聚合物改性的基體、其制備和用途
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供聚合物改性的基體，其包括a)基體；b)粘合層，其共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面；和c)聚合物刷，其由多個(gè)聚合物鏈形成，各聚合物鏈在其一端處共價(jià)地連接于所述粘合層。此外，本發(fā)明提供通過(guò)在設(shè)置于所述基體的粘合層上聚合含乙烯基的單體例如乙烯基膦酸酯來(lái)制備聚合物改性的基體的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】聚合物改性的基體、其制備和用途
[0001]用聚合物層來(lái)進(jìn)行表面改性以提供保護(hù)和/或特定的功能性是廣泛使用的方法。對(duì)于聚合物膜的施加，有各種技術(shù)，包括施加聚合物溶液、將單體直接聚合于表面和/或?qū)y帶反應(yīng)性基團(tuán)的聚合物接枝于表面。使用后一方法，能夠獲得表面涂層，其中，聚合物鏈至少部分垂直于表面排列。這種表面涂層通常對(duì)引入官能團(tuán)提供化學(xué)和機(jī)械的穩(wěn)固性以及合成的靈活性(S.Edmondson等人，Chem.Soc.Rev.2004, 33, 14-22)。具體地,聚合物刷代表一種制備穩(wěn)定涂層的有效策略(J.B.Kim 等人，Polymer Brushes: Synthesis, Characterizat1n, Applicat1ns ；ffiley-VCH:ffeinheim, Germany, 2004)。
[0002]在過(guò)去的幾十年中，含磷聚合物因其無(wú)鹵阻燃性能、質(zhì)子導(dǎo)電特性以及在牙齒或骨骼愈合中作為粘合劑的商業(yè)應(yīng)用而受到大量關(guān)注。最近，由于這些聚合物的低毒性和生物相容性(S.Monge 等人,B1macromolecules2011, DO1: 10.1021/bm2004803)，多數(shù)關(guān)注已轉(zhuǎn)向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，例如，防污、組織工程、藥物遞送和細(xì)胞增殖表面(R.A.Gemeinhart等人，J.B1med.Mater.Res.，Part A2006, 78A, 433-444)。已經(jīng)顯不出:根據(jù)基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(GTP)機(jī)理，在含稀土金屬催化劑存在的條件下，能夠有效制備具有高摩爾質(zhì)量和低多分散性的適于上述應(yīng)用的聚(乙烯基膦酸酯)(U.B.Seemann等人，Angew.Chem.1nt.Ed.2010，49，3489-3491)。
[0003]然而，就許多應(yīng)用而言，要求這些聚合物穩(wěn)定地連接于表面，理想地是通過(guò)共價(jià)鍵連接，以提高改性表面的機(jī)械穩(wěn)定性和持久性。雖然已建議用可以包含聚膦酸酯基團(tuán)的聚合物來(lái)改性納米顆粒(W02008/071286)或其他表面(W002/10759)，但是沒(méi)有報(bào)道在穩(wěn)定的改性表面上允許提供具有合適的厚度和/或密度的含磷官能團(tuán)的聚合物刷的涂層結(jié)構(gòu)。這可能是因?yàn)槿缦率聦?shí):如果自由基或離子方法應(yīng)用于乙烯基膦酸酯的聚合，其通常造成低的產(chǎn)率和低的聚合度(參照 T.Wagner 等人,Macromol.Chem.Phys.2009, 210, 1903-1914 ；
B.Bingol等人，Macromo I ecules2008, 41, 1634-1639)，其中自由基或離子方法經(jīng)常用于將聚合物鏈接枝于表面(例如，R.Jordan 和 A.Ulman, J.Am.Chem.Soc.1998，120，243-247 ；R.Jordan 等人，J.Am.Chem.Soc.1999, 121, 1016-1022 公開(kāi)了離子聚合，或 X.Huang 和M.J.ffirth, Anal.Chem.1997，69，4577-4580 公開(kāi)了自由 / 控制的自由基聚合)。
[0004]因此，本發(fā)明人的目的是提供聚合物改性的表面，其是通過(guò)聚膦酸酯和相關(guān)聚合物部分穩(wěn)定地改性底層的基體材料，并且其能夠在有利的表面覆蓋下有效制備改性的表面。
[0005]通過(guò)新的方法能夠?qū)崿F(xiàn)該目的，其中，提供具有粘合層的基體，該粘合層共價(jià)地連接于提供有自由乙烯基的表面。接著，進(jìn)行稀土金屬介導(dǎo)的合適乙烯基單體的聚合，其將粘合層中的乙烯基用作用于形成聚合物刷中的聚合物鏈的連接位點(diǎn)和起始位點(diǎn)。根據(jù)該方法，聚合物鏈能夠從基體表面被有效地接枝，并且能夠形成具有合適鏈密度和厚度的聚合物刷。
