Codeposition of Levodopa and Polyethyleneimine: Reaction Mechanism and Coating Construction

涂层 材料科学 机制(生物学) 左旋多巴 化学工程 反应机理 法律工程学 纳米技术 催化作用 有机化学 化学 帕金森病 工程类 哲学 病理 认识论 疾病 医学
作者
Shang-Jin Yang,Lingyun Zou,Chang Liu,Qi Zhong,Zhaoyu Ma,Jing Yang,Jian Ji,Peter Müller‐Buschbaum,Zhi‐Kang Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (48): 54094-54103 被引量:90
标识
DOI:10.1021/acsami.0c16142
摘要

Mussel-inspired poly(catecholamine) coatings from polydopamine (PDA) have been widely studied to design functional coatings for various materials. The chemical precursor of dopamine (DA), levodopa (l-DOPA, 3,4-dihydroxyphenyl-l-alanine), is known as the main element of mussel adhesive foot protein, but it is relatively hard to be constructed into a desirable coating on a given material surface under the same conditions as those for DA. Herein, we report a codeposition strategy to achieve the rapid fabrication of mussel-inspired coatings by l-DOPAwith polyethyleneimine (PEI) and to deeply understand the formation mechanism of those aggregates and coatings from l-DOPA/PEI. DFT calculations, fluorescence spectra, nuclear magnetic resonance analysis, and liquid chromatography-tandem mass spectrometry identification demonstrate that the formation of l-DOPA/PEI aggregates is effectively accelerated by PEI crosslinking with those intermediates of oxidized l-DOPA, including l-DOPAquinone and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid as well as 5,6-dihydroxyindole, through Michael-addition and Schiff-base reactions. Therefore, we can facilely control the growth rate and the particle size of the l-DOPA/PEI aggregates in the deposition solution by adjusting the concentration of PEI. The coating formation rate of l-DOPA/PEI is four times faster than that of PDA and DA/PEI within 12 h. These l-DOPA/PEI coatings are demonstrated to display potential as structure colors, superhydrophilic surfaces, and antibacterial materials.
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