[發明專利]一種可快速合成的生物礦化涂層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202310175729.1
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116140165B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 劉濤;郭章偉;郭娜
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: B05D7/14
• 分類號: B05D7/14;C12N1/20;B05D7/24;B05D5/00;C12R1/125;C12R1/07;C12R1/01
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種可快速合成的生物礦化涂層及其制備方法與應用，制備方法為S1、將大西洋假交替單胞菌、解脂假交替單胞菌、葉氏假交替單胞菌、枯草芽孢桿菌、八疊芽孢桿菌擴大培養后混合得到細菌培養液；S2、消毒金屬材料后將其浸入細菌培養液，得到帶有微生物膜的金屬材料；S3、將碳酸鈉加入到含有氯化鈉、聚乳酸、玻尿酸、富里酸的前體溶液中混合得到生物礦化成核溶液，將帶有微生物膜的金屬材料置于生物礦化成核溶液中靜置，金屬材料上即帶有生物礦化涂層。與現有技術相比，本發明的制備方法簡便、易操作，制備時間大大縮短，且從其制備到最終投入使用全程綠色環保，對環境無污染，是一種能夠快速制備具有防腐功能的生物礦化涂層的方法。

技術領域

本發明涉及材料科學技術領域，尤其是涉及一種可快速合成的生物礦化涂層及其制備方法與應用。

背景技術

生物礦化是自然界中普遍存在的現象，是由鈣、磷等無機鹽在生物調控下通過化學反應形成難溶性鹽，并與有機基質形成礦化組織。例如一些生物有機體，如魚鱗、珍珠層和海藻，由于其具有優異的力學性能和多種功能性，引起了廣泛關注。其中，天然生物礦化材料基本以碳酸鈣為主，由于其在油-水分離、抗生物污損和減阻等多個領域的潛在應用，激發了研究人員設計和創造新型生物礦化材料熱情。到目前為止，利用仿生手段制備的生物礦化材料已被制造出來。然而，這些制備方法大多數不適用于工業規模生產：常見的第一種方法便是直接利用微生物礦化，通過微生物誘導礦化形成碳酸鈣層，過程耗時極長，長達14天，如Marine?Bacteria?Provide?Lasting?Anticorrosion?Activity?for?Steel?viaBiofilm-Induced?Mineralization和專利CN110743204B公開的一種基于枯草芽孢桿菌誘導碳酸鈣沉淀制備的油水分離鋼網及其制備方法。另外一種常見的制備方法就是采用化學方法，過程復雜，制備速度慢，時間往往也要十天以上，成本高昂，且大量化學試劑的使用帶來了極大的環境污染風險，如Nacre-inspired?underwater?superoleophobic?films?withhigh?transparency?and?mechanical?robustness以及專利CN106519747B公開的一種碳酸鈣涂層的制備方法。因此，開發可快速制備且具有一定強度的表面，以一種快速簡單的合成方式合成并滿足許多新興領域的實際應用需求，如防腐，極具使用價值。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的耗時、成本高、制備過程復雜缺陷而提供一種可快速合成的生物礦化涂層及其制備方法與應用。利用微生物形成生物膜的自發性和快速性取代化學法生物礦化過程中最費時和繁瑣的有機膜的沉積步驟，而后續化學法合成碳酸鈣又大大加速了微生物礦化過程中碳酸鈣沉積形成的漫長過程，從而大幅提高了合成速度和防腐效果。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的技術方案之一為提供一種可快速合成的生物礦化涂層的制備方法，包括如下步驟：

S1、菌種培養：將大西洋假交替單胞菌、解脂假交替單胞菌、葉氏假交替單胞菌、枯草芽孢桿菌、八疊芽孢桿菌分別接種到液體培養基中，并于25-37℃，100-130r/min的條件下培養12-48h，混合后得到細菌培養液；

S2、生物膜生長：消毒金屬材料后將其浸入S1步驟中的細菌培養液，在25-37℃，100-130r/min的條件下培養18-24h，得到帶有微生物膜的金屬材料；

S3、碳酸鈣沉積：將碳酸鈉加入到含有氯化鈉、聚乳酸、玻尿酸、富里酸的前體溶液中室溫攪拌混合，調pH至堿性，過濾得到生物礦化成核溶液，將S2步驟得到的帶有微生物膜的金屬材料置于生物礦化成核溶液中靜置，金屬材料上即帶有生物礦化涂層。