多巴胺的自聚-组装行为及其多功能膜与纳米微球的研究

Dopamine is a kind of catecholic biological neurotransmitter, and in recent years,biomimetics studies have showed that, in aqueous solution, dopamine undergoes an oxidable self-polymerization and assembly to generate a series of polymers and aggregates with various morphologies and functions. In our previous work, it was showed that polydopamine (PDA) membranes and nanospheres were two kinds of typical aggregates generated from the self-polymerization and assembly of dopamine, which can be applied in the areas of membrane separation, anti-fouling /antibacterial surface, drug delivery, adsorption/separation etc. Given the unique character of dopamine, in the present project, to obtain structure-controlled PDA membranes and nanospheres, we propose to investigate the effects of interior and outer conditions on the hierarchical structures of dopamine aggregates and behaviors of dopamine self-polymerization and assembly. The machnism of dopamine polymerization-assembly and disassembly would be studied detailedly to reveal the rule of transformation of dopamine on the interfaces and dynamical process of PDA.Subsequently, PDA membranes and nanospheres would be surface-modified further by surface reaction, assembly and deposition etc. The functions and characteristics of PDA membranes and nanospheres would be studied to unclose the structure-property relationship. PDA membrane and nanospheres may find their applications in separation membranes,biomedical materials, battery separators etc.These basic work would provide an guidance for the development of novel PDA-based functional materials.

多巴胺（Dopamine）是一种儿茶酚类生物神经递质，近年来的仿生学研究发现，在溶液条件下，多巴胺能通过多层次的氧化-自聚-组装，形成多种形态和功能的聚合体。聚多巴胺（PDA）膜与纳米微球是其中两种最典型的多巴胺聚合体形态，可被应用于膜分离、抗污/抗菌表面、药物传递、吸附/分离等领域。基于多巴胺的这一特性，本项目拟在前期研究工作的基础上，考察内/外部因素对多巴胺自聚-组装行为及多巴胺聚合体多层次结构的影响，制备结构可控的PDA膜与纳米微球，研究多巴胺的自聚-组装和解组装机理，揭示多巴胺在界面转化的规律及聚合体动态形成过程。在此基础上，通过表面反应、组装和沉积等手段，对PDA膜与纳米微球进行进一步的表面修饰，研究其多功能用途与特性，阐明结构和性能的相互关系，拓展其在分离膜、生物医用材料、电池隔膜等领域的应用，为制备PDA基新型功能材料提供理论指导。

多巴胺是一种儿茶酚胺类生物神经递质，作为贻贝足丝蛋白（Mfp）超强粘附特性的模型分子，能够通过复杂的氧化-自聚和非共价相互作用，形成紧密粘附在各种固体材料表面的聚多巴胺（PDA）纳米沉积层，还能在溶液中形成纳米聚集体或纳米粒子，这些纳米材料在膜分离、吸附分离、生物医药等领域有着广阔的应用前景。然而，多巴胺在溶液体系中的自聚-组装过程与机理、聚集体的多层次结构、PDA沉积层和纳米粒子的结构与性能之间的相互关系等问题还有待深入的研究。本项目在前期研究工作的基础上，取得了以下主要研究成果：.（1）多巴胺在溶液中发生复杂的氧化、成环和分子重排，形成低聚体，进一步通过非共价相互作用沉积并紧密结合在被接触的固体表面，这种沉积层具有很多纳米级孔洞，用于制备以PDA沉积层为活性分离层的复合纳滤膜；.（2）通过反应介质种类和pH、反应时间、反应温度等对溶液中形成的PDA纳米聚集体的尺寸和形貌进行调控，PDA纳米粒子用作相转化膜或水凝胶微球的共混改性剂，提高了膜材料或吸附材料的亲水性、抗污染性和吸附分离能力；.（3）以膜表面PDA沉积层或纳米粒子作为膜表面二次修饰的平台，通过共价反应（表面引发ATRP等）或非共价相互作用（多点氢键等）在膜表面固定两性离子聚合物刷或聚维酮碘（PVP-I），从而制备抗污染和抗菌分离膜；.（4）进一步通过PDA纳米粒子的动态自组装，制备了具有分形结构的膜表面图案，这种表面图案可通过PDA的二次反应进行固定，为图案化功能表面的制备提供了一条新途径。. 在本项目的资助下，已在Macromolecules、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、Langmuir、J. Membr. Sci.、Polymer等学术期刊或学术会议发表论文24篇（其中SCI收录20篇），申请中国发明专利2项，相关成果获得2015年浙江省科技进步一等奖。本项目完成了预定的研究任务，实现了预期的研究目标。.