CN108786491B - 一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法，属于材料表面改性技术领域。本发明的制备方法是基于混合溶剂法和原位共沉积法，包括制备多巴胺‑Tris缓冲液、三氯生‑乙醇溶液及二氧化钛前驱体溶胶，先将多巴胺‑Tris缓冲液与三氯生‑乙醇溶液混合，再加入二氧化钛前驱体溶胶，形成混合溶液，然后将基底放入混合溶液中浸泡后取出干燥即可得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。本发明的薄膜制备方法简单、制备环境温和，所得到的薄膜具有良好的亲水性、优良的生物相容性，并兼具一定的抗菌性能，对基板表面有一定的改善，可应用于体外细胞培养、组织工程等生物医学工程领域。

Description

一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用薄膜领域，具体涉及一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法，该薄膜兼具优良的生物相容性和抗菌性。
背景技术
多巴胺单体是源于贻贝黏附蛋白中的一种黏附功能单元，能够自聚成膜，具有良好的粘附性，并且聚多巴胺(PDA)结构中含有大量的能够作为二级反应平台的酚羟基和胺基基团，因此能够极大的提高粘附材料表面的亲水性和生物相容性[Crisp D J,Walker G,Young G A,et al.Adhesion and substrate choice in mussels and barnacles[J].Journal of Colloid&Interface Science,1985,104(1):40-50.]；二氧化钛是一种无毒的、具有良好生物相容性和化学稳定性的材料，在医学领域中被广泛的应用并且发展很快。细胞培养实验结果表明，TiO2涂层具有良好的生物相容性[Dieudonne S C,Van denDolder J,De Ruijter J E et al.Biomaterials[J],2002,23(14):3041]，无细胞毒性。
在生物医用材料的实际应用中，材料植入人体后常常会出现炎症反应及细菌感染，因此，材料表面的抗菌性逐渐成为研究热点。三氯生作为一种外用高效抗菌消毒剂，它可以杀灭金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等细菌及白色念珠菌等真菌，此外，三氯生对病毒(如乙型肝炎病毒等)也有抑止作用。
三氯生在水中的溶解度极低(≈4.62mg/L)，且自身无法粘附在材料表面，结合力极差，如何将三氯生复合到材料表面成为关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好亲水性、制备方法简单的且兼具优良生物相容性和抗菌性的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜及其制备方法，该方法可应用于材料表面改性，成本低。
本发明中所述的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜，是将聚多巴胺、三氯生及二氧化钛采用混合溶剂法在基底上制得。
所述的基底既可以是刚性基底，如石英玻璃，也可以为柔性基底，如PS基板，尤其是该方法还可以应用于聚四氟乙烯等表面能极低的基底材料。
制备所述的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜的方法，步骤如下：
1)先将Tris和多巴胺依次加入去离子水中形成缓冲液，Tris的浓度为8～12mM，多巴胺的浓度为1～3g/L，调节溶液的pH为8.5；配制浓度为1～3g/L的三氯生-乙醇溶液待用；
2)将多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液混合，并用磁子搅拌均匀，再加入8～12mL二氧化钛溶胶，继续磁力搅拌形成混合溶液；
3)将洗净后的基板浸入混合溶液中22～26h后，取出基底，干燥，获得聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
所加入的多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液的体积比为35:2～35:10，制得的复合薄膜兼具有优良的生物相容性和抗菌性能，当整个薄膜体系中三氯生含量较低时，薄膜的抗菌性难以达到要求，而当其含量更高时，虽具有较佳的抗菌性能，但其生物相容性较差。
本发明中所述的二氧化钛溶胶是将二氧化钛纳米颗粒分散于去离子水中，浓度为0.5mol/L～1mol/L。
本发明采用混合溶剂法，将多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液混合形成混合溶液，并加入二氧化钛溶胶，利用水与乙醇的互溶性，多巴胺在聚合过程中利用聚多巴胺的自聚合成膜性能和粘附性将三氯生和二氧化钛粘结在材料表面，得到与基底结合牢固且兼具优良生物相容性和抗菌性的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。本发明结合了聚多巴胺的粘附性、三氯生的高效抗菌性和二氧化钛良好的生物相容性、亲水性，改善了基板表面的亲水性、细胞相容性和抗菌性能，细胞在材料表面吸附情况良好。本发明所采用的的方法为混合溶剂法和原位共沉积法，成本低，制备环境温和，操作简单，对基板有一定的改性作用，使其能更好地应用于体外细胞培养、组织工程等生物医学工程领域。
附图说明
图1是实施例1中聚四氟乙烯基板上得到聚多巴胺/二氧化钛复合薄膜后的SEM图。
图2是实施例2中聚四氟乙烯基板上得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜后的SEM图。
图3是聚四氟乙烯基板及在其表面制得的聚多巴胺/二氧化钛薄膜和聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜在紫外照射前后的亲水性变化图。
图4是聚四氟乙烯基板及在其表面制得的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜上培养成纤维细胞1d、3d后的OD值。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度8mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.5mol/L后取10ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/二氧化钛复合薄膜。其SEM图见图1。
实施例2
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度8mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.2g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为2g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:2的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.5mol/L后取10ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。其SEM图见图2。
本例与实施例1作对比，从SEM图中可见加入三氯生后复合薄膜的表面形貌基本相同，二氧化钛纳米颗粒分布均匀，采用本发明方法制得的薄膜基本不会改变其形貌，有利于其后续应用。
实施例3
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度8mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.2g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为2g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:6的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.5mol/L后取10ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
对本例制得的样品在紫外照射前后分别进行亲水性测试，并将结果与例1、例2制得的样品在紫外照射前后进行亲水性测试所得结果相比较，制成水接触角变化图(如图3)。从图中看出，在聚四氟乙烯基板上制得一层薄膜后亲水性有一定程度的改善，且所得的复合薄膜中均有二氧化钛的存在。
