一種仿細胞外層膜結構修飾塗層的製備方法

2023-07-23 20:36:06 1

專利名稱：一種仿細胞外層膜結構修飾塗層的製備方法
技術領域：
本發明涉及使用仿細胞膜外層結構共聚物製備仿細胞外層膜結構塗層的方法，屬
於高分子化學與物理及生物醫用材料技術領域。
背景技術：
隨著現代醫學的飛速發展，血管支架、傳感器、心臟輔助設備等各種微創介入醫療 裝置已廣泛應用到各種醫療技術中，極大地豐富了現代醫學診療手段。然而在臨床應用中， 現有的裝置依然不同程度地存在感染、凝血、術後組織增生以及其它的免疫副反應，給患者 帶來極大的痛苦，同時增加了醫療費用，有時還需要再次手術。目前用於改善植入材料血液 相容性的主要方法有血管內皮化、白蛋白鈍化和磷醯膽鹼化三種。磷醯膽鹼是組成細胞外 層膜基本單元(如卵磷脂、鞘磷脂分子)的親水端基。細胞生物學研究表明，細胞外層膜帶
有等量正、負電荷的卵磷脂，不會激活內源性凝血途徑。因而，人們用各種方法將含磷醯膽 鹼基團的分子構建在材料表面，來改善材料的血液相容性。表面接枝方法雖可獲得牢固結 合的磷醯膽鹼表面，但因接枝過程複雜，接枝密度不高而難以應用；相對而言，塗覆方法工 藝簡單、實用性強。然而，這種以物理吸附結合的聚合物塗層，在體內複雜環境中可能發生 溶解、降解等作用而流失；另外，兩親性(親水、親油)聚合物塗層表面通常形成與細胞外層 膜結構相反的結構，加之表面結構性能隨自組裝過程的條件及組裝後的保存環境等因素而 衰退，均會影響此類材料表面性能及相關產品的開發和應用。這些不穩定因素使得仿細胞 膜表面改性方法目前還存在安全隱患。 考慮塗層的血液相容性以及與基底材料結合的穩定性，本發明使用含磷醯膽鹼基 團的可聚合單體與有機矽丙烯酸酯可交聯單體通過自由基溶液聚合，合成可交聯的仿細胞 膜二元共聚物。以此聚合物對金屬氧化物及含活性氫的基材表面進行塗覆，與片基反應後 形成共價結合、高表面密度的磷醯膽鹼基團表面。這種新型仿細胞外層膜結構的表面改性 方法及技術，製備工藝簡單，塗層的生物相容性良好，對發展我國的生物醫用材料產業將會 起到高技術支撐作用。

發明內容
本發明的目的是提供一種仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，以解決通常的兩親 性聚合物塗層不穩定以及形成反細胞外層膜結構的問題，得到親水性更強、交聯更穩定的 仿細胞外層膜結構表面。 利用可交聯基團的水解、縮合反應，將含磷醯膽鹼基團和烷氧基矽基團的二元共 聚物在含水條件下交聯處理，形成仿細胞外層膜結構表面，獲得穩定的親水性表面，達到對 材料進行生物相容性表面改性的目的。
本發明的實現過程如下 —種仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，包括如下步驟 (1)將結構通式(I)表示的二元共聚物溶於無水極性有機溶劑，得到濃度為1 H3CT I CH3 CH3 其中，m和n對應單元的摩爾百分數分別為50 95%和5 50% ;&、 R2為H或 CH"R3為甲氧基或乙氧基； (2)用噴塗或浸塗的方法使聚合物在被修飾基材表面形成均勻的塗層； (3)塗層真空乾燥之後，在重量百分濃度為0. 5 5. 0%的氨水或揮發性有機胺水
溶液的飽和蒸汽中處理1 72小時，處理溫度為20 12(TC，得到交聯固定的仿細胞外層
膜結構親水表面，所述的揮發性有機胺選自三乙胺、三甲胺、乙二胺。 含氨(胺)水溶液的飽和氣氛不僅提供了塗層中烷氧基矽基團之間發生水解反應 必須的水分，氣氛中的氨(胺)類鹼性分子對水解後的矽羥基之間的縮合交聯反應有顯著 促進作用。相比只在水汽中處理，在含氨(胺)水溶液的飽和氣氛中處理得到交聯更徹底 的仿細胞外層膜結構表面。含氨(胺)水溶液濃度過高時，飽和氣氛凝結在聚合物塗層表 面產生較強鹼性，在加熱條件下聚合物易分解，可能失去仿細胞膜結構。因而，氨(胺)水 溶液濃度最好保持在0. 5 5. 0% 。 本發明製備工藝簡單、方便，成本低，塗層的血液相容性和穩定性都良好。在氨水 或揮發性有機胺水溶液飽和的蒸汽中處理後得到親水性更強、交聯穩定的仿細胞外層膜結 構表面。


