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江蘇大學鄒小波教授 Coordin. Chem. Rev. 綜述:聚多巴胺涂層在生物分析領域的進展
2024-11-22  來源:高分子科技

  作為一種簡便且通用的表面修飾方法,仿貽貝化學在分析傳感界面修飾的獨特優(yōu)勢顯著促進了生物傳感領域的發(fā)展和創(chuàng)新應用;诙喟桶返目煽鼐酆,形成的聚多巴胺(Polydopamine, PDA)涂層因其對修飾載體的普適性、防污性能、界面穩(wěn)定性、涂層厚度和理化特性的高度可控性等優(yōu)勢,在生物傳感領域得到了廣泛的重視和應用。



  江蘇大學鄒小波課題組近日在Coordination Chemistry Reviews期刊上發(fā)表了題為“Advances and opportunities of polydopamine coating in biosensing: Preparation, functionality, and applications”DOI10.1016/j.ccr.2023.215564)的綜述論文。文章深入討論了聚多巴胺修飾對提高生物分析性能的最新進展,并對目前的應用挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進行了展望。


1. 聚多巴胺修飾在生物分析中的角色


  圍繞如何進一步推動聚多巴胺涂層在生物分析領域的廣泛應用這一目標,該綜述系統(tǒng)總結了PDA涂層的可控形成機制、分析了其在多元生物分析應用中的功能角色、強調了PDA修飾的納米材料提高生物分析性能的獨特貢獻。作者從以下角度闡述了具體內容:


  (1)聚多巴胺的形成機制和可控加速策略。堿性溶液體系下,自動氧化反應驅動的多巴胺聚合極易操作且已廣泛應用于各種場景中。然而,這個過程中氧化還原反應極為復雜、且多巴胺聚合過程中中間體種類存在高度不確定性,PDA 形成的分子機制仍然存在爭議;诂F(xiàn)行被廣泛認可的兩種潛在機制的介紹,作者分析了影響PDA涂層形成的反應速度、厚度、表面形貌等參數(shù)的因素,并歸納了控制和加速多巴胺聚合的可行策略(氧化劑、電化學反應、紫外、天然酶和抗體酶等)。


2. 在不同材料表面修飾 PDA 涂層的策略


  (2PDA涂層在制備生物分析平臺時的功能和角色。在生物分析平臺的搭建過程中,PDA涂層的角色被簡化成概括為以下四個:“仿生爪”用于痕量靶標的高效捕獲、“仿生燈塔”用于檢測信號的靈敏傳導、“仿生膠水”用于多層級生物分析平臺的嵌合、“仿生墨水”用于構建新型分子印跡策略。以上四種功能在構筑不同分析傳感平臺和信號轉導策略中都得到了應用。


3. PDA涂層作為“仿生燈塔”在分析傳感中的應用


4. PDA涂層作為“仿生膠水”在分析傳感中的應用


5. PDA涂層作為仿生墨水在分析傳感中的應用


  (3PDA修飾在分析傳感中的應用。PDA介導的納米材料表面修飾在多元靶標的超敏檢測領域展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢和廣泛的適用性。包括作為側向流免疫層析試紙檢測平臺的信號分析元件,SERS檢測中的柔性基底和信號標簽、熒光檢測體系中信號湮滅載體和信號轉導介質、分子印跡中仿生識別孔腔的可控調節(jié)等。


  文章還介紹了目前限制PDA應用的諸多挑戰(zhàn)和機遇,并展望了拓展PDA在分析傳感領域應用范圍的潛在方向。在PDA形成機制的探索方面,堿性溶液體系下PDA涂層的形成途徑和過程尚不清晰,且底物類型和PDA形成速率對形成PDA層的理化性質的影響仍不清晰。對PDA涂層的性質和表面形貌的精確控制和可控聚合加速,對制備功能優(yōu)異的傳感界面至關重要。在拓展PDA應用領域方面,PDA 薄層可被整合用于制備具有多種功能的一體化生物電子器件,用于構筑多模態(tài)信號傳感器件、具有運動檢測功能的可穿戴型柔性傳感器等方面,在制造柔性電子和可穿戴設備等領域具有重要的應用前景。在基于PDA修飾搭建多維分析平臺方面,開發(fā)新型的高維納米介質來替代常用的納米材料(納米球、納米片、納米纖維或納米薄膜),并探索一次性的便宜材料(移液管等)作為樣品預處理平臺,搭建成本低廉、適用于現(xiàn)場和床邊檢測的檢測平臺。


  江蘇大學高士鵬副教授是該論文的第一作者,鄒小波教授為通訊作者,西班牙康普斯頓大學的María Pedrero副教授、José M. PingarrónSusana Campuzano教授也參與論文的撰寫和討論。論文得到了國家自然科學基金、江蘇省重點研發(fā)、江蘇省自然科學基金等項目的資助。


  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215564

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