本發(fā)明涉及材料表面科學和生物醫(yī)用高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)的合成及其涂覆方法。

背景技術(shù)：

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，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，具有重要的學術(shù)意義和巨大的應用前景。

近年來，將具有良好血液相容性的內(nèi)皮細胞、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。

磷酰膽堿(phosphorylcholine，PC)是組成細胞膜基本單元卵磷脂的親水端基，是細胞外層膜中的外層官能團，同時帶有正、負異種電荷，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、導致凝血等不良反應，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)建具有仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)，可以顯著改善材料的血液相容性。

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，磷酰膽堿基團的親水性較強，物理涂覆在材料表面的磷酰膽堿聚合物涂層在復雜的生理環(huán)境中容易發(fā)生溶解、降解，甚至脫落。因而，需要將可光固化基團引入到磷酰膽堿聚合物中，經(jīng)過化學反應將該聚合物涂層交聯(lián)或共價鍵合在材料表面?？晒夤袒柞Ｄ憠A聚合物的合成對研究開發(fā)使用簡單、適用面廣的表面改性方法具有重要的學術(shù)意義和巨大的應用前景。

最近，美國Messersmith課題組將仿蚌類(Mussel)粘附蛋白成分多巴胺(Dopamine)與PEG結(jié)合，賦予水溶性聚合物在材料表面優(yōu)異的粘附性能，獲得了具有良好抗生物污染的穩(wěn)定涂層。該涂層中的多巴胺基團除具有π-π堆積等多種非共價鍵作用之外，還易氧化聚合形成粘附性聚多巴胺(PDA)，可與包括金屬、玻璃和塑料在內(nèi)的多種基材產(chǎn)生耐水的強粘附作用。此外，多巴胺涂層可通過邁克爾加成或席夫堿反應接枝具有生物功能的分子。這種仿蚌類粘附的表面修飾方法可以彌補目前物理涂覆必須經(jīng)過復雜的化學處理才能獲得穩(wěn)定涂層的局限性，簡化材料表面改性的條件及過程。

Gong等人用含有細胞外層膜成分磷酰膽堿和蚌類粘附蛋白成分多巴胺的雙仿生聚合物改性材料表面，聚合物中的多巴胺側(cè)基從水溶液中可粘附到包括聚四氟乙烯在內(nèi)的多種材料表面，磷酰膽堿側(cè)基則在涂層表面自動形成仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)，顯著提高了基底材料的生物相容性。該技術(shù)為氧化石墨烯的生物相容性提供了值得探索的可能性。然而，多巴胺單體中的酚羥基是自由基聚合的阻聚劑，因而保護酚羥基是這類單體聚合的必要過程，也是多巴胺類聚合物合成的難點。為此，Yao等人利用氨基與羧基反應將多巴胺接枝到含有羧基的磷酰膽堿聚合物上，可略去酚羥基的保護過程。但這種方法制備的雙仿生聚合物中多巴胺的接枝率僅為4％，使得該聚合物涂層粘附力較低易脫落。雖然Gong等人用活性酯單體途徑合成了多巴胺含量高且可控的雙仿生聚合物，但該活性酯單體需要在無水環(huán)境制備極其困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)的合成及其涂覆方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)的合成及其涂覆方法，包括如下步驟：

S1、在氮氣保護下，將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和多巴胺鹽酸鹽在極性溶劑和一定溫度下進行邁克爾加成反應，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)；

S2、將步驟S1中所得的雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)反應液稀釋并涂覆在待改性材料表面，晾干后，經(jīng)高溫加熱、Tris-HCl溶液處理，粘附基材表面的同時構(gòu)建仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，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或丙烯酰氧乙基磷酰膽堿。

優(yōu)選地，所用極性溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇，反應溫度為30～50℃，反應時間為12～24h。

優(yōu)選地，所用含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體與多巴胺鹽酸鹽摩爾比為1∶1.05～1.30，所述的極性溶劑中可適當加入三乙胺調(diào)節(jié)溶液pH，促進邁克爾加成反應的進度。

優(yōu)選地，所述雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)反應液稀釋后濃度為2.0～20.0mg/mL，涂覆的體積為20～100μL，所述待改性的材料為殼聚糖或聚碳酸酯。

優(yōu)選地，所述雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)在100～120℃下加熱1-4h，浸泡Tris-HClpH＝8.5溶液中70～95℃處理2-12h，最后依次用大量的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和多巴胺鹽酸鹽在極性溶劑和一定溫度下進行邁克爾加成反應，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)，然后將該反應溶液稀釋并涂覆在待改性材料表面，晾干后，經(jīng)高溫加熱、Tris-HCl溶液處理，粘附基材表面的同時構(gòu)建仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明的仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)涂層的制備方法簡單、條件溫和，為獲得穩(wěn)定磷酰膽堿仿生涂層提供了一種新的途徑，有望改性生物材料生物相容性具有重要的學術(shù)意義。

3、本發(fā)明的仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)修飾材料將在體內(nèi)植入材料，組織工程，藥物緩釋及生物傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)的合成路線。

圖2為本發(fā)明雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)改性殼聚糖及聚碳酸酯的動態(tài)接觸角。

