Molecular Investigation of the Self-Assembly Mechanism Underlying Polydopamine Coatings: The Synergistic Effect of Typical Building Blocks Acting on Interfacial Adhesion

材料科学 粘附 机制(生物学) 纳米技术 自组装 复合材料 认识论 哲学
作者
Xiguang Li,Chunya Wu,Jiahao Wu,Ruijiang Sun,Bo Hou,Chang Liu,Mingjun Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10816
摘要

Polydopamine (PDA) is well known as a mussel-inspired adhesive material composed of oligomeric heteropolymers. However, the conventional eumelanin-like structural assumption of PDA seems deficient in explaining its interfacial adhesion. To determine the decisive mechanism of PDA coating formation, experiments and simulations were performed in this study. 5,6-Dihydroxyindole (DHI), the signature building block of eumelanin, was introduced as the control group. Various typical building blocks in PDA were quantified by physicochemical characterizations, and the polar-group-dominated interfacial interaction was evaluated by classic molecular dynamics and metadynamics methods. Aminoethyl has been proven to be the key functional group inducing the adsorption of PDA on the hydroxylated silica substrates, while DHI shows limited adhesion to the substrate due to the absence of aminoethyl as the catechol-indole structure of DHI exhibits poor affinity to the silica surface. Pyrrole carboxylic acid, as an oxidative product detected from PDA/DHI, is unfavorable for its adhesion to silica substrates. Overall, the coating formation and self-aggregating precipitation of PDA are two competitive aminoethyl-consuming paths; thus, the in situ oxidative coupling of dopamine is indispensable for the PDA coating preparation. The collected PDA precipitates can no longer present satisfactory coating forming behavior, resulting from a shortage of aminoethyl moieties.
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