黑色素的结构、性质及其在纳米复合材料领域的应用

汪 洋，东为富

(江南大学化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122)

1 前 言

黑色素是结构单元含有酚羟基、氨基和亚氨基的一类大分子，广泛存在于动植物体内，具有特殊的化学结构和许多优异的生物功能，如光保护特性、自由基捕获、光热转换功能等[1,2]。天然黑色素可从动植物中提取，人工合成类黑色素由生物发酵或化学合成获得。虽然它们结构存在差异，但具有类似的物理化学性质。

黑色素主要通过多羟基酚氧化形成，是已知生物色素中最多的一类色素。自然界中黑色素的种类很多，研究最广泛的为真黑色素(eumelanins)和棕黑色素(pheomelanins)。它们都是在黑色素细胞内产生，具有共同的多巴醌前体。生物合成途径如图1a所示，真黑色素为棕色或黑色，通过5,6-二羟基吲哚(DHI)和5,6-二羟基吲哚-2-羧酸(DHICA)单体氧化聚合而成；棕黑色素为黄色，先由酪氨酸氧化得到多巴醌，随后半胱氨酸参与反应，再经环化、脱羧形成分子量较大的棕黑色素[3-5]。天然黑色素是一种无定形色素，难溶于水和常规有机溶剂，很难对其进行物理、化学分析。所以尽管知道黑色素的基本单元，但其精确的化学结构至今仍没有定论。

早在1970年代，Mcginnes[6,7]发现天然黑色素具有类似非晶态半导体的特性，为了更好地符合半导体“band-gap”模型，提出天然黑色素是各种氧化单元随机连接而成的高分子量聚合物。20世纪90年代中期，研究者又提出了黑色素的超分子多级结构模型[8,9]，在此模型中分子单元先聚合成片状低聚物，4～5个低聚物经一级聚集(类似石墨烯的π-π堆积)形成2 nm厚的基本纳米聚集体，片层间厚度约3.4 Å。随后通过“edge-to-edge”方式二级聚集形成丝状体和10～20 nm的聚集子结构。最后，经过分子间作用三级聚集形成100～200 nm的黑色素粒子(图1b)[10-12]。由于天然黑色素的复杂结构，关于其精确的化学结构和合成途径，直至目前仍没有一个定论。

图1 真黑素和棕黑素的生物合成方式(a)[3]，真黑色素的多级聚集结构模型(b)[10-12]Fig.1 Biosynthetic pathways to eumelanins and pheomelanins (a)[3],the hierarchical aggregate structure proposed for sepia eumelanin (b)[10-12]

2 合成类黑色素

近年来，科学家将重点转向人工合成类黑色素。Deziderio等[1]由过氧化苯甲酰氧化左旋多巴合成黑色素。不过，该反应需要进行28 d，耗时较长。多巴胺(3,4-二羟基苯丙胺，dopamine)是多巴的衍生物，与多巴具有同样的性质，在碱性溶液中会氧化聚合形成类黑色素聚多巴胺纳米粒子，其形成机制与天然真黑色素十分相似，并具有相同的物理化学性质[13]。所以也称多巴胺制备的类黑色素为多巴胺黑色素(dopamine-melanin)或直接称之为聚多巴胺(polydopamine)[14-16]。

2007年，Messermith课题组发现类黑色素聚多巴胺具有较强的粘附性能，可以粘附在几乎一切有机、无机材料表面[17]。层厚随着多巴胺氧化聚合的时间延长而增加，通过控制反应时间，能够实现层厚从几纳米到几百纳米范围的调控。类黑色素层与基底表面作用力介于共价键和非共价键之间，除了在强碱环境(pH>13)下，该层具有持久的稳定性[18]。除了本身的粘性外，类黑色素可以通过迈克尔加成或席夫碱反应与基底形成共价作用，也可通过非共价作用粘附在基底表面。由于类黑色素聚多巴胺中含有大量的酚羟基、氨基和亚氨基等反应活性官能团，可以作为结合点固定目标分子。例如通过氧化还原性或螯合作用与过渡金属离子结合[19]，这为材料表面的二次修饰及功能化提供了理想平台。经过10多年的发展，类黑色素聚多巴胺的研究逐渐成为国内外科研工作者的研究热点，相关研究报道也逐年增多(如图2)[20]。

