阅读说明：本技术 一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法 (Preparation method of hierarchical-structure super-hydrophobic surface assisted by dopamine ) 是由 赵远锦 张露露 王月桐 于 2020-04-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法,包括以下步骤：步骤一、将基底浸泡在多巴胺溶液中,使其表面形成聚多巴胺功能层；将基底倾斜置于容器中,倒入超纯水至基底完全浸入水中；将微米光子晶体悬浮液分散到水面上,再沉积到基底的表面上；步骤二、将步骤一得到的沉积有微米光子晶体薄膜的基底浸泡在多巴胺溶液中,使其表面再次形成聚多巴胺功能层；将基底倾斜置于容器中,倒入超纯水至基底完全浸入水中；将纳米光子晶体悬浮液分散到水面上,再沉积到基底的表面上,基底表面上获得微纳分级结构薄膜；步骤三、氟硅烷修饰步骤二获得的微纳分级结构薄膜表面。本发明具有方法简单、操作方便、价格低廉等优点。(The invention discloses a preparation method of a hierarchical structure super-hydrophobic surface assisted by dopamine, which comprises the following steps: soaking a substrate in a dopamine solution to form a polydopamine functional layer on the surface of the substrate; placing the substrate in a container in an inclined manner, and pouring ultrapure water until the substrate is completely immersed in the water; dispersing the micron photonic crystal suspension on the water surface, and then depositing the micron photonic crystal suspension on the surface of the substrate; soaking the substrate deposited with the micron photonic crystal film obtained in the step one in a dopamine solution to enable the surface of the substrate to form a polydopamine functional layer again; placing the substrate in a container in an inclined manner, and pouring ultrapure water until the substrate is completely immersed in the water; dispersing the nano photonic crystal suspension on the water surface, and depositing the nano photonic crystal suspension on the surface of the substrate to obtain a micro-nano hierarchical structure film on the surface of the substrate; and step three, modifying the surface of the film with the micro-nano hierarchical structure obtained in the step two by fluorosilane. The invention has the advantages of simple method, convenient operation, low price and the like.)

一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种超疏水表面，尤其涉及一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法。

背景技术

固体表面的超疏水行为是表面性质的一个非常重要的方面，在日常生活、医疗、工业和农业中有着广泛的实际应用。一般来说，制备超疏水表面有两种方法：一种是在分子水平上用低表面能材料修饰粗糙表面，另一种是用自组装方法或微结构制造方法改变表面粗糙度。显然，制备超疏水表面的技术关键是有效构建低表面能涂层和赋予独特的表面粗糙度结构。

一种较为广泛的方法是通过光子晶体自组装来构建粗糙表面。尽管单分散光子晶体的自组装在超疏水表面已经取得了重大进展，但它们的主要用途仍然局限于创建具有复杂形貌的纳米结构，且大多数自组装方法只能应用于平面基底。此外，现有的表面润湿性观测策略通常需要精密的仪器，这限制了对表面润湿性的实时监测。

发明内容

本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，以克服现有传统自组装制备超疏水表面方法制备材料昂贵、步骤繁琐、局限于平面基底等缺点。

为实现上述目的，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：步骤一、将基底浸泡在多巴胺溶液中，使其表面形成聚多巴胺功能层；将修饰有聚多巴胺功能层的基底倾斜置于容器中，倒入超纯水至基底完全浸入水中；配置含有微米光子晶体的微米光子晶体悬浮液，并将微米光子晶体悬浮液分散到水面上，形成二维微米光子晶体薄膜，再沉积到基底的表面上；步骤二、将步骤一得到的沉积有二维微米光子晶体薄膜的基底浸泡在多巴胺溶液中，使其表面再次形成聚多巴胺功能层；将修饰有聚多巴胺功能层、且沉积有二维微米光子晶体薄膜的基底倾斜置于容器中，倒入超纯水至基底完全浸入水中；配置含有纳米光子晶体的纳米光子晶体悬浮液，并将纳米光子晶体悬浮液分散到水面上，形成二维纳米光子晶体薄膜，再沉积到基底的表面上，基底表面上获得微纳分级结构薄膜；步骤三、氟硅烷修饰步骤二获得的微纳分级结构薄膜表面。

