Mosselen kunnen zich aan vrijwel elk oppervlak vasthechten door de biologische ‘lijm’ die ze uitscheiden. Dat inspireerde wetenschappers om iets soortgelijks te maken: gebaseerd op het hoofdonderdeel (L-DOPA) wordt nu volop onderzoek gedaan naar zelf-polymeriserende dopamine, wat een dun laagje vormt tot polydopamine en blijft plakken op tal van oppervlakken. Maar hoe dat laagje er precies uitziet, daarover lopen de meningen nogal uit een: er zijn wel tien verschillende theorieën aangedragen, aldus Hamoon Hemmatpour, Petra Rudolf en collega’s uit Italië, Iran en de Rijksuniversiteit Groningen in hun recente paper. Tijd om te ontrafelen wat er op moleculair vlak écht gebeurt, lijkt de toon te zijn.

Dat deden de onderzoekers door de polymerisatie plaats te laten vinden op zogenoemde halloysiet nanotubes (HNT’s). Halloysiet is een goedkoop mineraal (Si₂Al₂O₅(OH)₄∙nH₂O) met een buitenste laag van negatief geladen SiO₂ en een binnenkant van (in water) positief geladen Al₂O₃. Het polymerisatieproces bekeken ze vervolgens met Röntgenfoto-elektronspectroscopie, solid-state-NMR en andere technieken.

Het mooie van de HNT’s is dat ze de reactie tot polydopamine vertragen en op die manier verschillende intermediaire toestanden vastlegt. Door die met bovengenoemde methodes te bestuderen konden de onderzoekers een compleet beeld schetsen van wat er op moleculair vlak gebeurt (zie ook het schema hieronder): eerst oxideren de twee hydroxidegroepen van dopamine, waarna de crosslinking plaatsvindt. Daarop volgt wederom oxidatie, maar tegelijkertijd ook een interne ringvorming van de aminegroep wat polycatecholamine oplevert. Als dat vervolgens hier en daar tautomeriseert, breken er soms stukken pyrrolinedicarbonzuur af door oxidatieve ringverbreking. Deze kennis kun je volgens de onderzoekers weer verder benutten om de eigenschappen en functies van de polydopaminecoating naar eigen smaak in te vullen.

Hemmatpour, H. et al. (2023) Nat. Commun. 14(664), DOI: 10.1038/s41467-023-36303-8