多巴胺功能材料的制備方法及應(yīng)用研究進展

唐良澤 楊在君 胡琬君

摘要：近二十年來，多巴胺廣泛運用于材料的合成。本文就多巴胺參與的材料制備方法進行總結(jié)，包括多巴胺的自聚合、共價鍵接枝、多組分共聚、乙烯基修飾的多巴胺聚合，并簡述其在材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多巴胺;功能材料;合成方法

多巴胺含有氨基的鄰苯二酚，是腦內(nèi)分泌的兒茶胺酚類神經(jīng)遞質(zhì)[1]，也是制備生物醫(yī)用材料的原料。近二十年來，多巴胺及其類似物在材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如，趙鳴岐[2]等綜述了多巴胺用于生物醫(yī)用材料表面高分子涂層;Ryu[3]等綜述了近十年來聚多巴胺在材料表面化學(xué)的研究;李紅[4]等綜述了多巴胺基納米材料的應(yīng)用;沈佳麗[5]等綜述了多巴胺對骨修復(fù)材料的應(yīng)用。本文主要是對近年來多巴胺參與材料制備的方法及應(yīng)用進行概述。

1 多巴胺的自聚合

多巴胺在一定條件下可以發(fā)生氧化自聚合。多巴胺能環(huán)化形成吲哚，繼而通過分子間聚合化和苯基的π-π堆疊自組裝[3，6]。多巴胺的自聚合可運用于材料表面涂層修飾[7]，制備光熱性能的聚多巴胺納米粒子[8-9]，合成智能響應(yīng)性多巴胺碳點等。例如，Lee等[7]將陶瓷、金屬等材料浸泡在多巴胺的堿性Tris水溶液中，多巴胺聚合在這些材料的表面進行涂層化修飾。Si等將Fe3O4微球浸入在多巴胺的堿性磷酸鹽溶液中，多巴胺自聚在Fe3O4微球表面，形成核/殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物。該核/殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物與金納米粒子通過靜電吸引自組裝，得到超順磁性復(fù)合材料。這種材料可以應(yīng)用于催化劑載體或藥物輸送領(lǐng)域。Yamada等在多巴胺和殼聚糖的混合溶液中加入多酚氧化酶，多巴胺在氧化酶的作用下聚合，得到了聚多巴胺-殼聚糖復(fù)合材料。這種復(fù)合材料用K2Cr2O7固化成為凝膠。該凝膠對玻璃具有高黏接強度（400kPa）。Han等用黏土納米片誘導(dǎo)多巴胺氧化自聚合，得到黏土納米片-聚多巴胺復(fù)合材料。其再與丙烯酰胺共聚，得到持久的和可重復(fù)的黏性材料。該材料可用于外科手術(shù)敷料。聚多巴胺還可在靜電紡絲納米纖維、3D打印支架和聚對苯二甲酸乙二酯（PET）片材等表面進行氧化自聚合，改善其性能。此外，多巴胺還可用于制備聚多巴胺納米球用于光熱治療[8-9]和制備聚多巴胺/二硒納米碳點用于癌癥檢測。

2 多巴胺參與的多組分聚合

多巴胺能與含有碳碳雙鍵的化合物進行多組分共聚，制備多巴胺功能化黏合劑。因為多巴胺的氨基可作為電子供體與缺電子的雙鍵發(fā)生邁克爾加成。例如，Liang等用多巴胺與過量的乙烯基化合物發(fā)生邁克爾加成，得到多巴胺的多組分共聚物（見圖1）。該多組分共聚物與吡咯、明膠復(fù)合后，可用于心臟手術(shù)封閉。Zhang等通過多巴胺與碳碳雙鍵的多組分邁克爾加成，制得聚（多巴胺-丙烯酸酯）的超支化聚合物，具有較好的濕組織黏附性。Cui等通過多巴胺與四臂丙烯酸酯和二臂丙烯酸酯的多組分聚合，制備了具有疏水的主鏈和親水性鄰苯二酚側(cè)鏈的超支化通用膠黏劑。該材料具有優(yōu)異的水觸發(fā)黏附特性。

