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江苏大学邹小波教授 Coordin. Chem. Rev. 综述：聚多巴胺涂层在生物分析领域的进展

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-22 11:44

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作为一种简便且通用的表面修饰方法，仿贻贝化学在分析传感界面修饰的独特优势显著促进了生物传感领域的发展和创新应用。基于多巴胺的可控聚合，形成的聚多巴胺（Polydopamine, PDA）涂层因其对修饰载体的普适性、防污性能、界面稳定性、涂层厚度和理化特性的高度可控性等优势，在生物传感领域得到了广泛的重视和应用。

江苏大学邹小波课题组近日在Coordination Chemistry Reviews期刊上发表了题为“Advances and opportunities of polydopamine coating in biosensing: Preparation, functionality, and applications”（DOI：10.1016/j.ccr.2023.215564）的综述论文。文章深入讨论了聚多巴胺修饰对提高生物分析性能的最新进展，并对目前的应用挑战和发展前景进行了展望。

图1. 聚多巴胺修饰在生物分析中的角色

围绕如何进一步推动聚多巴胺涂层在生物分析领域的广泛应用这一目标，该综述系统总结了PDA涂层的可控形成机制、分析了其在多元生物分析应用中的功能角色、强调了PDA修饰的纳米材料提高生物分析性能的独特贡献。作者从以下角度阐述了具体内容：

（1）聚多巴胺的形成机制和可控加速策略。碱性溶液体系下，自动氧化反应驱动的多巴胺聚合极易操作且已广泛应用于各种场景中。然而，这个过程中氧化还原反应极为复杂、且多巴胺聚合过程中中间体种类存在高度不确定性，PDA 形成的分子机制仍然存在争议。基于现行被广泛认可的两种潜在机制的介绍，作者分析了影响PDA涂层形成的反应速度、厚度、表面形貌等参数的因素，并归纳了控制和加速多巴胺聚合的可行策略（氧化剂、电化学反应、紫外、天然酶和抗体酶等）。

图2. 在不同材料表面修饰 PDA 涂层的策略

（2）PDA涂层在制备生物分析平台时的功能和角色。在生物分析平台的搭建过程中，PDA涂层的角色被简化成概括为以下四个：“仿生爪”用于痕量靶标的高效捕获、“仿生灯塔”用于检测信号的灵敏传导、“仿生胶水”用于多层级生物分析平台的嵌合、“仿生墨水”用于构建新型分子印迹策略。以上四种功能在构筑不同分析传感平台和信号转导策略中都得到了应用。

图3. PDA涂层作为“仿生灯塔”在分析传感中的应用

图4. PDA涂层作为“仿生胶水”在分析传感中的应用

图5. PDA涂层作为“仿生墨水”在分析传感中的应用

（3）PDA修饰在分析传感中的应用。PDA介导的纳米材料表面修饰在多元靶标的超敏检测领域展现出了独特的优势和广泛的适用性。包括作为侧向流免疫层析试纸检测平台的信号分析元件，SERS检测中的柔性基底和信号标签、荧光检测体系中信号湮灭载体和信号转导介质、分子印迹中仿生识别孔腔的可控调节等。

文章还介绍了目前限制PDA应用的诸多挑战和机遇，并展望了拓展PDA在分析传感领域应用范围的潜在方向。在PDA形成机制的探索方面，碱性溶液体系下PDA涂层的形成途径和过程尚不清晰，且底物类型和PDA形成速率对形成PDA层的理化性质的影响仍不清晰。对PDA涂层的性质和表面形貌的精确控制和可控聚合加速，对制备功能优异的传感界面至关重要。在拓展PDA应用领域方面，PDA 薄层可被整合用于制备具有多种功能的一体化生物电子器件，用于构筑多模态信号传感器件、具有运动检测功能的可穿戴型柔性传感器等方面，在制造柔性电子和可穿戴设备等领域具有重要的应用前景。在基于PDA修饰搭建多维分析平台方面，开发新型的高维纳米介质来替代常用的纳米材料（纳米球、纳米片、纳米纤维或纳米薄膜），并探索一次性的便宜材料（移液管等）作为样品预处理平台，搭建成本低廉、适用于现场和床边检测的检测平台。

江苏大学高士鹏副教授是该论文的第一作者，邹小波教授为通讯作者，西班牙康普斯顿大学的María Pedrero副教授、José M. Pingarrón和Susana Campuzano教授也参与论文的撰写和讨论。论文得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发、江苏省自然科学基金等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215564