圖3為本發(fā)明雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)改性殼聚糖及聚碳酸酯的XPS精細圖譜。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供了一種雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)的合成及其涂覆方法，包括如下步驟：

S1、在氮氣保護下，將含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體和多巴胺鹽酸鹽在極性溶劑和一定溫度下進行邁克爾加成反應，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)，如圖1所示；

S2、將步驟S1中所得的雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)反應液稀釋并涂覆在待改性材料表面，晾干后，經(jīng)高溫加熱、Tris-HCl溶液處理，粘附基材表面的同時構(gòu)建仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)。

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或丙烯酰氧乙基磷酰膽堿。

所用極性溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇，反應溫度為30～50℃，反應時間為12～24h。

所用含有磷酰膽堿基團的乙烯基單體與多巴胺鹽酸鹽摩爾比為1∶1.05～1.30，所述的極性溶劑中可適當加入三乙胺調(diào)節(jié)溶液pH，促進邁克爾加成反應的進度。

所述雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)反應液稀釋后濃度為2.0～20.0mg/mL，涂覆的體積為20～100μL，所述待改性的材料為殼聚糖或聚碳酸酯。

所述雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)在100～120℃下加熱1-4h，浸泡Tris-HCl pH＝8.5溶液中70～95℃處理2-12h，最后依次用大量的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例1

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和11mmol多巴胺鹽酸鹽，用甲醇溶解混合均勻。在N₂保護，40℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應20h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液，記為DA/MPC。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到4.0mg/mL，用移液槍移取30μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在110℃下干燥2h，分別記為CS/DA/MPC和PC/DA/MPC。在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱90℃處理8h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料，分別記為CS-DA/MPC和PC-DA/MPC。

如圖2所示，本實施例經(jīng)涂層處理的殼聚糖和聚碳酸酯材料與未經(jīng)涂層處理的殼聚糖和聚碳酸酯材料相比，經(jīng)涂層處理的殼聚糖和聚碳酸酯的前進角和后退角均有所降低。與CS/DA/MPC和PC/DA/MPC相比，CS-DA/MPC和PC-DA/MPC前進角和后退角較低，這是因為雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)DA/MPC通過高溫及Tris-HCl溶液處理使得較多的多巴胺粘附固定在基材表面，以致表面磷酰膽堿基團較多，獲得具有仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)的表面，使得其親水性顯著提高，前進角和后退角明顯降低。

如圖3所示，本實施例經(jīng)涂層處理的殼聚糖和聚碳酸酯材料與未經(jīng)涂層處理的殼聚糖和聚碳酸酯材料相比，經(jīng)涂層處理的CS-DA/MPC和PC-DA/MPC樣品表面有磷酰膽堿基團上P特征吸收峰，這說明通過多巴胺的粘附固定作用，將親水性好的磷酰膽堿基團固定在基材表面，獲得具有仿細胞外層膜結(jié)構(gòu)的表面，出現(xiàn)磷酰膽堿基團上P特征吸收峰。

實施例2

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和12mmol多巴胺鹽酸鹽，用乙醇溶解混合均勻。在N₂保護，30℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應24h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到2.0mg/mL，用移液槍移取100μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在100℃下干燥4h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱70℃處理12h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例3

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和11.05mmol多巴胺鹽酸鹽，用異丙醇溶解混合均勻。在N₂保護，35℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應22h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到6.0mg/mL，用移液槍移取80μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在120℃下干燥1h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱80℃處理10h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例4

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和13mmol多巴胺鹽酸鹽，用甲醇溶解混合均勻。在N₂保護，45℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應18h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到8.0mg/mL，用移液槍移取60μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在115℃下干燥3h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱90℃處理6h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例5

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和11.5mmol多巴胺鹽酸鹽，用乙醇溶解混合均勻。在N₂保護，50℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應12h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到10.0mg/mL，用移液槍移取60μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在105℃下干燥3.5h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱95℃處理2h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例6

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和12.5mmol多巴胺鹽酸鹽，用異丙醇溶解混合均勻。在N₂保護，37℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應21h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到14.0mg/mL，用移液槍移取50μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在108℃下干燥3.5h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱75℃處理11h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例7

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和12.7mmol多巴胺鹽酸鹽，用異丙醇溶解混合均勻。在N₂保護，47℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應15h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到18.0mg/mL，用移液槍移取24μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在118℃下干燥2.5h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱85℃處理9h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料。

實施例8

稱取10mmol 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿和11.8mmol多巴胺鹽酸鹽，用異丙醇溶解混合均勻。在N₂保護，42℃攪拌條件下，向三頸瓶中加入混合溶液和少量三乙胺，反應16h，反應結(jié)束后，得到雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液。

取雙仿生多巴胺磷酰膽堿物質(zhì)溶液并稀釋到20.0mg/mL，用移液槍移取20μL滴涂到殼聚糖(CS)和聚碳酸酯(PC)片基表面(18mm×18mm)，待晾干后，樣品片在112℃下干燥2h，在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中浸泡并加熱95℃處理2h，依次用大量的的甲醇、蒸餾水洗滌，即可得到雙仿生改性材料

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。