学者基于天然真黑色素体内形成途径提出类黑色素的“真黑色素”模型(如图3a)[15]，认为多巴胺首先形成醌，而后经环化、重排得到5,6-二羟基吲哚，5,6-二羟基吲哚极易氧化形成5,6-吲哚醌。5,6-二羟基吲哚和5,6-吲哚醌均会在2,4和7等位点产生支化，形成不同聚合度的低聚物同分异构体，最后通过反歧化反应得到类黑色素。由于类黑色素难溶于水和常规有机溶剂，所以该“真黑色素”模型主要依据为红外分析，还没有更明确的实验依据。Bielawski等[21]并不认可“真黑色素”模型，他们认为5,6-二羟基吲哚和5,6-吲哚醌已为多巴胺氧化聚合的最终生成产物，它们之间并不会发生化学反应形成共价键，而是通过氢键、电荷转移、π-π堆积等非共价作用形成类黑色素粒子(图3b)。而Lee等[22]认为类黑色素形成过程共价和非共价作用并存，部分5,6-二羟基吲哚会遵循“真黑色素”模型发生化学交联，另一部分则通过非共价作用与多巴胺单体自组装形成类黑色素。

图2 聚多巴胺(多巴胺黑色素)研究进展(a)及论文发表趋势(b)[20]Fig.2 A brief timeline for the development of polydopamine (or dopamine-melanin)(a),the number of publications in terms of polydopamine sorted by year (b)[20]

图3 “真黑色素”模型(a)[15]，非共价作用形成黑色素粒子(b)[21]Fig.3 “Eumelanin” model of the molecular mechanism behind the formation of polydopamine (a)[15],polydopamine is proposed to be comprised of intra- and interchain noncovalent interactions (b)[ 21]

3 黑色素的微观形态

黑芝麻、黑糯米、天然茶子等植物源，乌贼、动物毛发等动物源以及微生物源均可提取出黑色素。由于乌贼墨汁中黑色素纯度较高，采用高速离心法即可得到球形黑色素粒子(粒径分布为100～300 nm)，分离步骤简单、成本低，是目前广泛研究的一类天然黑色素。

Lee等[13]将多巴胺在氢氧化钠(NaOH)溶液中氧气存在条件下氧化自聚形成类黑色素纳米粒子。观察到粒子的微观形态和乌贼墨汁中提取的天然黑色素一样，呈球形颗粒状，但粒径分布更窄。进一步研究发现，NaOH、多巴胺浓度以及反应温度均会影响粒子的粒径。粒径会随着NaOH浓度增大而减小，但当NaOH摩尔量大于多巴胺时，得到的类黑色素为无定型状。同时，升高反应温度可以减小粒径。通过改变反应条件能够实现粒径在几十纳米至几百纳米之间的调控，且制得的小尺寸的粒子在水中具有较好的分散性及稳定性。Lee提出的合成类黑色素方法操作简单、反应条件温和，并解决了黑色素纳米粒子难分散的问题，扩大了黑色素的应用领域。

最近，Buehler等[23]通过建立分子动力学模型研究黑色素微观结构，认为无论在干燥还是潮湿环境，DHI四聚体倾向通过π-π堆积形成二级结构，黑色素分子间层距为3.3 Å，但黑色素宏观上表现为各向同性材料。借助高分辨透射电镜验证模型猜想，并测得黑色素的密度(1.55 g·cm-3)和杨氏模量(5 GPa)。基于四聚体非共价键组装模型，该团队设计出黑色素粒子-阳离子酞菁层层自组装复合膜，其导电性比黑色素膜高5个数量级。

