[发明专利]一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用，具体提供了一种表面改性的MXene纳米片，所述MXene纳米片中具有Na离子和磺酸插层，同时表面还具有聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层；所述聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层依次设置；具体地，先在具有Na离子和磺酸插层的MXene纳米片表面聚合聚多巴胺层，然后再原位聚合聚乙烯二氧噻吩层。本发明的MXene纳米片各种修饰之间相互作用，同时强化了MXene纳米片在生物体内的物理化学稳定性、成膜能力、生物相容性等多种性质，因此其能够作为电极修饰材料、外周神经的细胞修复材料、神经电极的导线、中枢神经电极的位点等。

技术领域

本发明属于生物用材料领域，具体涉及一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

从石墨机械剥离的石墨烯的奇异特性表明，通过将三维材料的厚度减薄到二维原子薄片，可以深刻地调整电学、光学、机械和电化学特性，这一突破性发现极大地促进了对石墨烯以外的高质量二维材料的合成和表征的研究。MXenes是一类新的二维材料，已经在许多方面引起了越来越多的研究关注，站在二维材料界的前沿。MXene材料是一类层状二维碳/氮化物，通常通过化学蚀刻法抽离其母相材料MAX相(Mn+1AXn，n＝1-3，M为过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N)中的A层原子层得到。到目前为止，已经通过实验合成了30多个MXene材料，预计还有更多(数百个)在热力学上是稳定的。因此，与其他二维材料不同，MXenes本身是一大类材料，具有高导电性、体积电容和电磁干扰屏蔽性能等多种特性。这些出色的表现表明MXenes在电化学储能、透明导电电极和薄膜晶体管的电触点、电磁干扰屏蔽、光电探测器、传感等许多应用中都有前景。这些应用的核心在于制造先进的基于MXene架构，包括纳米结构电极、高质量连续薄膜/触点，以及功能器件的图案。

截止到目前为止，MXene材料在生物工程学领域的应用主要集中在载药，导电聚合物和电极修饰上，而在神经科学领域少有应用。其原因主要有MXene容易氧化和在组织内扩散和生物相容性低使得MXene很难应用在复杂的神经系统。

现有技术对MXene材料的改性通常集中于导电性、分散性和稳定性等某一特性的改进，尤其是稳定性，常规的改性方式如引入败血酸钠、离子分散剂等，这些改性方式是对材料的边缘晶格缺陷进行钝化，而这种改性方式会引起其他性质的降低。

公布号为CN 111447968 A的专利公开了一种使用2D金属碳化物和氮化物(MXene)的植入型器件，具体公开了一种包含MXene的接触材料，所述MXene上还包含导电聚合物，如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)或类似物。但是该专利中，并未公开如何制备导电聚合物，聚乙烯二氧噻吩通常是通过三种方法获得，化学聚合、电聚合和光聚合。其中电聚合和光聚合并不能实现纳米片表面修饰，只能用于镀层、镀膜或体积成形等。然而，在MXene上原位聚合乙烯二氧噻吩是困难的，因为常规乙烯二氧噻吩化学聚合需要利用包含三价铁离子在内的氧化性的催化剂，而由于MXene有较强的还原性，所以会破坏MXene。

公布号为CN 109096754 A的专利公开了一种MXene-聚多巴胺复合材料，其通过将MXene和多巴胺进行反应获得原位聚合的聚多巴胺，但是该方案由于直接在MXene表面进行聚合，聚合活性弱导致聚合时间较长，需要24小时。另外聚合后的多巴胺置于MXene表面，和外界直接接触，很容易受到过于强烈的氧化环境的影响导致结构破坏，使其原本能够增加稳定性的聚多巴胺层维持稳定性的效果部分丧失。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种可以适应复杂的体内环境的MXene纳米片，其同时强化了MXene纳米片在生物体内的物理化学稳定性、成膜能力、生物相容性等多种性质。

本发明一个方面提供了一种表面改性的MXene纳米片，所述MXene纳米片中具有Na离子和磺酸插层，同时表面还具有聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层。