一種富胺基聚合薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種富胺基聚合薄膜的制備方法。引入雙端胺基化合物與兒茶酚類的化合物通過邁克爾加成和西弗堿反應(yīng)共聚形成具有豐富胺基官能團的薄膜。通過調(diào)控反應(yīng)時間、反應(yīng)物濃度、氧氣濃度、溫度等條件，可實現(xiàn)表面胺基官能團密度的調(diào)控。目標薄膜表面不僅含有豐富的胺基官能團，分子間交聯(lián)度高，薄膜穩(wěn)定性好，為不同類型的生物材料表面接枝生物分子提供了豐富的反應(yīng)位點；并且對于血管細胞具有良好的生物相容性。
【專利說明】一種富胺基聚合薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學生物材料的表面改性，尤其是制備具有豐富胺基官能團聚合薄膜的方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]生物材料表面改性是在不影響材料本體性質(zhì)的前提下，改善材料表面性能或提高特殊表面性質(zhì)的技術(shù)，在化學、生物學、材料科學以及應(yīng)用科學、工程、【技術(shù)領(lǐng)域】發(fā)揮著不可取代的重要作用?，F(xiàn)有的對材料表面進行功能化修飾的方式包括自組裝薄膜、硅烷化、物理/化學氣相沉積和表面接枝等，盡管這些方法在研究中很常用，但是很多方法在廣泛應(yīng)用中存在很多局限性，比如對界面修飾和表面之間的化學特異性的要求，使用的設(shè)備復雜、對基底材料形狀和尺寸的要求、操作復雜等。因此，尋求一種簡單易行的、可對多種材料進行表面改性的方式是非常重要以及必要的。 [0003]在材料表面沉積具有反應(yīng)官能團的有機薄膜用來固定生物分子的改性方式是研究熱點，特別是基于多酚類的多巴胺薄膜更是引起了關(guān)注。多巴胺薄膜因具有可以和幾乎所有種類材料牢固結(jié)合以及為生物分子接枝提供反應(yīng)位點的優(yōu)勢在生物材料修飾領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。這為通過簡單化學的方式來修飾不同類型的材料以及制備功能復合材料提供了平臺。但是，多巴胺薄膜的二次反應(yīng)性局限在僅能固定具有巰基或胺基基團的生物分子，因多巴胺薄膜的二次反應(yīng)性是以多巴胺薄膜上保留的酚羥基或醌基與生物分子上的胺基或巰基發(fā)生邁克爾加成或者希夫堿的反應(yīng)為基礎(chǔ)的。對于具有羧基等基團的生物分子如肝素等的接枝，多巴胺薄膜就缺乏反應(yīng)官能團如伯胺基等。此外，適量的胺基官能團具有促進細胞黏附的性質(zhì)，對于皮膚修復材料、骨及軟骨修復材料而言獲得胺基官能團是十分必要的。
[0004]基于此，我們制備了一種富胺基的功能性薄膜。此種薄膜是受到貽貝分泌的黏附蛋白的啟發(fā)，其中貽貝足蛋白-3和貽貝足蛋白-5被普遍認為是介導貽貝與材料表面結(jié)合的關(guān)鍵黏附劑，這兩種蛋白都包含有高比例的多巴和豐富的賴氨酸?，F(xiàn)有的研究結(jié)果表明，貽貝與材料表面的牢固結(jié)合是以多巴的酚羥基或醌基與基底材料之間的強烈共價和非共價相互作用為基礎(chǔ)的。此外，賴氨酸在交聯(lián)反應(yīng)中扮演著重要的角色，從而導致貽貝分泌的液體蛋白黏附劑的固化。
[0005]基于此，我們采用類多巴的兒茶酚類化合物(以多巴胺為例)和具有雙端胺基官能團的有機胺類化合物(以己二胺為例)來制備一種高度交聯(lián)的富胺基共聚薄膜。己二胺，化學式NH2(CH2)6NH2,為含有胺基官能團的小分子有機物，可用于有機合成，高分子化合物的聚合，環(huán)氧樹脂等的固化劑、有機交聯(lián)劑。在堿性環(huán)境和氧氣的作用下，多巴胺結(jié)構(gòu)中的鄰苯二酚基團可氧化成活躍的醌類或半醌類。這一步反應(yīng)涉及到苯酚與醌基在水溶液中的平衡過程，在堿性環(huán)境下，反應(yīng)平衡向醌基方向偏移，有益于多巴胺的自發(fā)氧化反應(yīng)。己二胺的胺基會與活躍的醌基發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)或者希夫堿反應(yīng)，引起分子間的相互交聯(lián)。同時，多巴胺-苯醌發(fā)生環(huán)化，形成五元環(huán)，進一步氧化、分子重排，引起分子間交聯(lián)。通過調(diào)控反應(yīng)條件可得到表面胺基密度較大的薄膜。而目前尚無引入己二胺與多巴胺共聚制備薄膜的報道。
