[发明专利]蛋白质自组装构筑超疏水表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用蛋白质自组装构筑超疏水表面的方法。

背景技术

超疏水表面是指当水滴与固体表面的接触角大于150°、滑动角小于10°的表面。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的，雨水在荷叶表面聚集，形成聚集体而不铺展，水滴随着荷叶摆动，表面的灰尘在雨水中荡涤，雨后清翠荷叶展现着出污泥而不染的风采。荷叶的这种特性也称之为“荷叶效应”，是植物叶面的超疏水现象。自然界中还有许多动植物表面天然具有超疏水功能。

由于超疏水表面其特殊的润湿性能和潜在的应用价值，使其在防水、防雾、防污、防结冰、工业装置和建筑物的自清洁、高压电气设备的自清洁与防闪络、生物医学和仿生材料应用、管道防水与抗腐蚀、流体减阻节能、电力输送塔架和电缆在冬季防冰雪等许多方面都有潜在应用前景。如在建筑玻璃和交通运输领域，将超疏水材料应用于涂料、门窗、汽车挡风玻璃上，能够避免雨雪雾气的粘附，提高汽车的能见度，减少清洁次数；应用于船舶、潜艇、输电线路、输油管道、输水管道等，可以防止船体的锈蚀，减小船体与水的摩擦力，降低能耗，阻止或减少冻雨在高压电缆表面结冰，减少流体在输送过程中的损耗及能量消耗；在生物医学领域，利用超疏水表面具有抗细菌粘附的特性，可减少手术过程中对正常组织的损伤；在纺织品领域，可使我们的服装具有防水、防污、透气的能力并节约水资源；在太阳能电池发展方面，超疏水表面的应用可维持钢化玻璃或太阳能电池板的吸收率等。

超疏水表面具有诱人的应用前景，引起了各国研究人员的广泛关注，超疏水表面的各种制备技术，其主要途径有两种：一种是在低表面能物质的表面上构筑微观的粗糙结构；对于表面张力较低的材料，可以在材料表面直接构建微观粗糙结构，提高水滴在材料表面的疏水角，制备超疏水表面，构筑表面不同微观粗糙结构可采用模板法等。另一种是在粗糙结构的表面上修饰低表面能物质，即首先在材料表面构建合适的微观粗糙形貌，再利用低表面能物质覆盖粗糙表面进行修饰，达到表面超疏水目的，构筑表面不同的微观粗糙形貌可采用刻蚀法、水热法、电化学法等。

但是，目前这些制备方法大多存在：①成本问题：制备过程复杂或需要昂贵而复杂的精密设备。如激光和等离子体刻蚀法制备微纳尺寸结构，仪器昂贵、成本高、得到超疏水表面积有限。②原料的安全环保问题：如在金属或合金表面制备超疏水表面通常采用化学刻蚀方法，但刻蚀过程中产生的废液需要处理。③对基材表面的损伤问题：一般方法得到的疏水表面都或多或少使基材表面受到损伤。④老化问题：疏水表面在实际应用中常面临着会持久地暴露在外界中，因而会受到环境中的灰尘，油性物质等的污染，这些污染物会粘附并填充在疏水表面的粗糙结构中，使表面逐渐失去疏水功能。⑤机械稳定性问题：如蒸汽诱导相分离法和相分离法虽然具有工艺简洁、成本低、所制备表面大小不受限制等优点，但存在膜强度不够好，薄膜易脱落的缺点。这些都限制了超疏水表面进一步的研究应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用蛋白质——溶菌酶构筑性能优异、稳定性高、机械强度较好的超疏水表面的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将含溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液和含三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液等体积混合后用NaOH调节pH值为6.0～10.0，所得混合液中溶菌酶的浓度为2～5mg/mL，三(2-羧乙基)膦的浓度为20～30mmol/L；将所得混合液滴加到基材表面，在潮湿环境中室温培养1～2小时，然后将基材表面用超纯水清洗干净，真空干燥，得到负载溶菌酶相转变产物的基材。

2、将负载溶菌酶相转变产物的基材和单质硫置于密闭容器中，80～120℃硫化6～12小时，得到表面具有微纳结构的溶菌酶相转变产物膜的基材。

3、在表面具有微纳结构的溶菌酶相转变产物膜的基材上修饰低表面能物质，得到具有超疏水表面的基材。

上述步骤1中，优选将含溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液和含三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液等体积混合后用NaOH调节pH值为7.0～8.0，所得混合液中溶菌酶的浓度为2.5～3.0mg/mL，三(2-羧乙基)膦的浓度为25mmol/L。

上述步骤2中，优选将负载溶菌酶相转变产物的基材和单质硫置于密闭容器中，116℃硫化8小时，得到表面具有微纳结构的溶菌酶相转变产物膜的基材。