[0006]因此，本發(fā)明提供一種用于制備聚合物改性的基體的方法，該方法包括如下步驟:
[0007]a)在所述基體的至少一部分表面上制備粘合層，該粘合層共價(jià)地連接于所述基體上且攜帶多個(gè)被受電子基取代的乙烯基；
[0008]b)將所述粘合層與作為催化劑的稀土金屬絡(luò)合物接觸，并且使稀土金屬絡(luò)合物與被所述粘合層的受電子基取代的乙烯基配位；
[0009]c)將含有配位的稀土金屬絡(luò)合物催化劑的粘合層與含有被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體接觸；以及
[0010]d)進(jìn)行由配位的稀土金屬絡(luò)合物的稀土金屬介導(dǎo)的乙烯基單體的聚合以形成在其一端共價(jià)地連接于所述粘合層的聚合物鏈。
[0011]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述粘合層由步驟a)中包括如下步驟的方法制備:
[0012]al)在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙稀基；和
[0013]a2)通過(guò)在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合粘合劑分子來(lái)制備粘合層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，在所述方法中所使用的稀土金屬絡(luò)合物優(yōu)選包含選自由釔、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿和镥所組成的組中的金屬。此外，已發(fā)現(xiàn)如果稀土金屬絡(luò)合物為包含由至少兩個(gè)環(huán)戊二烯基配體配位的稀土金屬原子的三價(jià)稀土金屬絡(luò)合物是有利的。
[0015]本發(fā)明還提供一種聚合物改性的基體，其可由根據(jù)本發(fā)明的方法獲得，所述聚合物改性的基體包含:
[0016](a)基體；
[0017](b)粘合層，其共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面；和
[0018](C)由多個(gè)聚合物鏈形成的聚合物刷，各聚合物鏈在其一個(gè)末端共價(jià)地連接于所述粘合層。
[0019]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述聚合物改性的基體可由根據(jù)本發(fā)明的方法獲得，其包含:
[0020]a)基體；
[0021]b)粘合層，其共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面，所述粘合層可以通過(guò)如下步驟來(lái)獲得，即在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)被受電子基取代的乙烯基，以及在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合所述粘合劑分子以形成所述粘合層；和
[0022]c)由多個(gè)聚合物鏈形成的聚合物刷，各聚合物鏈在其一端共價(jià)地連接于所述粘合層。
[0023]所述聚合物刷的聚合物鏈優(yōu)選包含選自由乙烯基膦酸酯單元、乙烯基膦酸單元、(甲基)丙烯酸酯單元、(甲基)丙烯酸單元及其組合所組成的組中的聚合單元，特別是選自由乙烯基膦酸酯單元、乙烯基膦酸單元及其組合所組成的組中。例如，聚合物鏈可以包含聚合的乙烯基膦酸酯單元或聚合的乙烯基膦酸單元的均聚物鏈?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明聚合為乙烯基膦酸酯均聚物或共聚物鏈的特別適合的乙烯基膦酸酯單元是選自二甲基乙烯基膦酸酷、_■乙基乙稀基勝酸酷和_■丙基乙稀基勝酸酷的單兀。
[0024]此外，本發(fā)明還包括粘合層與如上定義的聚合物刷的用途，例如，賦予基體表面以阻燃性、防污性和/或生物相容性。將會(huì)理解的是，與此類(lèi)似地聚合物改性的基體在要求阻燃性能、防污性能和/或生物相容性的應(yīng)用中的用途也包括于本發(fā)明。類(lèi)似地，本發(fā)明包括其中能夠開(kāi)發(fā)改性表面的有利性能的方法，諸如細(xì)胞(尤其是干細(xì)胞)膨脹的方法，其包括將細(xì)胞與根據(jù)本發(fā)明的基體接觸的步驟。
