川大李乙文/苏大王召、张正彪/华东师大程义云《Chem. Soc. Rev.》邀请综述:刺激响应性聚多巴胺智能材料的进展与展望


黑色素是一类重要的生物大分子,广泛存在于人与动物的皮肤和毛发中,在诸多生理活动中都起到核心调节作用。聚多巴胺作为最重要的类黑色素仿生材料,制备方法简单并且继承了黑色素的诸多优良特性,例如抗氧化、防紫外、良好的生物相容性,黏附能力以及优异的光热特性等。近年来有关聚多巴胺用于构筑刺激响应性智能材料的报道越来越多,尤其在生物成像和光热转化的应用受到众多研究者的关注。

近日,四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室的李乙文教授,苏州大学材料与化学化工学部的王召、张正彪教授,华东师范大学生命科学学院程义云教授联合在Chemical Society Reviews杂志上刊登了题为“Stimuli-Responsive Polydopamine-based Smart Materials”的邀请综述,总结了近年来聚多巴胺作为一种刺激响应性材料在医学诊疗、传感器、精密光学器件、能量转化等多领域的应用进展。文章重点阐述了聚多巴胺材料的结构与刺激响应性能的关系,论证了丰富的化学、物理改性方法赋予材料的多模式、多层次的响应特性。文章的第一作者是四川大学博士一年级学生杨鹏,通讯作者是苏州大学王召教授与四川大学李乙文教授



作者根据聚多巴胺的大分子化学结构特点,解释了单体的共价交联聚合和寡聚体的非共价键的自组装相结合的合成机理(图1),提出了聚多巴胺的复杂化学结构可能是决定其刺激响应性能的关键因素。作者以聚多巴胺的高共轭结构为例阐述了其对光响应特性的影响,总结了各类通过合成改性方法来调控聚多巴胺纳米粒子的刺激响应性能的方案(图2)。此外,作者还归纳了各类聚多巴胺纳米结构材料、聚多巴胺复合材料的制备和刺激响应性能的调控。聚多巴胺表面具有丰富的可修饰化学基团,可用来引入额外的刺激响应基元,实现响应性能的突破 。不仅如此,聚多巴胺还能够和其他组分形成联动,构筑多模式、多层次的响应性调控机制。


图1. 聚多巴胺的合成机理


图2.聚多巴胺刺激响应性材料的合成策略


作者进一步归纳了基于聚多巴胺材料的各类刺激响应性机制,包括光、热、化学、pH、湿度、机械力、超声、电场等。通过合理的合成设计可制备多种单一刺激响应性和多重刺激响应性的智能材料(图3)。最后作者总结了刺激响应性聚多巴胺在材料工程领域的主要应用,包括诊疗、传感器、驱动器、自修复材料、光学仪器以及海水淡化等。


图3.聚多巴胺材料的不同刺激响应机制及应用


论文详见:Peng Yang, Fang Zhu, Zhengbiao Zhang, Yiyun Cheng, Zhao Wang* and Yiwen Li*. Stimuli-Responsive Polydopamine-based Smart Materials. Chem. Soc. Rev., 2021, DOI: 10.1039/D1CS00374G


原文链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/cs/d1cs00374g


作者简介:


王召教授于2018年获得加州大学圣地亚哥分校博士学位,随后于芝加哥大学从事博士后研究工作。2021年4月加入苏州大学材料与化学化工学部,任特聘教授、博士生导师。近年来以第一/通讯作者身份在Nat. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Mater. Horiz. Small等专业期刊发表SCI论文多篇。主要研究方向为压电介导的机械力聚合方法以及聚合反应过程中多层次响应性机制的调控。


李乙文教授自16年入职川大后一直从事人造黑色素和多酚功能材料的基础与转化研究工作,近五年作为通讯作者在Sci. Adv., CCS Chem., Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem.等杂志上发表论文50多篇,相关专利已成功实现转让,成功将黑色素材料的部分关键性能进行了有效优化和提升,使之能在部分工业场景下替代传统高黑度材料(如聚苯胺、微纳炭黑等),相关成果正与华为、MARUBI丸美、长发小寨等公司进行联合产品化研究,合作公司还在川大设立了专项奖学金来激励相关的转化工作。


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