聚多巴胺外壳-“纳米衣”

周文虎

中南大学湘雅药学院

关键词：聚多巴胺、纳米材料表界面、金属离子配位、DNA

多巴胺（Dopamine, DA）是一种神经递质，在特定条件下可以发生氧化自聚，形成聚多巴胺（Polydopamine, PDA），如图一。早在2007年，Messersmith课题组就报道了PDA作为外壳可以包裹在几乎任何固体材料表面[1]。此后，PDA外壳被广泛应用于各个领域，如细胞内化、软光刻技术、生物相容性表面修饰、纳米材料解毒、纳米材料功能化、界面科学、传感、催化等[2, 3]。

图一：DA自聚形成PDA，以及PDA包裹纳米的局部简图。

与贻贝(亦称海虹，也叫青口)为了固定身体而分泌出的黏附蛋白类似，具有大量儿茶酚结构的PDA，同样具有超强的黏附性。PDA利用自身的黏附性来包裹纳米粒，进而形成“纳米衣”，使纳米粒具有PDA的特性。儿茶酚结构使纳米粒带负电，强静电排斥力使PDA包裹的纳米粒表现出极强的稳定性。另外，儿茶酚结构是多价金属离子的强配位体，如铁离子、锌离子、铜离子、铈离子、钆离子等。因此，PDA可通过金属离子配位间接吸附其他分子，如药物[4]、DNA[5]等。

PDA结构中含有活泼的双键，可与多个基团发生化学反应，如氨基（-NH₂）、巯基（-SH）等[6]。因此，含有巯基的分子可以连接于PDA外壳，进一步对纳米粒进行功能化修饰。另外，大量的巯基化合物也可使PDA壳发生降解，例如PDA包裹的纳米粒进入细胞中后，可以被细胞中的谷胱甘肽降解。

PDA结构片段是一个共轭体系，含有丰富的π电子云，能与含π体系的其他分子产生π-π相互作用力，进而吸附小分子[7]。如PDA包裹的纳米粒对化疗药物多柔比星具有较高包载能力。

因此，基于PDA外壳的“纳米衣”在生物医学、纳米材料等领域具有广阔的应用价值。

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参考文献：

[1] Lee, H., et al., Mussel-Inspired Surface Chemistry for Multifunctional Coatings. Science, 2007. 318(5849): p. 426-430.

[2] Hong, S., et al., Non-Covalent Self-Assembly and Covalent Polymerization Co-Contribute to Polydopamine Formation. Advanced Functional Materials, 2012. 22(22): p. 4711-4717.

[3] Liu, Y., K. Ai, and L. Lu, Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields. Chemical Reviews, 2014. 114(9): p. 5057-5115.

[4] Zheng, X., et al., Polydopamine Coatings in Confined Nanopore Space: Toward Improved Retention and Release of Hydrophilic Cargo. Journal of Physical Chemistry C, 2016. 119(43): p. 24512–24521.

[5] Meng, Y., et al., Bioorthogonal DNA Adsorption on Polydopamine Nanoparticles Mediated by Metal Coordination for Highly Robust Sensing in Serum and Living Cells. ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b03019.

[6] Cho, H.J., et al., Effective Immobilization of BMP-2 Mediated by Polydopamine Coating on Biodegradable Nanofibers for Enhanced in Vivo Bone Formation. Acs Applied Materials & Interfaces, 2015. 6(14): p. 11225-11235.

[7] Zheng, X., et al., Silica-assisted incorporation of polydopamine into the framework of porous nanocarriers by a facile one-pot synthesis. Journal of Materials Chemistry B, 2016. 4(14): p. 2435-2443.