[发明专利]一种基于多巴胺的自聚合反应制备温度响应型表面的方法

说明书

本发明提供了一种基于多巴胺的自聚合反应制备温度响应型表面的方法，步骤如下：(1)将聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米凝胶颗粒均匀分散在温度为4～25℃、pH值为7～10的Tris缓冲液中得到纳米凝胶颗粒分散液，将盐酸多巴胺溶解于纳米凝胶颗粒分散液中得到修饰液；(2)使清洁的基材的待修饰部位处于修饰液氛围中，在有氧条件下于20～25℃反应至少10h，然后用去离子水清洗经过前述处理的基材，再将清洗后的基材在20～50℃干燥去除基材表面的水分，即完成温度响应型表面的制备。该方法兼具化学作用的稳定性与物理作用的简易性，且不受基材限制，适用性广。

技术领域

本发明属于温度响应型表面的制作领域，特别涉及一种基于多巴胺的自聚合反应制备温度响应型表面的方法。

背景技术

温度响应型表面是指通过响应外界环境温度的变化使材料表面的物理化学性质，如润湿特性、摩擦特性、机械特性、光学特性、反应特性等发生可逆变化的表面。其中，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(Poly(N-isopropylacrylamide),PNIPAM)是一种最为常见、相对易于制备的温度响应型高分子材料，近年来已成为制备温度响应型功能表面的主要材料。将PNIPAM修饰在材料表面，通过温度的刺激可以使该表面的亲疏水润湿状态发生可逆的转换。当温度低于PNIPAM的低临界溶解温度(LCST,～32℃)时，PNIPAM高分子链与水分子形成氢键，呈现出舒展亲水的状态，此时宏观上表现为基材表面的接触角相对较小；当温度高于其LCST时，PNIPAM高分子链与水分子之间的氢键发生断裂，呈现出收缩疏水的状态，此时宏观上表现为基材表面的接触角相对较大。由于这一特殊的表面性质，基于PNIPAM制备的温度响应型表面在药物控制释放、细胞捕获释放、智能开关膜、传感检测、组织培养、酶的固定等多个领域都展现出广阔的应用前景。尽管基于PNIPAM的温度响应型表面在众多领域都表现出应用潜力，然而目前在材料表面修饰PNIPAM高分子材料制备温度响应型表面仍然面临着巨大的挑战，这主要受限于修饰方法的复杂性以及适用基材的局限性。

根据表面修饰的PNIPAM材料径向于表面的一维尺寸分类，可将温度响应型表面分为三类：第一类为基于PNIPAM水凝胶层(厚度为几百微米到几毫米)在表面的固定，第二类为基于PNIPAM纳米凝胶颗粒(厚度为几十到几百纳米)在表面的固定，第三类为基于PNIPAM高分子刷(厚度为几纳米到几十纳米)在表面的固定。当刺激响应性材料在至少一个方向的尺寸小于10μm时，该材料的特征响应时间将小于1s(见Tokarev,I.；Minko,S.Soft Matter2008,5(3),511.)，因此为了使温度响应型表面具有快速的温度响应速率，研究者们常以表面接枝PNIPAM高分子刷或表面固定PNIPAM纳米凝胶颗粒作为制备温度响应型表面的常用手段。表面接枝PNIPAM高分子刷往往是通过表面活性自由基反应，如原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成断裂键转移自由基聚合(RAFT)、等离子体照射等将PNIPAM高分子链以共价键的形式连接在基材表面(见Merlitz,H.；He,G.L.；Wu,C.X.,et al.Physical ReviewLetters 2009,102(11),115702.)。通过化学共价键的作用在基材表面修饰PNIPAM高分子刷得到的温度响应型表面具有良好的稳定性和均匀性，但这类方法对待修饰的基材具有严格的要求，需要对基材表面进行活化改性以连接活性反应基团，还必须严格控制反应过程中的反应条件，且化学修饰的过程相对冗杂、需要较长的制备周期、对基材的材料类型有较大的限制(见Clodt,J.I.；Filiz,V.；Rangou,S.,et al.Advanced Functional Materials2012,23(6),731.)。表面修饰PNIPAM纳米凝胶颗粒往往是通过范德华力、氢键作用或电荷作用将PNIPAM纳米凝胶颗粒以物理非共价键的作用固定在基材表面，主要有浸涂法、旋涂法以及溶剂蒸发法，这三种方法都都需要提前对PNIPAM纳米凝胶颗粒以及基材进行电荷或活性基团的修饰，使基材的适用范围受限。通过物理方法在基材表面固定PNIPAM纳米凝胶颗粒制备温度响应型表面比化学接枝法更加简单和快速，但PNIPAM纳米凝胶颗粒与基材的结合力弱、温度响应型表面的使用稳定性差，不利于温度响应型表面在不同环境下的长期使用。