CN112063001B - 一种类流体界面、构建方法及其抗污应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种类流体界面、构建方法及其抗污应用，包括以下步骤：a)对待修饰材料的表面进行氨基化处理；b)将氨基化处理后的材料浸泡于含有双端琥珀酰亚胺基团分子的无水乙醇溶液中，常温下静置30‑90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的双端琥珀酰亚胺基团分子，晾干后浸入双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷溶液中，常温下静置30‑90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的聚二甲基硅氧烷，至此为一个修饰周期；c)进行不少于一个的修饰周期，即获得类流体界面。本发明可实现对易于被有机试剂溶胀的PDMS等材料的修饰，不仅提高材料表面的抗污染性，同时提供功能化的修饰基团。
Description
技术领域
本发明涉及一种类流体界面、构建方法及其抗污应用。
背景技术
抗污自清洁的材料表面可以排斥油等污染物，在摩天大楼的抗污垢玻璃、自清洁系统的餐桌、减少指纹附着的智能手机屏等应用中，极大的改善了人们的日常生活。
目前可采用以下两种方式构建抗污表面：1、在表面构筑微纳结构并进行疏水处理；2、使用超低表面张力的功能液体与含有微/纳结构的基底材料复合。然而，以上两种方式制备的抗污表面是非反应性的。通过接枝聚合物也是构建抗污表面的一种有效方法，其中，柔性的氨基丙基封端的聚二甲基硅氧烷链，由于其极低的玻璃化转变温度，在室温下处于高度可运动的状态，表现出“类流体”的行为，从而使液体易于滑移，具有抗污染性能。同时，由于氨基丙基封端，存在可供功能化的修饰位点，将在化学分析和生物医学诊断等应用中发挥重要的作用。
目前已报道制备类流体界面的过程中，不可避免的会使用甲苯等有毒试剂，不符合绿色环保要求，且甲苯会使得PDMS产生溶胀，限制了对PDMS等材料修饰类流体界面的应用。因此，开发温和的方法制备类流体界面显得尤为重要。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种类流体界面、构建方法及其抗污应用，可实现对易于被有机试剂溶胀的PDMS等材料的修饰，不仅提高材料表面的抗污染性，同时提供功能化的修饰基团。
为了实现上述目的，本发明采用的一种类流体界面的构建方法，包括以下步骤：
a)对待修饰材料的表面进行氨基化处理；
b)将氨基化处理后的材料浸泡于含有双端琥珀酰亚胺基团分子的无水乙醇溶液中，常温下静置30-90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的双端琥珀酰亚胺基团分子，晾干后浸入双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷溶液中，常温下静置30-90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的聚二甲基硅氧烷，至此为一个修饰周期；
c)进行不少于一个的修饰周期，即获得类流体界面。
作为改进，所述待修饰材料为无机材料或高分子材料。
作为改进，所述无机材料为不锈钢、钛、玻璃中的任一种。
作为改进，所述高分子材料为PDMS、VHB(Very High Bonding，一种高柔韧性和高粘附力的丙烯酸酯材料)、Ecoflex(美国Smooth-On)、尼龙中的任一种。
作为改进，所述双端琥珀酰亚胺基团分子采用琥珀酰亚胺碳酸脂或二(N-羟基琥珀酰亚胺)辛二酸酯。
作为改进，所述聚二甲基硅氧烷的分子量为1-100kDa。
另外，本发明还提供了一种由所述构建方法构建的类流体界面。
最后，本发明还提供了一种所述类流体界面在抗污中的应用。
本发明的机理：
琥珀酰亚胺基团可与氨基化合物发生经典的酰胺化过程，双端的琥珀酰亚胺基团分子作为双官能团的交联剂，在此起到桥接作用，一端连接氨基化的修饰材料，一端连接氨基封端的聚二甲基硅氧烷，可进行交替的多次周期性修饰，通过共价层层自组装的方式构建类流体界面。此过程较为温和，可修饰易于被有机试剂溶胀的PDMS等材料，拓展了修饰材料的种类。柔性的氨基丙基封端的聚二甲基硅氧烷链，由于其极低的玻璃化转变温度，在室温下处于高度可运动的状态，表现出“类流体”的行为。这种类流体界面将固-液界面转移到液-液界面，表现出优异的抗污染性。且由于氨基丙基封端，同时还具有可供功能化的修饰位点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明不使用甲苯等有毒的试剂，以无水乙醇作为溶剂，绿色环保安全。
2、本发明可对易于被有机试剂溶胀的PDMS等材料进行修饰，修饰方法更具普适性，拓展了修饰材料的种类。
3、本发明通过原位动态实时监测琥珀酰亚胺基团分子和双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷分子共价自组装过程，可指导设计优化反应时间，从而提高接枝效率。
4、本发明制备的类流体界面采用浸泡方式，可保证被修饰材料的各部分接枝均匀，适用范围广，同时修饰分子的厚度可控
5、本发明类流体界面的制备工艺简单、易操作，不需要昂贵、复杂的设备，工艺成本较低，效果较为显著，且构建的类流体界面，不仅表现出优异的抗污染性，同时具有可供功能化的修饰基团。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种构建类流体界面的步骤示意图；
图3为本发明实施例利用QCM-D进行原位动态实时监测琥珀酰亚胺基团分子和双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷分子共价自组装过程；
图4为本发明实施例利用椭圆偏振法测量不同修饰周期对应自组装膜的厚度；
图5为本发明实施例中PDMS、类流体界面对无水乙醇和油的滑移性评价；
图6为本发明实施例中PDMS、类流体界面对荧光标记的微颗粒的抗污染性评价；
图7为本发明实施例中类流体界面的修饰位点进行荧光标记。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
结合图1、图2所示，一种类流体界面的构建方法，包括以下步骤：
a)PDMS经等离子体处理后，浸入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液((3-Aminopropyl)triethoxysilane，APTES，4％v/v，溶剂为无水乙醇)中，在室温下反应60分钟，此时在PDMS表面修饰了氨基基团；
