摘要
浙江大学徐志康教授团队联合加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授和香港城市大学王钻开教授，结合表面力测试和分子模拟，首次揭示了聚多巴胺的粘附性主要源于5,6-二羟基吲哚(DHI)，修正了先前公认的儿茶酚粘附机制。
关于文章
长期以来，海运行业面临的一大问题是船体上会粘附越来越多的不速之客。贻贝是其中最恶名远扬的一种，它们会牢牢粘在船上，对船体造成破坏。好在贻贝也用牢固的粘合能力“将功补过”，成为科学与技术界广受欢迎的明星。研究发现，贻贝通过足丝分泌含有3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)的蛋白质，在粘附过程中扮演着重要的角色，能够使贻贝附着在海水中的任何固体表面。受贻贝水下粘附的启发，通过模仿贻贝粘附蛋白的分子结构，研究人员设计制备了多种具有强粘附功能的高分子材料。
2007年，研究者发现以多巴胺为代表的贻贝仿生分子能够通过复杂的氧化自聚生成高粘附性聚集体，粘附于固体表面形成聚多巴胺纳米涂层，在分离膜、能源材料、生物医用材料、粘合剂等领域有着广阔的应用前景。但到目前为止，大多数研究集中在聚多巴胺材料的制备与应用探索上，很少关注分子层面上的粘附位点。至今普遍认为聚多巴胺的分子粘附位点与贻贝粘附蛋白类似，即都是儿茶酚基团。但是与贻贝粘附蛋白分子不同，聚多巴胺分子结构更为复杂，氧化自聚过程中的氧化-环化-分子内重排将产生多种官能团，它们对聚多巴胺粘附性的贡献经常被忽视。因此，重新审视并破译贻贝仿生化学的粘附机理对贻贝仿生材料的发展至关重要。
为了破译贻贝仿生化学的粘附机理，浙江大学徐志康教授带领的聚合物分离膜表界面工程团队(SIEPM)联合加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授团队和香港城市大学王钻开教授团队，利用表面力测试和分子模拟，首次揭示了聚多巴胺的粘附性主要源于5,6-二羟基吲哚(DHI)，修正了先前公认的儿茶酚粘附机制。相较于儿茶酚，DHI更大的共轭区域拥有更强的分子间相互作用，从而主导了聚多巴胺的粘附性。通过分子模拟考察了不同多巴胺衍生物DHI的表面静电势分布和阳离子-π相互作用强度，又分析了氧化聚合后DHI的含量，综合考量两种因素，成功解释了不同贻贝仿生分子粘附性的差异来源。此外，取代基化学和聚合方式可影响DHI的产率与性质，实现粘附性的有效调控。相关成果以“Revisiting the adhesion mechanism of mussel-inspired chemistry”为题，发表于Chemical Science。论文的第一作者为张超博士、项力博士、张嘉文博士以及博士生刘畅。
这一研究首次从实验角度直接锚定了聚多巴胺的分子粘附位点，为贻贝仿生化学的粘附机理指明了新方向。更重要的是，提供了一种简单而有效的策略调控贻贝仿生化学的界面粘附性，为贻贝仿生功能化涂层的设计与研发奠定了坚实的理论与技术基础，给材料表界面工程领域的发展注入了新活力。
文章信息
Revisiting the adhesion mechanism of mussel-inspired chemistry
Chao Zhang, Li Xiang, Jiawen Zhang, Chang Liu, Zuankai Wang*, Hongbo Zeng*, Zhi-Kang Xu*
CHEMICAL SCIENCE
DOI:10.1039/d1sc05512g