3 多巴胺接枝到聚合物

多巴胺的氨基通過縮合反應(yīng)或加成反應(yīng)接枝到聚合物上，對聚合物進行功能化修飾，提高其性能。多巴胺通過共價鍵接枝在聚合物常用的有兩種途徑：一種是酰胺化反應(yīng)，另一類是加成聚合。酰胺化反應(yīng)需要縮合劑活化羧基，然后與多巴胺反應(yīng)生成酰胺鍵。常用羧基活化劑有1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亞胺鹽酸鹽（EDC·HCl），苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸鹽（HBTU），1-羥基苯并三唑（HOBT），二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）等。例如，Guvendiren等將甲基化的左旋多巴在多肽縮合劑HBTU和HOBT共同作用下，接枝到聚（甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯）三嵌段共聚物的中間嵌段中。被多巴修飾的聚合物具有水敏感性。Li等通過EDC縮合劑將多巴胺接枝到羧基化的聚乙烯醇中（圖2），提高了聚乙烯醇的熱穩(wěn)定性，機械性能，可熔融加工性。崔國廉等將多巴胺接枝到氧化海藻酸鈉，得到多巴胺修飾的海藻酸鈉。其與膠原蛋白復(fù)合，得到水凝膠黏合劑。He等先將多巴胺接枝到明膠大分子上，再與乙烯基功能化的殼聚糖復(fù)合成水凝膠前體液。水凝膠前體液經(jīng)H2O2-抗壞血酸迅速固化成黏性水凝膠，可用于外科手術(shù)密封劑和傷口敷料。

加成聚合是利用多巴胺的氨基與含有活潑基團（如，環(huán)氧結(jié)構(gòu)）的大分子共價接枝，對材料進行功能化修飾。例如，沙心易等通過加成聚合將多巴胺接枝到環(huán)氧樹脂上，制備了干濕態(tài)雙高效膠黏劑。該膠黏劑不僅在干態(tài)條件下黏接強度可達（3.03±0.68）MPa;而且在水下環(huán)境中，黏接強度可達（0.65±0.10）MPa。Seo等通過加成聚合將多巴胺接枝到聚琥珀酰亞胺大分子鏈上，制得了多巴胺改性的聚天冬氨酸黏附水凝膠。該黏附水凝膠具有優(yōu)異的生物相容性。

4 乙烯基修飾的多巴胺聚合

將乙烯基修飾到多巴胺的氨基上，然后通過自由基聚合或原子轉(zhuǎn)移自由基聚合制備高分子材料。自由基聚合一般由偶氮類或過氧化物類引發(fā)。常見的偶氮類自由基引發(fā)劑有偶氮二異丁腈（AIBN），偶氮二異丁脒鹽酸鹽（V50）等。Xu等以AIBN引發(fā)苯乙烯與多巴胺甲基丙烯酰胺共聚，合成了含多巴胺基團的聚苯乙烯共聚物。共聚物經(jīng)Fe3+配位偶聯(lián)固化可用于構(gòu)筑涂層化表面。Pramudya等以AIBN引發(fā)丙烯?；喟团c丙烯?；坊拎咸烟呛图谆┧?-疊氮基辛酯聚合化，制得了三元共聚物膠黏劑。其黏附強度（115kPa）比市售橡膠膠黏劑（5.8kPa）高出20倍。Aurélia Charlot等以水溶性偶氮引發(fā)劑V50引發(fā)丙烯基化多巴和丙烯?；募句@鹽自由基共聚，制得陽離子型聚合物。該聚合物可原位還原硝酸銀制備銀納米粒子，得到性能優(yōu)異的抗菌材料。

5 結(jié)語

多巴胺參與的眾多聚合反應(yīng)中，以氧化自聚合最為簡便和高效，其次是和多巴胺與雙鍵的邁克爾加成，乙烯基化多巴胺的聚合化和酰胺化接枝等。氧化自聚合雖然簡便高效，但作為黏附功能單元的鄰苯二酚基團多已被氧化，不適合開發(fā)為功能黏性材料。而制備過程稍復(fù)雜的多巴胺的乙烯基功能化聚合和酰胺化接枝修飾聚合物，卻是優(yōu)異的高黏性材料，且合成的材料結(jié)構(gòu)更可控。

多巴胺不僅可作為功能化涂層制備生物惰性或生物活性功能化表面，如抗黏附、抗腐蝕、抗菌等;也可接枝到大分子（天然高分子/合成高分子）上制備黏附材料，如組織黏合劑，傷口敷料，仿生黏附水凝膠，導(dǎo)電心臟貼片;還可以制備光熱劑用于腫瘤光熱治療，制備核/殼結(jié)構(gòu)用于催化劑載體和藥物輸送。多巴胺以其簡便的自聚合、靈活的摻雜方式，優(yōu)異的黏附性和生物相容性為新材料的制備提供了廣闊思路。

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