一种用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的制备方法与流程

本发明属于纳米技术领域，具体涉及到一种用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的制备方法。

背景技术：

近年来，随着纳米技术的快速发展，具有自驱动能力的人造微纳米马达成为纳米科学界研究的热点。一般来说，微纳米马达，是一种能够将化学能、光能、电能等转化为运动动能或者驱动力的微纳米装置，其特征尺寸一般为几纳米到几微米，并且具有重量轻、体积小、输出推力大(特征尺寸在几十纳米的纳米马达能够输出大约几微牛顿的推力)，功耗低等突出优点。目前，按驱动机制来分微型人造马达主要有：自电泳，气泡推动，自扩散和外部刺激(例如光，磁，超声波)四种。

现阶段，构建微纳米马达的关键是基体材料的设计与制备，其中，聚苯胺(pani)，聚乙撑二氧噻吩(pedot)和还原氧化石墨烯是现有构建不同种类微纳米马达最常用的基体材料，它们均具有良好的导电性可以有利于内部催化型金属和金属氧化物的电聚合。但是，前两种属于高分子聚合物，毒性大，且生物降解性差，而还原氧化石墨烯在环境中和生物体内的毒性和生物降解性仍然是不确定的，且三者均存在表面官能团少的缺点。聚氨基酸(paa)是一种具有良好生物降解性，生物相容性和侧链官能团(如羟基，羧基，巯基和氨基等)的物理和化学特性的高分子化合物，具有生物可降解性、无毒、不破坏生态环境，实验表明在环境中聚氨基酸28天的降解率可达76％，最终降解为没有任何毒性的水和二氧化碳，因此它具有良好的生物相容性，可替代许多对环境造成污染的化学品，被人们誉为“绿色”产品。但传统的聚氨基酸合成法步骤复杂，易产生有毒的副产物，且由于自身的机械性能差，限制了其发展。综上可见，探索并发明一种无毒，生物相容性好，生物降解性强的聚氨基酸微纳米马达制备方法，对于拓展人造微纳米马达的应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的旨在克服现有技术之不足，提供一种用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的制备方法，拓展人造微纳米马达的应用空间。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

一种用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的制备方法，按如下步骤进行：

s1三电极电解池的组装：取聚碳酸酯多孔膜，将其一面喷镀厚度为50～100nm的稳定金属，然后与铝箔连接作为工作电极组装在电解池的下方，以银-氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，构成三电极电解池；

s2聚氨基酸微纳米管的制备：以磷酸盐缓冲液为溶剂，配制氨基酸溶液，将该氨基酸溶液作为三电极电解池的电解质溶液，使用电化学聚合法在聚碳酸酯多孔膜中制得聚氨基酸微纳米管；

s3聚氨基酸/金属微纳米管的制备：向三电极电解池中加入金属离子溶液，采用电化学沉积法将该金属或金属氧化物填充到聚氨基酸微纳米管内，制得聚氨基酸/金属微纳米管；

s4聚氨基酸微纳米管状马达的释放：去除步骤s3得到的聚氨基酸/金属微纳米管中的聚碳酸酯膜，即得。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

步骤s1中所述的多孔膜孔径为0.05～5μm。

步骤s1中所述的稳定金属为金或铂的一种。

步骤s2中所述的磷酸盐缓冲液的ph为5.0～7.0。

步骤s2中所述的氨基酸溶液的浓度为0.1～3mmol/l。

步骤s2中所述的电化学聚合法为循环伏安法，扫描电位范围为-1.0v～3.0v，扫描速度为50mv/s，扫描2圈。

步骤s3中所述的金属离子溶液及其浓度为氯铂酸0.5g/l～5.0g/l或硝酸银1.0g/l～5.0g/l或高锰酸钾0.3g/l～3.0g/l。

步骤s3中所述的电化学沉积法为恒电流法，电流为-2ma，时间为10min。

步骤s4中所述聚氨基酸/金属微纳米管中的聚碳酸酯膜的去除方法为：将聚碳酸酯多孔膜从三电极电解池中取出，用抛光粉打磨，冲洗干净，晾干，然后用二氯甲烷中溶解，静置，弃去上清液，再重复二氯甲烷溶解一次，去除上清液后用乙醇和去离子水洗涤各两次，最后分散在少量去离子水中，备用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的制备方法中首次提出以生物相容性好、生物降解性高的聚氨基酸为微纳米马达的基体材料，采用绿色，简单的模板电聚合法制备聚氨基酸，无任何有毒物质产生，另外，利用其表面各官能团的特性，预期可以实现对药物，生物物质(如抗体，dna)等的运载作用，应用于生物医学、化学、环境检测等领域。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的扫描电镜图；

