专利名称：利用纳米气泡防止生物吸附污染的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电化学制备的纳米气泡用于表面抗吸附处理的方法，特别涉及一种利用纳米气泡防止生物吸附污染的方法。
背景技术：
蛋白质吸附/去吸附也是普遍存在而且非常复杂的自然现象，阻止蛋白质的非特异性吸附，一直都是胶体与界面科学研究面临的一个重大挑战。在食品加工过程中，机械内表面暴露于生物介质，通常会因蛋白质等生物大分子的非特异性吸附而被污染。蛋白质吸附及其后的微生物滋生，严重危害食品卫生与安全。在船舶表面和网筛上，生物分子以及微生物的粘附都会导致不良后果，例如堵塞网眼，增加航行阻力，以及腐蚀机械表面，缩短其使用寿命。生物医学工程中人造器官、组织工程、生物芯片、生物传感器等的研制也都必须考虑阻止蛋白质的非特异性吸附。
目前主要的抗污手段包括一下几种。表面涂层(如油漆)可以保护表面不直接接触生物介质，防止蛋白质，细胞，微生物等直接非特异性吸附于表面，也可以在尤其中添加天然抗吸附因子强化其抗污能力，但其应用面和效果都难以令人满意，且环境不友好。另一项用于阻止蛋白质非特异性吸附的纳米技术是材料表面微纳米尺度的结构构建，不同纳米结构可以阻止蛋白和细胞的吸附。在表面构建纳米图案来防止蛋白质吸附和细胞黏附，是比较理想的途径。因为这不引入外源物质，尤其有利保障食品安全和保持其风味。但是在表面进行微纳米图案制备，要求的设备昂贵，工艺复杂，成本极高。另一方面，表面接触的生物介质成分复杂，能否筛选到抗各种物质(包括蛋白质，糖类，小分子，甚至微生物)吸附的微纳米结构尚不得而知。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用纳米气泡防止生物吸附污染的方法，具体地说，就是在需保护的表面上施加一定的电压进行电化学处理，使水发生电解，产生气体。这种气体在电极表面聚集成纳米气泡，通过改变所加电压大小和反应时间来控制纳米气泡的多少和大小。这种纳米气泡的存在可以保护表面使得蛋白质无法吸附在表面上。对于已有蛋白质吸附的表面也可以通过纳米气泡进行清洁。施加一定的电压对表面进行电化学处理，此时产生的纳米气泡会令已吸附在表面的蛋白质发生去吸附，以此达到清洁表面的目的。
本发明是这样来实现的，其操作步骤如下(1)电化学处理制备纳米气泡及检测操作过程中需要电源和两个电极工作电极(被保护表面，如高序热解石墨)、对电极(如铂丝或铜丝)，均为市售。当溶液被加到表面，将两个电极连接起来后，利用原子力显微镜对表面进行成像观察，可以作为施加电压前后的对照。接着设定电源供给电压、电流及持续时间等参数，在工作电极上加0.5V～35V的电压来电解水生成气体，后生成纳米气泡。再次进行原子力显微镜成像观察，可以看到表面上由纳米气泡生成。(2)表面蛋白质吸附及检测在表面有纳米气泡生成后，在表面上滴加蛋白质(或让蛋白质在表面流过)，则蛋白质会在表面吸附。待吸附平衡后，洗去表面的蛋白质溶液并吹干，以此除去纳米气泡。再对表面进行观察，原子力显微镜图像显示，蛋白质吸附较表面无纳米气泡保护时，大大减少。通常表面吸附蛋白的覆盖率为100％，而利用电化学处理制备纳米气泡保护表面，可以大大降低蛋白质吸附覆盖率。(3)表面蛋白吸附层的制备和观察在未经处理的表面上直接滴加蛋白质(或让蛋白质在表面流过)，令蛋白质会在表面吸附。待吸附平衡后，洗去蛋白质溶液，原子力显微镜观察结果显示蛋白质完全覆盖表面，或者说覆盖率为100％。用纯水、缓冲液反复冲洗后观察，蛋白质吸附几乎不发生变化，在原子力显微镜图像中，冲洗前后的蛋白质吸附层之间无显著差异。(4)表面电化学处理制备纳米气泡，除去吸附蛋白，并观察。蛋白质吸附后，选择适当的电源参数对表面进行电化学处理。洗去表面的蛋白质溶液并吹干除去纳米气泡，再对表面进行观察。在原子力显微镜图像中可以看到，蛋白质覆盖率也会大幅度降低。
