聚乳酸(PLA)可通过乳酸的缩合或作为乳酸二聚体的丙交酯的开环聚合来合成[1]。而且由于其具有无毒、良好的生物相容性和可加工性，研究人员已对PLA薄膜进行了广泛的探究[2]。层层自主装沉积技术已被广泛用于设计先进材料和开发释放系统[3]。该方法是基于具有相互作用能力的物质的连续吸附，层层自主装沉积技术相对于固定方法具有很大的灵活性，可以利用层层自主装方法通过主动或被动加载对材料进行表面功能化[4-6]。聚阴离子可以和聚阳离子进行层层自主装，典型的聚阴离子有硫酸软骨素(CS)、透明质酸、聚(谷氨酸)等，而典型的聚阳离子有PLA、聚(L-赖氨酸)、壳聚糖等[7-9]。层层自主装结构的薄膜具有多种特性，Wang等[10]制备了一种可调节聚集体厚度和性能的多功能PLA基膜。研究表明当组装的层数为20个双层时，发现每个双层的平均厚度为10.75 nm，并且与PLA膜相比，拉伸强度提高了20%。而且组装的层状双氢氧化物(LDHs)可以用作一种有机-无机发光材料赋予了PLA光致发光的特性。光刺激近年来得到广泛关注，这是因为某些材料可以通过控制外部光强度得到响应，而贵金属纳米颗粒因为可引起局部纳米级加热而成为热门的研究对象[11-12]。当对材料加热到玻璃化转变温度之上时，结晶的聚合物网络会暂时松弛和软化，从而达到控制降解速度的作用[13]，而目前通过近红外光控制PLA薄膜降解的研究较少。本实验采用层层自主装沉积技术制备了具有近红外光响应的PLA/CS/Au薄膜，研究了PLA/CS/Au薄膜的形态及吸收光谱，并在不同功率的激光作用下研究了PLA/CS/Au薄膜的光诱导活性，为基于PLA的3D打印材料发展提供了参考性。1实验部分1.1主要原料聚乳酸(PLA)，2002D，美国NatureWorks公司；硫酸软骨素(CS)，试剂级，南通飞宇生物科技有限公司；纳米金，Lightning-Link，深圳欣博盛生物科技有限公司；比色皿清洁剂，Hellmanex®III，德国豪玛有限公司；十二烷基硫酸钠，试剂级，尤尼威尔化学品(上海)有限公司；盐酸(HCl)，试剂级，济南顺阳化工科技有限公司；Tris缓冲液，试剂级，南京探求生物有限公司；乙酸铀酰，试剂级，上海倍卓生物科技有限公司。1.2仪器与设备透射电子显微镜(TEM)，Metrios DX，赛默飞世尔科技公司；傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)，Nicolet iS5，上海弋翔仪器有限公司；紫外-可见分光光度计(UV-Vis)，X6，上海元析仪器有限公司；共聚焦激光扫描荧光显微镜(CLSM)，C2，日本尼康公司；红外光源，Newport，青岛森泉光电有限公司；热重分析仪(TG)，TGA3，瑞士梅特勒-托利多公司。1.3样品制备将载玻片浸湿在Hellmanex、十二烷基硫酸钠及HCl的混合热溶液中15 min，将载玻片浸入PLA(0.4 mg/mL)和CS(0.4 mg/mL)的Tris缓冲液中10 min，在每次交替浸入之前用缓冲液洗涤5 min，从而在25 °C的条件下形成PLA/CS薄膜。为了制备用异硫氰酸荧光素(FITC)标记的薄膜，将PLA和PLA-FITC以20：1的比例添加到用于膜沉积的PLA溶液，得到PLA-FITC/CS薄膜。使用胶体纳米金对PLA/CS薄膜进行修饰。在加入具有纳米金的溶液之前先用去离子水洗涤PLA/CS薄膜5 min，以去除Tris缓冲液中的盐离子，将纳米金颗粒直接加到最后一层PLA中，在室温下孵育1 h，即可获得PLA/CS/Au薄膜。1.4性能测试与表征FTIR测试：将薄膜涂覆在ZnSe晶片上，使用衰减全反射法(ATR)对样品进行测试，扫描范围4 000 ~500 cm-1。TG分析：将薄膜刮下并研磨，取样品3 mg，N2气氛，以10 oC/min的升温速率将试样从室温升温至600 °C。TEM测试：用乙酸铀酰溶液处理PLA/CS/Au薄膜以增加对比度，将其放入装有固化凝胶的胶囊中，切开包含PLA/CS/Au薄膜的胶囊用于PLA/CS/Au薄膜的横截面成像，透射电镜的加速电压为200 kV。未修饰纳米金的PLA/CS薄膜为参照组。UV-Vis测试：将PLA/CS/Au分散液稀释为10%进行UV-Vis吸收光谱测试，测试波长范围200~1 000 nm。CLSM测试：使用配置有100倍油浸物镜的共聚焦激光扫描荧光显微镜观察用FITC标志的PLA/CS/Au薄膜，FITC标记的化合物的激发波长为488 nm。近红外光响应测试：将薄膜暴露在近红外光为830 nm的环境下，激光功率分别为60 mW和90 mW，激光曝光时间1 s。光束通过显微镜物镜以100倍的放大倍率聚焦在样品上。将带有薄膜的样品放回共聚焦激光扫描荧光显微镜中，并拍摄另一张位于相同位置的CLSM图像。2结果与讨论2.1FTIR分析图1为PLA及PLA/CS的FTIR谱图。从图1PLA及PLA/CS的FTIR谱图中都可以观察到PLA的特征峰。其中在1 729 cm-1处为PLA的羰基伸缩振动强吸收峰，1 182 cm-1为PLA的C—O—C不对称强吸收峰。而CS的特征峰位于725、853以及930 cm-1处。1 890 cm-1为PLA与CS结合后的羰基吸收峰，证明了PLA/CS的成功合成。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F001图1PLA及PLA/CS的FTIR谱图Fig.1FTIR spectra of PLA and PLA/CS2.2TG分析图2为PLA、PLA/CS及PLA/CS/Au的TG曲线。