本發(fā)明涉及多巴胺，尤其是涉及一種TiO₂修飾多巴胺抗菌涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

微生物傾向于粘附在材料的表面，在自身分泌的胞外聚合物(EPS)中分裂繁殖，EPS通過物理吸附覆蓋在材料的表面。生物粘附已經(jīng)成為一個嚴重的問題，特別是在醫(yī)療器械、食品加工等領(lǐng)域，會引起各種疾病、資源的浪費和設(shè)備的損壞等一系列問題。設(shè)計表面具有抗菌功能的材料是減少細菌污染的有效途徑。

目前抗菌方法主要包括物理方法和化學方法兩大類。物理方法主要是通過改變細菌生存環(huán)境的壓力、溫度或者使用射線等手段滅菌；化學方法則通過改變細菌生活的酸堿性、脫水等手段殺菌。而在材料領(lǐng)域，抗菌材料的制備主要是通過添加抗菌劑的方法來實現(xiàn)。抗菌劑是一類具有抑菌和殺菌性能的物質(zhì)，是抗菌材料的核心。根據(jù)抗菌劑化學成分的分類，可以分為無機類抗菌劑、有機低分子類抗菌劑、天然產(chǎn)物類抗菌劑、有機高分子抗菌劑和復(fù)合抗菌劑五大類。中國專利CN105238056A公開一種抗菌高溫硅橡膠的制備方法，通過溶膠-凝膠法將抗菌離子附著在白炭黑載體上得到抗菌凝膠，然后加入高溫硅橡膠混煉、硫化制成。中國專利CN105237668A公開一種新型高分子季銨鹽抗菌整理劑的制備方法及應(yīng)用。中國專利CN104324052A公開一種無機抗菌劑及其制備方法。

一類無機抗菌劑以二氧化鈦為代表，其特點是耐熱性比較高，必須有紫外照射和有氧氣或水存在才能起殺菌作用。中國專利CN105925103A提供了一種抗菌涂料及含抗菌涂料的透氣抗菌膜的生產(chǎn)方法，主要有納米TiO₂、環(huán)甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥丙磺酸等熔融擠出、破碎、微粉碎、篩選粉末等工藝過程生產(chǎn)。中國專利CN104672717A將無水乙醇、乙酸、三乙胺、鈦酸四丁酯、PVC樹脂等原料通過水熱合成制備出一種具有良好抗菌性能的納米氧化鈦改性PVC樹脂。專利WO2003092886提供了一種制備高抗菌性能和高光催化活性的介孔TiO₂薄膜的制備方法。目前有關(guān)TiO₂抗菌的研究工作已經(jīng)開展了很多，但是大多工藝繁瑣或者應(yīng)用條件有限。

多巴胺是一種生物神經(jīng)遞質(zhì)，在水溶液中，它能在溶解氧的條件下發(fā)生氧化-交聯(lián)反應(yīng)，形成強力附著于固體材料表面的聚多巴胺復(fù)合薄層(PDA)。基于多巴胺的這一特性，通過多巴胺在固體基膜上的自聚-復(fù)合，對膜進行表面改性，并以具有反應(yīng)活性的聚多巴胺復(fù)合層為平臺，進一步修飾膜表面，實現(xiàn)膜的功能化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供具有操作簡單、條件溫和、使用安全等優(yōu)點的TiO₂修飾多巴胺抗菌涂層的制備方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)基底預(yù)處理；

在步驟1)中，所述基底預(yù)處理的具體方法可為：對基底表面進行裁剪，依次用洗潔精、NaOH水溶液、丙酮、乙醇、超純水超聲清洗，然后氮氣或氬氣吹干，得到預(yù)處理的基底，所述NaOH水溶液可采用質(zhì)量百分比為0.5％～1.0％NaOH水溶液，所述超聲清洗的時間可為10～20min；所述基底可采用玻璃、導電玻璃(ITO)等。

