一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用，具体提供了一种表面改性的MXene纳米片，所述MXene纳米片中具有Na离子和磺酸插层，同时表面还具有聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层；所述聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层依次设置；具体地，先在具有Na离子和磺酸插层的MXene纳米片表面聚合聚多巴胺层，然后再原位聚合聚乙烯二氧噻吩层。本发明专利技术的MXene纳米片各种修饰之间相互作用，同时强化了MXene纳米片在生物体内的物理化学稳定性、成膜能力、生物相容性等多种性质，因此其能够作为电极修饰材料、外周神经的细胞修复材料、神经电极的导线、中枢神经电极的位点等。中枢神经电极的位点等。中枢神经电极的位点等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物用材料领域，具体涉及一种高稳定的自连结MXene纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]从石墨机械剥离的石墨烯的奇异特性表明，通过将三维材料的厚度减薄到二维原子薄片，可以深刻地调整电学、光学、机械和电化学特性，这一突破性发现极大地促进了对石墨烯以外的高质量二维材料的合成和表征的研究。MXenes是一类新的二维材料，已经在许多方面引起了越来越多的研究关注，站在二维材料界的前沿。MXene材料是一类层状二维碳/氮化物，通常通过化学蚀刻法抽离其母相材料MAX相(Mn+1AXn，n＝1
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3，M为过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N)中的A层原子层得到。到目前为止，已经通过实验合成了30多个MXene材料，预计还有更多(数百个)在热力学上是稳定的。因此，与其他二维材料不同，MXenes本身是一大类材料，具有高导电性、体积电容和电磁干扰屏蔽性能等多种特性。这些出色的表现表明MXenes在电化学储能、透明导电电极和薄膜晶体管的电触点、电磁干扰屏蔽、光电探测器、传感等许多应用中都有前景。这些应用的核心在于制造先进的基于MXene架构，包括纳米结构电极、高质量连续薄膜/触点，以及功能器件的图案。
[0003]截止到目前为止，MXene材料在生物工程学领域的应用主要集中在载药，导电聚合物和电极修饰上，而在神经科学领域少有应用。其原因主要有MXene容易氧化和在组织内扩散和生物相容性低使得MXene很难应用在复杂的神经系统。
[0004]现有技术对MXene材料的改性通常集中于导电性、分散性和稳定性等某一特性的改进，尤其是稳定性，常规的改性方式如引入败血酸钠、离子分散剂等，这些改性方式是对材料的边缘晶格缺陷进行钝化，而这种改性方式会引起其他性质的降低。
[0005]公布号为CN 111447968 A的专利公开了一种使用2D金属碳化物和氮化物(MXene)的植入型器件，具体公开了一种包含MXene的接触材料，所述MXene上还包含导电聚合物，如聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)或类似物。但是该专利中，并未公开如何制备导电聚合物，聚乙烯二氧噻吩通常是通过三种方法获得，化学聚合、电聚合和光聚合。其中电聚合和光聚合并不能实现纳米片表面修饰，只能用于镀层、镀膜或体积成形等。然而，在MXene上原位聚合乙烯二氧噻吩是困难的，因为常规乙烯二氧噻吩化学聚合需要利用包含三价铁离子在内的氧化性的催化剂，而由于MXene有较强的还原性，所以会破坏MXene。
[0006]公布号为CN 109096754 A的专利公开了一种MXene
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聚多巴胺复合材料，其通过将MXene和多巴胺进行反应获得原位聚合的聚多巴胺，但是该方案由于直接在MXene表面进行聚合，聚合活性弱导致聚合时间较长，需要24小时。另外聚合后的多巴胺置于MXene表面，和外界直接接触，很容易受到过于强烈的氧化环境的影响导致结构破坏，使其原本能够增加稳定性的聚多巴胺层维持稳定性的效果部分丧失。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种可以适应复杂的体内环境的MXene纳米片，其同时强化了MXene纳米片在生物体内的物理化学稳定性、成膜能力、生物相容性等多种性质。
[0008]本专利技术一个方面提供了一种表面改性的MXene纳米片，所述MXene纳米片中具有Na离子和磺酸插层，同时表面还具有聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层。
[0009]在本专利技术的技术方案中，聚乙烯二氧噻吩层选自聚(3,4
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乙烯二氧噻吩)层，或包含聚(3,4
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乙烯二氧噻吩)的聚合物的层。
[0010]在本专利技术的技术方案中，Na离子和磺酸插层通过以下方法获得：将二维MXene纳米片分散在含有钠离子的碱性溶液中，混合获得Na离子插层的二维MXene纳米片；将Na离子插层的二维MXene纳米片与磺胺酸重氮盐反应，得到Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片。
