一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层及其制备工艺

本发明属于涂层领域，具体涉及一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层及其制备工艺。

背景技术：

1、光催化材料在光照射下，其价带电子会受到激发跃迁到导带，同时在价带留下空穴，从而产生电子-空穴对。这些电子和空穴可以与空气中的氧气和水反应，生成具有强氧化性的活性氧物质（ros），如羟基自由基（·oh）、超氧阴离子（o2-）、过氧化氢（h2o2）等。此外，光催化材料还可以通过光生电荷的转移，促进一些化学反应的进行，如光解水制氢、二氧化碳还原等。这些特性使得光催化材料在环境治理、能源开发、抗菌消毒等领域得到多方面广泛应用。尤其是在生物医学工程领域，以氧化钛（tio2），氧化锌（zno），氧化铁（fe2o3）为代表的光催化材料，在心血管，骨，口腔，肿瘤等领域都有着广泛的应用。

2、生物大分子是生命体的重要组成部分，几乎参与机体的全部生命活动，各自发挥着自身的特异性功能。近年来，生物大分子因其生物相容性好、特异性识别能力强、可调节性高和生物活性等特点，在材料表面改性、药物递送、组织工程、生物传感器、蛋白质芯片、基因治疗和生物分离、食品包装和环境保护中得到广泛研究和应用。金属离子广泛存在于生命体内，并参与许多重要的生命过程，而大多数金属离子参与的生命过程，实际上是通过金属离子与生物大分子相互作用而发生的，这些金属离子可引起生物大分子构象发生改变，在生物大分子中成为结构中心或产生活性中心，从而维系生命活动。此外，金属离子还具有优异的抗菌性、抗氧化性、生物催化性、促电子转移等特点。

3、因此，如何将金属离子与生物大分子有机结合，并稳定地固定在材料表面，同时确保它们各自的功能不受影响，将有望实现提升光催化材料的生物学性能，并实现对其生物学功能的定制，是亟待攻克的难题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：

2、（1）将可溶性金属盐溶液、可溶性生物分子溶液和缓冲溶液进行混合，得到混合溶液；

3、（2）将具有光催化作用的基材浸没于所述混合溶液中反应，并进行紫外辐照，得到所述光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层。

4、优选地，步骤（1）中，所述可溶性金属盐溶液中的金属离子包括但不限于mg2+、ca2+、mn2+、fe3+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+、sr2+、ag+、pt+中的一种或两种以上的组合；

5、和/或，所述可溶性金属盐溶液的浓度为0.001~10mg/ml。

6、优选地，步骤（1）中，所述可溶性生物分子包括但不限于蛋白质、多肽、氨基酸、核酸中的一种或两种以上的组合；

7、和/或，所述可溶性生物分子溶液的浓度为0.001~10mg/ml。

8、优选地，所述蛋白质包括但不限于血清白蛋白、溶菌酶、纤维蛋白原、β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、过氧化氢酶中的一种或两种以上的组合；

9、和/或，所述多肽包括但不限于rgd、谷胱甘肽、抗菌肽、内啡肽中的一种或两种以上的组合；

10、和/或，所述氨基酸包括但不限于色氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、丝氨酸中的一种或两种以上的组合；

11、和/或，所述核酸包括但不限于dna、rna中的一种或两种。

12、优选地，步骤（1）中，所述缓冲溶液包括但不限于乙酸-乙酸盐缓冲液、tris-hcl缓冲液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、mes缓冲液、hepes缓冲液中的一种；

13、和/或，所述缓冲溶液的ph值为2~14。

14、优选地，步骤（2）中，所述具有光催化作用的基材包括但不限于金属氧化物型光催化基材、硫化物型光催化基材、氮化碳基光催化基材、铋基光催化基材、高分子型光催化基材中的一种。

15、优选地，所述金属氧化物型光催化基材包括但不限于二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锡、氧化锆、氧化钨、氧化铜、氧化铈中的一种；

