揭开聚多巴胺涂层的秘密

多巴胺最为人所知的是一种神经递质。然而，鲜为人知的是，贻贝使用的水下胶水含有大量左旋多巴分子，一种多巴胺的类似物。受此启发，最近描述了聚多巴胺涂层，可用于激活其他不活跃的表面。这些涂层开发中的一个问题是它们的确切结构是未知的。已经提出了几种聚多巴胺涂层模型，但格罗宁根大学的科学家现在已经通过直接测量展示了这些涂层的真实外观。他们的结果于 2023 年 2 月 7 日发表在Nature Communications上。

聚多巴胺涂层显示出巨大的前景：它们不需要水以外的任何溶剂，并且具有生物相容性。它们是多功能涂层，几乎可以粘附在所有表面上，可用作中间层，例如在聚烯烃等非活性表面上。“但直到现在，我们还不了解它们的确切组成和形成方式，”格罗宁根大学工程技术学院产品技术组的博士后研究员 Hamoon Hemmatpour 解释说。

建筑模块

为了弥补这一缺陷，Hemmatpour 着手研究涂层的形成。“在宏观尺度上，这种涂层形成得非常快，太快以至于无法研究可能揭示正在发生的事情的中间体，”他解释道。因此，他使用来自粘土矿物的纳米管作为涂层的基材。矿物中的大表面积和负电荷会吸引溶液中的中间体，从而减慢聚合过程。“这使我们能够在聚合过程中采集纳米管样本，以确定中间体。”

以前尝试使用质谱等技术来表征聚多巴胺涂层，这些技术可以揭示聚合物的成分，但不能揭示聚合物的确切化学结构。通过使用固态核磁共振和 X 射线光电子能谱 (XPS) 研究纳米管上的中间体，Hemmatpour 可以重建聚合过程中发生的情况。“这些技术表明存在哪些化学键。” 一旦所有信息都存在，Hemmatpour 和他的同事就可以揭示涂层中构建单元的结构，从而解析它们的结构。

缓冲盐

当缓冲溶液的 pH 值达到 8.5 或更高时，多巴胺开始聚合。“我们注意到的一件事是，缓冲盐 TRIS 成为结构的一部分，在聚合的第一阶段占相当大的一部分，并且随着反应的进行而减少。” 对该过程的最终分析揭示了多巴胺的自动氧化，然后是交联、分子内环化和异构化。

这项研究揭示了聚多巴胺涂层的形成和结构，这使科学家能够针对不同的应用调整该过程。“我们还相信，我们对粘土纳米管的使用可以扩展到对其他快速过程的研究，”Hemmatpour 说。“并且调整纳米管以增加表面积将使我们能够进一步减慢反应速度。”

神经元

“这项研究还有其他有趣的观察结果，”Hemmatpour 补充道。“在神经细胞中，多巴胺储存在 pH 值非常低的囊泡中，但在神经退行性疾病中，这些囊泡会以某种方式渗漏，多巴胺会积聚在 pH 值较高的胞质溶胶中。在那里，多巴胺聚合成有毒团块，最终杀死神经元。我们的研究为这种机制和这一过程的中间体提供了新的见解，可用于寻找治疗神经退行性疾病的方法。

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