CN115404000B - 一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法 - Google Patents

一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，包括如下步骤：将基底置于多巴胺与铜离子混合溶液中，对溶液进行超声处理一定时间。处理完成后，将基底取出，经清洗和干燥后，得到的材料表面覆有聚多巴胺涂层。采用本发明的方法在溶液中利用超声联合类芬顿反应产生大量活性氧，加快了聚多巴胺涂层的形成进程，大大提高了聚多巴胺涂层的制备效率。

Description

一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法
技术领域
本发明涉及涂层的制备，尤其涉及一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法。
背景技术
基于贻贝启发的聚多巴胺涂层因制备简易、广泛适用、易于修饰等优点被用于生物、化学和能源等重要领域的研究。聚多巴胺涂层的形成涉及氧化自聚与沉积粘附等过程，其中氧化是涂层形成的先决步骤。在经典制备方法中，氧化步骤依靠溶液中的溶解氧实现，但氧气的氧化活性与水中溶解度限制了涂层的制备效率，通常需要一天乃至数天的时间。
因此，有必要开发一种可快速制备聚多巴胺涂层的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，可在较短的时间内(10min)在多种基材表面成功制备得到聚多巴胺涂层。
具体技术方案如下：
一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，包括如下步骤：
(1)将多巴胺、可溶性铜盐与缓冲液混合，得到混合液；
(2)将基材浸于所述混合液中，经超声处理后，取出基材再经后处理得到表面涂覆有聚多巴胺涂层的基材。
本发明通过超声联合类芬顿反应，在短时间内产生大量活性氧，加快了多巴胺氧化进程，进而缩短聚多巴胺涂层形成时间。
步骤(1)中：
所述多巴胺选自盐酸多巴胺；
所述可溶性铜盐选自硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或多种；
所述混合液中，多巴胺的浓度为0.5～10mg/mL，铜离子的浓度为0.3～30mg/mL。
所述缓冲液选自醋酸钠-冰醋酸缓冲液、磷酸盐缓冲液、三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的一种或多种；醋酸钠-冰醋酸缓冲液提供酸性溶液环境，具体可选自pH＝6的醋酸钠-冰醋酸缓冲液；磷酸盐缓冲液提供中性环境，具体可选自pH＝7的磷酸盐缓冲液；三羟甲基氨基甲烷缓冲液提供碱性溶液环境，具体可选自pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液。
优选的，所述缓冲液的浓度为10～100mM。
优选的，步骤(1)中，将所述多巴胺与所述可溶性铜盐分别与所述缓冲液混合后，再共混得到所述混合液。
步骤(2)中：
所述基材的材质选自硅、玻璃、石英石、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚醚嵌段聚酰胺、尼龙中的一种或多种；
所述超声处理，超声的频率为20～400kHz，功率为30～150W，处理的时间为1～240min。
优选的，所述超声处理时伴有冰水浴，维持超声处理过程中混合液的温度为15～25℃。
步骤(2)中，所述后处理包括洗涤和干燥；所述干燥选自用氮气吹干。
在上述优选的原料及工艺条件下，进一步优选：
步骤(1)中，所述混合液中，多巴胺的浓度为2～8mg/mL，铜离子的浓度为0.5～2.5mg/mL；
步骤(2)中，所述超声处理的超声频率为20kHz，功率为90W，时间为10～15min。
经试验发现，在上述进一步优选的工艺条件下可以在多种基材表面快速地成功制备得到聚多巴胺涂层。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过超声联合类芬顿反应，加剧活性氧自由基(·OH)的产生，从而加速聚多巴胺涂层的生成。超声处理使得溶液中生成活性氧自由基和过氧化氢分子，过氧化氢与铜离子发生类芬顿反应，产生大量活性氧自由基，加速多巴胺氧化进程，加快聚多巴胺涂层形成速率。
附图说明
图1中给出了实施例1和对比例1、2分别在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的SEM图，并给出未沉积的硅片的表面的SEM图作为对比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将硅片基材置于混合液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中通过冰水浴保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，在硅片上成功沉积聚多巴胺涂层。
对比例1
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺溶于上述缓冲液中，缓冲液中盐酸多巴胺的浓度为2mg/mL。
3)将硅片基材置于含盐酸多巴胺的缓冲液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，在硅片上成功沉积聚多巴胺涂层。
对比例2
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将硅片基材置于混合液中，再将混合液放于水浴锅中，维持温度为25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，在硅片上成功沉积聚多巴胺涂层。
对比例3
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺溶于上述缓冲液中，得到缓冲液A；将硫酸铜和过氧化氢(硫酸铜和过氧化氢的摩尔比为50：1)溶于上述缓冲液中，得到缓冲液B；将两者混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将硅片基材置于步骤2)制备的混合液中，25℃水浴静置10min。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，在硅片基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
通过扫描电镜SEM对涂层的横截面进行观察，实施例1与对比例1～3分别制备的聚多巴胺涂层的厚度，在相同的时间内(10min)，实施例1在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的厚度为10nm，而对比例1～3在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的厚度分别为5nm、3nm和6nm。这说明，本发明公开的制备方法具有更快的沉积速率。
图1中给出了实施例1在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的SEM图(图中记为Sonication+Cu)，对比例1在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的SEM图(图中记为Sonication)，对比例2在硅片表面沉积的聚多巴胺涂层的SEM图(图中记为NoSonication)。通过与原始的硅片表面的SEM图对比可以发现，均成功沉积了聚多巴胺涂层，但实施例1制备的聚多巴胺涂层观察到大量物质的沉积，颗粒的尺寸显著大于各对比例。
实施例2
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为75mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为5mg/mL，硫酸铜的终浓度为1.28mg/mL。
3)将玻璃基材置于混合液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，经观察，在玻璃基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
通过扫描电镜SEM观察，本实施例在玻璃基材上沉积的聚多巴胺涂层的厚度为12nm。
实施例3
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为100mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为8mg/mL，硫酸铜的终浓度为2.048mg/mL。
3)将聚氨酯基材置于混合液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，经观察，在聚氨酯基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
通过扫描电镜SEM观察，本实施例在聚氨酯基材上沉积的聚多巴胺涂层的厚度为14nm。
对比实施例1、2和3分别制备的聚多巴胺涂层可以发现，涂层可以在不同材料的基底上成功制备；并且随着盐酸多巴胺与铜盐浓度的增加，制备的涂层厚度也随之增加。
实施例4
1)配制pH＝6的醋酸钠-冰醋酸缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将聚氨酯基材置于混合液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，经观察，在聚氨酯基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
实施例5
1)配制pH＝7的磷酸盐缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将聚氨酯基材置于混合液中，用超声仪处理10min，超声频率为20kHz，功率为90W；处理过程中用冰浴保持混合液温度在25℃。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，经观察，在聚氨酯基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
实施例6
1)配制pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，浓度为50mM。
2)将盐酸多巴胺和硫酸铜分别溶于上述缓冲液中，溶解完全后混合得到混合液，使得混合液中盐酸多巴胺的终浓度为2mg/mL，硫酸铜的终浓度为0.512mg/mL。
3)将聚氨酯基材置于混合液中，用超声仪处理15min，超声频率为20kHz，功率为90W。
4)处理完成后将基材取出，经去离子水洗2～3次后，用氮气吹干，经观察，在聚氨酯基材上成功沉积聚多巴胺涂层。
通过扫描电镜SEM观察，本实施例在聚氨酯基材上沉积的聚多巴胺涂层的厚度为13nm。

