一種表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,該方法是在聚合物基材表面滴加反應(yīng)液,然后覆蓋石英板或光掩模,在紫外光下照射,所述的反應(yīng)液是N-乙酰基乙二胺的丙酮溶液,得到表面具有生物活性的聚合物基材,且表面的生物活性基團為伯氨基;所述的反應(yīng)液是聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N-二甲基甲酰胺的混合物,得到表面具有生物惰性的聚合物基材。本發(fā)明方法不需要精細(xì)的表面修飾過程,操作簡單,制備效率高,成本低。
【專利說明】一種表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用酰胺光化學(xué)法制備表面具有生物活性和生物惰性的聚合物基材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物活性和生物惰性有機表面被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。新材料技術(shù)與生物技術(shù)、醫(yī)藥技術(shù)、信息技術(shù)、制造技術(shù)等不斷交互融合,促使新型生物醫(yī)用材料和制品層出不窮。其中,生物活性材料及其表面改性技術(shù)等代表了新的發(fā)展方向。Bdmer等報道,在生物活性表面上鍵合功能性生物分子或物質(zhì),可提供重要的生物功能(H.(;.Bomer, J.-F.Lutz, Bioactive Surfaces, in Advances in Polymer Science, Vol.240, Springer, Berlin, Germany 2011)。而Hucknall小組報道生物惰性表面可以防止非特異性的生物分子或細(xì)胞吸附。生物惰性基材的使用,一方面可在目標(biāo)蛋白質(zhì)表面固定過程中,有效降低溶液中干擾分子對于表面的非特異性吸附,從而實現(xiàn)直接從實際未純化液體中提取和固定所需蛋白質(zhì);另一方面,當(dāng)把表面固定的目標(biāo)蛋白質(zhì)進一步用于與實際未純化液體中的分析物進行分子識別時(如抗體/抗原免疫分析),生物惰性基材的使用可以有效降低實際未純化液體中干擾分子在背景上的非特異性吸附,達到降低背景信號強度、增加信噪比的目的,最終極大增加檢測、分析靈敏度,實現(xiàn)高靈敏度地定性及定量檢測、分析(A.Hucknall,S.Rangarajan, A.Chilkoti, Adv.Mater.2009, 21, 2441)。這兩類表面都需要精細(xì)的表面修飾過程,才能使表面的界面化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)最適宜。例如,Cho1、Abell和Gautrot通過羥基與羧基之間的N,N-琥珀酰氨基碳酸酯/4- 二甲氨基吡啶催化偶聯(lián)反應(yīng)來構(gòu)筑生物素(biotin)封端的POEGMA刷(Lee BS, Chi YS, Lee KB, Kim YG, Choi IS.Biomacromolecules2007;8:3922-3929 ;Trmcic-Cvitas J, Hasan E, Ramstedt M, Li X, Cooper MA, Abell C, HuckWTS, Gautrot JE.Biomacr`omolecules 2009; 10:2885-2894.),引入的biotin端基可以進一步與鏈霉親和素(streptavidin, SAv)結(jié)合,從而可以進一步固定biotin封端的蛋白質(zhì)分子。Klok等則通過使用對硝基苯基氯甲酸酯對POEGMA末端羥基的活化作用來結(jié)合芐基鳥嘌呤,并進一步用其與抗球蛋白融合蛋白(AGT)的偶聯(lián)反應(yīng)來實現(xiàn)POEGMA刷的選擇性蛋白質(zhì)功倉泛化(Tugulu S, Arnold A, Sielaff I, Johnsson K, Klok HA.Biomacromolecules2005;6:1602-1607)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種表面具有生物活性和生物惰性的聚合物基材的簡易制備方法,該方法操作簡單,制備效率高,成本低。
[0004]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在聚合物基材表面滴加反應(yīng)液,然后覆蓋石英板或光掩模,在紫外光下照射,得到表面生物活性或生物惰性的聚合物基材。
[0005]上述的反應(yīng)液是0.08~0.lg/mL N-乙酰基乙二胺的丙酮溶液時,得到表面生物活性的聚合物基材,且表面的生物活性基團為伯氨基;上述的反應(yīng)液是聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為0.25~9:1的混合物時,得到表面生物惰性的聚合物基材,所述的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯均由sigma提供,聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯的平均分子量為300、500、900、1500或4000,N- (2-羥丙基)甲基丙烯酰胺由成都艾科達化學(xué)試劑有限公司提供,丙烯酰胺羧基甜菜堿根據(jù)文獻方法合成,具體方法為:將二甲氨基丙胺(7.8g,55mmol,由梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司提供)溶解于IOOmL四氫呋喃中,冷卻至O°C,在氬氣保護下,緩慢加入溶解于40mL四氫呋喃的β -丙內(nèi)酯(5.0g,69mmol,由梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司提供),4°C下反應(yīng)24小時,白色沉淀用無水四氫呋喃和石油醚清洗,得到丙烯酰胺羧基甜菜堿。
[0006]上述的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2_羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比優(yōu)選3~6:1,最佳為4:1。
