仿壁虎和贻贝黏附材料

自然界中的动物和植物经过45亿年长期的进化使其结构与功能达到近乎完美的程度,实现了结构与功能的统一。黏附材料在生物医学、建筑等领域都具有重要的应用价值。受自然界中具有优异黏附特性的生物材料启发(如壁虎、贻贝等),国内外许多课题组相继开展了仿生黏附材料的研究。根据黏附机理的不同,黏附材料大致可分为可逆黏附和永久黏附两大类。壁虎的可逆黏附是基于其脚趾多尺度微纳结构与接触面间的范德华力,贻贝的永久黏附则源自其分泌的黏附蛋白。本文就壁虎、贻贝及其他生物黏附材料的黏附机理及其相应仿生黏附材料的国内外研究现状进行简要的综述,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

仿贻贝粘性高分子的应用进展

海洋贻贝类生物的足丝分泌蛋白几乎能够在所有基底材料上实现高强度、高韧性的粘附,且不受水或者潮湿环境影响。这种环境友好、条件温和的高效生物粘附剂引起了研究人员的兴趣,尤其在粘附机理和应用前景方面更是研究人员关注的重点。大量研究表明,贻贝超强的粘附能力与其分泌的粘附蛋白中高含量的3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴,DOPA)单元相关。受贻贝粘附蛋白的启发,人们研究发现,多巴胺(DA)分子具有与之相似的官能团,聚合后有相似分子结构,使用聚多巴胺替代聚多巴,可以在基体表面达到相似的粘附性能。本文简单介绍了仿贻贝粘性物质中的代表多巴胺自聚合形成聚多巴胺(PDA)与粘附机理,并重点介绍了近年来DOPA衍生物在表面改性、催化、生物防污及生物医学领域的应用和前景。     

基于贻贝仿生化学的分离功能材料

贻贝仿生的表面化学是近年来材料学、化学、生物医学等领域的交叉研究热点。多巴胺可以作为贻贝足丝蛋白(Mfp)超强黏附特性的模型分子,通过复杂的氧化-自聚和组装,形成多种功能的聚多巴胺(PDA)纳米涂层和纳米粒子,在分离膜、吸附材料、生物医用材料、生物黏结剂等领域有着广阔的应用前景。本研究小组近年来持续开展了基于贻贝仿生化学的分离功能材料制备与结构调控的研究工作,率先将多巴胺表面沉积方法应用于多孔分离膜表面的构建与功能化,提出了多巴胺的自聚-沉积过程模型,进而验证了PDA沉积层的纳滤分离特性,建立了一条简单方便的膜表面功能化与纳滤膜制备新途径。本文主要对基于贻贝仿生化学的分离功能材料,特别是分离膜的研究进展进行综述,并对将来的发展趋势进行展望。     

含有邻苯二酚基团的材料在抗菌防污领域的研究进展

贻贝是海洋污损生物中最为常见的一类生物,它可以粘附在几乎所有材料的表面,这是由于贻贝能够分泌具有优异粘附性能的贻贝粘附蛋白.贻贝粘附蛋白结构中具有邻苯二酚基团,并已被证明是一种有效的表面改性锚定剂,几乎可以粘附在任何材料表面.本文针对含有邻苯二酚基团的材料,结合近五年的国内外研究报道,介绍了含有邻苯二酚基团材料的制备方...     

基于聚多巴胺的表面改性方法研究现状

多巴胺具有与贻贝粘附蛋白类似的性能。它可以沉积在几乎所有物质表面对其进行改性,且能与氨基、巯基、金属离子等官能团反应,所以将多巴胺修饰在材料表面不但可以赋予材料表面依赖于聚多巴胺(PDA)的仿生特性,而且PDA的反应活性为材料表面的二次修饰提供了理想的平台。这种基于PDA的表面修饰方法不但简单、绿色且适用性非常广,可应用于化学、生物、医药、材料等多个领域。本文从多巴胺的结构以及聚合、粘附机理研究入手,对近几年在材料表面修饰PDA,且以其为平台再二次修饰的报道进行了归纳总结,进一步认识和理解了多巴胺的性能,并为设计和构建新型的、高性能化的PDA仿生功能材料提供思路,推动研究者们在此基础上将PDA应用于更多的领域,使其向着绿色化和多样化方向发展。     

仿贻贝黏附高分子的研究进展

贻贝具有极强的水下黏附能力,其分泌的黏附蛋白能够黏附在包括聚四氟乙烯（PTFE）在内的几乎所有基底材料上。贻贝不受水或者潮湿环境影响的特殊黏附性能有望指导制备新型水下黏附剂,因而引起了研究人员极大的关注。受贻贝水下黏附机理的启发,通过模仿贻贝黏附蛋白分子结构,研究人员设计制备了多种具有强黏附功能的高分子并探索了相关应用...     