从图2可以看出，PLA和PLA/CS的热降解曲线基本重合，原因在于PLA与CS熔点比较相近。而由于纳米金的熔点高于600 °C，所以在PLA/CS/Au的TG曲线中可以看到纳米金的残余质量，TG曲线证明了PLA/CS/Au的成功合成也测得纳米金的含量在5%左右。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F002图2PLA、PLA/CS及PLA/CS/Au的TG曲线Fig.2TG curves of PLA, PLA/CS and PLA/CS/Au2.3PLA/CS/Au薄膜TEM分析图3为PLA/CS/Au薄膜的TEM照片。黑色粒子为纳米金，根据比例尺估算，纳米金的尺寸在20 nm左右。从图3b可以看出，加入纳米金之后，PLA/CS/Au薄膜的切面上出现了纳米金颗粒。然而纳米金颗粒仅位于表面，可能是由于薄膜的扩散限制所导致的，也有可能是因为纳米金的尺寸较大，所以不会扩散到PLA/CS膜中。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F003图3PLA/CS/Au薄膜的TEM照片Fig. 3TEM images of PLA/CS/Au film2.4PLA/CS/Au薄膜UV-Vis光谱分析图4为PLA/CS/Au薄膜的UV-Vis吸收光谱。在520 nm处出现的峰值属于纳米金表面的等离子共振吸收峰，而在620 nm产生的峰值则属于纳米金的聚集体，这与TEM切片观察到的现象一致。UV-Vis吸收光谱也从另一个侧面证实了纳米金在PLA/CS薄膜的附着。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F004图4PLA/CS/Au薄膜的UV-Vis吸收光谱Fig. 4UV-Vis absorption spectra of PLA/CS/Au film2.5PLA/CS/Au薄膜近红外光响应图5为PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被激光照射之前的形态。由于相邻纳米粒子上的偶极相互作用，纳米金聚集体在近红外光谱范围内将会被诱导吸收，因此可以通过830 nm的激光来远程激发薄膜。影响激活的固有参数是纳米金的大小及其浓度，也可以通过调整其他参数进行激活，例如纳米金的聚集状态和激光的入射强度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F005图5PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被激光照射之前的形态Fig.5The morphology of the PLA/CS/Au film before being irradiated with laser light in transmission and fluorescence modes图6为PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被60 mW激光照射后的形态。从图6可以看出，由于近红外光对纳米金的作用，薄膜局部被加热，从而导致荧光减少。由此可知在近红外光激活后，薄膜的形态产生了局部切口，破坏了薄膜表面。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F006图6PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被60 mW激光照射后的形态Fig.6The morphology of the PLA/CS/Au film after being irradiated by 60 mW laser in transmission and fluorescence modes图7为PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被90 mW激光照射后的形态。对比图6可知，随着近红外光功率的增强，纳米金能够吸收更多的热量，导致被破坏的薄膜面积增加，荧光减少。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F007图7PLA/CS/Au膜在透射和荧光模式下被90 mW激光照射后的形态Fig.7The morphology of the PLA/CS/Au film after being irradiated by 90 mW laser in transmission and fluorescence modes3结论(1)制备了一种在近红外光下具有响应作用的PLA/CS/Au薄膜。FTIR光谱测试证实了PLA/CS的成功合成。TG分析中，PLA/CS/Au薄膜中纳米金的含量大致在5%，验证了PLA/CS/Au薄膜的成功合成。(2)TEM表明纳米金仅存在于PLA/CS薄膜表面，而且纳米金对PLA/CS薄膜具有稳定的附着性，PLA/CS/Au薄膜UV-Vis吸收光谱进一步证明了纳米金颗粒与聚集体可以在PLA/CS薄膜表面稳定依附。(3)近红外光响应测试表明，通过调节激光功率对PLA/CS/Au薄膜进行激光活化以释放或去除薄膜的上涂层，并且随着激光功率的升高，纳米金对薄膜的破坏程度也随之提高。