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多巴胺的自聚2附着行为与膜表面功能化徐 多巴胺的自聚2附着行为与膜表面功能化 徐又一 3 , 蒋金泓 , 朱利平 , 朱宝库 (浙江大学 高分子科学与工程学系 ,高分子合成与功能构造教育部重点实验室 , 膜与水处理技术教育部工程研究中心 ,杭州 310027) 摘 要 : 多巴胺 ( dop a mi ne) 是一种生物神经递质 ,在水溶液条件下 ,它能在溶解氧的作用下发 生氧化2交联反应 ,形成强力附着于固体材料表面的聚多巴胺复合薄层. 基于多巴胺的这一特 性 ,近年来膜技术研究者们通过多巴胺在固体基膜上的自聚2复合 ,对膜进行表面改性 ,并以具 有反应活性的聚多巴胺复合层为平台 ,对膜进行进一步的表面修饰 ,实现膜的功能化 . 文章论 述了多巴胺在膜表面修饰与功能化方面的研究进展 ,应用领域包括超/ 微滤膜 、生物医用膜以 及渗透汽化膜等 . 关键词 : 多巴胺 ; 多巴 ; 儿茶酚衍生物 ; 功能化 ; 仿生 ; 表面改性 中图分类号 : TQ028 . 8 文献标识码 : A 文章编号 : 100728924 (2011) 0320032207 膜材料是膜技术的核心 ,目前绝大多数膜技术 依赖于有机高分子膜 . 然而 ,对于大多数高分子分离 膜而言 ,膜材料本身的表面能低 ,具较强的疏水性 , 使其在一些膜分离领域 ( 如水处理 、生物医用) 中的 应用受到限制. 因此 ,对分离膜进行适当的表面改性 与修饰 ,是提高膜表面性能和拓展其应用范围的有 效途径. 目前报道的分离膜表面改性方法主要分为两大 类 ,即物理法和化学法. 物理法主要包括表面涂覆和 共混 ;化学法主要包括表面处理 、辐照 、接枝 、界面聚 合和表面交联等. 这些改性方法或多或少都存在破 坏膜本体结构 、改性效果不持久稳定 、操作步骤繁冗 以及仪器设备复杂等缺点. 为克服现有改性方法的 不足 ,需要开发一种更为经济高效 、操作简便的方法 来实现分离膜的表面改性. 近年来的仿生学研究发现 ,水溶液条件下 ,左旋 3 ,42二羟基苯丙氨酸 ( L 2DO PA ,或 L 2多巴) 的儿茶 酚衍生物 3 ,42二羟基苯丙氨 ( dop a mi ne ,或多巴胺) 能发生氧化聚合 ,在聚合物 、金属 、陶瓷 、玻璃 、木材 等一系列固体材料表面形成一层超 强附 着 的复 合 层 ,这一现象为分离膜的表面改性提供了一条新的 途径[ 1 - 3 ] . 近年来 ,一些国内外学者在多巴胺改性方 面作了大量研究 ,使多巴胺自聚2复合法改性固体材 料表面成为研究热点 . 本文综述了多巴胺在表面改 性中的研究进展 ,对多巴胺自聚2复合改性原理及其 在表面功能化方面的应用作了详述 . 多巴胺的超强黏附行为及其原理 海洋生物贻贝的足腺细胞能分泌出一种超强度 黏液 ,在海水中凝固成足丝 ,紧密附着在基体材料表 面 上[ 4 ] . 这 种 黏 液 的 主 要 成 分 是 贻 贝 黏 附 蛋 白 ( mu ssel a dhe sive p ro t ei n s , M A Ps) ,它可以在潮湿 的环境中迅速固化 ,与基体材料表面形成较强的相 互作用. 研究发现 , 足丝与黏附基体的 MA Ps 界面 层中含有大量蛋白质组分 Mfp 25 ( mytil u s foo t p ro2 t ei n 5) ,其氨基酸序列中含有近 30 %的 L 2 多巴和 15 %的赖氨酸 ( l ysi ne) 残基 , 是赋予 MA Ps 特殊黏 附性能的关键成分[ 3 , 5 , 6 ] . 作为 L 2 多巴的儿茶酚衍 生物 , 多 巴 胺 结 合 了 L 2 多 巴 的 邻 苯 二 酚 基 团 和 赖氨酸的氨基官能团 ,被认为能够很好地模拟 Mfp 1 收稿日期 : 2010212231 基金项目 : 国家“973”计划项目 (2009CB623402) ; 国家自然科学基金资助项目 ( ; 浙江省自然科学基金资助项 目 ( Y4100204) 作者简介 : 徐又一 (19452) , 男 , 上海市人 , 教授 , 从事高分子膜材料与技术研究 . 3 联系人〈opl2yyxu @zj u. edu. cn〉 第 3 期徐又一等 :多巴胺的自聚2附着行为与膜表面功能化·33 ·2 第 3 期 徐又一等 :多巴胺的自聚2附着行为与膜表面功能化 ·33 · 25 中的黏附组分 ,实现潮湿环境中对基体表面的附 着[ 2 ] . 在水溶液中 ,多巴胺的邻苯二酚基团很容易被氧 化 ,生成具有邻苯二醌结构的多巴胺醌化合物. 多巴 胺和多巴胺醌之间发生反歧化反应 ,产生半醌自由 基 ,然后偶合形成交联键 ,同时在基体材料表面形成 紧密附着的交联复合层 (图