一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面科學(xué)和生物醫(yī)用高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]材料用于生物體內(nèi)時易非特異性吸附蛋白，激活補體分子及免疫系統(tǒng)，從而引起凝血、免疫及炎癥反應(yīng)，以致其性能顯著降低，甚至失效。這是由于材料生物相容性較差的緣故，因而，生物相容性研究已成為生物材料研究領(lǐng)域中的首要問題。材料表面是材料與生物體接觸的媒介，表面的電荷、親/疏水性、化學(xué)組成、形貌等是影響材料與生物體之間界面相互作用的重要因素，是決定材料生物相容性是否優(yōu)異的主要因素。因此，提高材料表面的生物相容性是解決這一科學(xué)問題的關(guān)鍵。將良好生物相容性的物質(zhì)引入到材料表面改性是改善材料與生物體之間的相互作用，提高材料生物相容性簡便而有效的途徑。材料表面的生物相容性改性是生物材料研究領(lǐng)域中一個永恒的主題，具有重要的學(xué)術(shù)意義和巨大的應(yīng)用前景。
[0003]聚碳酸酯(PC)是無色玻璃態(tài)的無定形聚合物，不僅物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且具有良好的組織相容性，生物降解性，低毒性等優(yōu)點，因此其衍生材料在食品，生物工程，農(nóng)業(yè)，環(huán)境治理，材料科學(xué)，藥物控釋載體，手術(shù)縫合線，骨骼支撐材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。然而，聚碳酸酯的疏水性較強，與血液接觸時易于吸附蛋白質(zhì)和激活血小板，最終形成血栓，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其是作為與血液接觸材料的應(yīng)用。所以進一步提高聚碳酸酯及其衍生物材料的抗凝血性，提高血液相容性迫在眉睫。
[0004]近年來，將具有良好血液相容性的內(nèi)皮細(xì)胞、白蛋白、肝素和聚乙二醇引入到材料表面，可以明顯改善其生物相容性，特別是顯著提高其血液相容性，但是，這些方法依然存在一些問題。例如:內(nèi)皮細(xì)胞與材料表面的相互作用較差，抗血液沖擊能力不佳、易脫落。白蛋白與體內(nèi)活性組分在材料表面競爭吸附，導(dǎo)致吸附在材料表面的白蛋白含量降低，甚至變性。肝素易水解，致使其活性明顯下降，以致誘導(dǎo)出血、血小板減少癥等并發(fā)癥。在猛烈呼吸過程中，聚乙二醇因超氧陰離子和過氧化氫而被氧化，其表面也有不同程度生物污染。
[0005]磷酰膽堿(phosphorylcholine，PC)是組成細(xì)胞膜基本單元卵磷脂的親水端基，是細(xì)胞外層膜中的外層官能團，同時帶有正、負(fù)異種電荷，具有較強的結(jié)合水的能力和親水性能，這種結(jié)構(gòu)和組成的表面與生理環(huán)境相互作用不僅不會吸附和沉積蛋白質(zhì)，也不會引發(fā)血小板激活、導(dǎo)致凝血等不良反應(yīng)，具有良好生物相容性。近幾年來的研究表明，采用磷酰膽堿基團及其聚合物在材料表面構(gòu)建具有仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)，可以顯著改善材料的血液相容性。
[0006]物理涂覆包括浸涂、旋涂和滴涂等方式，因其具有工藝簡單、操作方便和條件溫和的優(yōu)點，是構(gòu)建仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)獲得優(yōu)異生物相容性表面的理想手段。然而，磷酰膽堿聚合物涂層與空氣接觸時憎水基團向涂層表面取向迀移，因而得到與細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)相反的表面;與水接觸時親水基團向涂層表面取向迀移，得到與細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)相似的表面。與新制備的涂層相比，在空氣中放置3個月后的涂層對人U937巨噬細(xì)胞黏附數(shù)目顯著減少，這是由于表面磷酰膽堿基團的含量與巨噬細(xì)胞黏附的數(shù)目成正比，而高表面能的磷酰膽堿基團根據(jù)表面能最低原則隨著在空氣中放置取向迀移到涂層內(nèi)部，以致其含量因涂層深度不同而異，表面含量顯著降低。這種取向迀移的現(xiàn)象使得磷酰膽堿聚合物涂層的親水性及生物相容性降低，嚴(yán)重制約了涂覆改性材料生物相容性的效果及應(yīng)用。
[0007]為此，將可光反應(yīng)的基團接枝在甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿-甲基丙烯酸丁酯共聚物(PMB)上，通過光解離使取向迀移到涂層內(nèi)部的磷酰膽堿暴露，以此獲得高含量的磷酰膽堿表面。然而，這種方法只能暫時獲得高含量的磷酰膽堿基團表面，親水性的磷酰膽堿基團在空氣中又將迀移到涂層內(nèi)部。為此，將萘環(huán)或可交聯(lián)的三甲氧基硅基團引入到磷酰膽堿聚合物中，利用這些基團的剛性阻止磷酰膽堿基團的取向迀移，達到在該聚合物涂層表面固定磷酰膽堿基團的目的。這些方式雖然獲得較為穩(wěn)定的仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)涂層，但由于固定基團的剛性也阻礙了磷酰膽堿基團最大限度的取向迀移，致使較難獲得高含量的磷酰膽堿基團表面，限制了生物相容性的進一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法。