聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装

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1、学校代码：10286分类号：O648.1密级：公开UDC：540学号：149120聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装研究生姓名：刘盼苗导师姓名：顾忠泽教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称生物医学工程论文答辩日期2018年5月24日二级学科名称生物医学工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席肖守军教授评阅人盲审2018年6月4日博士学位论文聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装专业名称：生物医学工程研究生姓名：刘盼苗导师姓名：顾忠泽教授SYNTHESISANDASSEMBLYOFNANOPARTICLESMODIFIEDBYPOLYDOPAMINEADis

2、sertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYPanmiaoLiuSupervisedbyProf.ZhongzeGuSchoolofBiologicalScienceandMedicalEngineeringSoutheastUniversityMarch2018摘要聚多巴胺修饰的纳米粒子合成及组装中文摘要单分散粒子经过特定模式的组装可以制备出通过光学原理成色的结构色材料。其中，长程和短程都有序的晶态结构和长程无序短程有序的非晶态结构在粒子组装的研究及

3、应用中引起了广泛的关注。传统的晶态及非晶态结构的构建主要采用的结构单元为二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等纳米粒子。这些粒子通过成熟的组装方法可以高效地得到晶态及非晶态结构材料，也就是所谓的结构色材料。这些材料在颜料涂层、色彩展示、生物检测及光学防伪中有着广泛的应用。聚多巴胺是一种天然黑色素，除了具有较强的吸光性能外，它还具有类似于贻贝中粘附蛋白的强粘附性。因此，聚多巴胺被广泛应用于结构色材料中，它不仅可以有效的提高结构色的鲜亮度，而且还使结构色材料具有聚多巴胺的一些性能，拓宽结构色材料的应用。本论文的研究内容即以此为目标，围绕聚多巴胺修饰的纳米粒子的合成、结构色材

4、料的组装和应用进行研究。具体工作如下：(1)开发了一种简单便捷的方法制备掺杂聚多巴胺的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物纳米粒子和包覆聚多巴胺的二氧化硅（PDA@SiO2）复合纳米粒子。通过调节盐酸多巴胺、甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸的初始浓度可以得到形貌均一、粒径在50-300nm可控的掺杂聚多巴胺的PMMA纳米粒子。通过调节盐酸多巴胺的初始浓度和SiO2核粒子的粒径可以得到粒径和PDA壳层厚度可控的PDA@SiO2复合纳米粒子。(2)将掺杂聚多巴胺的PMMA粒子分散在隐形眼镜的基础材料（甲基丙烯酸羟乙酯）中得到了晶态结构的结构色水凝胶。研究了聚多巴胺对晶态结构色水凝胶

5、材料颜色的影响。由于聚多巴胺的黑色吸光作用，该结构色水凝胶颜色鲜亮、饱和度高。此外，通过喷洒-快速干燥技术得到了PDA@SiO2非晶态结构的结构色材料。聚多巴胺的添加有效地解决了结构色颜色泛白现象，也实现了结构色的高明显度。同时通过调控粒子的粒径、聚多巴胺的包覆量及喷洒粒子的浓度还可以实现对颜色三属性的调控。(3)研究了聚多巴胺对结构色材料机械强度的影响。聚多巴胺的粘附性提高了PDA@SiO2非晶态结构结构色材料的机械强度。并且基于聚多巴胺的自聚合性质，I东南大学博士学位论文氨水蒸汽处理使PDA@SiO2结构色材料的机械强度得到进一步增强。胶带黏贴的剪脱测试和砂纸摩擦、

6、手指擦拭和超声破坏实验证明了经氨水处理后的PDA@SiO2结构色材料的机械强度较未经氨水处理的强度高达4倍左右。通过在不同基底上的测试验证了PDA@SiO2结构色材料的粘附性能具有普适性。(4)基于胶体粒子的液滴限域组装技术制备得到PDA@SiO2胶体晶体微球。聚多巴胺的黑色素和粘附特性使PDA@SiO2胶体晶体微球比SiO2微球具有更高的颜色饱和度和机械强度。聚多巴胺的表面功能化作用进一步实现了PDA@SiO2胶体晶体微球作为生物分子微载体的功能。荧光生物分子的标记和应用于人的免疫球蛋白抗原IgG的检测实验证明了该胶体晶体微球可以应用于生物多元分析检测中。关键词：聚多

7、巴胺，纳米粒子，表面修饰，粒子组装，结构色IIAbstractSynthesisandAssemblyofNanoparticlesModifiedbyPolydopamineAbstractThemonodisperseparticlescanbeassembledthroughaspecificpatterntoproducestructuralcolormaterialsthatarecoloredbyopticalprinciples.Theorderedcrystalstructureandsemiorderedquasicry