一種仿生聚合物及其製備方法和應用的製作方法
2023-05-14 06:18:06
專利名稱：一種仿生聚合物及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能形成穩定仿細胞膜結構的仿生共聚物及其製備方法，具體涉及能形成穩定細胞外層膜結構的(甲基)丙烯酸酯類共聚物，該仿生共聚物可用於製備仿細胞外層膜結構塗層，屬於高分子化學與物理、表面科學及生物醫用材料技術領域。
背景技術：
磷醯膽鹼是組成生物細胞外層膜結構基本單元的親水端基，用含磷醯膽鹼基團的兩親性共聚物在材料表面構建親水性塗層，當其與水接觸時表面可形成仿細胞膜結構表面。這種兩性離子結構表面有利於維持與其接觸的生物分子的構象，在生物醫學、船舶塗層、生物分離、生物傳感器等領域具有廣闊應用前景。目前，常用的含磷醯膽鹼基團的聚合物對材料表面改性的方法有化學接枝法和物理法兩大類。表面接枝工藝獲得的塗層與基材表面通過共價鍵連接，耐久性好，但是工藝複雜、成本高，而大多都高度依賴於表面和基材之間特異的化學相互作用和聚合物之間能夠結合的官能團，限制了利用含磷醯膽鹼基團聚合物進行表面改性的材料類型，具有一定的局限性(宮銘，楊珊，張世平，宮永寬.化學進展20(10): 1(^8-1063;王麗紅，陳歡林.膜科學技術26(3): 90-94.)。物理法雖然具有操作簡單、適用範圍廣、改性效果顯著等優點，但是常見的含柔性疏水鏈的仿生共聚物與基材表面的結合不穩固，長期穩定性較差，當其在空氣氛圍中放置或儲存時，磷醯膽鹼基團會向內部遷移，形成反細胞外層膜結構表面(Yang S, Zhang S, Winnik FM, Mwale F, Gong Y. J Biomed Mater ^2008 ； 84A: 837-841.)，而塗層的這種微觀聚集結構不可逆變化往往會影響此類材料表面性能及後續相關產品的開發和應用。為了改善物理塗覆方法所得仿細胞外層膜結構的穩定性，Lewis等人在聚合物側鏈上引入了三甲氧基矽可交聯基團(1、A. L. Lewis, Ζ. L. Cumming, Biomaterials 2001,22, 99; 2、J.-P. Xu, J. Ji, W. -D. Chen, D. -Ζ. Fan, Y. -F. Sun, J. -C. Shen, European Polymer Journal，2004,40, 291)，該聚合物形成的塗層在 70 90°C加熱 4 9小時，使三甲氧基矽基團與另一組分(側鏈)的端羥基反應得到交聯固化的修飾塗層，使塗層的穩定性顯著提高，然而這種交聯的疏水表面結構與細胞外層膜的結構相反，形成反細胞外層膜結構的塗層表面。CN1916040報導了一種含可交聯基團的磷醯膽鹼聚合物，形成的塗層在含水液體中處理可得到仿細胞外層膜結構。但這種可交聯聚合物在製備、塗層表面結構調整及交聯固定各環節均難以控制，不易獲得穩定的仿細胞外層膜結構塗層。中國發明專利ZL 200610105049. 9雖然提供了一種利用含三甲氧基矽基團可交聯基團的三元仿生共聚物形成穩定仿細胞外層膜結構塗層的方法，但是該方法對製備及純化聚合物所用的溶劑要求較為苛刻，且聚合物在潮溼環境中不易保存，易在儲存期發生縮合反應，進而影響後續使用。膽固醇是細胞膜的另一重要組成部分，其嵌在細胞膜的磷脂雙層之間，除了能夠調節膜的流動性外，還可增加膜的穩定性。本發明利用膽固醇在細胞膜中的穩定作用，
權利要求
1.結構通式(I)表示的共聚物，
2.根據權利要求1所述的共聚物，其特徵在於親水基團是磷醯膽鹼基團，疏水剛性基團是膽甾醇基。
3.權利要求1所述共聚物的製備方法，其特徵在於在50 80°C下，將含有親水基團的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體與含有疏水剛性基團的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體在引發劑作用下進行自由基共聚反應製備仿生共聚物；親水基團是磷醯膽鹼基團、羧酸甜菜鹼基團、磺酸甜菜鹼基團、季銨基或磺酸基，疏水剛性基團是膽留醇基、二氫膽留醇基、 β -谷留醇基、豆留醇基、7-脫氫膽留醇基或麥角谷留醇基。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於引發劑加入量為單體總量的 0. 59Γ5. 0%，將兩種單體及引發劑總量309Γ67%的有機溶劑混合液加入到引發劑總量 89Γ50%的有機溶劑中進行自由基共聚製備仿生共聚物，剩餘引發劑最後加至混合體系中。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於自由基共聚反應在混合有機溶劑A 和B中進行，有機溶劑A為甲醇、乙醇或異丙醇，有機溶劑B為四氫呋喃、氯仿或二氯甲烷。
6.權利要求1所述的共聚物在製備仿細胞外層膜結構塗層中的應用。
7.根據權利要求6所述應用，其特徵在於將共聚物溶於溶劑中，用浸塗或噴塗方法使聚合物在被修飾材料或器具表面均勻塗覆，真空乾燥後得穩定的仿細胞外層膜結構塗層。
8.根據權利要求6所述應用，其特徵在於將共聚物溶於溶劑中，劇烈攪拌下滴入超純水中製備成粒徑均一的聚合物膠束溶液，用浸塗或噴塗方法使聚合物膠束溶液在被修飾材料或器具表面均勻塗覆，真空乾燥後得穩定的仿細胞外層膜結構塗層。
9.根據權利要求7或8所述應用，其特徵在於所述溶劑為混合溶劑，選自水、甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃、氯仿、二氯甲烷至少兩種。
10.根據權利要求7或8所述應用，其特徵在於塗層真空乾燥前，將塗層置於含水氛圍中處理至少12小時，進行功能基團的調控組裝，所述含水氛圍是甲醇、乙醇或異丙醇的水溶液，其中醇的體積百分比為09Γ50%。
全文摘要
本發明公開了一種結構通式所示的共聚物，其中x,y為10～1000的正整數，x摩爾百分數為30～80％，y為20～70％；R1和R2為H或CH3；W為2～8個碳原子鏈連接的親水基團，親水基團是磷醯膽鹼基團、羧酸甜菜鹼基團、磺酸甜菜鹼基團、季銨基或磺酸基；Z為0～12個碳原子鏈連接的疏水剛性基團，疏水剛性基團是膽甾醇基、二氫膽甾醇基、β-谷甾醇基、豆甾醇基、7-脫氫膽甾醇基或麥角谷甾醇基。本發明聚合物中磷醯膽鹼等親水基團的最低含量為30%，由該方法所得的塗層親水基團表面覆蓋率高，具有良好的親水性能和生物相容性，可廣泛應用於材料表面的親水化處理和生物醫用材料表面的生物相容性修飾。
文檔編號C08J5/18GK102351984SQ20111019449
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年7月12日
發明者黨媛, 史素青, 宮永寬, 張琴, 王彥兵 申請人:西北大學