Page 67 - 《橡塑技术与装备》2019年2期（1月下半月塑料版）

材料与应用 刘学通 等·多巴胺和 Fe 3+ 动态配位的研究和应用进展

多巴胺和 Fe 3+ 动态配位的研究和

应用进展

1
刘学通 ，杨琨 1,2
（1. 青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042 ；
2. 天津科技大学化工与材料学院，天津 300457)

摘要 ： Fe 3+ 与多巴胺之间的配位作用与贻贝足丝高强度、高延展性性能有关。将多巴胺改性到聚合物分子链上，加入 Fe3+ 之
后，通过改变 pH 值，可以形成各种特殊功能的聚合物材料。本文综述了多巴胺和 Fe 3+ 的配位作用在自修复、传感器、抗污损涂
层和自组装等方面的应用。
关键词 ： 多巴胺 ； Fe 3+ ； 动态配位 ； 聚合物改性
中图分类号 ： O633.4 文章编号 ： 1009-797X(2019)02-0053-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.02.009

海洋中的贻贝可以分泌黏性蛋白到船体和礁石 种能够在海水中自修复的超支化聚氨酯材料。利用 Fe
3+
的表面，通过黏性蛋白的快速交联，固化形成足丝， Mossbauer 光谱证明多巴胺和 Fe 的动态配位受到海
即便在海浪的冲击下仍能牢固地黏附在底材的表面。 水和环境 pH 的影响。当海水 pH 为 9 时，多巴胺和
研究发现，贻贝黏附蛋白中含有一种硌氨酸转化产 Fe 3+ 能够形成三配位，从而促进超支化聚氨酯的交联，
物-3,4- 二羟苯丙氨酸（DOPA） [1~2] 和一定含量的 提高材料的力学强度。将哑铃状的样条裁断后对接修
3+
2+
3+
2+
4+
金属元素 (Cu 、Fe 、Ti 、Ti 、Au ）。DOPA 与 复，其力学性能可以恢复到原始强度的 87.2%。经过
金属离子的存在是贻贝黏附蛋白具有高黏性和高韧性 多次裁断 - 修复的过程后，聚氨酯仍具有较高的力学
的原因 [3] 。DOPA 与 Fe 3+ 的配位结构，随环境 pH 增 强度。作者还研究了 DOPA 和 B 3+ 的配位作用 [16] ，在
大，发生从一配位、二配位到稳定三配位结构的转变， DOPA-B3+ 配位键中引入季铵阳离子，利用季铵阳离
逐渐引起黏附蛋白间的交联、固化，从而形成具有延 子的吸电子效应，降低了配位键对环境 pH 的敏感性，
展性和自愈性的贻贝足丝外皮。多巴胺和 Fe 3+ 形成的 使聚氨酯在更大 pH 范围内，仍然可以配位，交联，

配位键键能比共价键弱又比氢键强，稳定常数是已知 赋予材料更强的自修复能力。
金属配合物中最高的。基于多巴胺和 Fe 3+ 所形成的较 通过改变分子链的结构，可以得到不同力学性能
强配位键，本文对其配位作用在自修复，抗污损涂层， 和用途的聚氨酯材料。Xinling Wang 等 [17] 合成以六
自组装，医学等方面的应用进行了综述。 亚甲基二异氰酸酯（HDI）为硬段，聚乙二醇（PEG）
为软段的聚氨酯骨架材料，利用赖氨酸 - 多巴胺作为
1 自修复材料 扩链剂，通过多步聚合反应制备出一种贻贝仿生聚氨
在受到损伤后，自修复材料可以自发或者在外部 酯。通过 1HNMR 表征，证明赖氨酸 - 多巴胺成功
刺激下进行自我愈合 [4] 。材料获得自愈功能的方法通 接枝到聚氨酯分子链上。TG 分析多巴胺的接枝量为
常是利用非共价键的相互作用，比如说氢键 [5~7] ，金 10.1%。随后，在碱性条件下，利用多巴胺和 Fe 3+ 的
属 - 配体的配位 [8~10] ，离子相互作用 [11~14] ，构建出
网 络结 构。 近 年 来，多 巴 胺 和 Fe 3+ 的 动态 配 位 在自
作者简介 ：刘学通（1993-），男，研究生。
修复材料中的应用受到越来越多的关注，尤其在水凝
基金项目 ：国家自然科学基金 51403115, 青岛科技大学橡
胶，聚氨酯等材料方面取得了很大的进展。Zhang 等 塑材料与工程教育部重点实验室开放基金
[15] 利用多巴胺和 Fe 3+ 动态配位性质，成功制备出一 收稿日期 ：2018-09-25

年
2019 第 45 卷 ·53·