其中，二维微米/纳米光子晶体薄膜指单层的微米/纳米光子晶体薄膜。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，微米光子晶体为微米聚苯乙烯；纳米光子晶体为纳米二氧化硅。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，微米光子晶体的粒径范围为1μm-25μm；纳米光子晶体的粒径范围为180nm-310nm。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，微米光子晶体悬浮液由浓度为20％的聚苯乙烯水溶液与正丙醇以2：1的体积比混合制成；纳米光子晶体悬浮液由浓度为20％的二氧化硅纳米颗粒的正丁醇溶液与无水乙醇以2：1的体积比混合制成。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，基底为二维基底或三维基底。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，基底为柔性基底、玻璃基底或金属基底。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一和步骤二中，基底置于容器中的倾斜角度为30-45°。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一和步骤二中，形成二维微米/纳米光子晶体薄膜及其沉积的具体方法为：用注射器取微米/纳米光子晶体悬浮液，毛细管通过聚乙烯管与注射器连通，毛细管的尖端与液面相接触，启动注射器，微米/纳米光子晶体悬浮液通过毛细管分散在水面上，形成二维微米/纳米光子晶体薄膜；容器底部具有出液口，打开出液口，释放超纯水，二维微米/纳米光子晶体薄膜沉积在基底表面上。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，氟硅烷修饰的具体方法为：首先，将氟硅烷和二氯甲烷按1:10的体积比混合，倒入干净的玻璃皿中；然后将步骤二获得的微纳分级结构薄膜和盛满混合液体的玻璃皿一同放入塑料盒中，并用保鲜膜包起来密封，防止气体逸出；最后将盒子放入70℃的干燥箱中2小时后取出。

进一步，本发明提供一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中，多巴胺溶液为多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液溶液，三羟甲基氨基甲烷缓冲液的浓度为10mM、pH为8.5，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为2mg/mL。

本发明的有益效果在于：本发明在多巴胺的协助下，通过液气界面自组装方法可在二维及三维基底表面上制备出具有结构色的分级结构超疏水表面，分级结构不仅具有超疏水性能，还具有彩虹色的结构色，且方法简单，操作方便，价格低廉。其中，二维和三维基底表面经过多巴胺修饰形成聚多巴胺功能层，使得其表面具有强粘附性，该特性使得单层光子晶体薄膜更加牢固的黏附在任意基底表面。

此外，本发明制备的分级结构薄膜具有彩虹色的结构色，一旦被水浸润渗透，结构色会消失。这种特性能够可视化地监测浸润性，在实时监测机器生产损耗、医疗导管疏水内壁制造等方面有广泛应用。

附图说明

图1是多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备过程示意图。

图2是实施例1微纳分级结构薄膜制备过程不同阶段的扫描电镜图，其中a和c为5μm二维聚苯乙烯微球单层膜的俯视图和侧视图，b和d为由5μm聚苯乙烯微球和230nm二氧化硅纳米粒子组成的分级结构膜的俯视图和侧视图；

图3是在不同图案形状的基底上制备的具有相应图案的微纳分级结构的实物图；

图4是分级结构薄膜局部等离子体处理后被水渗透的不同阶段的实物图和接触角；

图5是实施例2在不同三维基底上制备分级结构的实物图；

图6是实施例2在不同三维基底上制备分级结构的接触角。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提出了一种多巴胺协助下的分级结构超疏水表面的制备方法，过程如图1所示，包括以下步骤：

步骤一、将玻璃基底浸泡在多巴胺溶液中，使其表面形成聚多巴胺功能层。多巴胺溶液为多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液溶液，三羟甲基氨基甲烷缓冲液的浓度为10mM、pH为8.5，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为2mg/mL。

