聚多巴胺辅助纳米材料功能化蚕丝的制备与应用

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蚕丝作为一种天然纤维,具有穿着舒适,光滑柔软,透气性好等优良性能。然而,它也存在着一些固有缺陷,比如光致老化、发黄,易皱,易滋生细菌。为克服以上不足,近年来国内外在蚕丝表面改性、表面功能化方面进行了大量研究。利用纳米功能材料修饰蚕丝,进而拓展其功能是一种有效、安全的手段。纳米银修饰抗菌蚕丝,是目前研究最多的纳米修饰蚕丝材料。在已有报道中,纳米银的修饰需用到还原试剂或γ射线辐射等。大型辐射设备以及环境污染性试剂的使用,严重地限制了纳米银修饰蚕丝的实际应用。此外,如何实现较高的纳米银负载量,是需要考虑的另一个关键问题。本研究针对以上问题,探究了通过聚多巴胺(polydopamine,PDA)表面修饰,实现无外加还原剂的贵金属纳米材料蚕丝表面原位合成,并对纳米材料修饰后蚕丝的抗菌、表面增强拉曼(SERS)、催化等应用进行了研究。主要工作如下:1.聚多巴胺修饰蚕丝表面银纳米粒子的原位合成采用PDA修饰蚕丝,进而辅助银纳米粒子(Ag NPs)在蚕丝表面原位合成。结果表明Ag NPs均匀分布在PDA修饰的蚕丝表面,其粒径为30-90 nm,同时Ag NPs具有良好的面心立方结构。生长曲线和抑菌环实验结果表明Ag NPs修饰蚕丝具有良好的抗菌性能。经与紫外照射法制备的材料对比,发现PDA辅助Ag NPs修饰蚕丝银离子释放量更多且释放时间更长,表明Ag NPs的负载量更高和其抗菌性能更加持久。2.聚多巴胺修饰蚕丝表面Fe3+辅助银纳米片的原位合成通过研究发现,在PDA修饰蚕丝过程中添加Fe3+可介导银纳米片的原位合成。经SEM表征证实,50μg/mL FeCl3和50 mM AgNO3的合成体系可制得高密度银纳米片,且通过调节反应时间可实现对银纳米片尺寸的调控。基于实验结果,提出了一种可能机制来解释银纳米片的合成过程。这一机制包括Fe3+在PDA膜中的嵌入,Ag NPs在PDA膜中成核以及Fe3+调控的纳米银定向生长过程。拉曼光谱图表明银纳米片可增强PDA的拉曼散射峰,制备的银纳米片修饰蚕丝可作为灵活基底应用于基于SERS的生物传感器领域。3.聚多巴胺修饰蚕丝表面金纳米粒子的原位合成采用PDA修饰蚕丝,进而在其表面原位合成金纳米粒子(Au NPs)。实验结果表明:Au NPs均匀分布在PDA修饰的蚕丝表面且具有良好的面心立方结构;在5 mg/mL HAuCl4反应10 min制备的Au NPs修饰蚕丝其催化性能最佳,反应速率常数为0.087 min-1;连续循环六次反应后,催化剂仍然表现出很高的催化活性,证明蚕丝负载Au NPs催化剂可用于重复和循环使用,同时也表明PDA还原的Au NPs与蚕丝结合牢固。本研究为对硝基苯酚催化反应催化剂的制备提供了一个新的途径。综上所述,本研究发展了经PDA辅助,在蚕丝表面原位合成高密度Ag NPs、银纳米片和Au NPs的方法,并进一步探索纳米材料修饰蚕丝在抗菌、SERS以及催化领域的应用。本研究可望为纳米材料修饰蚕丝提供新的方法,并进一步拓宽其应用领域。
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