随着纳米生物材料的发展，如何通过精准调控材料结构，实现对细胞行为的主动干预，成为生物医学与纳米技术领域的重要研究方向。

近年来，聚多巴胺（Polydopamine，PDA）凭借优异的生物相容性、表面功能化能力、光热转换性能以及抗氧化特性，在药物递送、组织工程、生物传感和光热治疗等领域展现出广泛应用潜力。

然而，目前大多数研究集中于球形聚多巴胺纳米颗粒（PDA nanoparticles, PDA-NPs）。研究表明，纳米材料的形貌不仅影响其表面性质和生物相互作用，同时也可能赋予材料新的功能特性。相比传统球形结构，具有中空结构和高比表面积的一维纳米管结构，有望带来更加丰富的物理化学性能。

近日，研究团队在 ACS Nano 发表研究成果，成功构建了一种新型聚多巴胺纳米管（PDA nanotubes，PDA-NTs），并发现其同时具备压电响应、光热转换、抗氧化保护以及多巴胺释放等多重功能，可作为一种能够远程调控细胞活动的智能纳米平台。

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仿生模板法构建聚多巴胺纳米管结构

为了获得具有特殊功能的一维纳米结构，研究人员采用 ZnO 纳米线作为模板，通过 PDA 包覆及模板去除策略制备中空聚多巴胺纳米管。

具体过程包括：

ZnO 纳米线模板 → PDA 包覆形成 PDA-ZnO 复合结构 → 去除 ZnO 模板 → 获得 PDA 纳米管

通过刻蚀过程去除 ZnO 内核后，最终形成具有中空管状结构的 PDA-NTs。

研究首先利用 SEM 和 TEM 对不同阶段材料进行形貌观察：

• ZnO 纳米线；

• PDA 包覆后的 PDA-ZnO；

• 去模板后的 PDA-NTs；

• 球形 PDA-NPs 对照样品。

SEM 图像直观展示了不同材料之间的形貌变化，而 TEM 则进一步确认了 PDA-NTs 的中空结构。

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高质量 SEM 成像揭示纳米结构演变过程

在纳米材料制备过程中，材料形貌是决定其功能表现的重要因素。

研究通过 SEM 对 ZnO 模板、PDA-ZnO 复合结构以及最终 PDA-NTs 进行观察，可以清晰看到：

• ZnO 纳米线保持规则的一维结构；

• PDA 包覆后形成连续外壳；

• 去除 ZnO 后形成具有中空结构的纳米管。

下图 SEM 结果展示了不同阶段样品的典型形貌差异，证明 PDA 成功复制了 ZnO 纳米线模板结构，并形成稳定的管状结构。

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SEM-EDS 联合分析确认模板去除效果

仅通过形貌观察无法完全证明 ZnO 模板已经去除，因此研究进一步结合 SEM-EDS 元素分析，对材料组成进行验证。

结果显示：

• PDA-ZnO 复合材料中存在明显 Zn 元素信号；

• PDA-NTs 中 Zn 信号明显降低；

• 说明经过刻蚀处理后，ZnO 模板基本被去除。

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纳米管结构赋予聚多巴胺全新的压电性能

本研究最大的突破之一，是发现 PDA-NTs 具有明显的压电响应能力。

研究人员利用 AFM 和压电力显微镜（PFM）对材料电机械性能进行分析：

• 球形 PDA-NPs 未表现出明显压电响应；

• 管状 PDA-NTs 表现出显著压电性能。

最终测得 PDA-NTs 的压电系数：

d33 = 15.0 ± 0.7 pC/N

证明聚多巴胺的压电性能并非材料本征属性，而是由纳米管结构诱导产生的新功能。

研究认为，纳米管的一维结构可能促进 PDA 分子链有序排列，使偶极方向更加一致，从而产生增强的电机械耦合效应。

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多功能 PDA 纳米管实现细胞远程调控

除了压电性能外，PDA-NTs 仍保持了 PDA 优异的光热转换能力。

研究发现，在 808 nm 近红外激光照射下，PDA-NTs 可以有效吸收光能并转换为热能，并且相比 PDA-NPs 表现出更高的光热转换效率。

进一步细胞实验表明：

PDA-NTs 结合近红外刺激后，可以提升细胞内温度，并诱导细胞 Ca²⁺ 水平变化，实现光响应细胞调控。

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超声驱动压电效应实现机械刺激响应

研究进一步利用 PDA-NTs 的压电特性，实现超声驱动细胞调控。

实验结果显示：

• 单独超声刺激无法明显影响细胞 Ca²⁺ 水平；

• 无压电性的 PDA-NPs 与超声结合也无明显作用；

• PDA-NTs 在超声作用下能够诱导细胞 Ca²⁺瞬态响应。

这一结果证明 PDA-NTs 可以实现：机械能 → 电信号 → 生物响应的能量转换过程。

▌ 结论

该研究通过 SEM、TEM、EDS 等多尺度表征手段，证明了 PDA 纳米管结构的成功构建，并进一步揭示其特殊功能。

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