2)多巴胺處理；

在步驟2)中，所述多巴胺處理的具體方法可為：將多巴胺溶于Tris-HCl溶液中，制成多巴胺溶液，將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，振蕩，使預(yù)處理好的玻璃片表面形成聚多巴胺層，再用Tris-HCl溶液超聲清洗，除去玻璃片表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子，然后用去離子水清洗，用氮氣或氬氣吹干后，放入培養(yǎng)皿中待用，所得產(chǎn)物記為G-PDA；所述Tris-HCl溶液可采用pH＝8.5的Tris-HCl溶液；所述多巴胺溶液的質(zhì)量濃度可為2mg/mL；所述振蕩可在振蕩器中以100～200rpm的速度振蕩12～24h；所述超聲清洗的時間可為10～20min。

3)制備TiO₂溶膠；

在步驟3)中，所述制備TiO₂溶膠的具體方法可為：將鈦酸四正丁酯加入無水乙醇中，配成溶液A，將去離子水加入到無水乙醇中，加入HNO₃，再加入硝酸銀，配成溶液B，將溶液B加入溶液A中，得TiO₂溶膠；所述鈦酸四正丁酯、無水乙醇的體積比可為1︰4；所述去離子水、無水乙醇和HNO₃的體積比可為1.5︰10︰(0.5～1)；所述加入HNO₃后調(diào)節(jié)pH為3～4。

4)固定TiO₂，得TiO₂修飾多巴胺抗菌涂層。

在步驟4)中，所述固定TiO₂，得TiO₂修飾多巴胺抗菌涂層的具體方法可為：將G-PDA浸泡在TiO₂溶膠中，取出后晾干，將晾干的G-PDA放入馬弗爐中煅燒，得到表面覆蓋TiO₂的產(chǎn)物，即TiO₂修飾多巴胺抗菌涂層，記為G-P-TiO₂。

在步驟4)中，所述將G-PDA浸泡在TiO₂溶膠中的時間可為3～6h，所述煅燒的溫度可為300～500℃

本發(fā)明以固體材料為基底，如：玻璃、導電玻璃(ITO)等，在其表面進行多巴胺自聚，再用TiO₂進行修飾，合成具有抗菌性能的涂層。主要步驟為：首先對基底材料進行清洗，然后在基底材料的表面進行多巴胺的自聚，形成包覆型的聚多巴胺層，再用配制好的TiO₂溶膠對包覆聚多巴胺的材料進行修飾，獲得TiO₂修飾多巴胺的抗菌材料。本發(fā)明所使用的方法簡單、反應(yīng)條件溫和，制備出的TiO₂修飾多巴胺的抗菌材料具有良好的抗菌性能，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、食品加工等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為預(yù)處理后的空白玻璃片的表面形貌。

圖2為多巴胺修飾后的玻璃片的表面形貌。

圖3為接枝TiO₂后的玻璃片的表面形貌。

圖4為空白玻璃片表面在大腸桿菌懸液中共孵育6h后，表面粘附細菌的情況。

圖5為接枝TiO₂后的玻璃片表面在大腸桿菌懸液中共孵育6h后，表面粘附細菌的情況。

具體實施方式

以下實施例將對本發(fā)明進行功能更為全面的描述

實施例1

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、0.5％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃片，將所得產(chǎn)物標記為G，觀察其表面，如圖1。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩12h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA，觀察其形貌，如圖2。

將10mL鈦酸四正丁酯加入40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，用移液槍加入0.5mL左右的HNO₃，調(diào)節(jié)pH為3～4，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，繼續(xù)攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的TiO溶膠。

將G-PDA浸入到TiO₂溶膠中，靜置6h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，放入馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至300℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物記為G-P-TiO2，觀察期形貌，如圖3。分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)6h(在紫外照射條件下)，之后對大腸桿菌進行固定，在電鏡下觀察細菌的形貌，如圖4和5。

