[發明專利]制備具有受控的納米級粒子覆蓋率的表面的方法

有效

• 申請號: 201180051333.1
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN103180055A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 安德斯·隆格倫;馬蒂亞斯·貝麗林;漢斯·埃爾溫;馬茨·胡蘭德
• 申請（專利權）人: 克萊因科學公司
• 主分類號: B05D1/18
• 分類號: B05D1/18;B05D1/20;B05D5/04;B05D5/08
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

發明領域

本發明通常涉及表面化學領域。更具體的，本發明涉及具有納米尺寸性能的表面。

發明背景

固體表面與活的生物組織的相互作用問題是在醫學技術領域中，例如生物材料、生物傳感器、和受控的給藥中重復的主題。其他應用領域是食品加工技術和生物技術加工化學、其中存在著與生物產生的物質期望的或者不期望的相互作用的領域。因此，一直需要具有改進的功能和特性的新材料，日益需要適于特定應用領域的試驗表面改性。

納米技術領域在過去幾十年內已經取得了重大的進步，這主要歸因于這樣的事實，即，結構尺寸為1-1000nm的納米結構化材料在優化與生物流體和活體組織的相互作用方面具有非常令人感興趣的性能。本專利申請的核心是最近出版的論文，其描述了一種制造具有大約10nm的納米結構的納米結構化固體表面的方法[1]。該方法包括使得平坦的金表面與硫醇端接的、直鏈烷烴(二硫醇)反應，來將一個硫醇基團結合到金表面，而另一硫醇端將形成原質硫醇基團的覆蓋毯層。

將尺寸8-12nm的帶負電金粒子的穩定膠體溶液與所述表面接觸，并且將該金粒子吸附到前述的原質硫醇基團上。已經觀察到吸附粒子之間的距離可以通過改變吸附過程中所用的檸檬酸鹽緩沖液的離子強度來進行控制。當緩沖液的摩爾濃度(濃度)在10-0nM變化時，距離(中心到中心)會在10-100nm變化，這是通過用掃描電鏡(SEM)的目測試驗來判斷的。類似的結果已經更早的在表面帶電的聚合物粒子的靜電穩定的溶液到礦物表面例如玻璃、二氧化硅或者云母上的粒子吸附試驗中得以證明[2-5]。另外，類似的結果還已經在帶負電的金表面納米粒子從靜電穩定的溶液到玻璃表面或者二氧化硅表面(其由于化學改性而帶正電)上的吸附中已經提出[6]。

靜電控制的粒子吸附的原理表示在圖2中。將含有表面帶電的納米粒子200的靜電穩定的溶液202施涂到燒杯201中(圖2A)。將制備表面203引入到該容器中(圖2B)，并且使粒子200依靠靜電、半共價、共價或者其他類型的鍵合來結合到表面203上，這導致在一段時間后獲得了穩定的吸附(圖2C)。這些粒子彼此間具有某些距離r。

這種條件代表了用于吸附的終端條件，并且延長的培養時間不會對粒子的表面覆蓋率產生任何進一步的影響。當將該表面從粒子溶液中除去時，兩個相鄰粒子之間的距離可以通過根據DLVO理論的相互作用的成對電勢來評估[1，7]，圖3。

簡言之，成對電勢U(r)(這里r是兩個粒子間的距離)可以作為來源于粒子間分散力的吸引電勢U_吸引(r)以及來源于粒子間的靜電排斥的排斥電勢U_排斥(r)之和來計算。

排斥電勢的形狀可以以不同的形式來計算，但是總是隨著所謂的德拜距離而變化，其是粒子表面外的電勢下降的近似度量。短的德拜距離表示排斥電勢在粒子表面外快速下降。德拜距離依次取決于粒子溶液202的離子強度，并且可以表達為：

κ-1=[ϵϵ0kT1000e2NA2I]1/2]]>

這里ε是相對介電常數，ε₀是真空介電常數I，k是Boltzmann常數，T是溫度，e是元電荷，N_A是阿伏加德羅常數和離子強度是：