由于空心结构的纳米颗粒在生物、化学、工程材料领域应用广泛，因此构建多功能、牢固的空心结构类黑色素是当前科学的研究热点。早期，硬模板法是设计空心结构最常用的方法，基于自组装技术在模板表面沉积类黑色素层，去除模板后即可得到牢固的类黑色素空心粒子。Caruso等[24]以二氧化硅(SiO2)为模板制备类黑色素空心颗粒，并可通过调控反应时间控制空心颗粒的壁厚。除球形模板外，还可选用其它形貌的模板。Xue等[25]以姜黄素晶体为模板制备了类黑色素空心纳米管，其比表面积可达51.9 m2·g-1，且可以通过改变搅拌速率来调控纳米管长度。

4 黑色素的性质及在纳米复合材料中的应用

4.1 光学性质

黑色素具有许多神奇的性质，其中最突出的是光吸收特性，对可见光和紫外光具有单调的宽带吸收能力[5]。研究人员对这种光吸收现象提出多种解释，但至今还没有明确定论。最初认为黑色素的宽带吸收与其自身的电子或物理性质无关，而归因于粒子的光散射。但是众多实验测出的散射吸收系数却各不相同。Riesz等[26]对天然黑色素的光吸收现象进行了详细的研究，认为光散射作用对波长210～325 nm范围内总光学衰减的贡献不足6%，对波长325～800 nm范围散射强度更是低于仪器的最小灵敏度，这些结果似乎显示黑色素能够真正“吸收”这些波段的光而不是单纯的光散射。相关研究发现，天然黑色素可以在极短时间内(50 ps)将99%的质子吸收能以非辐射的形式转化为热能[27]。正是这种宽带吸收特性和高效的光热转换能力保护了人类和动物免受紫外损伤。由于无明显的显色带，科学家们倾向于认为类黑色素聚多巴胺与天然黑色素类似，是一种无序的有机半导体。在紫外区域的吸收归因于多巴胺色素和多巴吲哚，而可见光至近红外区域的吸收由多巴胺自聚过程引起[28]。

长久以来，关于黑色素是否具有荧光效应也一直存疑。起初认为黑色素没有荧光效应，近期研究者使用紫外光和可见光激发天然黑色素以及类黑色素，均可观察到荧光现象[29]。紫外光激发时类黑色素发出弱荧光，荧光峰值位于400～500 nm处，荧光强度随激发波长而变化。该现象与普通的有机荧光物质的荧光效应不同，说明类黑色素具有化学异质性。实验中检测到天然黑色素辐射量子产率极低(约为类黑色素的0.2%)，正如前文所述，黑色素能够将大部分质子吸收能以非辐射的方式耗散，所以研究者在早期实验中没有观察到荧光效应[30]。

黑色素具有强紫外吸收特性，有望作为一种高效的光保护试剂。Gianneschi等[31]模拟生物体内黑色素光保护原理，使类黑色素纳米粒子在生物体表皮角化细胞内形成微型“太阳伞”保护DNA免受紫外线的辐射。基于黑色素的紫外吸收特性，Dong等[32]将天然鱿鱼黑色素与聚乙烯醇(PVA)通过溶液共混制备了纳米复合材料，当加入少量的黑色素时(质量分数2%)，材料可以屏蔽波长小于330 nm的紫外光，表现出优异的紫外屏蔽性能，而且抗紫外老化性大幅提高(图4)，避免了传统无机紫外光吸收剂的光催化诱导聚合物降解问题，同时复合材料可保持良好的透明性(透光率>80%)。

图4 PVA/天然黑色素(乌贼黑色素)复合材料的紫外光屏蔽性能[32]Fig.4 UV-vis light transmittance spectra (bottom)and optical images (top)of PVA and PVA/natural melanin (sepia eumelanin,SE)nanocomposites[32]