聚多巴胺对材料表面功能化的研究及应用进展

蚌类蛋白质结构中起黏附作用的为多巴(DOPA)分子,其衍生物——聚多巴胺(PDA)常作为黑色素类似物被广泛应用于各领域。虽然目前PDA的形成机理仍很难被明确阐述,但这并不阻碍其在各个领域发挥强大的功效。由于PDA既具有强黏附性又富含各种官能团,其可在不同材质表面进一步反应形成功能层,从而实现对材料表面的功能化改性。鉴于科研工作者对PDA的浓厚兴趣,本文综述了其发现、形成机理的发展过程以及PDA功能化纳米粒子的研究,包括PDA功能化金属纳米材料、还原石墨烯材料、磁性纳米粒子和PDA纳米材料,展望了其发展前景。     

材料表面性质调控细胞黏附

生物医用材料旨在通过调控材料和细胞之间的相互作用来实现组织的再生和修复。黏附过程直接决定了细胞是否能够充分发挥生物学性能,因此通过对材料表面的物理和化学改性来调控细胞黏附,对于生物材料具有至关重要的意义,也是非常活跃的研究热点。材料表面物理改性通常通过对包括表面粗糙度、形貌、模量和多孔结构等物理性质的调控,为细胞构建适合黏附的材料表面。而化学改性则借助于表面电荷及亲疏水性调控、促黏分子修饰等化学手段来提高材料表面与细胞间的相互作用力,进而促进细胞黏附。近年来,材料表面调控细胞黏附的研究取得了许多新的突破性进展。例如在传统的促黏分子表面修饰之外,人们逐步发现对促黏分子序构的精准调控也可以有效地提高材料表面的促黏性能。而刺激响应性表面则可以根据外界信号的刺激,使得材料表面在促黏和抗黏之间实现智能的转换。本文从物理改性、化学修饰、刺激响应性表面构建等角度出发,全面总结和讨论了材料表面性质对细胞黏附的调控作用,梳理了材料表面的设计思路,多种材料表面的修饰改性方法等最新进展,并展望了未来材料表面对细胞黏附的调控思路。     

仿生微纳米纤维黏附材料

自然界中功能与结构相统一的生物材料是人类社会创新的灵感源泉。在众多具有优异性能的生物材料中,具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维一直是仿生研究领域的热点之一。生物微纳米纤维黏附现象是自然界中存在的一类奇特的现象,众多具有特殊黏附性质和功能的生物微纳米纤维材料在生物运动、防御和猎物捕获等方面都具有重要的作用。生物微纳米纤维黏附主要包括纤维尖端的黏附和表面的黏附,如壁虎脚刚毛尖端的黏附和蜘蛛丝表面的黏附。研究表明生物微纳米纤维黏附作用主要来源于其特殊的微纳米结构和表面性质。受自然界中具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维启发,人们设计和开发了众多性能优异的仿生微纳米纤维黏附材料。微纳米纤维黏附材料在干态粘胶、高效集水和空气过滤等领域都具有重要的应用价值。本文综述了壁虎脚刚毛、蜘蛛丝等生物微纳米纤维的黏附机理及其相应仿生材料的研究进展,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

负载壳聚糖及其衍生物的材料表面血液相容性研究进展

壳聚糖及其衍生物具有多种生物活性,基于壳聚糖及其衍生物的材料表面改性是获取各种生物活性表面的重要手段,在生物材料领域显示出广阔的应用前景。为了获得血液相容性良好的壳聚糖改性生物材料表面,可通过引入具备抗凝活性的壳聚糖衍生物或壳聚糖/抗凝剂复合物来抑制壳聚糖固有的促凝作用。本文综述了负载有壳聚糖或其衍生物的材料表面的血液相容性改性方法方面的进展,并根据表面改性方法的不同按照物理改性和化学改性分别对其进行了阐述。     

