多巴胺聚合機理及基于多巴胺衍生物功能化表面的研究.pdf

1、綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的概念已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代生產(chǎn)生活中。許多研究人員從經(jīng)濟環(huán)保的角度出發(fā)制備出多樣化的功能化表面。然而，過去大多數(shù)功能化表面制備過程中所需要的條件都較為苛刻:有毒而且昂貴的催化劑、無水溶劑、惰性的氣體環(huán)境等。這些條件不僅限制了功能化表面的發(fā)展，且有悖于綠色經(jīng)濟的理念。將可見光催化的化學(xué)反應(yīng)引入功能化表面制備過程中，為功能化表面的綠色制備提供了新的方法。此外，聚多巴胺涂層作為一種功能化表面因其制備方法簡單而且可以作為多種不

2、同表面的功能化涂層，也吸引了大量研究人員的興趣。然而由于聚多巴胺的不溶性，聚多巴胺綠色功能化表面的表面結(jié)構(gòu)和聚合機理還在不斷地探索中。
　　本論文基于紫外-可見光譜、單分子力譜等方法，設(shè)計了一種綠色便捷的聚合物刷修飾功能化表面制備方法。這種通過可見光引發(fā)制備聚合物刷的方法，具有活性聚合特點。除此之外，利用一系列表面表征手段，探究多巴胺分別在酸性以及堿性條件下的表面引發(fā)聚合過程。通過對實驗結(jié)果的分析，提出了自由基聚合是形成聚多巴胺的

3、一種新的可能路徑。
　　本論文第二章，以2-（4-甲氧基-3-甲苯基）乙胺(MOE)作為模型分子來研究一種綠色便捷的聚合物刷修飾功能化表面制備方法。該體系通過表面引發(fā)聚合的方法結(jié)合了幾種典型的綠色化學(xué)要素:可見光照射，無毒成本低廉的催化劑伊紅Y，開放的大氣環(huán)境和水溶液溶劑。基于單體與伊紅Y在綠色可見光（λ=515nm）誘導(dǎo)發(fā)生的光致氧化還原反應(yīng)，通過紫外-可見光譜，原子力顯微鏡掃圖以及接觸角測試，可以觀察到隨著光照時間增加，紫外吸

4、收峰與接觸角都會增大，表面形貌也變得更加粗糙，根據(jù)這些現(xiàn)象推測在氨基改性表面可能通過自由基聚合反應(yīng)形成聚合物結(jié)構(gòu)。通過紅外光譜和光電子能譜，可以觀察到新生成仲胺鍵的紅外伸縮振動峰和對應(yīng)元素的光電子能譜，以及聚合物重復(fù)單元的特征峰與對應(yīng)元素組成。除此之外，用單分子力譜方法對典型力-拉伸曲線進行歸一化處理后發(fā)現(xiàn)可以很好的重合，從而證明了線型高分子聚合物的形成。通過紫外-可見光譜與單分子力譜方法分析MOE形成聚合物刷的制備過程發(fā)現(xiàn)，隨著單體轉(zhuǎn)

5、化率達到100％后，在未加入新的催化劑條件下，重新加入單體后，紫外吸收峰和單分子力譜統(tǒng)計獲得的分子量對應(yīng)于光照時間均呈現(xiàn)準線性增長，這一現(xiàn)象符合聚合活性聚合特點。在此基礎(chǔ)上，我們提出了一種簡易環(huán)保的具有活性聚合特點的聚合物刷制備方法，這種方法為功能化表面綠色制備提供了新的合成策略。
　　本論文第三章，將一種具有較少活性位點的多巴胺衍生物3-甲氧基色胺(MOA)作為多巴胺的簡化模型來研究其在酸性條件下的表面引發(fā)聚合過程。雖然文獻已報

6、導(dǎo)多巴胺聚合過程存在多種形成路徑，但是已提出的路徑無法很好的解釋酸性條件下過硫酸銨(APS)引發(fā)的多巴胺聚合沉積過程。通過紫外-可見光譜和單分子力譜的實驗數(shù)據(jù)初步證明了在短時間內(nèi)MOA可以通過自由基聚合路徑生成線型聚合物，然而在反應(yīng)較長時間(18h)后，MOA雖然無法形成雙醌結(jié)構(gòu)卻仍可以形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。因此，在酸性條件下聚多巴胺可能形成過程中可能存在自由基聚合路徑。
　　本論文第四章，為了進一步驗證酸性條件下多巴胺自由基聚合途徑。選

7、取只有2個活性位點的MOE作為簡化模型。在MOA研究的基礎(chǔ)上，通過紫外-可見光譜、原子力顯微鏡掃圖和接觸角測試，觀察到聚合物的紫外特征峰，以及粗糙度和接觸角隨反應(yīng)時間增加而增加。從紅外光譜與光電子能譜的數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)后仲胺鍵的形成，并出現(xiàn)了聚合物重復(fù)單元中其他特征基團。而單分子力譜的實驗數(shù)據(jù)進一步證明了MOE可以通過自由基聚合路徑生成線型高分子聚合物。而且即使反應(yīng)18h后，MOE仍不會形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)集合論及MOE僅有兩個活性位點，

8、多巴胺的聚合反應(yīng)包括MOE的聚合反應(yīng)。所以，進一步證明多巴胺在酸性條件下的聚合過程中存在自由基聚合途徑。
　　本論文第五章，同樣利用MOE作為簡化模型研究了堿性條件下的多巴胺自由基聚合路徑。根據(jù)紫外-可見光譜，紅外光譜，光電子能譜和單分子力譜的實驗結(jié)果可以證明在堿性條件下MOE在過硫酸銨作為自由基引發(fā)劑，仍然通過自由基聚合反應(yīng)形成線型聚合物。在此基礎(chǔ)上，通過對比酸性和堿性條件下的單分子力譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩種條件下的典型單鏈力-拉伸曲線