聚多巴胺辅助的金属无电沉积在图案化与潜指纹显影中的应用

摘要

贻贝分泌的足丝粘性蛋白具有极强的粘附性，能帮助贻贝稳定地吸附在潮湿的礁石上并经受海浪的冲刷。受此启发，科学家以多巴胺为单体，通过简单的自聚合反应在各种材质表面形成了仿生聚多巴胺（polydopamine，PDA）薄膜，并证实其高粘附性可与粘性蛋白相媲美。PDA几乎可以在包括超疏水表面在内、所有无机或有机材料表面上形成一层厚度可调、稳定的薄膜。其表面的功能基团能进一步与含有氨基（-NH2）和巯基（-SH）等基团的物质反应，实现表面功能化。PDA的种种优异性质，让其在生物、化学、医药、材料科学和能源等领域得到广泛应用。近年来，无电沉积成为了金属纳米结构和薄膜制造方面的新宠。无电沉积，又称为化学镀或自催化沉积，是一种非电镀型的金属沉积方法，通过可控的氧化还原反应沉积金属。与电化学沉积、化学/物理气相沉积相比，无论基底形貌或电导性如何，都能通过无电沉积实现金属沉积。然而，无电沉积通常需要对衬底进行预处理，引入催化剂（如金属离子或金属），这往往涉及繁琐的操作或是昂贵的仪器/试剂。研究表明：PDA结构中含有大量的酚羟基，具有金属离子螯合能力，同时PDA具有相当的化学还原性，因此可原位催化还原金属离子，制备金属材料。
　　本研究主要内容包括：⑴以PDA薄膜为紫外敏感的催化剂，通过无电沉积，开发了一种简单有效的、适用于各种基底的金属图案化沉积新方法。通过PDA在各种基底上成膜，利用其含有的儿茶酚基团螯合金属离子，催化金属薄膜在基底上进行无电沉积；配合光掩膜紫外曝光后，PDA薄膜被选择性氧化，失去其催化能力，局域金属还原不能发生，从而实现金属薄膜的图案化生长。鉴于该方法具有基底/金属普适性和操作简单等优点，在不同领域有着广泛的应用前景。⑵发现了PDA可从聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）表面高效转移至指纹汗渍表面的独特现象，利用这一界面转移现象及随后的金属无电沉积，开发了一种能够同时实现潜指纹显影及转移的新方法。将PDA包覆的PDMS覆盖到潜指纹载体上，撕下 PDMS，通过这一简单地覆盖-分离过程，将 PDA从PDMS转移到纹脊上，在PDMS上留下一个互补的指纹阴图。利用PDA催化的银无电沉积进行显影，在基底及 PDMS上分别显现出潜指纹的阳图与阴图。该法简单高效，适用于大多数非渗透性基底上的新鲜或老化指纹的显影及转移。⑶利用PDA对不同基底的吸附力差异和纳米银粒子的等离子共振效应，建立了一种同时实现潜指纹显影、转移和外源物检测的新方法。扫描电镜图、紫外吸收光谱和拉曼检测结果，证实了PDA@纳米银复合结构从PDMS到纹脊的成功地选择性转移。对含有不同浓度罗丹明6g、对氨基苯硫酚的潜指纹进行检测，其灵敏度可达纳克级别。该方法通过纳米银颗粒的等离子体共振效应，使潜指纹显现棕色；利用纳米银颗粒的拉曼增强效应，实现潜指纹中外源物的检测。该方法适用于不同基底上指纹的显现、转移及其中不同外源物的检测，在刑事侦查方面有一定应用意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 PDA的制备、性质和应用

1.2 金属图案化

1.3 潜指纹显影

1.4 本文研究的主要内容及意义

第二章 实验方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器及参数

2.3 实验方法

第三章 PDA催化的多基底多金属图案化

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 PDA辅助的银无电沉积用于潜指纹的转移与显影

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 PDA辅助的银无电沉积用于潜指纹识别及外源物拉曼检测

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果