實施例2

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、1％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃，將所得產(chǎn)物標記為G，測量G的接觸角。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩12h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA。

將10mL鈦酸四正丁酯加入40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，加入0.5mL左右的HNO₃，調(diào)節(jié)pH為3～4，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。

將G-PDA浸入到TiO₂溶膠中，靜置4h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，之后放入馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至400℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物記為G-P-TiO₂。分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂分別在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)3h(在紫外照射條件下)，之后固定，在電鏡下觀察細菌的形貌。

實施例3

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、1％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃，將所得產(chǎn)物標記為G。測量G的接觸角。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩12h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA。

將10mL鈦酸四正丁酯加入40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，加入0.5mL左右的HNO₃，調(diào)節(jié)pH為3～4，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。

將G-PDA浸入到TiO₂溶膠中，靜置4h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，之后放入馬弗爐中，以2℃/min的升溫速率升至500℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物記為G-P-TiO₂。分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)3h(在紫外照射條件下)，之后固定，在電鏡下觀察細菌的形貌。

實施例4

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、0.5％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃片，將所得產(chǎn)物標記為G，測量G的接觸角。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩24h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA。

將10mL鈦酸正丁酯加入到40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，加入0.5mL左右的HNO₃，調(diào)節(jié)pH為3～4，再加入0.5g硝酸銀，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。

將G-PDA浸入到Ag-TiO₂溶膠中，靜置6h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，之后放入馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至400℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物標記為G-P-TiO₂。之后分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂分別在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)3h，之后固定，在電鏡下觀察細菌的形貌。

實施例5

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、0.5％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃片，將所得產(chǎn)物標記為G，測量G的接觸角。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩24h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA。

將10mL鈦酸正丁酯加入到40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，加入0.5mL左右的HNO₃，調(diào)節(jié)pH為3～4，再加入1g硝酸銀，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。

將G-PDA浸入到Ag-TiO₂溶膠中，靜置6h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，之后放入馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升至400℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物標記為G-P-TiO₂。之后分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂分別在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)3h，之后固定，在電鏡下觀察細菌的形貌。

實施例6

將剪裁好的玻璃片(1cm×2cm×1mm)置于玻璃試管中，依次用洗潔精、0.5％的NaOH、丙酮、無水乙醇、超純水清洗，之后用N₂吹干，得到預(yù)處理的玻璃片，將所得產(chǎn)物標記為G，測量G的接觸角。稱取一定量的多巴胺，溶于pH＝8.5的Tris-HCl溶液，制成濃度為2mg/mL的多巴胺溶液。將預(yù)處理好的玻璃片放入多巴胺溶液中，在振蕩器中以150rpm的速度振蕩24h，使其表面形成聚多巴胺層。再用pH＝8.5的Tris-HCl溶液超聲清洗10min(除去玻璃表面結(jié)合不牢固的多巴胺分子)，然后用去離子水清洗，最后用氮氣或氬氣吹干，放入培養(yǎng)皿中待用。將所得產(chǎn)物標記為G-PDA。

將10mL鈦酸正丁酯加入到40mL無水乙醇中，攪拌0.5h，形成溶液A。將1.5mL去離子水加入到10mL無水乙醇中，加入0.5mL左右的HNO3，調(diào)節(jié)pH為3～4，再加入1.5g硝酸銀，形成溶液B。將溶液B以1滴/s的速度滴加到攪拌的溶液A中，滴加完后，攪拌0.5h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。

將G-PDA浸入到Ag-TiO₂溶膠中，靜置6h，將所得的產(chǎn)物自然晾干，之后放入馬弗爐中，以2℃/min的升溫速率升至400℃，燒制2h，隨爐自然降溫。將所得到的產(chǎn)物標記為G-P-TiO₂。之后分別將G、G-PDA、G-P-TiO₂分別在大腸桿菌的懸液中培養(yǎng)6h，之后固定，在電鏡下觀察細菌的形貌。