实施例4
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度10mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.2g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为2g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:6的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.5mol/L后取10ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中24h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
分别在本例制得的薄膜、实施例8中所制得的薄膜、聚四氟乙烯基板上进行成纤维细胞体外培养，培养1d、3d后，利用CCK-8(Cell Counting Kit-8)法测定OD值(OpticalDensity，又称吸光值)，本例制得的薄膜的OD值相比聚四氟乙烯基板的OD值有较明显的增加(见图4)，说明所制得的复合薄膜的生物相容性相比基板有一定的提高，对基板有一定的改性作用。实施例8中所得的薄膜的OD值相比聚四氟乙烯基板反而有所下降，说明当三氯生含量过高时，虽具有较佳的抗菌性能，但其生物相容性较差。
实施例5
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度10mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.2g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为1g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.2g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为2g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:8的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.8mol/L后取10ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中24h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
实施例6
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度12mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.6g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为3g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.3g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为3g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:10的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至1.0mol/L后取8ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中26h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
实施例7
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度12mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.1g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为1g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:10的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.8mol/L后取12ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
实施例8
1)先以去离子水作为溶剂，先往200ml去离子水中加入一定量的Tris，浓度12mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，使溶液中多巴胺的浓度为2g/L，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.1g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为1g/L，分别取多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:12的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.8mol/L后取12ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h，得到聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。
实施例9
1)先以无水乙醇作为溶剂，先往200ml乙醇中加入一定量的Tris，浓度12mM，调节溶液pH为8.5，再往其中加入0.4g多巴胺，得到多巴胺-Tris缓冲液；
2)往100ml无水乙醇中加入0.1g三氯生，使溶液中三氯生的浓度为1g/L，分别取多巴胺-Tris乙醇溶液和三氯生-乙醇溶液，将两者按体积比为35:12的比例混合均匀，使总体积为100ml，然后将二氧化钛溶胶用去离子水稀释至0.8mol/L后取12ml加入其中，用磁子搅拌混合均匀；
3)将洗净后的聚四氟乙烯基板浸入其中22h，然后取出，将其置于60℃烘箱中保温1h。
在本例中，仅使用乙醇作溶剂时，发现多巴胺无法自聚成膜，将基板浸入其中浸泡后无法得到所需的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。而单独采用水作为溶剂则由于三氯生在水中的溶解度极低，无法粘附在材料表面，结合力极差。本发明采用混合溶剂法，将多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液混合形成混合溶液，并加入二氧化钛溶胶，利用水与乙醇的互溶性，将三氯生均匀分散，通过聚多巴胺的自聚合成膜性能和粘附性将三氯生和二氧化钛粘结在材料表面，得到与基底结合牢固且兼具优良生物相容性和抗菌性的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜。

Claims (3)

1.一种聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜的制备方法，其特征是，将聚多巴胺、三氯生及二氧化钛采用混合溶剂法在基底上制得，步骤如下：
1）先将Tris和多巴胺依次加入去离子水中形成缓冲液，Tris的浓度为8～12 mM，多巴胺的浓度为1～3 g/L，调节溶液的pH为8.5；配制浓度为1～3 g/L的三氯生-乙醇溶液待用；
2)将多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液混合，并用磁子搅拌均匀，再加入8～12mL二氧化钛溶胶，继续磁力搅拌形成混合溶液 ；
3)将洗净后的基板浸入混合溶液中22~26 h后，取出基底，干燥，获得聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜；
所述的二氧化钛溶胶是将二氧化钛纳米颗粒分散于去离子水中，浓度为0.5 mol/L～1mol/L。
2.根据权利要求1所述的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的基底为聚四氟乙烯、PS基板、石英玻璃。
3.根据权利要求1所述的聚多巴胺/三氯生/二氧化钛复合薄膜的制备方法，其特征在于所加入的多巴胺-Tris缓冲液和三氯生-乙醇溶液的体积比为35:2～35:10 。
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