圖1為本發明的聚合物P(MPC-co-TSMA)塗層溼熱處理之後，表面血小板黏附結果 的掃描電鏡圖，圖la為蓋玻片，圖lb為P(MPC-co-TSMA)塗層； 圖2為本發明的聚合物P(MPC-co-TSMA)塗層溼熱處理之後，表面牛血清白蛋白 (BSA)和牛血清纖維蛋白原(Fg)的吸附結果。
具體實施例方式(甲基)丙烯醯氧基乙基磷醯膽鹼按照文獻[Ishihara K， Ueda T， Nakabayashi N. Polym. J. ， 1990， 22， 355]的方法合成及純化，丙烯醯氧丙基烷氧基矽及偶氮二異丁腈 (AIBN)從國內試劑公司或Sigma公司購得，AIBN使用前用乙醇重結晶。共聚物改性後材料
10mg/mL的溶液，所述無水極性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、異丙醇或其混合溶劑;
■2
2
僕
n
(I)
-O一
H c
Hc
4表面的親、疏水性能使用DCAT 21型表面界面張力儀測定接觸角來衡量。
實施例1 : 按照一定比例取單體2-甲基丙烯醯氧基乙基磷醯膽鹼(MPC)和Y -甲基丙烯 醯氧丙基三甲氧基矽(TSMA)，用異丙醇溶解，稱取單體總質量1X的引發劑偶氮二異丁 腈(AIBN)，用少量THF溶解，並與單體溶液混勻，裝入滴液漏鬥中。在N2保護、8(TC恆溫 攪拌下，滴加單體及引發劑的混合液，在3h內滴完。滴加完畢，密封體系反應，反應進行 10h後補加單體總質量0. 02%的AIBN的THF溶液，反應進行24h後停止加熱攪拌。反應 液在N2保護下過濾，濾液旋蒸濃縮後用冷無水乙醚沉澱，沉澱用甲醇溶解、乙醚再次沉澱， 所得沉澱真空乾燥，通過^核磁共振測定聚合物P(MPC-co-TSMA)各組分含量。^ NMR， S (CDC13 : CD30D =1:1 (v/v) ， ppm) :0. 7線Si) ， 0. 9 (C迅)，1. 3 (SiCH2, ， 1. 9 (C迅)， 3. 3 (N+線)3) ， 3. 6 (Si (0迅)3) ， 3. 7 (聰2) ， 4. 0-4. 4 (0迅)。由3. 3卯m和0. 7卯m處兩個峰 對MPC組分和TSMA組分分別計量。當MPC和TSMA的投料比分別為9 : 1、8 : 2、7 : 3 和6 : 4(mol%)時，聚合物中兩種組分的物質的量比分別為95 : 5、80 : 20、77 : 23、 67 : 33。 實施例2 : 取實施例1合成的MPC和TSMA配比為80 : 20的可交聯聚合物，配成lmg/mL的乙 腈溶液。將溶液噴塗或浸塗到乾燥、潔淨的蓋玻片表面，真空乾燥後在9(TC下2^三乙胺水 溶液的飽和氣氛中處理lh，得到不溶於水的交聯塗層。以純水為潤溼介質，測試溫度20°C ， 前進角和後退角的測試速率皆為0. 05mm/s，表面張力測定閾值5. OOmg，浸入深度10. OOmm， 測試取點頻率5.00Hz，測得前進角為45±2° ，後退角為5士r 。 對比試驗是真空乾燥後，在9(TC純水的飽和氣氛中處理lh，塗層仍然有溶解， 說明交聯不完全。再於12(TC處理lh，塗層不再溶解，測得前進角為52士2。，後退角為 6±2° 。 實施例3 : 取實施例1合成的MPC和TSMA配比為90 : 10的可交聯聚合物，配成2mg/mL的 異丙醇溶液。將溶液浸塗到乾燥、潔淨的蓋玻片表面，真空乾燥後5(TC在0.8^三甲胺水溶 液的飽和氣氛中處理10h，得到交聯的仿細胞外層膜結構塗層。以純水為潤溼介質，測試溫 度2(TC，前進角和後退角的測試速率皆為0. 05mm/s，表面張力測定閾值5. OOmg，浸入深度 10. 00mm，測試取點頻率5. OOHz，測得前進角為41±2° ，後退角為4±2° 。
對比試驗是真空乾燥後，在5(TC純水的飽和氣氛中處理10h，塗層仍然有溶解， 說明交聯不完全。再於10(TC處理2h，塗層不再溶解，測得前進角為45士2。，後退角為 5±2° 。 實施例4 : 取實施例1合成的MPC和TSMA配比為60 : 40的可交聯聚合物，配成4mg/mL的 甲醇溶液。將溶液浸塗到乾燥、潔淨的蓋玻片表面，真空乾燥後在含4%氨水溶液的飽和 氣氛中於2(TC處理70h，得到交聯的仿細胞外層膜結構塗層。以純水為潤溼介質，測試溫 度2(TC，前進角和後退角的測試速率皆為0. 05mm/s，表面張力測定閾值5. OOmg，浸入深度 10. OOmm，測試取點頻率5. OOHz，測得前進角為52±2° ，後退角為8±2° 。
