[发明专利]一种可快速合成的生物矿化涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种可快速合成的生物矿化涂层及其制备方法与应用，制备方法为S1、将大西洋假交替单胞菌、解脂假交替单胞菌、叶氏假交替单胞菌、枯草芽孢杆菌、八叠芽孢杆菌扩大培养后混合得到细菌培养液；S2、消毒金属材料后将其浸入细菌培养液，得到带有微生物膜的金属材料；S3、将碳酸钠加入到含有氯化钠、聚乳酸、玻尿酸、富里酸的前体溶液中混合得到生物矿化成核溶液，将带有微生物膜的金属材料置于生物矿化成核溶液中静置，金属材料上即带有生物矿化涂层。与现有技术相比，本发明的制备方法简便、易操作，制备时间大大缩短，且从其制备到最终投入使用全程绿色环保，对环境无污染，是一种能够快速制备具有防腐功能的生物矿化涂层的方法。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其是涉及一种可快速合成的生物矿化涂层及其制备方法与应用。

背景技术

生物矿化是自然界中普遍存在的现象，是由钙、磷等无机盐在生物调控下通过化学反应形成难溶性盐，并与有机基质形成矿化组织。例如一些生物有机体，如鱼鳞、珍珠层和海藻，由于其具有优异的力学性能和多种功能性，引起了广泛关注。其中，天然生物矿化材料基本以碳酸钙为主，由于其在油-水分离、抗生物污损和减阻等多个领域的潜在应用，激发了研究人员设计和创造新型生物矿化材料热情。到目前为止，利用仿生手段制备的生物矿化材料已被制造出来。然而，这些制备方法大多数不适用于工业规模生产：常见的第一种方法便是直接利用微生物矿化，通过微生物诱导矿化形成碳酸钙层，过程耗时极长，长达14天，如Marine Bacteria Provide Lasting Anticorrosion Activity for Steel viaBiofilm-Induced Mineralization和专利CN110743204B公开的一种基于枯草芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀制备的油水分离钢网及其制备方法。另外一种常见的制备方法就是采用化学方法，过程复杂，制备速度慢，时间往往也要十天以上，成本高昂，且大量化学试剂的使用带来了极大的环境污染风险，如Nacre-inspired underwater superoleophobic films withhigh transparency and mechanical robustness以及专利CN106519747B公开的一种碳酸钙涂层的制备方法。因此，开发可快速制备且具有一定强度的表面，以一种快速简单的合成方式合成并满足许多新兴领域的实际应用需求，如防腐，极具使用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的耗时、成本高、制备过程复杂缺陷而提供一种可快速合成的生物矿化涂层及其制备方法与应用。利用微生物形成生物膜的自发性和快速性取代化学法生物矿化过程中最费时和繁琐的有机膜的沉积步骤，而后续化学法合成碳酸钙又大大加速了微生物矿化过程中碳酸钙沉积形成的漫长过程，从而大幅提高了合成速度和防腐效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一为提供一种可快速合成的生物矿化涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、菌种培养：将大西洋假交替单胞菌、解脂假交替单胞菌、叶氏假交替单胞菌、枯草芽孢杆菌、八叠芽孢杆菌分别接种到液体培养基中，并于25-37℃，100-130r/min的条件下培养12-48h，混合后得到细菌培养液；

S2、生物膜生长：消毒金属材料后将其浸入S1步骤中的细菌培养液，在25-37℃，100-130r/min的条件下培养18-24h，得到带有微生物膜的金属材料；

S3、碳酸钙沉积：将碳酸钠加入到含有氯化钠、聚乳酸、玻尿酸、富里酸的前体溶液中室温搅拌混合，调pH至碱性，过滤得到生物矿化成核溶液，将S2步骤得到的带有微生物膜的金属材料置于生物矿化成核溶液中静置，金属材料上即带有生物矿化涂层。