将修饰有聚多巴胺功能层的基底以30-45°的倾斜角倾斜置于容器中，倒入超纯水至基底完全浸入水中。

配置浓度为20％的直径为5μm的聚苯乙烯水溶液，然后将其与正丙醇以2：1的体积比混合，超声10-48h，直到悬浮液没有沉淀为止，获得含有微米聚苯乙烯光子晶体的微米光子晶体悬浮液。用注射器取微米聚苯乙烯光子晶体悬浮液，毛细管通过聚乙烯管与注射器连通，毛细管的尖端与液面相接触，形成液气界面。启动注射器，微米聚苯乙烯光子晶体悬浮液通过毛细管分散在水面上，形成二维微米聚苯乙烯光子晶体薄膜。容器底部具有出液口，打开出液口，释放超纯水，二维微米聚苯乙烯光子晶体薄膜沉积在基底表面上，扫描电镜如图2中a和c所示。

步骤二、将步骤一得到的沉积有二维微米聚苯乙烯光子晶体薄膜的基底浸泡在多巴胺溶液中，使其表面再次形成聚多巴胺功能层。

将修饰有聚多巴胺功能层、且沉积有二维微米光子晶体薄膜的基底倾斜置于容器中，倒入超纯水至基底完全浸入水中。

通过多次离心用正丁醇代替二氧化硅纳米粒子(230nm)水溶液中的水，制得浓度为20％的二氧化硅纳米颗粒的正丁醇溶液，将其与无水乙醇以2：1的体积比混合，超声10-48h，直到悬浮液没有沉淀为止，获得纳米二氧化硅光子晶体悬浮液。通过注射器、聚乙烯管和毛细管将纳米二氧化硅光子晶体悬浮液分散到水面上，形成二维纳米二氧化硅光子晶体薄膜。打开容器底部的出液口，释放超纯水，二维纳米二氧化硅光子晶体薄膜沉积到基底的表面上，获得微纳分级结构薄膜，扫描电镜如图2中b和d所示。

步骤三、将氟硅烷和二氯甲烷按1:10的体积比混合，倒入干净的玻璃皿中。然后将步骤二获得的微纳分级结构薄膜和盛满混合液体的玻璃皿一同放入塑料盒中，并用保鲜膜包起来密封，防止气体逸出。最后将盒子放入70℃的干燥箱中2小时后取出，获得氟硅烷修饰的微纳分级结构薄膜。氟硅烷修饰分级结构表面，可增大表面接触角。

本实施例中，玻璃基底也可以为柔性基底或金属基底。

图3为在不同图案形状的基底上制备的具有相应图案的微纳分级结构薄膜的实物图，如图所示，在光的折射和反射的作用下，微纳分级结构薄膜呈现彩虹色的结构色。

微纳分级结构薄膜超疏水表面缺损试验：

对分级结构超疏水薄膜进行等离子体处理，以模拟分级结构超疏水表面缺损的情况，经等离子体处理的分级结构超疏水薄膜可以被水渗透。如图4所示，对蜻蜓形状分级结构的局部(左边翅膀)进行等离子体处理，使该部分分级结构超疏水薄膜表面可以被水渗透，其中a为局部等离子体处理的分级结构超疏水薄膜被水逐渐渗透的过程(比例尺为1.5厘米)，b为相应阶段测量的接触角，由图可知，经过等离子体处理的分级结构超疏水薄膜很容易被水渗透，从而导致光的折射和反射的改变，使得彩虹色的结构色消失，且不再具有超疏水性能。

实施例2

采用与实施例1相同的制备方法，在不同形状的三维基底上制备微纳分级结构超疏水表面，如图5所示，其中a为不同三维基底的模型图，b-e分别为在棱锥、双棱锥、棱形球体及球体基底上制备分级结构超疏水表面的实物图，标尺为1厘米。测量相应的接触角，如图6所示，其中a-d分别为在棱锥、双棱锥、棱形球体及球体基底上制备分级结构超疏水表面的接触角。