图2是本发明实施例1制备得到的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达的透射电镜图；

图3是本发明实施例1制备得到的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达在4.5％过氧化氢中自驱动运动图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，其中氨基酸的种类和实施例并不限制本发明。实施例1一种用于自驱动的聚赖氨酸微纳米马达的制备方法

该制备方法按如下步骤进行：

s1三电极电解池的组装：取孔径为5μm的聚碳酸酯多孔膜，将其一面喷镀厚度为70nm的铂，然后与铝箔连接作为工作电极组装在电解池的下方，以银-氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，构成三电极电解池；

s2聚赖氨酸微纳米管的制备：以ph＝6.0的磷酸盐缓冲液为溶剂，配制2.0mmol/l赖氨酸溶液，将该赖氨酸溶液作为三电极电解池的电解质溶液，使用循环伏安法(扫描电位范围为-1.0v～3.0v，扫描速度为50mv/s，扫描2圈)在聚碳酸酯多孔膜中制得聚赖氨酸微纳米管；

s3聚赖氨酸/铂微纳米管的制备：向三电极电解池中加入2.0g/l氯铂酸溶液，采用恒电流法(电流为-2ma，时间为10min)将铂填充到聚氨基酸微纳米管内，制得聚氨基酸/铂微纳米管；

s4聚氨基酸微纳米管状马达的释放：去除步骤s3得到的聚赖氨酸/铂微纳米管中的聚碳酸酯膜，即得。

步骤s4中所述聚氨基酸/金属微纳米管中的聚碳酸酯膜的去除方法为：将聚碳酸酯多孔膜从三电极电解池中取出，用抛光粉打磨，冲洗干净，晾干，然后用二氯甲烷中溶解，静置，弃去上清液，再重复二氯甲烷溶解一次，去除上清液后用乙醇和去离子水洗涤各两次，最后分散在少量去离子水中，备用。

实施例2一种用于自驱动的聚甘氨酸微纳米马达的制备方法

该制备方法按如下步骤进行：

s1三电极电解池的组装：取孔径为0.05μm的聚碳酸酯多孔膜，将其一面喷镀厚度为50nm的金，然后与铝箔连接作为工作电极组装在电解池的下方，以银-氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，构成三电极电解池；

s2聚甘氨酸微纳米管的制备：以ph＝5.0的磷酸盐缓冲液为溶剂，配制0.1mmol/l甘氨酸溶液，将该甘氨酸溶液作为三电极电解池的电解质溶液，使用循环伏安法(扫描电位范围为-1.0v～3.0v，扫描速度为50mv/s，扫描2圈)在聚碳酸酯多孔膜中制备聚甘氨酸微纳米管；

s3聚甘氨酸/银微纳米管的制备：向三电极电解池中加入1.0g/l硝酸银溶液，采用恒电流法(电流为-2ma，时间为10min)将银填充到聚甘氨酸微纳米管内，制得聚甘基酸/银微纳米管；

s4聚甘氨酸微纳米管状马达的释放：将步骤s3得到的聚甘基酸/银微纳米管中的聚碳酸酯膜进行去除，即得。

其中，步骤s4中所述聚甘基酸/银微纳米管中的聚碳酸酯膜的去除方法为：将聚碳酸酯多孔膜从三电极电解池中取出，用抛光粉打磨，冲洗干净，晾干，然后用二氯甲烷中溶解，静置，弃去上清液，再重复二氯甲烷溶解一次，去除上清液后用乙醇和去离子水洗涤各两次，最后分散在少量去离子水中，备用。

