CN105833916B - 一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜的制备方法，其步骤包括：1）将盐酸多巴胺加入到去离子水中，得到A溶液；2）将TiO2水溶胶与部分A溶液混合，得到B溶液；3）将洁净的基板加入到余下的A溶液中浸泡，在基板上获得聚多巴胺薄膜；4）聚多巴胺薄膜上旋涂B溶液，干燥。本发明制备方法成本低廉，工艺简单，易于实现，制得的聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜生物相容性好，且该薄膜中的TiO2纳米颗粒分散均匀，与基板有较强的结合力，具有一定的光响应性，可应用于生物组织工程、光催化等领域。

Description

一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双层复合薄膜及其制备方法，具体涉及一种具有高结合强度的聚多巴胺（PDA）/二氧化钛（TiO2）双层复合薄膜及其制备方法。
背景技术
TiO2是一种具有良好生物相容性、无毒性、化学稳定性等优点的无机材料，并且其在经过紫外光照后可以达到超亲水，拥有极强的光催化活性。如今TiO2材料被广泛应用在生物组织工程、太阳能电池、自清洁等领域[Marco Faustini. et al. Hydrophobic,Antireflective, Self-Cleaning, and Antifogging Sol-Gel Coatings: An Exampleof Multifunctional Nanostructured Materials for Photovoltaic Cells. Chem.Mater. 2010, 22, 4406-4413]、[Kui Cheng, Yu Sun. et al. Improved light-inducedcell detachment on rutile TiO2 nanodot films. Acta Biomaterialia. 26(2015)347-354]。
多巴胺无毒、生物相容性良好，是一种神经传导物质，能够自组装成含丰富酚羟基和含胺基团的聚多巴胺。
现有在组织工程上应用的这类薄膜自下而上共有五层，依次为非织布层、多孔支撑膜层、聚酰胺薄膜层、多巴胺薄膜层和TiO2颗粒薄膜层。其制备方法非常复杂：首先是在玻璃板上缠一层非织布，其次是在非织布上浸渍制备一层聚醚砜和N-甲基吡咯烷酮的混合多孔支撑膜，接着通过界面聚合的方法在此多孔支撑膜上合成一层聚酰胺薄膜，然后在此聚酰胺薄膜表面上自聚合成一层多巴胺薄膜，最后将此薄膜结构浸没在二氧化钛颗粒悬浮液中，浸渍沉积成TiO2颗粒薄膜。此种薄膜TiO2颗粒薄膜厚度不均匀，部分TiO2颗粒表面还覆盖有多巴胺层，使得TiO2颗粒无法暴露，从而抑制了TiO2所应发挥的性能，限制了其在薄膜领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本低廉、具有良好生物相容性和高结合强度的聚多巴胺/二氧化钛（PDA/TiO2）双层复合薄膜的制备方法。
本发明的聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将0.08~0.16mg盐酸多巴胺加入到40~80ml去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
2）取出5~10ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:1~1:10混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
3）将洁净的基板加入到余下的A溶液中，浸泡10~12h后取出，50~60℃干燥，在基板上获得聚多巴胺薄膜；
4）在步骤3）的聚多巴胺薄膜上滴加20ul~30ul B溶液，以6000-8000r/min的转速旋涂30~40s，50~60℃干燥10~12h，获得聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜。
上述技术方案中，所述的基板通常为聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、石英玻璃、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）或者聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
本发明的制备方法，在基板上自下而上依次自聚合制备PDA薄膜和旋涂制备TiO2纳米颗粒薄膜双层结构，操作简单，无需高温处理，易于实现，并且所采用的溶剂均为去离子水，避免了有机杂质的引入。通过在基板上制备一层PDA薄膜，极大地改善了基板的亲水性，从而也进一步提高了二氧化钛纳米颗粒薄膜与基板的结合力。该双层复合薄膜生物相容性良好，有利于其在组织工程及光催化等领域的推广使用。
附图说明
图1是PDA/TiO2双层复合薄膜的结构示意图，在基板上自下而上依次有PDA薄膜和TiO2纳米颗粒薄膜;
图2是PDA/TiO2双层复合薄膜的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）将0.08mg盐酸多巴胺加入到40ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出5ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:1混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的PS基板加入到余下的A溶液中，浸泡10h后取出，50℃干燥，在PS基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加20ul B溶液，以6000r/min的转速旋涂30s，50℃干燥10h, 制得PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜表面形貌见图2，薄膜中的TiO2纳米颗粒分散均匀，经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由35。降低至5。。此双层复合薄膜与PS基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。
实施例2
（1）将0.09mg盐酸多巴胺加入到50ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出6ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:3混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的PP基板加入到余下的A溶液中，浸泡10h后取出，52℃干燥，在PP基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加22ul B溶液，以6000r/min的转速旋涂32s，52℃干燥10h, 制得PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由45。降低至10。。此双层复合薄膜与PP基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。
实施例3
（1）将0.10mg盐酸多巴胺加入到60ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出7ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:5混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的石英基板加入到余下的A溶液中，浸泡11h后取出，54℃干燥，在石英基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加24ul B溶液，以7000r/min的转速旋涂34s，54℃干燥11h, 从而制得具有高结合强度的PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由55。降低至20。。此双层复合薄膜与石英基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。
实施例4
（1）将0.12mg盐酸多巴胺加入到70ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出8ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:7混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的硅基板加入到余下的A溶液中，浸泡11h后取出，56℃干燥，在硅基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加26ul B溶液，以7000r/min的转速旋涂36s，56℃干燥11h, 从而制得具有高结合强度的PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由60。降低至35。。此双层复合薄膜与硅基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。
实施例5
（1）将0.14mg盐酸多巴胺加入到80ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出9ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:9混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的PET基板加入到余下的A溶液中，浸泡12h后取出，58℃干燥，在PET基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加28ul B溶液，以8000r/min的转速旋涂38s，58℃干燥12h，从而制得具有高结合强度的PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由70。降低至50。。此双层复合薄膜与PET基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。
实施例6
（1）将0.16mg盐酸多巴胺加入到80ml 去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
（2）取出10ml A溶液，将TiO2水溶胶与其按体积比1:10混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
（3）将洁净的PMMA基板加入到余下的A溶液中，浸泡12h后取出，60℃干燥，在PMMA基板上获得PDA薄膜；
（4）在步骤3）的PDA薄膜上滴加30ul B溶液，以8000r/min的转速旋涂40s， 60℃干燥12h，从而制得具有高结合强度的PDA/ TiO2双层复合薄膜。
本例制得的复合薄膜经UV365照射20min后，其表面的二氧化钛颗粒薄膜接触角由75。降低至60。。此双层复合薄膜与PMMA基板结合牢固，超声震荡10min，二氧化钛颗粒薄膜不脱落。

Claims (2)

1.一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将0.08～0.16mg盐酸多巴胺加入到40～80ml去离子水中，搅拌至完全溶解，得到A溶液；
2)取出5～10ml A溶液，将TiO2水溶胶与A溶液按体积比1:1～1:10混合，并充分搅拌混合均匀，得到B溶液；
3)将洁净的基板加入到余下的A溶液中，浸泡10～12h后取出，50～60℃干燥，在基板上获得聚多巴胺薄膜；
4)在步骤3)的聚多巴胺薄膜上滴加20ul～30ul B溶液，以6000-8000r/min的转速旋涂30～40s，50～60℃干燥10～12h，获得聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜的制备方法，其特征在于所述的基板为聚苯乙烯、聚丙烯、石英玻璃、硅片、聚对苯二甲酸乙二酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
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