Adhesion of dopa functionalized gels to spin labeled surfaces

Abstract

This study investigates the force free adhesive properties of synthetic polymer in aqueous media using electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Due to poor performance of commercial adhesives in wet environments, scientists are interested in different types of adhesives to overcome this difficulty. On this context, mussels attract attention because of their versatile properties to adhere different types of surfaces from rocks to ship hulls underwater. Adhesion occurs when mussel secretes mussel foot proteins (MFPs) in order to form threads and plaques. Seven types of MFPs are unique in plaque contains high amount of L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) amino acid which is reputed to be responsible for adhesion. In this research, branched polyethylene glycol (PEG) based polymers functionalized with DOPA were synthesized and their force-free adhesive properties to hydrophobic polystyrene and hydrophilic silica nanobeads were investigated in solution. These nanobead surfaces were conjugated with spin label molecules to probe adhesion dynamics using EPR spectroscopy. In addition, gel forms of polymers obtained using NaIO4, FeCl3 and Cr2O7 were used as adhesive materials for EPR measurements. All of these adhesive materials showed adhesion to spin labeled polystyrene (SL-PS) surface. However, non-DOPA containing PEG showed no indication of adhesion thus, demonstrating the importance of DOPA in wet adhesion. In addition, EPR results showed that DOPA based PEG polymers were unable to adhere to spin labeled silica (SL-SiO2) surface. This behavior was attributed to hydration layers around silica nanobeads. These layers formed around hydrophilic SiO2 surface prevent interaction between nanobead surface and polymeric material.

Bu çalışmada sualtı organik yapışkan malzemelerin sentetik polimer benzerlerinin kuvvet uygulamadan, ıslak ortam yapışma özellikleri araştırılmıştır. Islak ortamda zayıf yapışkanlık özellikleri gösteren ticari yapıştırıcılar, bilim insanlarının ilgisini bu sıkıntıları giderecek farklı tiplerde yapıştırıcılar üzerine çekmiştir. Bu bağlamda midyeler gemi gövdesinden kayalara kadar farklı tip yüzeylere ıslak ortamda yapışabilme özellikleri sayesinde oldukça ilgi çekicidir. Yapışma proteinli midye plaklarının midye ayağı proteinlerini (MFP) salgılaması sonucu oluşan iplikçiklerin yüzeylere tutunması sonucu gerçekleşir. Sadece midye plaklarına özgü 7 tip MFP yapısında yüksek miktarda bulunan L-3,4-dihidroksifenilalanin (DOPA) amino asiti yapışmadan sorumlu olarak görülmektedir. Bu araştırmada 4 kollu polietilen glikol (PEG) bazlı polimer mimikleri ve hidrofobik polistiren ve hidrofilik silica nanokürelerin yüzeyine onların kuvvet uygulamadan yapışma özellikleri solusyon içinde incelenmiştir. Bu nanoküreler, yüzeylerindeki yapışma dinamiklerinin EPR spektroskopisi ile incelenmesi için spin etiketli moleküller ile konjuge edilmiştir. Ayrıca, DOPA fonksiyonel polimerlerin NaIO4, FeCl3 and Cr2O7 ile elde edilmiş hidrojel formları dahil olmak üzere tüm yapışkan malzemeler spin etiketli polistiren nanokürelerin yüzeyinde iyi yapışma performansı sergilemiştir. DOPA taşımayan polimerlerin yapışkanlık özelliği sergilememesi DOPA’nın sualtı yapışkanlığı için önemini göstermektedir. Buna ek olarak, DOPA fonksiyonel polimerlerin spin etiketli silika nanokürelerin (SL-SiO2) yüzeyine yapışmadığını gösterilmiştir. Hidrofilik yüzey etrafında oluşan hidrasyon tabakası silika nanoküre yüzeyi ile polimerik malzemelerin temasını engellemektedir.