黑色素通过吸收和部分散射紫外线的方式实现紫外线屏蔽。Dong等[33]通过模板法合成空心结构黑色素粒子，并与PVA共混制备了高紫外线屏蔽的透明性聚合物复合材料。由于空心粒子具有更大的比表面积，增加了吸收紫外线的有效面积，同时空心粒子表面孔结构的存在可以允许更多的光线进入粒子空腔内，紫外线波长较短，一旦进入粒子内部则很难逸出，会发生多重吸收即紫外光在粒子内壁不断反射直至被完全吸收，而可见光的波长较长，能够衍射穿透空心粒子(如图5)。

图5 黑色素复合材料的紫外线屏蔽机理[33]Fig.5 Schematic illustration of the UV-shielding mechanisms of melanin composites[33]

高透明性的紫外屏蔽材料是目前科学和工业需要的重要材料之一，在电子、建筑、汽车制造等诸多领域具有广泛的应用。透光率是指可见光透过介质的能力，是衡量材料透明程度的参数。光线透过材料时存在光反射、光吸收和光散射等现象，任何材料的透光率很难到达100%。介质的光线不均一性也会导致光散射，严重的光散射会影响材料的透明性。纳米紫外吸收剂和基体折射率匹配情况、纳米吸收剂尺寸及在基体中的分散情况是聚合物纳米复合材料光散射的重要诱因。纳米复合材料的透光率可由瑞利散射公式描述[34]。选用与基体折射率相近的粒子可减少光散射，也可通过减少粒子的尺寸降低散射。为了减少光散射，一般需要粒子的尺寸小于可见光的波长。研究发现，纳米粒子的尺寸较小时，如小于可见光波长的十分之一时，对可见光的散射极少。但是粒子的尺寸越小，越容易团聚，团聚体的出现又会增大对可见光的散射，影响到材料的透明性。因此，减小粒子尺寸并确保粒子在基体中具有良好的分散性是提高材料透明性的关键。Dong等[35]以多巴胺为原料制备了不同粒径的类黑色素粒子，系统研究了黑色素的粒径对聚碳酸酯复合材料紫外线屏蔽行为及透明性的影响，探究了黑色素对聚碳酸酯光老化行为的影响，探讨了复合材料的紫外光稳定机理。黑色素粒子的尺寸决定聚碳酸酯纳米复合材料的紫外线屏蔽性能及透明度。降低黑色素的粒径可同时提高材料的紫外线屏蔽效率和透明性。黑色素粒径越小，比表面积越大，吸收紫外线并转换为热量的有效面积也就越大。同时，小粒径的黑色素的粒子对可见光的散射作用较少，可见光易衍射通过纳米粒子，复合材料呈现出更高的透明性(如图6)。

图6 黑色素粒子的粒径对聚合物纳米复合薄膜材料的紫外线屏蔽机理及透明性的影响[35]Fig.6 Schematic representation of the influence of melanin particle size on optical properties of polymer nanocomposites[35]

4.2 自由基捕获性能

自由基是生物体活动过程中起调节作用的中间介质，生命体的活动离不开它，但过多的自由基会加速生物体衰老，甚至破坏DNA，导致细胞功能的紊乱，诱发各类疾病，而黑色素能够寻找和清除生物体内过多的自由基。Payne等[36]采用电化学方法检测黑色素时发现它具有氧化还原性质，并且会在氧化态与还原态之间重复转换。黑色素还具有促氧化性能，当暴露在空气中时无需催化剂就能氧化O2产生活性氧(ROS)。无论黑色素处于氧化态或还原态，均具有抗氧化和自由基清除能力，但仅在还原态时黑色素才具有促氧化活性。

此外，黑色素还能迅速捕获高分子链断裂时产生的烷基自由基、烷氧自由基以及过氧化自由基，与烷基自由基的反应速率常数高达107～108(mol/L)-1·s-1[4]。在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中添加少量(质量分数0.5%～5%)的黑色素可大幅度提高其热分解温度(50～90 ℃)(图7)[37]，但黑色素对PMMA的热稳定机理尚不清楚。