[0007]本發(fā)明的聚合物基材具體可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜、低密度聚乙烯薄膜等。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]1、本發(fā)明可以將化學(xué)活性的伯胺基團高效快速地引入到惰性聚合物基材表面,從而使所得到的生物活性表面成為一種可以通過伯胺基的生物偶聯(lián)反應(yīng)直接與目標(biāo)分子鍵合的活性胺化聚合物表面。
[0010]2、本發(fā)明生物惰性的抗污聚合物,可以簡單有效地接枝到任意的聚合物基材上,從而在有機聚合材料上快速實現(xiàn)生物活性到生物惰性的轉(zhuǎn)變。
[0011]3、本發(fā)明方法不需要精細(xì)的表面修飾過程,操作簡單,制備效率高,成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是紫外光照射時間對PET表面伯胺基接枝率的影響。
[0013]圖2是實施例5得到的表面生物活性的BOPP的XPS圖。
[0014]圖3是實施例6得到的表面生物活性的LDPE的XPS圖。
[0015]圖4是實施例7得到的表面生物惰性的BOPP的紅外光譜圖。
[0016]圖5是實施例7得到的表面生物惰性的BOPP的XPS圖中Cls分峰圖。
[0017]圖6是實施例7得到的表面生物惰性的BOPP的XPS圖中Ols分峰圖。
[0018]圖7是對比實施例1得到的改性PET的光學(xué)3D圖。
[0019]圖8是實施例8得到的表面生物惰性PET的光學(xué)3D圖。
[0020]圖9是實施例1得到的表面生物活性的PET吸附異硫氰酸熒光素標(biāo)記鏈霉親和素后的熒光圖。
[0021]圖10是圖9中沿箭頭方向的熒光強度圖。
[0022]圖11是實施例1得到的表面生物活性的PET吸附辣根過氧化物酶后經(jīng)酶底物顯色劑染色的光學(xué)圖。
[0023]圖12是實施例7得到的表面生物惰性的BOPP吸附辣根過氧化物酶后經(jīng)酶底物顯色劑染色的光學(xué)圖。
[0024]圖13是實施例9得到的表面生物惰性的BOPP吸附辣根過氧化物酶后經(jīng)酶底物顯色劑染色的光學(xué)圖。
[0025]圖14是實施例10得到的表面生物惰性的BOPP吸附辣根過氧化物酶后經(jīng)酶底物顯色劑染色的光學(xué)圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明,但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0027]實施例1
[0028]將聚對苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)剪成4cmX7cm的小片,在甲醇中超聲清洗20分鐘,然后用丙酮索氏提取12小時以除去雜質(zhì),干燥后平放在石英板上,將30μ L0.lg/mLN-乙?;叶返谋芤轰佌沟骄蹖Ρ蕉姿嵋叶减ツど希缓笊w上光掩模,放入光化學(xué)反應(yīng)儀中用1000W的高壓汞燈在SOOOyW/cm2的紫外光下照射8分鐘,然后取出用丙酮索氏提取8小時以除去未反應(yīng)的小分子和副產(chǎn)物,得到表面生物活性的PET。
[0029]實施例2
[0030]本實施例用1000W的高壓汞燈在8000 μ ff/cm2的紫外光下照射2分鐘,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物活性的PET。
[0031]實施例3
[0032]本實施例用1000W的高壓汞燈在8000 μ ff/cm2的紫外光下照射4分鐘,其他步驟與實施例1相同,得到表面 生物活性的PET。
[0033]實施例4
[0034]本實施例用1000W的高壓汞燈在8000 μ ff/cm2的紫外光下照射16分鐘,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物活性的PET。
[0035]發(fā)明人利用茚三銅反應(yīng),證明實施例1~4得到的PET表面生物活性基團為伯胺基,并通過紫外分光光度計測試實施例1~4得到的表面生物活性的PET上伯胺基的濃度,結(jié)果見圖1。由圖可見,用1000W的高壓汞燈在8000 μ W/cm2的紫外光照射下,照射時間越長,伯胺基的接枝率越大,當(dāng)光照時間超過8分鐘,PET表面伯胺基的接枝率基本不變,說明PET表面的伯胺基已達到飽和。
[0036]實施例5
[0037]本實施例的聚合物基材是聚丙烯薄膜(Β0ΡΡ),其他步驟與實施例1相同,得到表面生物活性的BOPP。由圖2可見,在BOPP表面接枝上了氨基。
[0038]實施例6
[0039]本實施例的聚合物基材是低密度聚乙烯薄膜(LDPE),其他步驟與實施例1相同,得到表面生物活性的LDPE。由圖3可見,在LDPE表面接枝上了氨基。
[0040]實施例7
[0041]將30 μ L平均分子量為300的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為4:1的混合物鋪展到BOPP上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的BOPP0由圖4~6可見,在BOPP表面接枝上了 0_C=0、C_0_C,說明聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯接枝到了 BOPP表面。
[0042]實施例8
[0043]將30 μ L平均分子量為300的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為4:1的混合物鋪展到PET上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的PET。
[0044]對比實施例1
[0045]將30 μ L平均分子量為300的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯直接鋪展到PET上,其他步驟與實施例1相同,得到改性PET。
[0046]發(fā)明人采用光學(xué)顯微鏡對實施例7得到的表面生物惰性的PET和對比實施例1得到的改性PET進行形貌表征,結(jié)果分別見圖7和圖8。由圖可見,不添加N,N- 二甲基甲酰胺時,紫外光照射后PET表面基本沒有接枝上聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯,而添加N,N- 二甲基甲酰胺后,PET表面才能接枝上聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯,使PET表面具有生物惰性,說明N,N- 二甲基甲酰胺在PET表面接枝聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯中起著重要作用。
