一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法
技术领域
本发明属于材料表面科学和生物医用高分子材料技术领域，具体涉及一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法。
背景技术
提高生物医用高分子材料的生物相容性是开发生物材料的一个研究重点。将良好生物相容性的物质引入到材料表面是改善材料与生物体之间的相互作用，提高材料生物相容性的一种简便而有效的途径。
磷酰胆碱（phosphorylcholine，PC）是组成细胞膜基本单元卵磷脂的亲水端基，是细胞外层膜中的外层官能团，同时带有正、负异种电荷,可以与水分子形成非常牢固的水合层。这种性质使富含磷酰胆碱基团的材料表面不易吸附及沉集蛋白质、脂质体等生物体成分,表现出良好的生物体相容性。
近几年，有研究将含磷酰胆碱基团的聚合物通过接枝、涂覆等方法引入到材料表面，以提高材料的生物相容性。然而，研究发现，接枝法中表面磷酰胆碱基团的接枝密度有限，难以达到足够的磷酰胆碱基团密度及满意的使用性能；涂覆法的简单物理涂覆层在复杂的生理环境中易发生溶解、降解，甚至脱落。
针对涂覆法涂层稳定性差的问题，Lewis和徐建平等(Biomaterials 2001,22:99-111; Biomaterials 2004,25:3099-3108 European Polymer Journal 2004,40:291-298)分别对含有三甲氧基硅基团和磷酰胆碱基团的聚合物涂层进行了研究，结果表明，聚合物之间的交联及其与基材表面官能团的反应是提高磷酰胆碱类聚合物涂层稳定性的关键因素，但是，聚合物在合成过程中可交联基团易水解、交联，使得其合成过程条件过于苛刻、难以保存、使用受限。此外，有研究将仿贻贝粘附的多巴胺接枝到含有羧基的磷酰胆碱聚合物上，然后将其涂覆于钛合金表面进行表面改性，这种仿生粘附方法在一定程度上可以增加涂层的稳定性，但仿蚌类粘附涂层的粘附力不强，稳定性还有待提高。因此，迫切需要研发一种操作简便、实用性强、适用面广的表面改性方法，制备所得的仿生涂层具有良好的生物相容性及稳定性。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法，该方法操作简便、实用性强、适用面广，采用该方法制备所得的仿生涂层具有良好的生物相容性及稳定性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法，其制备过程包括依次进行以下步骤：
S1、含有磷酰胆碱亲水性基团的乙烯基单体分别与含有氨基的乙烯基单体、含有羧基的乙烯基单体反应，分别反应制得含有氨基的磷酰胆碱聚合物、含有羧基的磷酰胆碱聚合物；
S2、通过希夫碱反应，将3,4-二羟基苯甲醛接枝到含有氨基的磷酰胆碱聚合物上，经过还原，合成含有邻苯二酚、氨基的磷酰胆碱聚合物；
S3、将含有邻苯二酚、氨基磷酰胆碱聚合物和含有羧基的磷酰胆碱聚合物溶于极性溶剂中，制得含磷酰胆碱聚合物的仿生涂料；
S4、将所述含磷酰胆碱聚合物的仿生涂料涂覆于需要改性的材料表面，晾干后置于Tris-HCl溶液中加热处理，再经洗涤，即可在需要改性材料的表面制备具有仿细胞外层膜结构的仿生涂层。
作为本发明的一种限定：
步骤S1中，所述含有磷酰胆碱亲水性基团的乙烯基单体和含有氨基的乙烯基单体摩尔比为3:7～9:1；含有磷酰胆碱亲水性基团的乙烯基单体和含有羧基的乙烯基单体摩尔比为3:7～9:1。
作为本发明的进一步限定：
步骤S1中，所述含有氨基的磷酰胆碱聚合物和含有羧基的磷酰胆碱聚合物的制备过程，所用溶剂为乙醇和四氢呋喃混合溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，反应温度为65～80℃，反应时间为20～26h，用截留分子量为6000～8000的透析袋进行分离提纯。
作为本发明的再进一步限定：
所述含有磷酰胆碱亲水性基团的乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱单体，含有氨基的乙烯基单体为甲基丙烯酸 2-氨基乙基酯单体，含有羧基的乙烯基单体为甲基丙烯酸单体。
作为本发明的更进一步限定：
步骤S2中，含有邻苯二酚、氨基的磷酰胆碱聚合物制备方法为：将含有氨基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到聚合物溶液，在非活性气体氛围、35～45℃、搅拌条件下，向反应器中加入所述聚合物溶液，预热，然后加入3,4-二羟基苯甲醛，搅拌反应10～15h，然后加入还原剂进行还原，反应结束后，浓缩反应液，用截留分子量为6000～8000的透析袋在pH值为3～4的盐酸水溶液中透析，将透析后的样品在-50℃下冷冻干燥，即可制得。
作为本发明的更进一步限定：
步骤S2中，含有氨基的磷酰胆碱聚合物与3,4-二羟基苯甲醛的质量比为1:1～4:1。
作为本发明的更进一步限定：
步骤S2中，还原剂与3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为3:1～8:1。
作为本发明的更进一步限定：
步骤S3中，所述的极性溶剂为甲醇或乙醇，含有邻苯二酚、氨基磷酰胆碱聚合物和含有羧基的磷酰胆碱聚合物的质量比为20:7～140:1。
作为本发明的更进一步限定：
步骤S4中，涂覆在材料表面的含磷酰胆碱聚合物仿生涂料的体积为5～11μL/cm2。
作为本发明的再进一步限定：
步骤S4中，将涂覆有涂料的改性材料置于pH=8～9的Tris-HCl溶液中在50～80℃处理6～12 h。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
（1）本发明制备的含有邻苯二酚、氨基磷酰胆碱聚合物及含有羧基的磷酰胆碱聚合物因为具有磷酰胆碱基团的仿细胞外层膜结构，能大幅度提高医用生物材料表面的生物相容性、抗污性；