b)用无水乙醇溶液清洗未反应的APTES，40℃烘干，再浸入现配的N,N'-二琥珀酰亚胺基碳酸酯(N,N'-Disuccinimidyl carbonate，DSC，浓度为1μg/mL，溶剂为无水乙醇)溶液中，在室温下反应60分钟，最后用无水乙醇溶液清洗未反应的DSC，继续将PDMS浸入现配的双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷溶液(Poly(dimethylsiloxane),bis(3-aminopropyl)terminated，μPDMS)(浓度为1mg/mL，溶剂为无水乙醇)中，在室温下反应60分钟，之后用无水乙醇溶液清洗未反应的μPDMS，至此为一个修饰周期；
c)根据实验需求，进行DSC和μPDMS交替的多个周期的修饰，即获得类流体界面。
以实施例1制得的类流体界面为例，其本质上是通过共价层层自组装的方式制备聚二甲基硅氧烷界面。琥珀酰亚胺基团可与氨基化合物发生经典的酰胺化过程，DSC作为双官能团的交联剂，在此起到桥接作用，一端连接氨基化的修饰材料，一端连接氨基封端的聚二甲基硅氧烷。
如图3所示，利用QCM-D进行原位动态实时监测DSC和μPDMS共价自组装过程，对设计优化反应时间、提高接枝效率、高效的自组装实验设计提供了指导性依据。
如图4所示，随着接枝周期的增加，修饰分子层的厚度也在增大。
如图5所示，无水乙醇和油滴在PDMS界面上很快就铺展，表现出亲油性；而在类流体界面很容易滑动，不会钉扎在界面上，表现出憎油性。
实施例2
一种类流体界面的构建方法，包括以下步骤：
a)PDMS经等离子体处理后，浸入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液((3-Aminopropyl)triethoxysilane，APTES，4％v/v，溶剂为无水乙醇)中，在室温下反应60分钟，此时在PDMS表面修饰了氨基基团；
b)用无水乙醇溶液清洗未反应的APTES，40℃烘干，再浸入现配的二(N-羟基琥珀酰亚胺)辛二酸酯溶液(Disuccinimidyl suberate，DSS，浓度为1μg/mL，溶剂为无水乙醇)中，在室温下反应60分钟，最后用无水乙醇溶液清洗未反应的DSS，继续将PDMS浸入现配的双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷溶液(浓度为1mg/mL，溶剂为无水乙醇)中，在室温下反应60分钟，之后用无水乙醇溶液清洗未反应的μPDMS，至此为一个修饰周期；
c)根据实验需求，进行DSS和μPDMS交替的多个周期的修饰，即获得类流体界面。
如图6所示，将PDMS和类流体界面分别浸入含有荧光标记微球的溶液中，清洗后检测观察表面的荧光信号。PDMS的表面检测出强的荧光信号，说明PDMS的表面已被污染，而类流体界面没有观察到任何的荧光信号，表现出优异的抗污染性。
如图7所示，在温和的条件下，异硫氰酸荧光素可以与氨基发生反应生成异硫脲键，可作为氨基的标记物。因此，类流体界面修饰位点可进行荧光标记，也可进行功能化修饰，在此只是作为一个概念和应用的展示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种类流体界面的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）对待修饰材料的表面进行氨基化处理；
b）将氨基化处理后的材料浸泡于含有双端琥珀酰亚胺基团分子的无水乙醇溶液中，常温下静置30-90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的双端琥珀酰亚胺基团分子，晾干后浸入双氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷溶液中，常温下静置30-90分钟，然后用无水乙醇溶液清洗未反应的聚二甲基硅氧烷，至此为一个修饰周期；
c）进行不少于一个的修饰周期，即获得类流体界面。
2.根据权利要求1所述的一种类流体界面的构建方法，其特征在于，所述待修饰材料为无机材料或高分子材料。
3.根据权利要求2所述的一种类流体界面的构建方法，其特征在于，所述无机材料为不锈钢、钛、玻璃中的任一种。
4.根据权利要求2所述的一种类流体界面的构建方法，其特征在于，所述高分子材料为PDMS、尼龙中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种类流体界面的构建方法，其特征在于，所述双端琥珀酰亚胺基团分子采用琥珀酰亚胺碳酸酯或二(N-羟基琥珀酰亚胺)辛二酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种类流体界面的构建方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的分子量为1-100 kDa。
7.一种由权利要求1-6任一项所述构建方法构建的类流体界面。
8.一种权利要求7所述类流体界面在抗污中的应用。
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| CN105601976A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-05-25 | 苏州大学 | 一种在生物医用材料表面上制备抗菌表面的方法 |
| CN109806780A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-28 | 中山大学 | 一种线性聚二甲基硅烷修饰油水分离膜的制备方法及其制备的油水分离膜 |
-
2020
- 2020-09-11 CN CN202010951873.6A patent/CN112063001B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103966321A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-08-06 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种区域选择性抗生物污染阵列芯片的制备方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Micropatterning of diacetylenic liposomes on glass surfaces;Hee Yong Shim;《Materials Science and Engineering C》;20041231;第24卷;157-61 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112063001A (zh) | 2020-12-11 |
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