图7 PMMA及PMMA/黑色素复合材料的热失重曲线(a)：0wt%(实线)，0.5wt%(虚线)，1wt%(短划线)，5wt%(点短划线)，样品升温速率为2 ℃/min；合成黑色素及天然黑色素分散在在Soluene溶液中的照片(浓度1 mg/mL)(b)[37]Fig.7 Thermogravimetric analysis of PMMA and PMMA synthetic melanin blends in a nitrogen atmosphere (a):0wt% (solid line),0.5wt% (dotted line),1wt% (dashed line),and 5wt% (dash-dotted line)synthetic melanin,all samples were heated in nitrogen at 2 ℃/min;Solutions of synthetic melanin and natural melanin dispersed in Soluene at a concentration of 1 mg/mL (b)[37]

Dong等[38]采用天然黑色素和类黑色素实现降低PVA熔点的同时提高其热分解温度，获得较宽的熔融加工窗口。黑色素能够捕获PVA降解过程中产生的自由基，抑制其“解拉式”降解(图8)，因而提高了热降解温度，为PVA热塑加工提供了新方法和新原理[38]。基于黑色素捕获自由基的能力，Lu等[39]在粘土(clay)纳米片表面包覆类黑色素层，然后与聚丙烯(PP)共混制得复合材料。发现包覆类黑色素层的clay纳米片可作为自由基清除剂抑制PP的热氧老化，同时纳米片增强了PP的力学性能。

图8 黑色素对PVA的热稳定机理[38]Fig.8 Reactions of melanin with radicals[38]

4.3 黑色素的界面粘附机理及应用

对几乎所有基底都具有超强粘附力也是类黑色素聚多巴胺的重要特性之一。虽然普遍认为强粘附力主要源于结构中的邻苯二酚基团[40]，但具体的粘附机制尚未得到明确的解释。类黑色素聚多巴胺中的功能基团可与多种分子发生化学反应。与羟基琥珀硫亚氨和马来酰亚胺等偶联剂相比，类黑色素可以轻易实现基底表面功能化修饰。

采用传统的共聚物光刻技术很难在低表面能基材表面进行刻图，而多巴胺能够在圣女果、石墨烯、金、甚至聚四氟乙烯等低表面能材料表面沉积形成类黑色素层，该层即使被水润湿也能维持很好的稳定性(图9a)[41]。在类黑色素层的帮助下可以将羟基封端的聚合物牢固地附着在基材表面，采用热引发使聚合物的羟基和类黑色素的邻苯二酚发生共价反应可进一步增强界面作用力，这为纳米刻图技术提供了新思路。图9c和9d为基于类黑色素的纳米刻图技术印刷聚四氟乙烯纳米线以及在Au基底上生长多级结构的碳纳米管(CNT)阵列。

图9 类黑色素聚多巴胺涂层对圣女果和聚四氟乙烯膜表面化学性能影响(a)；在低表面能材料表面印刷共聚物(b)；在基团表面印刷聚四氟乙烯纳米线(c)；在基材表面印刷多级结构CNT纳米线排列(d)[41]Fig.9 Cherry tomato and Teflon film with polydopamine coating (a);Schematic illustration of polydopamine-assisted block copolymer lithography for low surface energy substrates (b);Schematic procedure for the fabrication of Teflon nanowires via polydopamine-assisted block copolymer lithography (c);The hierarchically organized vertical CNT array directly grown on an Au substrate (d)[41]