聚多巴胺表面修饰毛细管电色谱的研究进展

毛细管电泳（CE）具有分离时间短、分离效率高、样品消耗量低等优点,在分离分析领域有着重要应用。原始的未修饰熔融石英毛细管只能提供阴极流向的电渗流和单一的电泳分离机制,分离性能有限,重复性较差,不能满足各类复杂样品体系尤其是中性和手性样品的分离需求。因此,有必要在CE中引入各类毛细管修饰策略,以拓展其实际应用潜力。贻贝仿生聚多巴胺（PDA）及其衍生材料因其简便易行的制备过程、优异的表面黏附性、良好的生物相容性、较强的二次反应活性和化学稳定性等优点,在催化、传感、水处理、样品前处理、生物医药以及CE分离等领域得到了广泛应用。PDA涂层的制备过程与物理吸附涂层一样简便,而表面黏附涂层的稳定性又可与共价键合涂层相媲美,因此非常适用于石英毛细管柱的修饰。更重要的是,PDA涂层较强的二次反应活性使其可作为反应平台进行灵活多样的二次表面修饰,便于构建多功能PDA涂层毛细管电色谱（CEC）固定相。基于这些突出优点,PDA涂层材料在CEC中的巨大应用价值逐渐得到了研究者们的广泛关注。该文首先对近3年有关PDA形成机理及PDA快速沉积表面化学的最新研究进展进行了总结,在此基础上综述了近10年PDA涂层材料在开管毛细管电色谱（OT-CEC）和毛细管电色谱整体柱中的最新应用。此外,还对PDA涂层材料在CEC中的发展方向进行了展望。     

含多巴胺的贻贝仿生聚氨酯

将具有神奇黏附效果的贻贝黏附蛋白中的功能元——儿茶酚(catechol)与具有结构可设计、简单易得、低成本的聚氨酯相结合,制备新型高性能的贻贝仿生聚氨酯黏附材料.首先,通过异氰酸酯化学合成了含羧基的聚氨酯,接着通过碳二亚胺化学将含有儿茶酚功能团的多巴胺(dopamine)和含羧基的聚氨酯相结合制备了含多巴胺的聚氨酯.经过傅立叶转换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)等分析测试研究结果表明,多巴胺确实已被引入到聚氨酯中;同时,通过测试搭接剪切强度研究了其粘接性能,结果表明含多巴胺的聚氨酯相对于含羧基的聚氨酯的粘接性能得到大幅提高,其对金属基材的粘接强度提高了30%左右,达到5.2MPa,可以与贻贝黏附蛋白相媲美.     

基于多巴胺表面改性技术研究现状

海洋贻贝类生物通过足丝分泌的黏附蛋白,在潮湿环境中可以短时间固化,并紧固黏附在基质表面.研究表明,3,4-二羟基-L-苯基丙氨酸(多巴,DOPA)是这种黏附蛋白中的重要组成部分.多巴胺(DA)作为DOPA的一种衍生物,拥有同样的强黏附性.且多巴胺的自聚合产物聚多巴胺(PDA)存在许多官能团,如邻苯二酚、胺、亚胺,这些官...     

多巴胺改性海藻酸多孔支架的制备与性能

生物大分子海藻酸(Alg)由于其安全、无毒、可生物降解等特性而被广泛应用于组织工程领域。 受海洋贻贝蛋白结构的启发,多巴胺(DA)具有优异的粘附性能,在碱性水溶液条件下可发生氧化自聚形成聚多巴胺(PDA)。 以Alg为基体,加入PDA纳米粒子复合,并通过冷冻干燥法制备得到Alg/PDA多孔支架材料。 结果表明,Alg/PDA多孔支架材料具有较为规整的内部结构。 改变Alg质量浓度,Alg/PDA支架材料的孔径可控制在60~120 μm之间,孔隙率可控于80%~88%。 所得的支架材料具有适宜大小的孔径和孔隙率,结果表明支架材料对细胞无毒副作用。     

多巴及其衍生物黏附性的研究与应用进展

多巴(DOPA)是海洋贻贝等生物分泌黏液的重要组成部分,它具有很强的黏附性,不仅可以黏附在无机材料表面,也可以黏附在有机材料表面。进一步的研究表明,含邻苯二酚基团的多巴类衍生物同样具有与多巴相类似的强黏附性,由此发展起来的聚多巴胺涂层在诸多领域已得到应用。基于上述研究成果,科学家们将多巴及其衍生物引入高分子中,得到了一系列黏附性能强的仿生高分子,在各领域也已得到应用。本文综述了多巴及其衍生物黏附机理的研究和它们在各领域的应用现状。     