（2）本发明依靠邻苯二酚仿蚌类粘附蛋白多巴胺的粘附作用及聚合物中氨基与羧基静电相互作用将涂层固定于医用生物材料表面，使得涂层稳定固定于医用生物材料表面；
（3）本发明医用生物材料表面改性的方法操作简便、实用性强、适用面广，为医用生物材料表面改性提供了一种新的途径；
（4）通过本发明的方法制备的改性医用生物材料表面在血液净化，体内植入材料，组织工程，药物缓释及生物传感器等领域具有广阔的应用前景。
综上所述，本发明通过制备具有仿细胞外层膜结构的仿生涂层来提高医用生物材料表面的生物相容性，同时借助仿蚌类粘附和静电相互作用的协同作用，有效提高仿生涂层的稳定性，本发明方法简单、操作方便、适用范围广，制备所得的仿生涂层具有良好的生物相容性及稳定性。
本发明方法适用于血液净化、体内植入材料、组织工程、药物缓释及生物传感器等领域。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1中改性前聚碳酸酯和改性后聚碳酸酯的动态接触角；
图2为本发明实施例1中改性前聚碳酸酯和改性后聚碳酸酯表面精细元素能谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和理解本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法
本实施例为一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法，它按照如下的步骤顺序进行：
1）称取14 mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和6 mmol 甲基丙烯酸 2-氨基乙基酯单体，以0.1 mmol偶氮二异丁腈为引发剂，以乙醇和四氢呋喃混合溶液(体积比5:1)为溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24 h。反应结束后，浓缩反应液用截留分子量为6000~8000的透析袋进行透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到含有氨基的磷酰胆碱聚合物；
用400 MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试聚合物的氢核磁。在5～7 ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28 ppm处为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2 ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，可知该聚合物组成与投料比基本一致。
2）称取10 mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和10 mmol 甲基丙烯酸，以0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，以乙醇和四氢呋喃混合溶液(体积比5:1)为溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24 h。反应结束后，浓缩反应液用截留分子量为6000~8000的透析袋进行透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到含有羧基的磷酰胆碱聚合物；
用400 MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试聚合物的氢核磁。在5～7 ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28 ppm处为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2 ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，可知该聚合物组成与投料比基本一致。
3）将0.5 g所述含有氨基的磷酰胆碱聚合物溶于20 mL甲醇中得到聚合物溶液，在N2保护，40℃搅拌条件下，向三颈瓶中加入所述聚合物溶液，预热30 min，再加入0.3 g 3,4-二羟基苯甲醛，保温搅拌反应12 h。然后再加入0.4 gNaBH4还原3 h，反应结束后，浓缩反应液，用截留分子量为6000～8000 D的透析袋在pH值为3～4的盐酸水溶液中透析，将透析后的样品在-50℃下冷冻干燥，即可得到含有邻苯二酚、氨基的磷酰胆碱聚合物。
4）将12mg含有邻苯二酚、氨基的磷酰胆碱聚合物溶解于2mL甲醇中，然后再加入0.6 mg含有羧基的磷酰胆碱聚合物混合均匀。再将上述的混合溶液滴涂在聚碳酸酯表面，涂覆体积为6μL/cm2。晾干后，置于pH=8.5的Tri-HCl溶液中在60℃处理12h，再用蒸馏水洗涤，即可在需要改性材料的表面制备具有仿细胞外层膜结构的仿生涂层，实现对材料的改性。
图1为本实施例中改性前聚碳酸酯和改性后聚碳酸酯的动态接触角。可以看出，相较于改性前聚碳酸酯，改性后聚碳酸酯的前进角和后退角均有所降低，这是由于亲水性良好的磷酰胆碱聚合物依靠类聚多巴胺的粘附及聚合物中氨基与羧基静电相互作用的协同作用固定在聚碳酸酯表面，形成具有仿细胞外层膜结构的仿生涂层，使得改性后聚碳酸酯的亲水性显著提高，前进角和后退角明显降低。
图2为本实施例中改性前聚碳酸酯和改性后聚碳酸酯表面元素的精细谱图。与改性前聚碳酸酯相比，改性后聚碳酸酯表面明显有了N、P的特征吸收峰，这说明改性后聚碳酸酯材料表面附有磷酰胆碱聚合物。
实施例2-9医用生物材料表面的改性方法
本实施例2-9分别为一种含有邻苯二酚、氨基和羧基的两种磷酰胆碱涂层的制备方法，其方法步骤与实施例1相似，不同之处仅在于：相关参数不同，具体见下表。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