本发明的优点是操作安全简便，不引入污染，能耗低，效率高，在食品工业，航海工业和人工植入材料等防生物吸附的功能设计和制造方面具有极大的潜在价值。
具体实施例方式
实施例1纳米气泡对表面的保护作用首先，利用电化学方法在表面制备纳米气泡。将1V的电压施加于两电极之间，其中工作电极(即被保护电极，此处采用HOPG)为阴极，对电极为惰性金属(此处为铜丝)作为阳极。通电处理20秒后撤去外加电场，再将蛋白质溶液滴在表面上吸附半小时。除去蛋白质溶液，用纯水冲洗表面，再用洗耳球吹干后，原子力显微镜观察。观察结果显示，经过电化学处理后的表面，蛋白质吸附显著减少，即电化学产生的纳米气泡对表面有良好的保护作用，可以大幅降低表面蛋白质覆盖率。经过20秒电化学处理后，表面蛋白质覆盖率降低至66％以下。
实施例2纳米气泡对表面蛋白质的去吸附作用表面吸附蛋白质后，利用传统方法很难被除去，利用纳米气泡可以使表面已吸附蛋白质去吸附。首先用蛋白质先在物体表面吸附半小时，蛋白质在表面均匀吸附后进行电化学处理。将1V的电压施加于两电极之间，其中HOPG为阴极，铜丝作为阳极，通电处理50秒后撤去外加电场。用水冲洗表面，吹干后原子力显微镜观察。蛋白质吸附层被纳米气泡破坏，部分蛋白由表面脱离下来。这显示纳米气泡能够使已吸附的蛋白质发生去吸附，起到表面清理的作用。
权利要求
1.一种利用纳米气泡防止生物吸附污染的方法，其特征是操作步骤如下(1)电化学处理制备纳米气泡及检测操作过程中使用电源和两个电极两个电极为工作电极和对电极，当溶液被加到表面，将两个电极连接起来后，利用原子力显微镜对表面进行成像观察，作为施加电压前后的对照，接着设定电源供给电压、电流及持续时间等参数，在工作电极上加0.5V～35V的电压来电解水生成气体，后生成纳米气泡，再次进行原子力显微镜成像观察，看到表面上由纳米气泡生成；(2)表面蛋白质吸附及检测在表面有纳米气泡生成后，在表面上滴加蛋白质，则蛋白质会在表面吸附，待吸附平衡后，洗去表面的蛋白质溶液并吹干，以此除去纳米气泡；(3)表面蛋白吸附层的制备和观察在未经处理的表面上直接滴加蛋白质，令蛋白质在表面吸附，待吸附平衡后，洗去蛋白质溶液，观察结果显示蛋白质完全覆盖表面，用纯水、缓冲液反复冲洗后观察，蛋白质吸附几乎不发生变化，在原子力显微镜图像中，冲洗前后的蛋白质吸附层之间无显著差异；(4)表面电化学处理制备纳米气泡，除去吸附蛋白，并观察蛋白质吸附后，采用步骤(1)中描述的方法，选择适当的电源参数对表面进行电化学处理，洗去表面的蛋白质溶液并吹干除去纳米气泡。
全文摘要
一种利用纳米气泡防止生物吸附污染的方法，对导体表面进行电化学处理，其外加电场的电压在0.5V～35V，在蛋白质吸附前对表面进行该处理，可以阻止蛋白质的非特异性吸附；如蛋白质已经吸附在表面，通过电化学处理也可以使蛋白质去吸附。本发明利用了电化学处理产生的纳米气泡占据表面，达到抗吸附的效果。方法简单安全可靠，应用面广，并有去吸附功能，可用于机械、船舶、网筛等表面的保护与清理。
文档编号C23F13/00GK101092699SQ20071005189
公开日2007年12月26日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者吴志华, 胡钧, 张晓东, 孙洁林, 方海平, 董亚明, 张立娟 申请人:南昌大学