深圳大学徐坚教授团队《Adv. Sci.》：臭氧辅助多巴胺快速聚合

2023-12-26 来源：高分子科技

受贻贝启发的聚多巴胺具有广谱的粘附性、丰富的二次反应性和良好的生物相容性，在分离膜、生物医用材料、能源材料等领域展现出广阔应用前景。然而，该领域仍存在一些挑战。例如，多巴胺通常需要在弱碱性环境中聚合，多巴胺的聚合以及聚多巴胺沉积过程耗时长（数十小时），多巴胺聚合反应不可控，聚多巴胺涂层表面均匀性差、稳定性不佳等。

近日，深圳大学徐坚教授团队提出一种高效、环保、低成本的方法，成功实现多巴胺的快速聚合以及聚多巴胺的快速沉积。研究人员在多巴胺溶液中通入臭氧（氧化还原氧化电位：2.07 V），臭氧在水中可以产生大量活性氧自由基，可以在较宽pH范围内（pH 4.0~10.0）显著加速多巴胺的聚合。聚多巴胺涂层的沉积速率也显著提高，当多巴胺浓度为2 mg/mL （pH 8.5），臭氧流速为5 g/h，反应时间14min，溶液在420nm处的紫外吸收值高达2.38（稀释5倍），硅片表面的聚多巴胺涂层厚度为15.12nm，聚多巴胺涂层的沉积速率为64.8 nm/h，是传统方法的30倍。研究人员系统研究了臭氧浓度、反应温度等条件对臭氧催化多巴胺聚合体系的影响，通过控制臭氧发生器的开关来控制多巴胺聚合反应的开始和停止，可以通过升高温度、提高臭氧浓度进一步加速多巴胺聚合速度，通过适当延长反应时间、增加沉积次数控制聚多巴胺涂层厚度。此外，臭氧辅助多巴胺聚合形成的聚多巴胺涂层具有更光滑的表面形貌以及更优异的化学稳定性和机械稳定性。高浓度臭氧对聚多巴胺有一定的分解作用，臭氧/多巴胺溶液中形成的聚多巴胺颗粒尺寸比空气/多巴胺溶液中形成的聚多巴胺颗粒尺寸更均匀，臭氧/多巴胺体系得到的聚多巴胺涂层分子间形成了更强的堆叠作用，含有更多共价键，这可能也是聚多巴胺具有更均匀表面形貌和优异稳定性的原因。此外，由于臭氧分解产物为氧气，整个反应过程没有引入金属离子，不会污染改性基材，并且高浓度臭氧还可以分解水中有机物，反应液可以实现“自清洁”排放，具有绿色、环保特性。

臭氧辅助多巴胺在不同pH条件下快速聚合。

臭氧辅助聚多巴胺快速沉积及聚多巴胺涂层均匀的表面形貌。

臭氧辅助多巴胺快速聚合及聚多巴胺快速沉积机理。

该工作以“Ozone-Induced Rapid and Green Synthesis of Polydopamine Coatings with High Uniformity and Enhanced Stability”为题发表在Advanced Science。文章第一作者是深圳大学研究生谭丽汝，通讯作者为深圳大学朱唐副研究员和朱才镇教授，徐坚教授对研究工作进行了深入指导。该工作得到国家自然科学基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202308153

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（责任编辑：xu）

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