[0011]在本专利技术的技术方案中，聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层依次设置。
[0012]在本专利技术的技术方案中，聚乙烯二氧噻吩层占表面改性的MXene纳米片总质量的0.01％
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50％，例如，0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％。
[0013]在本专利技术的技术方案中，先通过Na离子对MXene进行插层，然后利用磺酸插层剥离MXene到单层或少层，然后再在MXene纳米片表面聚合多巴胺层，最终再在原位聚合乙烯二氧噻吩。
[0014]在本专利技术的技术方案中，原位聚合聚多巴胺层为通过将多巴胺或进行预聚的多巴胺与具有Na离子和磺酸插层的MXene纳米片混合反应获得
[0015]在本专利技术的技术方案中，预聚的多巴胺通过将多巴胺分散在碱性缓冲液中获得。
[0016]在本专利技术的技术方案中，聚乙烯二氧噻吩层通过将乙烯二氧噻吩进行原位聚合获得。优选地，乙烯二氧噻吩选自3,4
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乙烯二氧噻吩。
[0017]在本专利技术的技术方案中，聚乙烯二氧噻吩层的聚合过程中不添加具有氧化性的催化剂。所述催化剂例如包含三价铁离子的催化剂。
[0018]在本专利技术的技术方案中，所述的MXene纳米片的基片选自Ti3C2、Ti2C、Nb2C、V2C、Mo2C。
[0019]在本专利技术的技术方案中，所述表面改性的MXene纳米片通过以下方法获得：
[0020]1)Na离子和磺酸的插层改性：将二维MXene纳米片分散在含有钠离子的碱性溶液中，混合获得Na离子插层的二维MXene纳米片；将Na离子插层的二维MXene纳米片与磺胺酸重氮盐反应，得到Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片；
[0021]2)利用迈克尔加成反应聚合多巴胺：将多巴胺在碱性缓冲溶液中进行预聚合，然后将预聚溶液与Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片混合反应，得到具有聚合多巴胺层且Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片；
[0022]3)进一步原位聚合获得非氧化性聚乙烯二氧噻吩层：将乙烯二氧噻吩原料分散在
水溶性有机溶剂中，并加入步骤2)所得MXene纳米片的水溶液中，在不包含氧化剂的条件下进行获得具有聚合多巴胺层和非氧化性聚乙烯二氧噻吩层，且N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种表面改性的MXene纳米片，其特征在于，所述MXene纳米片中具有Na离子和磺酸插层，同时表面还具有聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层；优选地，聚多巴胺层和聚乙烯二氧噻吩层依次设置；更优选地，先在具有Na离子和磺酸插层的MXene纳米片表面聚合聚多巴胺层，然后再原位聚合聚乙烯二氧噻吩层。2.根据权利要求1所述的表面改性的MXene纳米片，其特征在于，聚乙烯二氧噻吩层通过将乙烯二氧噻吩进行原位聚合获得；优选地，所述聚乙烯二氧噻吩层的聚合过程中不添加具有氧化性的催化剂；更优选地，所述催化剂三价铁离子的催化剂。3.根据权利要求1所述的表面改性的MXene纳米片，其特征在于，所述的MXene纳米片的基片选自Ti3C2、Ti2C、Ta4C3、Nb2C、V2C、Mo2C。4.根据权利要求1
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3任一项所述的表面改性的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)Na离子和磺酸的插层改性：将二维MXene纳米片分散在含有钠离子的碱性溶液中，混合获得Na离子插层的二维MXene纳米片；将Na离子插层的二维MXene纳米片与磺胺酸重氮盐反应，得到Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片；2)利用迈克尔加成反应聚合多巴胺：将多巴胺在碱性缓冲溶液中进行预聚合，然后将预聚溶液与Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片混合反应，得到具有聚合多巴胺层且Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片；3)进一步原位聚合获得非氧化性聚乙烯二氧噻吩层：将乙烯二氧噻吩原料分散在水溶性有机溶剂中，并加入步骤2)所得MXene纳米片的水溶液中，在不包含氧化剂的条件下进行获得具有聚合多巴胺层和非氧化性聚乙烯二氧噻吩层，且Na离子和磺酸的插层改性的MXene纳米片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，其中步骤1)中所述二维MXene纳米基片选自Ti3C2、Ti2C、Ta4C3、Nb2C、V2C或Mo2C中的其中一种或多种的组合；优选地，其中步骤1)中所述二维MXene纳米基片通过将MAX相陶瓷通过HF酸进行选择性刻蚀获得；优选地，步骤1)中磺胺酸重氮盐通过将磺胺酸、盐酸与亚硝酸钠反应获得；更优选地，所述MAX相陶瓷选自Ti3AlC2、Ti2AlC、Nb2AlC、...

【专利技术属性】
技术研发人员：都展宏，沙葆凝，赵生卓，程宇航，顾敏铃，毕国强，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：