16、和/或，所述硫化物型光催化基材包括但不限于硫化镉、硫化锌、硫化钼中的一种；

17、和/或，所述氮化碳基光催化基材包括但不限于石墨相氮化碳；

18、和/或，所述铋基光催化基材包括但不限于卤氧化铋（其中的卤素为cl、br、i）、钒酸铋、钨酸铋、钼酸铋中的一种；

19、和/或，所述高分子型光催化基材包括但不限于金属有机框架材料、共价有机框架材料、二维材料mxene中的一种。

20、优选地，步骤（2）中，所述反应的温度为5~60℃；

21、和/或，所述紫外辐照的波长为254~365nm，紫外辐照的时间为0.1~10h。

22、优选的，步骤（2）中，所述具有光催化作用的基材在浸没于所述混合溶液之前依次进行清洗、干燥预处理；

23、和/或，所述具有光催化作用的基材在紫外辐照结束后依次进行超声清洗、干燥后处理。

24、基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种上述制备工艺得到的光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层。

25、本发明的有益效果为：

26、1、本发明创新性提出利用光催化材料的光学特性驱动金属和生物分子自聚合的涂层制备方法。有别于浸泡、沉积等传统生物分子涂层制备方法，该方法所制备的生物分子涂层可控性强，可根据需求，定制金属和生物分子的种类。

27、2、本发明的金属和生物分子自聚合形成的涂层具有可拓展性，可通过二次接枝等方法实现更多功能的定制，满足更广泛的应用需求。

28、3、本发明的金属-生物分子涂层在pbs中可保持结构稳定，满足生物医用涂层在生理环境中应用的需求。

29、4、本发明的金属-生物分子涂层对特定波长的紫外光、高盐环境等敏感，可通过辐照特定紫外光或浸泡饱和氯化钠溶液快速去掉涂层。去除涂层后，光催化材料基材可重复使用，在降低生产成本的同时达到节能环保的效果。

30、5、本发明的金属-生物分子涂层具有良好的抗凝血性。

31、6、本发明基于紫外引发光催化效应，可通过光刻等方法，进行微米级图案化加工，制备图案化生物分子涂层，实现所需定制功能的高精度图案化集成。

32、7、本发明所阐述的制备方法属于“一锅法”工艺，工艺流程简单、可操作性强、重复性好。

技术特征：

1.一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述可溶性金属盐溶液中的金属离子包括mg2+、ca2+、mn2+、fe3+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+、sr2+、ag+、pt+中的一种或两种以上的组合；

3.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述可溶性生物分子包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸中的一种或两种以上的组合；

4.根据权利要求3所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，所述蛋白质包括血清白蛋白、溶菌酶、纤维蛋白原、β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、过氧化氢酶中的一种或两种以上的组合；

5.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述缓冲溶液包括乙酸-乙酸盐缓冲液、tris-hcl缓冲液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、mes缓冲液、hepes缓冲液中的一种；

6.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述具有光催化作用的基材包括金属氧化物型光催化基材、硫化物型光催化基材、氮化碳基光催化基材、铋基光催化基材、高分子型光催化基材中的一种。

7.根据权利要求6所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，所述金属氧化物型光催化基材包括二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锡、氧化锆、氧化钨、氧化铜、氧化铈中的一种；

8.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述反应的温度为5~60℃；

9.根据权利要求1所述一种光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述具有光催化作用的基材在浸没于所述混合溶液之前依次进行清洗、干燥预处理；

10.权利要求1~9任一项所述制备工艺得到的光催化剂介导的金属-生物分子自聚合涂层。

技术总结本发明属于涂层领域，具体涉及一种光催化剂介导的金属‑生物分子自聚合涂层及其制备工艺。所述制备工艺为：（1）将可溶性金属盐溶液、可溶性生物分子溶液和缓冲溶液进行混合，得到混合溶液；（2）将具有光催化作用的基材浸没于所述混合溶液中反应，并进行紫外辐照，得到所述光催化剂介导的金属‑生物分子自聚合涂层。该方法所制备的生物分子涂层可控性强，可根据功能定制金属和生物分子的种类，以适应不同应用场景的需要。此外，该金属和生物分子自聚合形成的涂层还具有可拓展性，可通过二次接枝等方法实现更多功能的定制，满足更广泛的应用需求。技术研发人员：陈江,蒋燕,刘小琦,王锦标,张罗,陈枭,江鸿睿,廖玉珍受保护的技术使用者：四川省医学科学院·四川省人民医院技术研发日：技术公布日：2025/1/13