[0006]本發(fā)明基于貽貝分泌的蛋白的啟發(fā)，提出一種簡單、新穎的方法可制備出具有豐富胺基官能團的聚合薄膜，為基底材料進一步接枝生物分子提供平臺?？蓮V泛用于生物醫(yī)用金屬基材料(鐵及其合金、鎂基材料、316L不銹鋼、鈦、鈦合金、鈦鎳合金及鈷鉻合金等)、無機材料(氧化鈦、氮化鈦等)、高分子材料(如:聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷等)及可降解組織工程支架材料(如聚乳酸、酸酯乙交酯共聚物和聚己內(nèi)酯等)的表面改性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種富胺基聚合薄膜的制備方法，采用此種方法制備的薄膜不僅可以提供用于接枝目標分子豐富的胺基官能團，具有良好的穩(wěn)定性，并且對于血管細胞具有良好的生物相容性。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種富胺基聚合薄膜的制備方法:將具有雙端胺基官能團有機胺類化合物與含有兒茶酚類的多酚化合物共聚，通過調(diào)控反應(yīng)條件，在不同材料表面獲得富含胺基官能團的薄膜，其步驟包括:
[0010]A、材料準備:
[0011]將需要進行改性的基底材料清洗、干燥，待用；
[0012]B、薄膜的制備；
[0013]將0.01-20mg/ml兒茶酹類化合物和0.01_40mg/ml有機胺類化合物溶解于堿性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后溶液中反應(yīng)l_48h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面胺基密度l-200nmol/Cm2的薄膜。
[0014]所述含有兒茶酚類的多酚化合物包括多巴胺、鄰苯二酚。
[0015]所述具有雙端氨基官能團有機胺類化合物包括己二胺、乙二胺、多聚賴氨酸、聚醚酰亞胺(PEI)。
[0016]所述基底材料可為以下材料之一:鐵及其合金、鎂及其合金、316L不銹鋼、鈦、鈦合金、鈦鎳合金及鈷鉻合金、硅、氧化鈦、氮化鈦、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、酸酯乙交酯共聚物、聚己內(nèi)酯、金、銀、鉬、鈀、銅、氧化鋁、氧化硅、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酮、聚氨酯。
[0017]采用本發(fā)明方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0018]一、制備的聚合薄膜表面胺基量較大，可用于多種生物分子的固定。
[0019]二、制備的薄膜穩(wěn)定性良好，兒茶酚類化合物和基底材料具有很強的結(jié)合力，同時有機胺類化合物的引入會提高薄膜的交聯(lián)度，進而增強薄膜穩(wěn)定性，磷酸鹽緩沖液(PBS)浸泡30天顯示出良好的物化穩(wěn)定性。
[0020]三、制備的薄膜對于血管細胞(內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞)無細胞毒性，對炎癥細胞(巨噬細胞)無激活，具有良好的生物相容性。
[0021]四、制備方法簡單易行，可在多種材料包括貴金屬等表面沉積，不需要復雜的設(shè)備，工藝成本低，為之后該種薄膜應(yīng)用于生物材料的表面改性奠定了基礎(chǔ)。【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0024]A、材料準備。
[0025]將需要進行改性基底材料316L不銹鋼進行拋光、清洗、干燥，待用； [0026]B、薄膜的制備。
[0027]將lmg/ml多巴胺和20mg/ml己二胺溶解于喊性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)48h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0028]實施例2
[0029]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0030]A、材料準備。
[0031]將需要進行改性基底材料聚四氟乙烯進行清洗、干燥，待用；
[0032]B、薄膜的制備。
[0033]將2mg/ml多巴胺和15mg/ml乙二胺溶解于堿性Tris-base buffer (中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)24h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0034]實施例3
[0035]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0036]A、材料準備。
[0037]將需要進行改性基底材料鐵基合金進行拋光、清洗、干燥，待用；
[0038]B、薄膜的制備。
[0039]將lmg/ml多巴胺和20mg/ml多聚賴氨酸(PLL)溶解于堿性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)12h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0040]實施例4
[0041]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0042]A、材料準備。
[0043]將需要進行改性基底材料鎂基合金進行清洗、干燥，待用；
[0044]B、薄膜的制備。