Claims (6)

1.一种超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将多巴胺、可溶性铜盐与缓冲液混合，得到混合液；
所述混合液中，多巴胺的浓度为2~8mg/mL，铜离子的浓度为0.5~2.5mg/mL；
（2）将基材浸于所述混合液中，经超声处理后，取出基材再经后处理得到表面涂覆有聚多巴胺涂层的基材；所述超声处理的超声频率为20kHz，功率为90W，时间为10~15min；所述超声处理时伴有冰水浴，维持超声处理过程中混合液的温度为15~25℃。
2.根据权利要求1所述的超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于，步骤（1）中：
所述多巴胺选自盐酸多巴胺；
所述可溶性铜盐选自硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或多种；
所述缓冲液选自醋酸钠-冰醋酸缓冲液、磷酸盐缓冲液、三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于：
所述缓冲液的浓度为10~100mM。
4.根据权利要求1所述的超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于，步骤（1）中，将所述多巴胺与所述可溶性铜盐分别与所述缓冲液混合后，再共混得到所述混合液。
5.根据权利要求1所述的超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于，步骤（2）中：
所述基材的材质选自硅、玻璃、石英石、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚醚嵌段聚酰胺、尼龙中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超声联合类芬顿反应快速制备聚多巴胺涂层的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述后处理包括洗涤和干燥；
所述干燥选自用氮气吹干。
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