4.4 黑色素对聚合物机械性能的影响

尽管黑色素具体的分子结构目前还没有定论，但黑色素中含有丰富的酚羟基、氨基和亚氨基等活性功能基团。通常含有3个或多个反应位点的物质可作为化学交联剂，Dong等[42]将天然黑色素粒子与异氰酸酯封端的预聚物反应以诱导微相分离制备出高性能的聚氨酯(PU)复合材料。当加入少量的黑色素时(质量百分数2%)，材料拉伸强度和断裂伸长率分别由原先的5.6 MPa和770%提高至51.5 MPa和1880%，同时材料韧性提高了10倍(如图10)。聚合物的力学性能显著提高，对比目前的文献报道，其增强效果处于较高水平，优于其他纳米复合材料，如碳纳米管、石墨烯、纤维素等增强材料。

图10 聚氨酯及其复合材料的拉伸应力-应变曲线(a)；轻敲模式下不同黑色素含量聚氨酯复合材料的原子力显微镜照片(b)[42]Fig.10 Tensile testing curves of PU and PU/melanin composites (a);AFM phase image of the PU/melanin composite (b)[42]

Dong等[43]利用多巴胺制备了不同尺寸的合成黑色素纳米颗粒，通过黑色素与PVA分子间氢键作用，拉伸强度提高至172 MPa，弹性模量达3.15 GPa，聚合物的力学性能显著提高，对比目前的文献报道，其增强效果处于较高水平(图11)。

图11 目前文献中报道的PVA复合材料的力学性能(a)；PVA/黑色素-2wt%复合材料TEM照片(b)[43]Fig.11 Comparison of mechanical properties of PVA/melanin and other PVA composites (a);TEM image for PVA/melanin-2wt% nanocomposite (b)[43]

5 结 语

本论文总结了黑色素性质和人工合成类黑色素的方法及黑色素在纳米复合材料领域的进展。尽管黑色素具有许多优异的功能和特性，但相对于纤维素、甲壳素和胶原蛋白等生物高分子材料而言，目前还处于研究初级阶段，黑色素合成机理还没有明确定论，尚不能在分子尺度上明确聚合过程中黑色素的精确结构。但它具有许多优异的性质，在纳米复合材料领域具有非常广阔的应用前景。此外，黑色素通常与蛋白质和多糖牢固地结合在一起，不易分离，较难提纯，而通过多巴胺合成类黑色素成本又较高，这些都可能是黑色素面临的挑战和问题。

(编辑 张雨明)

专栏特约编辑朱美芳

朱美芳：女，1965年生，博士、教授、博导，现任东华大学材料科学与工程学院院长、纤维材料改性国家重点实验室主任，国家杰出青年基金(2009)获得者、教育部长江学者特聘教授(2012)。兼任第七届国务院学位委员会材料科学与工程学科评议组成员、2018～2022教育部高等学校材料类专业教学指导委员会副主任委员、中国材料研究学会副理事长、中国化学会高分子学科委员会副主任委员等。长期从事纤维材料及其复合技术研究，建立并发展了一系列聚合物基纳米复合材料及其纤维成形新理论、新方法和新技术。先后主持国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等国家、省部级科研任务30余项。发表SCI收录论文260多篇，出版《纳米复合纤维材料》等专著4部，获授权中国发明专利160余件。以第一完成人获国家科技进步二等奖、上海市自然科学奖一等奖、上海市技术发明一等奖等10余项。组织国际国内学术会议20余次，应邀在日、美、德等国家和地区作大会报告、主题/特邀报告100余次。入选“万人计划”科技创新领军人才，科技部创新人才推进计划重点领域创新团队和教育部创新团队、黄大年式教师团队负责人。获何梁何利基金科学与技术青年创新奖、中国青年科技奖、首届全国创新争先奖、宝钢优秀教师特等奖等荣誉。

