聚多巴胺仿生粘附大分子的合成机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究目的： 1）通过在线红外原位观察不同pH、温度、浓度、引发剂（催化剂）、溶剂等条件下的多巴胺聚合反应历程；2）制备聚多巴胺粒子，对其初级化学结构进行表征，通过次级结构参数，解释聚多巴胺本体究竟是聚合物还是超分子结构的问题；3）使用数据处理软件对得到的数据进行定性或定量的分析，研究反应动力学过程，尝试揭示聚合反应机理。

研究意义：本课题通过观察多巴胺聚合反应历程，及对其分级结构进行明确表征研究聚多巴胺仿生粘附大分子的合成机理，为仿贻贝黏附高分子的研究奠定一定的理论和实验基础， 以指导多功能材料的开发与研究。

2. 国内外研究现状分析

目前对于 PDA 的形成过程、产物结构以及性质的研究相对较少。Wei 等使用氧化剂对多巴胺在酸性、中性、碱性条件下进行氧化聚合, 结果表明所有条件下多巴胺均能聚合并附着在多种表面。Ju等利用 NaOH 中和多巴胺盐酸盐的方法获得了结构以及性质与天然黑色素相似的 PDA 纳米粒子, 纳米粒子结构通过多巴胺浓度、NaOH 中和程度、反应温度控制, PDA 产物具有优异的自由基消除性能。

Natalio 等发现 V 2 O 5 纳米线可以催化多巴胺聚合, PDA 产物化学性质与形貌均与黑色素类似。Yu等发现, PDA 膜具有 pH 响应的透过性, 在低 pH 值下, PDA 带正电, 只允许阴离子通过; 在高 pH 值下, PDA 带负电, 只允许阳离子通过。Bernsmann 等证明 PDA 的等电点低于 7, 在中性溶液中, 即使厚度为几纳米的聚多巴胺膜仍然不允许阴离子透过; 但是如果以聚二烯丙基二甲基胺( PDDA ) 与 PDA颗粒共沉积于基底上, 其阴离子透过性将大大增强。Ball 等通过不同 pH 值下对 PDA 膜的表面电位进行阻抗分析与 zeta 电位滴定证明 PDA 的等电点约为 4。

3. 研究的基本内容与计划

对仿贻贝黏附蛋白高分子的结构-聚集态-性质-功能关系进行充分探索, 并在此基础上设计结构单元, 控制聚合过程, 有效调控目标产物的性质。对于氧化聚合的聚多巴胺, 对其特征分子结构和聚集态结构进行明确表征, 以指导多功能材料的开发与研究。

1）阅读研究参考文献； 2）拟定合理可行的实验方案； 3）通过在线红外原位观察不同pH、温度、浓度、引发剂（催化剂）、溶剂等条件下的多巴胺聚合反应历程； 4）制备聚多巴胺粒子，对其初级化学结构进行表征； 5）使用数据处理软件对得到的数据进行定性或定量的分析，研究反应动力学过程，尝试揭示聚合反应机理。

4. 研究创新点

目前对于 PDA 的形成过程、产物结构以及性质的研究相对较少。

本次课题研究可以解释聚多巴胺本体究竟是聚合物还是超分子结构的问题，尝试揭示聚合反应机理，为仿贻贝黏附高分子的研究奠定一定的理论和实验基础。