一種親水改性聚苯乙烯材料表面的有效方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種親水改性聚苯乙烯(PS)材料表面的有效方法，特別是親水改性超 大孔聚苯乙烯微球;通過(guò)兩步化學(xué)反應(yīng)將天然糖分子接枝到超大孔PS微球表面(包括孔道 內(nèi)表面），使PS微球表面具有良好的親水性和生物相容性，進(jìn)一步衍生后可作為細(xì)胞培養(yǎng)載 體、酶固定化載體以及快速分離生物大分子的色譜介質(zhì)。屬于高分子材料功能改性領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚苯乙烯(PS)是日常生活中最常見(jiàn)的合成塑料之一，是一種無(wú)色透明的熱塑性材 料，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高達(dá)100°C以上，在常溫下以剛性玻璃態(tài)形式存在，具有優(yōu)越的 抗水性和防潮性、優(yōu)異的防腐蝕性和耐老化性、高透明度和無(wú)毒性，在紡織、建筑、汽車(chē)輪 胎、航空航天、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，聚苯乙烯是一種強(qiáng)烈疏水性的聚合 物材料，限制了它在一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是生物醫(yī)用領(lǐng)域、生物科學(xué)研究領(lǐng)域和生物 分離領(lǐng)域等。
[0003] 生物醫(yī)用高分子材料是用于生理疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換人體組織或器官， 增進(jìn)或恢復(fù)其功能的高分子材料，以及醫(yī)療器械和藥物劑型的聚合物材料。包括組織工程 的支架材料、人工臟器和生物醫(yī)藥的載體等。在醫(yī)療過(guò)程中，生物醫(yī)用高分子材料是直接植 入或間接與人體體液、組織相接觸的材料，所以對(duì)這類(lèi)材料有著極為嚴(yán)格的選材要求，PS材 料本身具有卓越的機(jī)械性能、優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)和無(wú)毒性，若其強(qiáng)烈的疏水表面能夠得 到有效的改善，將是一種優(yōu)良的生物醫(yī)藥高分子材料;在生物科學(xué)研究領(lǐng)域，高分子材料也 發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用，一次性細(xì)胞培養(yǎng)皿、微量滴定板等都是利用PS材料制備的，PS對(duì)蛋白 的非特異性吸附會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)性結(jié)果(Journal of biomedical materials research, 1992， 26:779~790)，另外，在使用過(guò)程中，PS的疏水性表面也會(huì)造成細(xì)胞的粘附及后續(xù)的迀移、 增殖等行為受阻的問(wèn)題，如果能夠?qū)S材料的表面進(jìn)行親水化處理，這些問(wèn)題就會(huì)得到有 效改善;聚苯乙烯微球具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定好等優(yōu)良性質(zhì)在生物分離領(lǐng)域也得到了 廣泛的關(guān)注，但由于生物大分子具有幾十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)的分子量、復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和特殊 的生物活性等一些不同于小分子的特點(diǎn)，而使得孔徑通常小于50nm的傳統(tǒng)大孔PS微球不適 合生物大分子的快速分離純化，近年來(lái)出現(xiàn)的超大孔PS微球在快速分離蛋白色譜上具有很 大潛力（Journal of Chromatography A，1991，54,452-456;Polymer，2007,48:1981-1988)。但是，在分離過(guò)程中強(qiáng)烈疏水的PS材料會(huì)不可避免的對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子造成非 特異性吸附并使其失活變性，所以研究者們紛紛通過(guò)對(duì)PS材料表面進(jìn)行親水改性的方式來(lái) 解決這一難題。
[0004] 文獻(xiàn)報(bào)道中常用的親水高分子包括聚乙二醇（Journal of biomedical materials research, 1992,26:779~790)、聚乙稀醇（Journal of Chromatography B， 1995,664:39-46；Journal of polymer science part A:polymer chemistry,2008,46: 5794-5804)、聚環(huán)氧乙烷一聚環(huán)氧丙烷一聚環(huán)氧乙烷的嵌斷共聚物（Colloids and surfaces A: Physicochemical and engineering aspects，1998，136 : 21-23)、葡聚糖 (Langmuir，1995，11:2344-2347;Journal of biomedical materials research,1995,29: 741-747)、瓊脂糖（Langmuir ,2008,24:13646-13652)、纖維素 （Langmuir ,1991,7:2412-2414)、支鏈淀粉(Polymer ,2005,46:3700-3707)等。