非共價(jià)鍵合聚合物抗污涂層的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、蛋白質(zhì)在材料表面的非特異性吸附常常會(huì)影響到生物材料的使用性能，因此，對(duì)材料表面進(jìn)行抗蛋白質(zhì)吸附的改性成為了生物材料領(lǐng)域的重要研究課題，隨后聚合物抗污涂層得到了廣泛的應(yīng)用。目前，聚合物涂層的制備方法主要有以下兩大類:一、共價(jià)鍵合涂層，該方法制備的涂層具有很好的穩(wěn)定性，但是制備過程相對(duì)復(fù)雜且可控性差;二、非共價(jià)鍵合涂層，該制備過程簡(jiǎn)單快速，但是涂層穩(wěn)定性較差，很容易從基底表面脫落?；谝陨蠁栴}，為了提高非共價(jià)鍵合的涂層的穩(wěn)定性，我們開展了以

2、下工作:
　　1)我們利用可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）聯(lián)用的方法合成了雙親水性雙接枝共聚物-聚甲基丙烯酸酯-g-聚乙二醇/聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）(PMA-g-PEG/PDMA)，然后利用PDMA的自涂覆性能將PMA-g-PEG/PDMA涂覆到熔融硅毛細(xì)管內(nèi)壁，研究了該涂層的穩(wěn)定性及抗蛋白質(zhì)吸附性能。電滲流(EOF)研究表明，PDMA的存在明顯提高了聚合物涂層的涂覆性能及穩(wěn)定性，且在pH=

3、2.8～9.8的范圍內(nèi)，EOF的抑制效果隨PDMA含量的增高及PMA-g-PEG/PDMA分子量的增大而提高。同時(shí)，蛋白質(zhì)回收率和理論塔板數(shù)結(jié)果表明PEG含量的提高及PMA-g-PEG/PDMA分子量的增大都可以減少蛋白質(zhì)在毛細(xì)管內(nèi)壁的吸附。
　　2)為了進(jìn)一步提高涂層的穩(wěn)定性，同時(shí)可以運(yùn)用毛細(xì)管電泳方法定量分析藥物人血白蛋白，我們采用熱交聯(lián)的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾熔融硅毛細(xì)管內(nèi)壁，以阻抗蛋白質(zhì)在其表面發(fā)生吸附。該涂層管制備

4、方法為:將PVP配制成一定濃度的水溶液，直接充入毛細(xì)管中，然后升溫至200℃，即得到PVP涂層毛細(xì)管。該涂層管在pH2.20～9.00范圍內(nèi)能夠有效地抑制電滲流(EOF)，同時(shí)對(duì)四種堿性蛋白（溶菌酶、細(xì)胞色素c、核糖核酸酶A以及α-胰凝乳蛋白酶原A）的分離具有很好的重復(fù)性以及分離效率，并且當(dāng)pH為7.00時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)四種堿性蛋白的分離。用PVP50-3涂層管(代表制備涂層管時(shí)所用的PVP水溶液濃度為50mg/mL，熱處理時(shí)間為3h)分

5、析人血清白蛋白(HSA)，結(jié)果表明其在單個(gè)蛋白溶液以及混合血液蛋白溶液中的蛋白回收率分別為97.03％和95.40％，涂層管內(nèi)壁HSA的吸附量較低?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，我們使用PVP50-3涂層管定量分析藥用人血白蛋白的蛋白含量，通過重復(fù)性實(shí)驗(yàn)（相同毛細(xì)管運(yùn)行不同次數(shù)，運(yùn)行不同天數(shù)以及不同批次涂層毛細(xì)管間分析結(jié)果）表明利用該涂層管可以進(jìn)行商品化的人血白蛋白的質(zhì)量檢測(cè)。
　　3)聚（2-甲基-2-噁唑啉）(PMOXA)的水合能力、生物

6、相容性及穩(wěn)定性都優(yōu)于PEG，可以作為涂層材料對(duì)基底表面進(jìn)行抗污修飾。為了提高PMOXA的涂覆性能，我們首先分別通過ATRP及陽(yáng)離子開環(huán)聚合(CROP)方法得到末端為疊氮基團(tuán)的聚（4-乙烯基吡啶）(ω-N3-P4VP)及末端為炔基的PMOXA（α-alkynyl-PMOXA），然后通過銅催化的疊氮-炔基環(huán)加成反應(yīng)（CuAAC），得到一系列不同PMOXA嵌段長(zhǎng)度的嵌段共聚物PMOXA-b-P4VP。由于P4VP吡啶環(huán)上的N與聚丙烯酸(PAA

7、)上的羧基間具有氫鍵相互作用，因此我們?cè)赑MOXA-b-P4VP涂層的表面滴加PAA溶液即能得到交聯(lián)的穩(wěn)定涂層。通過改變PAA溶液的濃度及用量，分析涂層的形成過程，我們發(fā)現(xiàn)在交聯(lián)過程中會(huì)同時(shí)有膠束化過程存在，膠束的穩(wěn)定性與PAA用量有關(guān)。其次我們還發(fā)現(xiàn)膠束尺寸及表面粗糙度會(huì)隨著共聚物中PMOXA鏈長(zhǎng)的增加而增加，并且PMOXA-b-P4VP/PAA涂層的穩(wěn)定性及親水性能都隨著聚合物中PMOXA含量的增加而提高。此種涂層的制備方法簡(jiǎn)單，與

8、基底間無(wú)共價(jià)鍵存在，因此，適用于很多表面的修飾。研究表明通過這種方法無(wú)論是在無(wú)機(jī)材料（如硅片，蓋玻片）表面，還是在有機(jī)材料(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄片）表面，均能得到穩(wěn)定的PMOXA-b-P4VP/PAA涂層。硅片表面PMOXA-b-P4VP/PAA涂層的pH響應(yīng)性結(jié)果顯示，交聯(lián)后的涂層在pH=3～7的范圍內(nèi)較為穩(wěn)定，表明該涂層可以應(yīng)用于生理環(huán)境;同時(shí)研究結(jié)果顯示修飾后的表面具有很好的抗蛋白質(zhì)、血小板及細(xì)胞吸附性能，并且其抗污性

9、能隨著涂層中PMOXA含量的增加而提高。
　　4)由于P4VP在紫外光照條件下主鏈上能生成自由基，然后通過自由基間的偶聯(lián)可得到交聯(lián)的P4VP涂層。利用此性質(zhì)，我們希望用更加簡(jiǎn)單的方法得到穩(wěn)定的PMOXA涂層。首先我們利用嵌段共聚物PMOXA-b-P4VP制備涂層，發(fā)現(xiàn)PMOXA-b-P4VP涂層經(jīng)過紫外光輻照后表面親水性顯著降低，與P4VP交聯(lián)涂層的親水性相當(dāng)。為了提高PMOXA鏈段在涂層表面的含量，我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一系列刷狀共聚物

10、P(4VP-co-PMOXA)。然后對(duì)其涂層進(jìn)行紫外光輻照，得到了光照P(4VP-co-PMOXA)涂層，結(jié)果表明光照P(4VP-co-PMOXA)涂層的親水性比輻照前有所降低，但其親水性明顯優(yōu)于光照PMOXA-b-P4VP共聚物涂層，表明光照P(4VP-co-PMOXA)涂層表面曝露的PMOXA鏈段較多。聚合物體系中P4VP的含量對(duì)涂層的穩(wěn)定性有很大的影響:當(dāng)P4VP含量較低時(shí)，涂層的交聯(lián)程度相對(duì)較低，導(dǎo)致交聯(lián)后的涂層的厚度較低，并且