[0045]將lmg/ml多巴胺和20mg/ml聚醚酰亞胺(PEI)溶解于堿性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)12h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0046]實施例5
[0047]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0048]A、材料準備。
[0049]將需要進行改性基底材料酸酯乙交酯共聚物進行拋光、清洗、干燥，待用；
[0050]B、薄膜的制備。[0051]將lmg/ml鄰苯二酌.和2mg/ml己二胺溶解于喊性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)24h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0052]實施例6
[0053]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0054]A、材料準備。
[0055]將需要進行改性基底材料二氧化鈦進行清洗、干燥，待用；
[0056]B、薄膜的制備。
[0057]將lmg/ml鄰苯二酌.和2mg/ml乙二胺溶解于喊性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)12h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0058]實施例7
[0059]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0060]A、材料準備。
[0061]將需要進行改性基底材料金片進行拋光、清洗、干燥，待用；
[0062]B、薄膜的制備。
[0063]將lmg/ml鄰苯二酌.和10mg/ml多聚賴氛酸(PLL)溶解于喊性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反`應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)12h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
[0064]實施例8
[0065]一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其步驟為:
[0066]A、材料準備。
[0067]將需要進行改性基底材料聚氨酯進行清洗、干燥，待用；
[0068]B、薄膜的制備。
[0069]將lmg/ml鄰苯二酌.和20mg/ml聚醚酰亞胺(PEI)溶解于堿性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后的溶液中反應(yīng)48h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面富含胺基的薄膜。
【權(quán)利要求】
1.一種富胺基聚合薄膜的制備方法，其特征是:將具有雙端胺基官能團有機胺類化合物與含有兒茶酚類的多酚化合物共聚，通過調(diào)控反應(yīng)條件，在不同材料表面獲得富含胺基官能團的薄膜，其步驟包括: A、材料準備: 將需要進行改性的基底材料清洗、干燥，待用； B、薄膜的制備； 將0.01-20mg/ml兒茶酹類化合物和0.01_40mg/ml有機胺類化合物溶解于堿性Tris-base buffer中，將A中準備的基底材料浸泡于反應(yīng)物均勻混合后溶液中反應(yīng)l_48h，然后用蒸餾水充分漂洗，干燥，即得表面胺基密度l-200nmol/Cm2的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富胺基聚合薄膜的制備方法，其特征是，含有兒茶酚類的多酚化合物包括多巴胺、鄰苯二酚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富胺基聚合薄膜的制備方法，其特征是，具有雙端氨基官能團有機胺類化合物包括己二胺、乙二胺、多聚賴氨酸、聚醚酰亞胺(PEI)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富胺基聚合薄膜的制備方法，其特征是，基底材料可為以下材料之一:鐵及其合金、鎂及其合金、316L不銹鋼、鈦、鈦合金、鈦鎳合金及鈷鉻合金、娃、氧化鈦、氮化鈦、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、酸酯乙交酯共聚物、聚己內(nèi)酯、金、銀、鉬、鈀、銅、氧化鋁、氧化硅、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酮、聚氨酯。
【文檔編號】C23C22/00GK103739867SQ201310747211
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】黃楠, 楊瑩, 楊志祿, 齊鵬凱, 冷永祥, 王進, 楊蘋, 陳俊英 申請人:西南交通大學