該方法將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體通過自由基聚合合成含有氨基的磷酰膽堿聚合物，并將其與戊二醛水溶液的混合溶液涂覆在待改性材料表面，進一步可獲得具有仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)的生物相容性各異的磷酰膽堿仿生涂層，該方法簡單、條件溫和，并有望成為調(diào)控生物材料與蛋白質(zhì)、血小板等生物活性物質(zhì)作用的一種新途徑，具有重要的學(xué)術(shù)意義。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟一、在氮氣保護條件下，將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體在引發(fā)劑的作用下進行自由基聚合反應(yīng)，得到含有氨基的磷酰膽堿聚合物；
[0011]步驟二、將步驟一中所述含有氨基的磷酰膽堿聚合物溶解于極性溶劑中，得到聚合物溶液，然后向所述聚合物溶液中加入戊二醛水溶液，混合均勻，得到混合溶液;所述聚合物溶液中含有氨基的磷酰膽堿聚合物的濃度為0.5mg/mL?I Omg/mL ；
[0012]步驟三、將步驟二中所述混合溶液涂覆在待改性材料表面，晾干后將所述待改性材料置于蒸餾水中，在溫度為40°C?80°C的條件下浸泡6h?12h，取出后在待改性材料表面得到磷酰膽堿仿生涂層。
[0013]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，將步驟三中得到的表面具有磷酰膽堿仿生涂層的待改性材料在溫度為90°C?120°C的真空條件下加熱5h?24h，得到疏水處理后的磷酰膽堿仿生涂層。
[0014]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿單體、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿單體、丙烯酰氧乙基磷酰膽堿單體、丙烯酰胺乙基磷酰膽堿單體或甲基丙烯酰胺乙基磷酰膽堿單體，所述含有氨基的乙烯基單體為2-氨乙基甲基丙烯酰胺鹽酸鹽單體或2-氨乙基甲基丙烯酸酯鹽酸鹽單體。
[0015]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體的物質(zhì)的量為含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體物質(zhì)的量之和的70%?80 %。
[0016]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述自由基聚合反應(yīng)的反應(yīng)溫度為60°C?80°C，反應(yīng)時間為12h?23h。
[0017]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨，所述引發(fā)劑的物質(zhì)的量為含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體物質(zhì)的量之和的0.5 %?I %。
[0018]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述戊二醛水溶液的體積與含有氨基的磷酰膽堿聚合物的質(zhì)量之比為(0.03?0.067):1，其中，體積的單位為yL，質(zhì)量的單位為mg。
[0019]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，所述戊二醛水溶液的質(zhì)量濃度為48%?52 %。
[0020]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟三中所述待改性材料為聚碳酸酯膜。
[0021]上述的一種磷酰膽堿仿生涂層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述極性溶劑為甲醇或乙醇。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0023]1、本發(fā)明將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體通過自由基聚合合成含有氨基的磷酰膽堿聚合物，并將其與戊二醛水溶液的混合溶液涂覆在待改性材料表面，進一步處理后可獲得具有仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)的生物相容性各異的磷酰膽堿仿生涂層，該方法簡單、條件溫和，并有望成為調(diào)控生物材料與蛋白質(zhì)、血小板等生物活性物質(zhì)作用的一種新途徑，具有重要的學(xué)術(shù)意義。
[0024]2、本發(fā)明在待改性材料表面得到磷酰膽堿仿生涂層，進一步經(jīng)真空加熱可得到疏水處理的磷酰膽堿仿生涂層，由于在不同的條件下處理涂層表面時親水的磷酰膽堿基團發(fā)生取向迀移以及交聯(lián)固定，導(dǎo)致涂層表面的親水性能發(fā)生變化，便于將該磷酰膽堿仿生涂層應(yīng)用于不同的測試環(huán)境中。
[0025]3、本發(fā)明制備的涂覆有磷酰膽堿仿生涂層的待改性材料表面具有仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)，使得其前進角和后退角均有所降低，這是因為親水性好的磷酰膽堿聚合物通過氨基與戊二醛水溶液中的醛基反應(yīng)固化在待改性材料膜的表面，與未經(jīng)處理待改性材料相比，本發(fā)明在待改性材料表面制備得到的磷酰膽堿仿生涂層使待改性材料的親水性和血液相容性顯著提高。
[0026]4、本發(fā)明制備的表面涂覆有磷酰膽堿仿