特约撰稿人张文彬

张文彬：男，1981年生，北京大学化学与分子工程学院及软物质科学与工程中心特聘研究员、博士生导师，中组部“青年千人计划”入选者。2004年获北京大学化学学士学位；2010年获美国阿克伦大学高分子科学博士学位，其后先后在阿克伦大学和加州理工学院从事博士后研究；2013年8月加入北京大学。研究兴趣主要在于通过理性设计结合合成体系和生物高分子的优点，实现对化学结构和物理结构的精确控制，发展先进功能杂化材料，并应用于健康相关的领域。主要研究领域为基于重组蛋白质的生物材料及其在生物医学上的应用。至今为止，已在Science,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,ACSCent.Sci.,Adv.Mater.,ACSNano,Mater.Horiz.,Macromolecules等学术期刊上发表SCI论文110篇，其中85篇为第一/通讯作者，总他引2700余次。获授权国内外发明专利3项，参与撰写5本英文书籍、1本中文书籍。研究成果曾被Science,C&EN,Nat.Sci.Rev.,Faculty1000Prime,JACSSpotlight,ChinaMater.,《中国科学基金》等专题报道。获日本化学会Distinguished Lectureship Award等奖励。

特约撰稿人解增旗

解增旗：男，1979年生，华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，1998～2007年在吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室先后获得学士、博士学位；2007～2011年先后在韩国首尔国立大学、德国维尔茨堡大学进行博士后研究；2009年获德国“洪堡”基金资助。2011年12月回国加入华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室工作至今。研究领域为光电材料物理化学，将物理化学基本原理用于解决光电材料中的科学问题。已在J.Am.Chem.Soc.,Adv.Mater.等期刊发表SCI论文130余篇，论文被引2900余次，H-因子29；申请发明专利6项(授权3项)。

特约撰稿人林嘉平

林嘉平：男，1964年生，华东理工大学教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者、“国家百千万人才工程”入选者，享受国务院政府特殊津贴。主要从事高分子自组装、高分子液晶和生物高分子的研究。先后承担国家自然科学重点基金、国家“863”计划、教育部科学技术研究重大项目、国防科工局重大项目、上海市科技专项基金等多项科研项目。研究成果在Chem.Soc.Rev.，Angew.Chem.Int.Ed.，Macromolecules，Biomaterials，ACSNano，NanoLetters等期刊上发表，被他人在NatureCommun.，Chem.Rev.，Chem.Soc.Rev.，Prog.Polym.Sci.等期刊上引用2500余次。在国内外学术会议上作大会报告3次、特邀报告81次。获“宝钢”教育奖、上海市自然科学一等奖、上海市自然科学二等奖(2次)、教育部新世纪优秀人才计划资助、上海市曙光学者、上海市领军人才和优秀学科带头人等奖励和荣誉称号。

特约撰稿人朱申敏

朱申敏：女，1968年生，教授、博士生导师，现任上海交大材料学院副院长。兼任教育部教指委、全国功能高分子行业委员会专家委员会、中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会理事会委员/理事。致力于生物精细结构的仿生制备及光、电磁特性响应研究；多孔碳(石墨烯)基复合材料的制备及在能源、环境中的应用研究；聚合物-无机纳米复合材料的设计和组装。先后主持国家自然科学基金面上项目、科技部纳米专项课题、上海市基础研究重点项目、上海市自然基金项目等30多个项目。在《中国科学》，AdvancedMaterials，ACSNano等国内外学术期刊上发表论文150多篇，他引4000多次。获授权中国发明专利23项，合作撰写英文专著7个章节。获教育部新世纪优秀人才计划(2008)和上海市浦江人才计划(2006)的资助。担任国家科技奖励、教育部“留学回国启动基金”、教育部博士后基金评审专家，国家自然基金项目、香港研究资助局基础研究基金项目评议人。

