[发明专利]一种类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层及其制备方法和应用。该复合涂层的制备方法为：将蛋白质水溶液、氧化石墨烯分散液和三(2‑羧乙基)膦盐酸盐水溶液均匀混合后置于一定温度下使蛋白质发生类淀粉样转变；然后升高温度使氧化石墨烯还原，得到稳定的黑色悬浊液；最后通过溶剂挥发法在基材表面制备类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层。本发明类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层的制备方法简单，不使用有毒试剂和有机溶剂，不污染环境，能够稳定牢固地粘附于多种金属、无机、聚合物基材表面，且该复合涂层具有良好的生物相容性、优异导电性能及光热转化性能，可用于传感器和超远距离激光致动器。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯涂层具有优异的电学、光学、力学、导热及阻隔性能，被广泛应用于生物传感、微机电、气体阻隔、抗电磁屏蔽和防腐等领域。然而，目前石墨烯涂层在制备过程中存在着以下问题：(1)使用有毒还原剂(如水合肼)还原氧化石墨烯；(2)石墨烯在溶剂中分散性较差，不能得到均匀的、性能优异的石墨烯涂层；(3)涂层与基材粘附性差，在使用过程中易产生破坏、脱落。因此，非常有必要发展一种简单、环保、低成本、粘附能力强的石墨烯涂层制备方法。

陕西师范大学杨鹏等人受海洋生物藤壶的启发，在溶菌酶水溶液中加入一定量二硫键还原剂三(2-羧基乙基)磷盐酸盐，溶菌酶就可以在接近生理条件的水相温和环境中快速发生相转变进行类淀粉样聚集，该类淀粉样聚集体含有大量β-折叠结构，可在各种材料(无机、有机、金属、聚合物等)表界面牢牢粘附(Yang,P.et al.Adv.Mater.2016,28,7414)。此外，蛋白质作为一类两亲性生物大分子，可用于改善石墨烯的分散性和生物相容性(Laaksonen,P.et al.Angew.Chem.Int.Ed.2010,122,5066；Li,C.X.etal.Nat.Nanotechnol.2012,7,421)。因此，基于蛋白质类淀粉样转变的仿生粘附在多功能石墨烯涂层制备方面展示出巨大的潜力。

发明内容

本发明的目的是针对现有石墨烯涂层制备方法中存在的制备过程不环保，涂层不均匀、性能差，涂层与基材粘附力弱等问题，提供一种简单、环保、粘附能力强的类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层制备方法。

针对上述目的，本发明采用的类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层由下述方法制备得到：

类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1、将蛋白质水溶液、氧化石墨烯分散液与10～100mmol/L pH值为3～10的三(2-羧乙基)膦盐酸盐水溶液均匀混合，所得混合液在25～40℃下反应，使蛋白质发生类淀粉样转变。

2、将步骤1中反应后的悬浊液调节pH值为2～3，在70～90℃下反应，还原氧化石墨烯。

3、将步骤2所得悬浊液倒入底部放置有基材的模具中，待溶剂完全挥发后，在基材表面形成类淀粉样蛋白质/还原氧化石墨烯复合涂层。

上述步骤1中，所述蛋白质为溶菌酶、牛血清白蛋白、胰岛素、α-乳白蛋白中的一种或多种；所述蛋白质水溶液的浓度为0.5～50mg/mL，氧化石墨烯分散液是利用超声波将改进的Hummers法制备的氧化石墨烯分散到去离子水中得到，其中氧化石墨烯的浓度为0.1～10mg/mL。优选所述蛋白质水溶液的浓度为2～20mg/mL，氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为1～7mg/mL，三(2-羧乙基)膦盐酸盐水溶液的pH值为4～6、浓度为30～70mmol/L。

上述步骤1中，进一步优选将所得混合液在25～40℃下反应2～10小时。

上述步骤2中，优选将步骤1中反应后的混合液用1mol/L盐酸调节pH值为2～3，在70～90℃下反应6～9小时。