對比試驗是真空乾燥後，在2(TC純水的飽和氣氛中處理70h，塗層仍然有溶解，說明交聯不完全。
實施例5 : 取實施例2所製備的仿細胞外層膜結構塗層，測試靜態條件下的血小板黏附。塗層在PBS緩衝溶液(稱取NaCl 8. 0g， KC1 0. 2g， Na2HP04 12H202. Og， KH2P04 0. 2g，加蒸餾水溶解，定容到lOOOmL，搖勻，調節pH = 7. 4)中浸泡2h，滴加20 y L新制富血小板血漿到塗層中央，37t:下孵育2h，用PBS緩慢淋洗掉黏附不牢固的血小板，然後浸入2. 5%的戊二醛溶液中固定lh，蒸餾水淋洗4 5次，自然晾乾，噴金，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察塗層表面黏附血小板黏附的數量和形態。如圖l所示，蓋玻片表面大量黏附血小板，且血小板被激活和凝聚；塗覆實施例2所述仿生塗層的蓋玻片表面未見到血小板黏附。
實施例6: 取實施例2所製備的仿生塗層，測試塗層表面的蛋白質吸附狀況。測試不同磷醯膽鹼基團密度的塗層表面分別對牛血清白蛋白(BSA)和牛血清纖維蛋白原(Fg)的吸附狀況，用微量BCA法[Smith P K， Krohn R I， Hermanson G T， et al. Anal. Biochem. ，1985，150,76]進行測試。如圖2所示，蓋玻片表面對兩種蛋白的吸附量都很大，塗覆仿生塗層的表面能夠大大抑制兩種蛋白質的吸附，塗層表面磷醯膽鹼基團的密度越大，抑制程度越強。蓋玻片表面BSA和Fg的吸附量分別為O. 76ii g/cm，P 1. 11 y g/cm2 ;而MPC和TSMA組分比例為80 : 20 (mol % )的聚合物塗層表面BSA和Fg的吸附量分別為0. 09 y g/cm2和0. 04 y g/cm o
權利要求
一種仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將結構通式(I)表示的二元共聚物溶於無水極性有機溶劑，得到濃度為1～10mg/mL的溶液；其中，m和n對應單元的摩爾百分數分別為50～95％和5～50％；R1、R2為H或CH3；R3為甲氧基或乙氧基；(2)用噴塗或浸塗的方法使聚合物在被修飾基材表面形成均勻的塗層；(3)塗層真空乾燥之後，在重量百分濃度為0.5～5.0％的氨水或揮發性有機胺水溶液的飽和蒸汽中處理1～72小時，處理溫度為20～120℃，得到交聯固定的仿細胞外層膜結構親水表面。F2009102191430C0000011.tif
2. 根據權利要求1所述仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，其特徵在於所述無水極 性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、異丙醇或其混合溶劑。
3. 根據權利要求1所述仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，其特徵在於所述的揮發性有機胺選自三乙胺、三甲胺、乙二胺。
全文摘要
本發明公開了一種仿細胞外層膜結構塗層的製備方法，包括如下步驟(1)將結構通式(I)表示的二元共聚物溶於無水極性有機溶劑，得到濃度為1～10mg/mL的溶液；(2)用噴塗或浸塗的方法使聚合物在被修飾基材表面形成均勻的塗層；(3)塗層真空乾燥之後，在重量百分濃度為0.5～5.0％的氨水或揮發性有機胺水溶液的飽和蒸汽中處理1～72小時，處理溫度為20～120℃，得到交聯固定的仿細胞外層膜結構親水表面。在氨水或揮發性有機胺水溶液飽和的蒸汽中處理後得到親水性更強、交聯穩定的仿細胞外層膜結構表面。
文檔編號A61L31/08GK101732766SQ20091021914
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者宮永寬, 宮銘, 張靜, 楊珊, 梁曉進, 王彥兵 申請人:西北大學