特约撰稿人马洪洋

马洪洋：男，1975年生，教授、博士生导师。1997年、2000年和2003年分别获吉林大学学士、硕士学位以及北京大学博士学位。2005年前从事高分子活性自由基聚合反应及离子液体体系研究；2005～2007年在美国纽约州立大学石溪分校化学系研究碳纳米管对超高分子量聚乙烯和特氟龙材料的增韧增塑改性；2007～2014年则主要进行高通量纳米纤维水净化膜的研究和开发；2015年以海外高层次人才引进方式进入北京化工大学材料科学与工程学院工作，现从事高效纳米纤维复合水净化膜的研究，主要基于静电纺纳米纤维和纤维素纳米纤维，研究和发展多功能纳米纤维复合膜，并用于微滤、超滤、纳滤、反渗透、膜蒸馏等各个领域。正在主持国家自然科学基金面上项目1项；发表SCI论文60余篇，他引1500次以上；H-因子为27；撰写英文书籍章节6章，中文专著1部;获授权美国发明专利6项、中国发明专利8项。

特约撰稿人严玉蓉

严玉蓉：女，1973年生，华南理工大学材料科学与工程学院高分子材料与工程专业教授、硕士生导师。2007年于美国Akron大学从事访问研究工作；2017年于瑞士联邦材料研究所Empa访问研究。兼任中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会常务理事、纺织类专业教学指导委员会纤维材料分教学指导委员会副主任委员、广东省纺织学会副理事长、广东省纺织服装标准化技术委员会(GDTC 14)副主任委员、广东省体育标准化技术委员会委员。主要研究领域包括：纤维成型机理研究；有机/无机共混功能纤维原材料合成、成型加工及纤维结构、性能研究；静电纺丝成形及微/纳米纤维在过滤、生物医用、高效催化、隔音、电池隔膜及电极材料等领域的应用基础研究。在Chem.Eng.J.等期刊、国际会议上发表论文150多篇，获授权专利30余项。参编中文专著6部，外文专著4部，副主编中文专著1部。获省级科技进步三等奖2次。

特约撰稿人东为富

东为富：男，1976年生，江南大学教授、博士生导师。兼任中国塑料加工协会专家委员、中国包装联合会塑料包装专家委员、中国生物医学工程学会生物材料分会会员，《塑料包装》副主编，《上海塑料》、《橡塑技术与装备》、《弹性体》编委。主要研究方向为高分子材料共混改性、生物可降解高分子材料、聚合物纳米复合材料及高分子包装材料。发表科研论文70余篇。申请专利40余项，已授权20余项。教育部新世纪优秀人才、江苏省“333工程”培养对象。

青年园地

特约撰稿人庞晓露

庞晓露：男，1981年生，北京科技大学教授、博士生导师。曾获霍英东基金、北京市科技新星等奖励和荣誉称号。主要从事金属材料表面涂层的力学行为研究，和课题组成员一起在国内外最早提出了膜致韧性基体脆性开裂理论并揭示基体开裂的机制。近五年以第一/通讯作者在该领域发表SCI论文33篇，其中TOP期刊论文共计17篇，包括ActaMaterialia,CorrosionScience等；累计发表SCI论文79篇，他引1200余次，申请专利29项。

特约撰稿人韦伟峰

韦伟峰：男，1978年生，中南大学粉末冶金国家重点实验室教授、博士生导师、副院长。“升华学者”特聘教授(2011)、教育部“新世纪优秀人才计划”(2011)、中组部“青年千人计划”(2012)入选者。2008年12月在加拿大阿尔伯塔大学化学材料工程系获博士学位；2009年～2011年在美国麻省理工学院(MIT)材料科学与工程系进行博士后研究；2011年10月以“升华学者”特聘教授加入中南大学粉末冶金国家重点实验室。长期从事新型电化学能源材料应用基础研究，主要研究方向为全固态二次电池材料及器件。近年来，主持国家自然科学基金、科技部新能源汽车重大专项课题、教育部博士点基金、重点横向开发课题等10多项科研项目。在Chem.Rev.，Chem.Soc.Rev.，Adv.Funct.Mater.，Adv.EnergyMater.，NanoEnergy等期刊发表SCI论文80余篇；申请国家发明专利20余项，已授权10项,申请美国发明专利1项。兼任ProgressinNaturalScience:MaterialsInternational，ESEnergy&Environment期刊编委。