实施例3一种用于自驱动的聚丙氨酸微纳米马达的制备方法

该制备方法按如下步骤进行：

s1三电极电解池的组装：取孔径为0.2μm的聚碳酸酯多孔膜，将其一面喷镀厚度为100nm的铂，然后与铝箔连接作为工作电极组装在电解池的下方，以银-氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，构成三电极电解池；

s2聚丙氨酸微纳米管的制备：以ph＝7.0的磷酸盐缓冲液为溶剂，配制3.0mmol/l丙氨酸溶液，将该丙氨酸溶液作为三电极电解池的电解质溶液，使用循环伏安法(扫描电位范围为-1.0v～3.0v，扫描速度为50mv/s，扫描2圈)在聚碳酸酯多孔膜中制备聚丙基酸微纳米管；

s3聚丙氨酸/二氧化锰微纳米管的制备：向三电极电解池中加入0.5g/l高锰酸钾溶液，采用恒电流法(电流为-2ma，时间为10min)将二氧化锰填充到聚丙基酸微纳米管内，制得聚丙氨酸/二氧化锰微纳米管；

s4聚丙氨酸微纳米管状马达的释放：将步骤s3得到的聚丙基酸/二氧化锰微纳米管中的聚碳酸酯膜进行去除，即得。

其中，步骤s4中所述聚丙氨酸/二氧化锰微纳米管中的聚碳酸酯膜的去除方法为：将聚碳酸酯多孔膜从三电极电解池中取出，用抛光粉打磨，冲洗干净，晾干，然后用二氯甲烷中溶解，静置，弃去上清液，再重复二氯甲烷溶解一次，去除上清液后用乙醇和去离子水洗涤各两次，最后分散在少量去离子水中，备用。

实施例4一种用于自驱动的聚亮氨酸微纳米马达的制备方法

与实施例1的区别是，氨基酸种类不同，将赖氨酸替换为亮氨酸，步骤s3中的氯铂酸溶液浓度为0.5g/l，其他同实施例1。

实施例5一种用于自驱动的聚苯丙氨酸微纳米马达的制备方法

与实施例1的区别是，氨基酸种类不同，将赖氨酸替换为苯丙氨酸，步骤s3中的氯铂酸溶液浓度为5.0g/l，其他同实施例1。

实施例6一种用于自驱动的聚色氨酸微纳米马达的制备方法

与实施例2的区别是，氨基酸种类不同，将甘氨酸替换为色氨酸，步骤s3中的硝酸银溶液浓度为5.0g/l，其他同实施例2。

实施例7一种用于自驱动的聚苏氨酸微纳米马达的制备方法

与实施例3的区别是，氨基酸种类不同，将丙氨酸替换为苏氨酸，步骤s3中的高锰酸钾溶液浓度为3.0g/l，其他同实施例3。

实施例8一种用于自驱动的聚精氨酸微纳米马达的制备方法

与实施例3的区别是，氨基酸种类不同，将丙氨酸替换为精氨酸，步骤s3中的高锰酸钾溶液浓度为0.3g/l，其他同实施例3。

试验例1扫描电镜和透射电镜表征

采用实施例1-8制备方法制得的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达，表面形貌与结构相似，试验通过对实施例1样品进行描述，具体如图1-2所示。

从图1和图2中可以看出，采用本发明制备方法制得的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达表面形态均一，为直径约为5μm的圆柱体，表面平整光滑。

试验例2驱动试验

采用实施例1-8制备方法制得的用于自驱动的聚氨基酸微纳米马达在过氧化氢溶液中运动情况类似，试验通过对实施例1样品进行描述，具体如图3所示。

图3表示用高分辨共聚焦显微镜表征实施例1用于自驱动的聚赖氨酸微纳米马达在4.5％过氧化氢中释放与自驱动的运动情况，在聚赖氨酸微纳米马达运动的整体过程中(0-30min)截取3s的运动，以表征其运动情况。

如图3所示，运动轨迹为弧形，运动速度为85μm/s左右，具有自驱动能力，可以实现其在溶液中的运动。