亲/疏水性功能表面抗多巴粘附特性的调控及机理

摘要

贻贝足丝蛋白(Mefps)对各种表面的粘附已经被广泛关注，所含大量3.4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)被认为是起强烈湿粘附性的主要化学物质，但是贻贝粘附于具有不同性质的表面的机制远未被深入理解。
　　首先，本文制备了一系列具有不同端基官能团的自组装单层(SAMs)光滑表面，通过化学力显微镜(CFM)方法系统研究了DOPA与SAMs表面间的相互作用。随着从SAM-OH表面到SAM-C6H5表面疏水性的增加，粘附力逐渐从最小的0.66nN增加到最大的4.43nN，随着表面疏水性的继续增加，粘附力逐渐减小，发现疏水作用在DOPA与SAMs表面的粘附过程中并没有起决定性作用。利用经典的和扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论，计算出非DLVO力的贡献，发现DOPA可以与不同的官能团表面相互作用，是因为DOPA残基中的苯环或者邻羟基可以单独主导DOPA与表面之间的粘附，采取平行或者垂直于表面的构型。
　　其次，本文通过在硅片表面有机蒸镀50nm、100nm、200nm、500nm厚度的二十九烷制备了不同晶体密度的仿生早金莲叶面蜡质纳米结构表面，采用端基修饰DOPA的原子力显微镜胶体探针，对各纳米结构表面进行了粘附性能测试，发现蒸镀200nm厚度的纳米结构表面具有最低粘附力。采用反应离子刻蚀方法制备了高度为1、3、5μm的硅材质仿生鲨鱼皮微米结构表面，并选择了200nm厚度二十九烷在仿生鲨鱼皮表面进行有机蒸镀制备了微纳复合结构表面，研究发现DOPA与5μm高度的微纳复合结构表面的粘附力(0.97nN)显著小于在硅片表面蒸镀200nm厚度二十九烷制备的纳米结构表面的粘附力(2.02nN)，并且与相应高度的硅材质仿生鲨鱼皮微米结构表面相比，不仅具有更好的抗DOPA粘附效果，还兼有旱金莲叶面的强疏水性和极佳的抗水粘附能力。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 贻贝足丝蛋白粘附作用机制

1．3 选题背景及国内外研究现状

1．3．1 DOPA与不同表面之间的作用构型研究

1．3．2 DOPA粘附性能的单分子力学研究

1．4 研究内容及研究方法

第2章 实验部分

2．1 实验试剂

2．1．1 实验药品

2．1．2 缓冲溶液的配制

2．2 实验设备

2．3 表征测试

2．3．1 扫描电子显微镜形貌分析

2．3．2 表面元素及含量分析

2．3．3 润湿性能测试

2．3．4 原子力显微镜形貌及力学测试

2．3．5 材料表面的水粘附力测试

2．3．6 材料表面ZETA电位测定

2．3．7 分子层厚度测试

2．4 自组装单分子层(SAMs)的制备

2．5 原子力显微镜探针的修饰

2．6 原子力显微镜胶体探针的制备

2．7 仿生旱金莲叶面蜡质纳米结构的制备

2．8 仿生鲨鱼皮微米结构表面及微纳复合结构表面的制备

2．9 原子力显微镜力测试技术

第3章 DOPA与不同官能团修饰的光滑表面之间的相互作用

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 原子力显微镜探针的表征

3．2．2 自组装单分子层表面的表征

3．3 相互作用力的直接测试

3．4 理论和计算

3．4．1 DLVO理论模型

3．4．2 扩展的DLVO模型(EDLVO)

3．5 F-D接近曲线上的DLVO和EDLVO理论建模

3．6 本章小结

第4章 DOPA与仿生粗糙结构表面之间的相互作用

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 原子力显微镜胶体探针的表征

4．2．2 纳米结构表面的SEM图像和AFM粗糙度和高度表征

4．2．3 DOPA与不同晶体密度纳米结构表面粘附性能的考察

4．2．4 仿生鲨鱼皮微米结构表面及微纳复合结构表面的形貌和润湿性

4．2．5 仿生鲨鱼皮微米结构表面及微纳复合结构表面的水粘附实验

4．2．6 DOPA与仿生鲨鱼皮微米结构和微纳复合结构表面粘附性能的考察

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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