺的聚合过程，生成均匀的PDA涂层。Levkin等人[42]证明了使用紫外线照射能够在酸性、中性或者碱性条件下引发多巴胺聚合。他们认为，在紫外线照射下产生的活性氧(ROS)是加速多巴胺聚合的关键，即
铣傻拇呋?潦?具有重大研究意义的，引起了越来越多的人的关注，因为它提供了进行环境友好的“绿色聚合物化学”的机会[44]。实际上，有机体中黑色素的生成也是L-酪氨酸在酪氨酸酶的催化氧化下而形成的。漆酶(Lac)是一种含有多铜的多酚氧化酶，属于铜蓝氧化酶，它能催化许多酚类化合物的氧化，在氧化过程中能协同传递电子并将氧还原成水，在工业废水处理、染料脱色、酒水饮料等方面均具有广泛的应用前景[45-47]。多巴胺的儿茶酚结构也被证明在pH为6的条件下，可以通过漆酶的作用发生氧化反应，并进一步聚合形成PDA涂层[48](如图1-3)。与传统的溶液氧化法相比，酶催化法不仅可以作为氧化剂促进PDA的形成，而且还可以将漆酶包埋在PDA的内部，从而继续保留其酶活性，用这种方法制备的PDA有望应用在生物传感领域。图1-3通过漆酶催化在玻璃碳电极上形成聚多巴胺-漆酶-多层纳米管纳米复合膜的示意图[48]Figure1-3.SchematicRepresentationoftheFormationofPDA-Lac-MWCNTsNanocompositeFilmonGCEthroughLacCatalysis[48]此外，通过电催化引发的电聚合反应可直接在电极上沉积PDA涂层[49]。当采用溶液氧化法制备PDA涂层时，虽然在基材的表面可以沉积PDA涂层，但是溶液体系中往往伴随着大量不溶性物质的沉淀，而使用电聚合法制备PDA涂层则可以抑制大量沉淀物的存在。与溶液氧化法相比，在相同浓度的单体下，电催化引发法可使聚多巴胺在无氧化剂的条件下直接沉积在电极上，并且具有更大的膜厚度。尽管电聚合制备方法比较简单而且有效，但是仅导电材料支持表面电聚合。Stckle等人同样也应用了循环伏安法(CV)研究了聚多巴胺的电聚合过程，以控制所沉积的PDA薄膜的厚度以及每个CV循环次数下所沉积的聚合物的质量[50]。研究发现，随着循环次数的增加，PDA薄膜几乎
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑色素的结构、性质及其在纳米复合材料领域的应用[J]. 汪洋,东为富. 中国材料进展. 2019(05)
[2]仿贻贝黏附性多巴胺的研究与应用进展[J]. 李珍妮,邓字巍. 高分子材料科学与工程. 2015(01)
[3]反应介质对聚多巴胺纳米粒子制备的影响[J]. 张弘弢,蒋金泓,莫梦婷,朱利平. 功能高分子学报. 2014(04)
[4]仿贻贝黏附高分子的研究进展[J]. 吴俊杰,龙宇华,赵宁,徐坚. 高分子通报. 2011(10)
博士论文
[1]聚合物/黑色素复合材料的制备及性能研究[D]. 汪洋.江南大学 2018
[2]聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装[D]. 刘盼苗.东南大学 2018
[3]基于多巴胺自聚—组装行为的聚合物分离膜表面修饰与性能研究[D]. 蒋金泓.浙江大学 2014
硕士论文
[1]聚乳酸/聚多巴胺复合材料的制备及性能研究[D]. 杨雯迪.江南大学 2019
[2]基于壳聚糖/纳米金复合材料的制备及其光热性能研究[D]. 曾金凤.江南大学 2018
本文编号：3414962
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