[0047]實施例9
[0048]將30 μ L2-羥基乙基甲基丙烯酸酯與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為4:1的混合物鋪展到BOPP上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的Β0ΡΡ。
[0049]實施例10
[0050]將30 μ L丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為4:1的混合物鋪展到BOPP上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的Β0ΡΡ。
[0051]實施例11
[0052]將30 μ L平均分子量為900的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為0.25:1的混合物鋪展到PET上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的 PET。
[0053]實施例12
[0054]將30 μ L Ν-(2_羥丙基)甲基丙烯酰胺與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為3:1的混合物鋪展到PET上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的PET。
[0055]實施例13
[0056]將30 μ L平均分子量為4000的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為6:1的混合物鋪展到PET上,其他步驟與實施例1相同,得到表面生物惰性的PET。
[0057]為了證明本發(fā)明的有益效果,發(fā)明人進行了大量的實驗室研究試驗,各種試驗情況如下:
[0058]將實施例1中表面生物活性的PET浸潤在pH值為6.2、戊二醛質(zhì)量濃度為5%的磷酸鹽緩沖溶液中,室溫下培養(yǎng)12小時,取出充分清洗后,將lmg/mL異硫氰酸熒光素標(biāo)記鏈霉親和素的4-羥乙基哌嗪乙磺酸溶液鋪展到其表面,室溫下培養(yǎng)2小時,然后用pH值為7.4的4-羥乙基哌嗪乙磺酸水溶液充分清洗吸附鏈霉親和素后的表面,排除非特異性吸附。由圖9和圖10可見,實施例1得到的表面生物活性的PET表面可以有效吸附鏈霉親和素。
[0059]發(fā)明人按照上述方法將lmg/mL辣根過氧化物酶的4_羥乙基哌嗪乙磺酸溶液鋪展到實施例1得到的表面生物活性的PET表面,由圖11可見,經(jīng)酶底物顯色劑染色后,PET表面接枝伯胺基的區(qū)域出現(xiàn)了明顯的紅色圖案化微陣列,說明表面生物活性的PET可以有效吸附辣根過氧化物酶,其它區(qū)域顯淺紅色,是因為PET身不能有效抵抗非特異性吸附。[0060]發(fā)明人按照上述方法分別將lmg/mL辣根過氧化物酶的4_羥乙基哌嗪乙磺酸溶液鋪展到實施例7、9、10得到的表面生物惰性的BOPP表面,由圖12~14可見,經(jīng)酶底物顯色劑染色后,BOPP表面接枝聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯和丙烯酰胺羧基甜菜堿的圖案化微陣列區(qū)域沒有出現(xiàn)紅色,說明表面生物惰性的BOPP可以有效抵抗辣根過氧化物酶的吸附,其它區(qū)域顯淺紅色,是因為BOPP身不能有效抵抗非特異性吸附。`
【權(quán)利要求】
1.一種表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,其特征在于:在聚合物基材表面滴加反應(yīng)液,然后覆蓋石英板或光掩模,在紫外光下照射,得到表面生物活性或生物惰性的聚合物基材; 上述的反應(yīng)液是0.08~0.lg/mL N-乙?;叶返谋芤海玫奖砻嫔锘钚缘木酆衔锘?,且表面的生物活性基團為伯氨基;上述的反應(yīng)液是聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N, N- 二甲基甲酰胺的體積比為0.25~9:1的混合物,得到表面生物惰性的聚合物基材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,其特征在于:所述的聚合物基材是聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜或低密度聚乙烯薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,其特征在于:所述的反應(yīng)液是聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N- 二甲基甲酰胺的體積比為3~6:1的混合物,得到表面生物惰性的聚合物基材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,其特征在于:所述的反應(yīng)液是聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、N-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺羧基甜菜堿與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為4:1的混合物,得到表面生物惰性的聚合物基材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4所述的表面生物活性和生物惰性的聚合物基材的制備方法,其特征在于:所述的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯的平均分子量為300、500、900、1500或4000。
【文檔編號】C08J7/12GK103755998SQ201310751531
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】楊鵬, 吳正芳 申請人:陜西師范大學(xué)