黑色素金属螯合物的研究进展及应用

任燕玲¹，杨柳¹，高莉^1,2，王芳¹，史楠¹，赵英虎³，郭丽晓¹，王海宾¹

1. 中北大学化学工程与技术学院2. 山西医科大学基础医学院3. 中北大学环境与安全工程学院

摘 要：随着生物质资源的开发及利用研究,黑色素的发展已引起了研究者们广泛的兴趣。天然黑色素固有的结构和功能已被逐步开发应用于生物、医学、环境等领域。然而,由于黑色素本身高聚物的结构特点和难溶性质,极大地阻碍了黑色素材料的发展。螯合金属离子是黑色素重要的性质之一,且黑色素能为金属离子提供多个潜在结合和生物吸附位点。黑色素金属螯合物的研究能较好地协同发挥黑色素与金属离子的生物活性,拓展黑色素的应用研究和金属基复合材料的设计与开发。相较黑色素资源,黑色素金属螯合物更具有生物活性的特殊性和应用的广泛性。黑色素金属螯合物的发展可能依赖于黑色素结构中含有不同的官能团,能为金属离子提供多个非等效的结合位点。这些都在一定程度上简化了黑色素金属螯合物的制备过程,因而黑色素可自发地通过直接合成法和分步合成法两种方式配位共价结合金属离子。但黑色素金属螯合效果会受到p H、原料配比、时间、温度以及金属离子等的影响,为进一步探究形成的螯合物结构、性能和金属离子对黑色素结构的影响,可通过超微结构观测、分子结构测定、金属结合量以及结合位点的测定等多种方式联用进行分析。当前,黑色素金属螯合物的研究已取得了初步的成功。黑色素对汞、铅、镉、铬、钼、铀和钡等有毒元素具有吸附作用,有望用于水的净化处理过程;黑色素与金属离子的交换性能在维持机体稳态、氧化应激和金属离子的动态平衡过程中具有重要的生物学意义;黑色素与膳食金属、磁性金属、重金属等作用形成的螯合物已被应用于电极材料、催化剂、成像材料、着色印刷、光热治疗等领域。另外黑色素与金属离子间的作用力研究在确定黑色素的物理结构和黑色素金属螯合物的性能等方面也至关重要。本文归纳了黑色素金属螯合物的研究进展,分别对黑色素金属螯合物的制备、螯合机理及表征等进行介绍,综述了现阶段黑色素金属螯合物在吸附材料、金属元素补充剂、电极材料、催化剂和成像材料等方面的应用,分析了黑色素金属螯合物在现阶段的研究的不足并展望其发展前景,以期为金属基功能材料的开发研究和黑色素的综合利用提供参考。

关键词：黑色素;金属螯合物;螯合机理;