结构可切换型聚合物刷的构建及表面性能

合成了结构可切换型甲基丙烯酸酯季铵盐(CBMA-1C2). 在聚丙烯(PP)片基表面光接枝构建CBMA-1C2聚合物刷, 其在碱性水溶液中可水解形成两性离子聚合物刷PCBMA. 用蛋白质吸附及血小板黏附实验评价改性表面亲/疏水性及表面电荷对生物分子与材料表面之间相互作用的影响. 结果发现, 与未改性PP片基相比, 聚合物PCBMA-1C2改性表面水解前后均具有优异的亲水性能, 由于聚合物PCBMA-1C2水解前后表面电荷不同, 对生物分子与改性PP表面的相互作用表现出明显差异. 亲水性好、 两性离子结构的聚合物PCBMA表面表现出对蛋白吸附和血小板黏附的良好抑制作用.     

基于贻贝启发的水下仿生胶黏剂

海洋中的贻贝依靠丝足(Byssus)与足盘(Plaque)可以在潮湿及水下环境中快速而牢固地黏附于各种固体表面。贻贝强健的足部具有沟渠状的生理结构,通过类似于“注塑生产”的生理过程,它们可以生成丝足与足盘。贻贝将液态的蛋白质挤压到沟渠里,只需几秒钟时间,这些蛋白质就能形成一条条发丝一样纤细的丝足。每条丝足的末端都有一个黏性足盘,足盘可以牢牢地黏附在岩石及固体表面。丝足及足盘由多种黏附蛋白(Mfps)组成,且几乎每种黏附蛋白都含有L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)成分。在过去的数十年间,科研人员基本揭示了贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理。DOPA的儿茶酚基团,通过氧化交联、金属螯合、氢键、静电作用、疏水作用、π-π作用、阳离子-π作用等各种共价和非共价相互作用,实现强大的界面黏接。基于贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理,通过使用DOPA及其类似物修饰的聚合物体系,人们得到了多种具有优秀机械性能和功能化的新型仿生多巴类水下胶黏剂。本综述首先介绍了贻贝黏附蛋白的组成特点及其黏附机理;随后分别介绍了凝聚层类胶黏剂、水凝胶类胶黏剂、智能型水下胶黏剂的结构特点及黏附机理;最后讨论了目前仿生水下胶黏剂存在的问题及未来发展前景。     

动态硼酸酯键管控邻苯二酚基团与功能黏附性高分子设计

“黏附”是一种普遍存在的多尺度相互作用,其实质是界面处化学键、氢键或范德华力等的形成.近年来,在贻贝仿生的基础上将黏性因子邻苯二酚基团嵌入到动态硼酸酯聚合物中,成为了功能黏附性高分子的重要发展方向.本专论从分子黏附、微/纳表面黏附和宏观表面黏附3个尺度,介绍硼酸酯键管控邻苯二酚基团在高分子材料功能化方面的研究进展.分子黏附,主要讨论硼酸酯聚合物中邻苯二酚基团与分子或离子相互作用规律及其对材料形貌和刺激响应性能的调控;微/纳表面黏附,论述硼酸酯聚合物体系超分子驱动力和组装机制,介绍其在微/纳材料功能化改性方面的研究进展;宏观表面黏附,讨论硼酸酯键管控邻苯二酚基团与黏附性能调控的关联规律,介绍硼酸酯聚合物功能黏附材料在宏观组装、攀爬机器人领域的应用.最后,从新型硼酸酯聚合物设计、动态键精准管控和器件化应用的角度,对该领域未来前景和发展趋势做出了展望.     

揭秘细小贻贝足丝的超强黏附作用

介绍海洋生物贻贝黏附在礁石等固体表面的原理,内容涉及多巴与超强黏附作用的关系,黏蛋白与无机和有机底材表面结合的原理,以及足丝的固化原理,供一线教师选用于高中化学教学。     

抗凝血高分子生物材料的表面设计

生物材料,尤其是血液接触材料,满足抗凝血性能是临床应用的首要前提。采用表面改性策略来提高材料表面的抗凝血性能,简单易行。表面改性主要包括表面设计和方法设计两个方面。本文对抗凝血性高分子生物材料的表面设计各类方法进行了综述,其中包括材料表面的微相分离结构、材料的负电荷表面设计、材料的亲(疏)水性表面设计、材料的生物活性化表面设计和材料的内皮细胞化表面设计等等,并重点阐述了两性离子的抗凝血表面设计。