抗淤积聚合物纳米涂层的结构构筑与性能研究

【摘要】：抗菌材料能有效解决细菌污染,保障人们的生活与生命安全,在自然科学界引起了广泛关注。聚合物涂层抗菌材料能表现出优于传统抗菌材料的性能,如保持原有基材的性能,抗蛋白吸附效果稳定,以及抗细菌黏附效果优异等。结合纳米粒子和嵌段聚合物制备的涂层材料,为制备一种效果稳定的抗菌材料提供了新的途径,在科学研究和实际应用中均具有重要意义。本论文以自主合成的一种嵌段聚合物为基体,并制备四种不同结构的纳米粒子,通过分析复合体系的表面粗糙度,制备具有良好抗菌效果的聚合物纳米涂层材料。探究了纳米粒子对聚合物纳米涂层材料的表面粗糙结构的影响及其抗蛋白质吸附性能和抗菌性能,为制备抗菌性能优良的涂层材料提供了理论依据。主要研究内容和结果如下:1、采用阴离子聚合反应合成了一种带双键的聚苯乙烯-b-聚二甲基硅氧烷-r-甲基乙烯基聚硅氧烷(PSDV),经分子量及其分布测定发现,所制备嵌段聚合物的相对分子量为8.9 kDa,嵌段聚合物PSDV中聚苯乙烯段与聚硅烷段的分子量比为12/77。采用原子力显微镜(AFM)表征了聚合物PSDV的表面结构,结果表明聚合物PSDV制膜后表面出现相分离。2、采用“微乳液”法,通过油胺还原乙酸银制备了银纳米粒子(Ag NPs)。表征结果表明,低尺寸分布(10?20纳米)的Ag NPs的产率为80%,六个月后依然保持优良的单分散,并探究了反应温度和反应时间以及油胺浓度对Ag NPs形貌的影响,提出了在有机溶剂中合成单分散Ag NPs的方法。3、在高温裂解—原位合成法制备了四氧化三铁载银纳米粒子(Fe_3O_4@Ag NPs)。结果表明,所制备的Fe_3O_4@Ag NPs保持单分散并具有异质结构。采用磁性能分析和抗菌测试发现Fe_3O_4@Ag纳米粒子具有室温超顺磁性,在靶向抗菌领域具有巨大的应用前景。4、利用水热法,在柠檬酸钠和乙酸钠的混合溶液中,以铜盐和铁盐为金属离子源,制备了铁酸铜(CuFeO_2)纳米粒子。表征结果表明柠檬酸钠的浓度、反应的时间以及铜离子的浓度均对CuFeO_2纳米粒子的合成产生影响。当柠檬酸钠的浓度0.025 g/mL时,制备的CuFeO_2纳米粒子呈现良好的单分散,粒子尺寸分布为5?10 nm。磁性能分析表明,CuFeO_2纳米粒子表现出快速的磁响应性和室温超顺磁性,其饱和磁化强度达62.7 emu/g。5、利用聚乙烯醇(PVA)修饰和诱导制备了立方体型聚乙烯醇包覆的铁酸铜(CuFeO_2/PVA)纳米粒子。表征结果表明反应的温度、反应的时间以及PVA的浓度均对CuFeO_2粒子的形貌产生影响。磁性能分析表明立方体型CuFeO_2/PVA纳米粒子具有室温超顺磁性,其饱和磁化强度可达65.4 emu/g。6、利用嵌段聚合物与纳米粒子复合,采用低温退火工艺,分别制备了Ag纳米粒子嵌段聚合物涂层(Ag/PSDV涂层)、Fe_3O_4@Ag纳米粒子嵌段聚合物(Fe_3O_4@Ag/PSDV涂层)、铁酸铜纳米粒子嵌段聚合物涂层(CuFeO_2/PSDV涂层)和聚乙烯醇包覆铁酸铜纳米粒子嵌段聚合物涂层(CuFeO_2/PVA/PSDV涂层)。扫描电镜(SEM)图片显示,当纳米粒子含量为0.5 vol.%时,制备的各涂层表面产生了取向的褶皱形貌。原子力电镜(AFM)图片显示表面上凸起点均匀分布,且具有纳米级粗糙度。涂层的抗蛋白吸附测试和细菌黏附测试表明,Ag/PSDV涂层、Fe_3O_4@Ag/PSDV涂层、CuFeO_2/PSDV涂层和CuFeO_2/PVA/PSDV涂层在24小时的抗蛋白吸附效果分别为93.7%,87.5%,81.9%和82.4%。三次重复使用后各涂层的抗蛋白效果保持率分别为83.1%,87.9%,90%和92%。由各涂层的SEM图片以及浸泡细菌溶液的OD_(600)的值表明,各涂层均具有良好的抗细菌黏附性能。由这种嵌段聚合物和纳米粒子制备的聚合物纳米涂层在抗细菌淤积方面具有潜在的应用前景,为制备新型抗菌材料提供了一种新的方法。

【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB306