改性纳米粒子复合材料的制备与表征
摘要：利用多巴胺在固体表面氧化自聚合的特性，通过一种简便易行的方式制备了聚多巴胺表面修饰的纳米二氧化硅改性粒子 PD-SiO2。红外光谱测试表明，聚多巴胺在没有破坏纳米二氧化硅结构的前提下成功黏附其表面。多巴胺是一种生物神经递质，可以在弱碱环境中氧化聚合成形成一种具有超强粘附性的涂层。利用聚多巴胺的表面活性和几乎对于任何材料都具有的粘附性，通过精巧的设计和条件控制，可以有效地改善材料表面性能，实现诸如对单细胞进行封装，对纳米材料进行功能化改性等等一系列的应用。
关键词：贻贝，多巴胺，聚多巴胺，纳米二氧化硅，纳米技术
一、文献综述
贻贝等海洋动物已经掌握了湿粘附技术。粘附在湿表面上会产生许多问题，包括在湿表面上存在水边界层，这会抑制粘合剂和基材之间的分子接触。贻贝克服这些障碍的能力激发了许多研究，试图了解贻贝粘附的机制以及开发用于水下和医疗应用的仿生粘合剂.贻贝粘附是由足丝介导的一束螺纹，每一根在一端连接到贻贝，另一端通过扁平的斑块连接到基底上。目前，已鉴定出8种蛋白质，其特征在于噬菌斑 - 基质界面上发现贻贝足蛋白（mfps）3,5和6的斑块，并且似乎是贻贝粘附于湿表面的能力的主要原因。所有mfps的一个显着特征是酪氨酸向3,4-二羟基苯基-L-丙氨酸（DOPA）的翻译后修饰的存在。
受贻贝中粘合蛋白成分的启发，我们使用多巴胺自聚合在各种无机和有机材料上形成薄的，表面粘附的聚多巴胺薄膜，包括贵金属，氧化物，聚合物，半导体和陶瓷。散装材料表面的化学改性方法在现代化学，生物和材料科学以及应用科学，工程和技术中发挥着核心作用。 用于材料表面功能修饰的现有工具箱包括诸如自组装单层（SAM）形成，功能化硅烷，Langmuir-Blodgett沉积，逐层组装和基因工程化表面结合肽的方法。 尽管在研究中广泛实施，但许多可用方法对于广泛的实际应用具有局限性，具体实例包括界面改性剂和表面之间的化学特异性要求。
多巴胺是一种独特的生物物质，主要存在于贻贝类生物黏附组织蛋白中，人类的脑内也会分泌多巴胺。除了医学方面的应用以外，最近研究发现它可以通过一个简单的自我聚合与大量的无机、有机、金属基材结合，甚至是聚四氟乙烯。由于它是一种天然的生物材料，因此它在完全生物可降解材料中的应用引起研究人员的兴趣。聚乳酸 ( PLA) 具有力学性能、透明性和透气性良好等优点，已成为最有前途的可生物降解高分子材料。其缺点主要集中在脆性大、耐热性不好等方面。
近年来的仿生学研究发现，多巴胺在水溶液中能够发生氧化聚合，在固体材料表面形成一层强黏附的复合层。此外，由于聚多巴胺表面层含有丰富的极性基团，具有较强的亲水性。纳米二氧化硅（SiO2）作为一种常见却又非常重要的无机材料,在我们的日常生活中扮演着不可或缺的角色。SiO2纳米材料具有良好的化学稳定性、热稳定性以及机械性能,在诸如建筑、医学、电子、光学等多方面应用广泛。此外,SiO2纳米颗粒尺寸小,比表面积大,表面吸附力强,表面能大,而且水中分散性好,表现出良好的吸附性能。然而,单纯的SiO2本身所具有的官能团不足,实际应用比较受限。近年来,关于有机-无机复合材料的研究广受关注,通过与有机小分子或功能高分子杂化形成有机-无机复合材料可以赋予SiO2更优异的特性,这为拓展SiO2应用提供了新思路。根据文献报道,纳米二氧化硅的生物相容性并不太理想,限制了它的进一步应用。因此,对二氧化硅纳米粒子进行表面修饰,改善其生物相容性是目前需要解决的问题。
纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。
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