上述材料主要通過(guò)物理吸附或化學(xué)接 枝方法固定到PS材料表面。物理吸附法主要通過(guò)PS的疏水表面與親水高分子鏈上的疏水錨 點(diǎn)通過(guò)疏水作用相互吸附，進(jìn)而通過(guò)化學(xué)交聯(lián)吸附層的方式形成親水鍍層。該方法步驟簡(jiǎn) 單、操作方便，但是長(zhǎng)期使用存在鍍層脫落問(wèn)題?；瘜W(xué)改性方法要先在PS的苯環(huán)上接上活潑 基團(tuán)（_CH 2C1，-OH，-C00H，-C0CH2C1，-NH2等），然后再利用這些活潑基團(tuán)與親水高分子鏈上 的羥基進(jìn)一步反應(yīng)，雖然步驟稍顯復(fù)雜，但是通過(guò)化學(xué)鍵接枝的親水鍍層不易脫落，穩(wěn)定性 好，得到眾多研究者的青睞。
[0005] 現(xiàn)有化學(xué)改性方法涉及材料主要包括聚乙二醇、聚乙烯醇和葡聚糖。其中聚乙二 醇接枝后每條分子鏈只剩一個(gè)羥基，如果材料需要進(jìn)一步衍生改性會(huì)受到限制。我們前期 用化學(xué)方法分別采在超大孔PS微球表面接枝了聚乙烯醇分子鏈(一種表面親水改性聚苯乙 烯材料的方法及產(chǎn)品.國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)Z1 200710177704.6)和聚乙烯醇水凝膠(一種 聚苯乙烯材料表面親水改性的方法.國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)Z1 201310315379.0)，使PS表面 的親水程度大大提高，有效降低了聚苯乙烯微球(89.55mg BSA/g干球)對(duì)蛋白的非特異性 吸附能力，從牛血清白蛋白（BSA)的吸附量來(lái)看，鍍層聚乙烯醇水凝膠(2.18mg BSA/g干球） 比接枝聚乙烯醇高分子鏈(7.72mg BSA/g干球)更有效。但是與我們之前物理吸附改性瓊脂 糖（1 · 18mg BSA/g干球）效果相比還有一定差距。0sterberg(Journal of biomedical materials research，1995，29:741-747)比較了側(cè)面連接（side-on)和末端連接（end-on) 葡聚糖兩種化學(xué)鍍層方式對(duì)掩蓋PS疏水表面的影響。與改性前相比，側(cè)面連接葡聚糖的PS 表面對(duì)纖維蛋白原的吸附量降至為2%，末端連接葡聚糖的PS表面降至11%，說(shuō)明側(cè)面連接 的葡聚糖更為有效。但是該工作里葡聚糖是通過(guò)與物理吸附在PS板上的聚乙烯亞胺(PEI) 形成席夫堿，再用硼氫化鈉還原的方式連接的，仍然存在鍍層脫落問(wèn)題。如果能夠直接在PS 表面化學(xué)接枝天然糖類(lèi)，使其骨架保持PS優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，并且表面具有糖 類(lèi)良好的生物相容性，將是一種十分理想的生物高分子材料。
[0006] 本發(fā)明在前面工作的基礎(chǔ)上，提出了一種親水改性PS材料表面的有效方法。首先 通過(guò)FriedeΙ-Crafts反應(yīng)在PS表面偶聯(lián)小分子官能團(tuán)，進(jìn)而通過(guò)Williamson醚化反應(yīng)接枝 天然寡糖或多糖，使其有效掩蓋PS的疏水表面，改性后的PS對(duì)BSA的吸附量進(jìn)一步降低至 1.52mg BSA/g干球，與物理鍍層瓊脂糖的PS微球接近，鍍層表面富含羥基，可以采用傳統(tǒng)方 法進(jìn)一步衍生成各種模式色譜分離介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明將溶解于有機(jī)溶劑中的天然寡糖或多糖通過(guò)Williamson醚化反應(yīng)接枝到 功能化之后的PS表面，普通PS材料改性后能夠有效降低蛋白質(zhì)的非特異性吸附，在生物技 術(shù)領(lǐng)域有很大應(yīng)用價(jià)值;改性后的超大孔PS微球是一種優(yōu)良的蛋白質(zhì)色譜分離基質(zhì)，進(jìn)一 步衍生后在快速規(guī)?；鞍追蛛x純化領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。
[0008] 本發(fā)明提出了一種親水改性聚苯乙烯材料表面的有效方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1:參考文獻(xiàn)方法(離子交換與吸附，2005，21 (4): 289-296)，在酸性催化劑的 作用下，通過(guò)Friedel-Crafts反應(yīng)將聚苯乙稀的苯環(huán)功能化，得到具有以下結(jié)構(gòu)通式的物 質(zhì)A:
[0010]
[0011] 其中 R可為 〇 =以012)11(11=1-5)，0 = 0：(013)2，（012)11(11=1-4)，父可為(：1，8匕厶的功 能基團(tuán)RX為鹵烷基酰基或鹵烷基，優(yōu)選氯乙?；蚵燃谆?。
[0012] 步驟2:在堿性物質(zhì)存在條件下，將物質(zhì)A與適量相轉(zhuǎn)移催化劑(PTC)加入到溶有寡 糖或多糖的有機(jī)溶劑中，使糖分子通過(guò)醚鍵接枝到聚苯乙烯表面。當(dāng)堿性物質(zhì)為NaH，糖分 子為葡聚糖時(shí)反應(yīng)式如下：
[0013]
[0014]本發(fā)明所述改性反應(yīng)的步驟1中的聚苯