多巴胺功能材料的制備方法及應用研究進展

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的研究;李紅[4]等綜述了多巴胺基納米材料的應用;沈佳麗[5]等綜述了多巴胺對骨修復材料的應用。本文主要是對近年來多巴胺參與材料制備的方法及應用進行概述。

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)納米復合物。該核/殼結(jié)構(gòu)納米復合物與金納米粒子通過靜電吸引自組裝，得到超順磁性復合材料。這種材料可以應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-殼聚糖復合材料。這種復合材料用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多巴胺氧化自聚合，得到黏土納米片-聚多巴胺復合材料。其再與丙烯酰胺共聚，得到持久的和可重復的黏性材料。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或加成反應接枝到聚合物上，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，另一類是加成聚合。酰胺化反應需要縮合劑活化羧基，然后與多巴胺反應生成酰胺鍵。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。

參考文獻：

[1]Bibb J A，Snyder G L，Nishi A，et al.Phosphorylation of DARPP-32 by Cdk5 modulates dopamine signalling in neurons[J].Nature，1999，402（6762）：669-671.

[2]趙鳴岐，黃威嬪，胡米.生物醫(yī)用材料表面高分子基涂層的功能化構(gòu)筑[J].材料導報，2019，33（001）：27-39.

[3]Ryu J H，Messersmith P B，Lee H.Polydopamine Surface Chemistry-A Decade of Discovery[J].Acs Appl Mater Interfaces，2018：acsami.7b19865.

[4]李紅，趙媛媛，彭浩南.多巴胺基納米材料在生物醫(yī)藥中的應用[J].化學進展，2018，030（008）：1228-1241.

[5]沈佳麗，石暢，施冬健，等.多巴胺對骨修復材料表面改性的研究進展[J].材料導報，2017（21）：54-61.

[6]賀武，帥韜，高明陽，等.聚多巴胺形成的機理及影響因素[J].江西化工，2017（4）.

[7]Haeshin Lee，Shara M.Dellatore，William M.Miller，et al.Messersmith.Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings.[J].Science，2007，318（5849）：426-30.

[8]Yanlan Liu，Kelong Ai，Jianhua Liu，et al.Dopamine-Melanin Colloidal Nanospheres：An Efficient Near-Infrared Photothermal Therapeutic Agent for In Vivo Cancer Therapy[J].Adv.Mater.，2013.

[9]王賀，羅靜，李小杰，等.沉淀法高效制備聚多巴胺納米粒子[J].應用化學，2019，36（02）：155-160.