[发明专利]一种3D结构表面功能化的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种3D结构表面功能化的制备方法及其应用，所述制备方法包括以下步骤：步骤一，乙烯基化处理，得到表面修饰有双键的3D结构；步骤二，双键‑硫醇点击化学反应，得到所述的具有功能化表面的3D结构。所述应用为功能化3D结构在表面亲疏水、表面抗菌、表面金属沉积中的应用。本发明制备快速，可以赋予3D结构表面各种活性基团，且不依赖于材料本身所带的官能团，对绝大多数材料都能起效，且不会在材料表面形成额外的微纳结构；制备方法的反应条件简单、反应快速，在几分钟内实现不同尺度不同大小的3D结构的功能化，且该方法具有很强的通用性，可进行大规模生产。

技术领域

本发明属于功能化结构领域，具体为一种3D结构表面功能化的制备方法及其应用。

背景技术

3D打印是快速成型技术中的一种，又被称作增材制造，它以数字模型文件为基础，通过无机物粉末或聚合物预聚液等为材料，通过逐层打印或3D直写的方式来构造物体的技术。是当今社会一种非常热门的3D结构加工手段。

在3D打印的众多方法中，双光子光刻是一种极具潜力的方式。通过光学元件将飞秒脉冲的激光聚焦在光敏树脂中，该光敏树脂可以在高能光照下交联(负性光刻胶)或降解(正性光刻胶)。如果激光能量足够高，树脂可能会发生双光子(或多光子)吸收(或聚合)的现象。这种多光子吸收的现象是非线性的，发生概率与激发光强度的平方(或更高)成正比。这导致发生光聚的区域可以限制在三维空间中的一个点上(激光的焦点)，通过不断移动焦点，就可直写出三维结构，并可达到百纳米尺度的分辨率，大大提高了打印精度。除了聚合物树脂外，双光子光刻也有望用于玻璃、金属、陶瓷等许多材料的3D打印。

虽然双光子光刻可以快速的创造复杂的结构，但由于可使用的光刻胶较少，3D结构表面的化学功能性也受到了很大的限制。为了进一步扩大3D结构的应用领域，寻找一种快速而通用的表面功能性修饰方法具有重要意义。

常用的构建功能性3D结构的方法有：利用结构表面残余基团修饰、合成功能化光刻胶等。利用表面残余基团修饰的方法，往往受限制于聚合物表面较低密度的残留基团，难以提高所需功能性基团的密度。直接合成对应的功能化光刻胶，将功能性组分引入光刻胶内部，该方法通常具有较高的功能性密度，但通常情况下，在光刻胶中引入功能性组分的同时，往往会降低其材料强度、打印精度或速度等其他材料性能。通常商业化的普通光刻胶在各方面性能都较为均衡，但其成分不公开，材料组成多种多样，这对开发其表面改性技术制造了很大的阻碍。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种通用性强、简单迅速、可以应用于大规模生产的3D结构表面功能化的制备方法，本发明的另一目的是提供一种功能化3D结构在表面亲疏水、表面抗菌、表面金属沉积中的应用。

技术方案：本发明所述的一种3D结构表面功能化的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，乙烯基化处理：将催化剂、双键硅烷和中和剂分别加入溶剂一中，制得硅烷溶液，再将3D结构完全浸入所制得的硅烷溶液中，搅拌5～10min后用乙醇或者丙酮冲洗3D结构并用氮气吹干，得到表面修饰有双键的3D结构，具有很强的通用性；

步骤二，双键-硫醇点击化学反应：将光引发剂、硫醇分别加入到溶剂二中，配制得到硫醇溶液，再用硫醇溶液将步骤一所得表面修饰有双键的3D结构浸没，静置后在紫外光下反应5～10s，用乙醇或者丙酮冲洗，并用氮气吹干，得到具有功能化表面的3D结构。如表面修饰了全氟基团、羟基、烷烃基、羧基、氨基、聚乙二醇基团的结构等。

其中，催化剂为4-二甲氨基吡啶，双键硅烷为乙烯基三氯硅烷，中和剂为三乙胺，溶剂一为二氯甲烷。催化剂的质量为23.9～26.5mg，双键硅烷、中和剂、溶剂一的质量比为13～25∶14～29∶2399～3310。

3D结构通过立体光刻3D打印得到的光刻胶结构，3D结构由钛合金、羟基磷灰石、玻璃和尼龙中的任意一种制成。