A platform for functionalization of cellulose, chitin/chitosan, alginate with polydopamine: A review on fundamentals and technical applications

表面改性 壳聚糖 甲壳素 儿茶酚 生物相容性 胶粘剂 化学 纤维素 纳米纤维素 自愈水凝胶 化学工程 聚合物 材料科学 有机化学 图层(电子) 物理化学 工程类
作者
Pieter Samyn
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:178: 71-93 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2021.02.091
摘要

Nature provides concepts and materials with interesting functionalities to be implemented in innovative and sustainable materials. In this review, it is illustrated how the combination of biological macromolecules, i.e. polydopamine and polysaccharides (cellulose, chitin/chitosan, alginate), enables to create functional materials with controlled properties. The mussel-adhesive properties rely on the secretion of proteins having 3,4-dihydroxyphenylalanine amino acid with catechol groups. Fundamental understanding on the biological functionality and interaction mechanisms of dopamine in the mussel foot plaque is presented in parallel with the development of synthetic analogues through extraction or chemical polymer synthesis. Subsequently, modification of cellulose, chitin/chitosan or alginate and their nanoscale structures with polydopamine is discussed for various technical applications, including bio- and nanocomposites, films, filtration or medical membranes, adhesives, aerogels, or hydrogels. The presence of polydopamine stretches far beyond surface adhesive properties, as it can be used as an intermediate to provide additional performance of hydrophobicity, self-healing, antimicrobial, photocatalytic, sensoric, adsorption, biocompatibility, conductivity, coloring or mechanical properties. The dopamine-based 'green' chemistry can be extended towards generalized catechol chemistry for modification of polysaccharides with tannic acid, caffeic acid or laccase-mediated catechol functionalization. Therefore, the modification of polysaccharides with polydopamine or catechol analogues provides a general platform for sustainable material functionalization.
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