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深圳大學徐堅教授團隊《Adv. Sci.》：臭氧輔助多巴胺快速聚合
2023-12-26  來源：高分子科技

  受貽貝啟發(fā)的聚多巴胺具有廣譜的粘附性、豐富的二次反應性和良好的生物相容性，在分離膜、生物醫(yī)用材料、能源材料等領域展現(xiàn)出廣闊應用前景。然而，該領域仍存在一些挑戰(zhàn)。例如，多巴胺通常需要在弱堿性環(huán)境中聚合，多巴胺的聚合以及聚多巴胺沉積過程耗時長（數(shù)十小時），多巴胺聚合反應不可控，聚多巴胺涂層表面均勻性差、穩(wěn)定性不佳等。


  近日，深圳大學徐堅教授團隊提出一種高效、環(huán)保、低成本的方法，成功實現(xiàn)多巴胺的快速聚合以及聚多巴胺的快速沉積。研究人員在多巴胺溶液中通入臭氧（氧化還原氧化電位：2.07 V），臭氧在水中可以產生大量活性氧自由基，可以在較寬pH范圍內（pH 4.0~10.0）顯著加速多巴胺的聚合。聚多巴胺涂層的沉積速率也顯著提高，當多巴胺濃度為2 mg/mL （pH 8.5），臭氧流速為5 g/h，反應時間14min，溶液在420nm處的紫外吸收值高達2.38（稀釋5倍），硅片表面的聚多巴胺涂層厚度為15.12nm，聚多巴胺涂層的沉積速率為64.8 nm/h，是傳統(tǒng)方法的30倍。研究人員系統(tǒng)研究了臭氧濃度、反應溫度等條件對臭氧催化多巴胺聚合體系的影響，通過控制臭氧發(fā)生器的開關來控制多巴胺聚合反應的開始和停止，可以通過升高溫度、提高臭氧濃度進一步加速多巴胺聚合速度，通過適當延長反應時間、增加沉積次數(shù)控制聚多巴胺涂層厚度。此外，臭氧輔助多巴胺聚合形成的聚多巴胺涂層具有更光滑的表面形貌以及更優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。高濃度臭氧對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顆粒尺寸比空氣/多巴胺溶液中形成的聚多巴胺顆粒尺寸更均勻，臭氧/多巴胺體系得到的聚多巴胺涂層分子間形成了更強的堆疊作用，含有更多共價鍵，這可能也是聚多巴胺具有更均勻表面形貌和優(yōu)異穩(wěn)定性的原因。此外，由于臭氧分解產物為氧氣，整個反應過程沒有引入金屬離子，不會污染改性基材，并且高濃度臭氧還可以分解水中有機物，反應液可以實現(xiàn)“自清潔”排放，具有綠色、環(huán)保特性。 


臭氧輔助多巴胺在不同pH條件下快速聚合。 


臭氧輔助聚多巴胺快速沉積及聚多巴胺涂層均勻的表面形貌。 


臭氧輔助多巴胺快速聚合及聚多巴胺快速沉積機理。


  該工作以“Ozone-Induced Rapid and Green Synthesis of Polydopamine Coatings with High Uniformity and Enhanced Stability”為題發(fā)表在Advanced Science。文章第一作者是深圳大學研究生譚麗汝，通訊作者為深圳大學朱唐副研究員和朱才鎮(zhèn)教授，徐堅教授對研究工作進行了深入指導。該工作得到國家自然科學基金的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202308153

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（責任編輯：xu）
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