[0025]此外，粘合層改性的基體也是本發(fā)明的一部分，其包含基體和共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面的粘合層，其中，該粘合層可以通過(guò)如下步驟來(lái)獲得，即在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶兩個(gè)被受電子基取代的乙烯基，以及在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合所述粘合劑分子。這種粘合層改性的基體形成用于提供最終聚合物改性的基體的有用中間產(chǎn)物。
[0026]除非在具體上下文中另行指明，本文使用的術(shù)語(yǔ)“烷基”包括直鏈和支鏈的烷基部分。烷基的優(yōu)選實(shí)例具有I至6個(gè)碳原子((V6烷基)，尤其具有I至4個(gè)碳原子((V4烷基)，并且包含甲基、乙基、丙基(例如，正丙基或異丙基)和丁基(例如，正丁基、異丁基、叔丁基或仲丁基)。
[0027]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“雜烷基”指烷基和如上所述的其優(yōu)選實(shí)施方式，其中，一個(gè)或多個(gè)碳原子被雜原子取代，包括在該烷基的一端或兩端取代碳原子的可能形式。雜原子的優(yōu)選例子是0、S和N，尤其是O。雜烷基的優(yōu)選實(shí)例包含2至6個(gè)碳原子和
1、2或3個(gè)雜原子。因此，優(yōu)選的雜烷基是醚基，其可以包含一個(gè)或多個(gè)，例如1、2或3個(gè)醚鍵。
[0028]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“環(huán)烷基”指環(huán)烷基部分。合適的烷基的優(yōu)選實(shí)例具有4至10個(gè)碳原子，尤其具有5或6個(gè)碳原子，并且包含環(huán)戊基和環(huán)己基。
[0029]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“雜環(huán)烷基”指一個(gè)或多個(gè)碳原子被雜原子取代的環(huán)烷基。雜原子的優(yōu)選實(shí)例是N、0和S。雜環(huán)烷基的優(yōu)選實(shí)例包含2至5個(gè)碳原子和
1、2或3個(gè)雜原子。雜環(huán)烷基的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)例包含吡咯烷基、四氫呋喃基或哌啶基。
[0030]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“芳基”指芳環(huán)體系，包括單環(huán)和稠環(huán)，其優(yōu)選具有6至10個(gè)碳原子。具體實(shí)例是苯基或萘基。
[0031]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“雜芳基”指如上定義的芳基，其中一個(gè)或多個(gè)碳原子，例如1、2或3個(gè)碳原子被雜原子取代。雜原子的優(yōu)選實(shí)例是N、O或S。雜芳基的優(yōu)選實(shí)例包含3至9個(gè)碳原子和1、2或3個(gè)雜原子。雜芳基的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)例包含吡咯基、吡啶基、吡唑基、吡嗪基、呋喃基和噻吩基。
[0032]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“烷氧基”指-O-烷基，其中烷基是如上定義的燒基。
[0033]術(shù)語(yǔ)“?；敝竿榛?C (O) _，其中烷基是如上所定義的烷基。
[0034]術(shù)語(yǔ)“芳烷基”指如上所定義的烷基，其由如上所定義的芳基取代。
[0035]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“鹵素”指F、Cl、Br或I，優(yōu)選F、Cl或Br。
[0036]除非在具體上下文中另行指明，術(shù)語(yǔ)“羧酸基”包括質(zhì)子化形式-COOH及其陰離子形式。
[0037]在術(shù)語(yǔ)“(甲基)丙烯酸酯”和“(甲基)丙烯酸”中，根據(jù)慣例括號(hào)表示甲基可以存在或缺失。
[0038]任何任意取代的燒基、雜燒基、環(huán)燒基、雜環(huán)燒基、芳基、雜芳基或燒氧基，或者指其本身或者作為另一基團(tuán)的一部分(諸如芳烷基的烷基部分)，其能夠由一個(gè)或多個(gè)(諸如1、2或3個(gè))取代基取代，例如，該取代基選自齒素、羥基、-NH2、-NH ((V6烷基)或-N ((V6烷基)2。優(yōu)選的取代基是F、C1、羥基和-NH2。任何任意取代的環(huán)烷基、雜環(huán)烷基、芳基或雜芳基，或者指其本身或者作為另一基團(tuán)的一部分(諸如芳烷基的芳基部分)，其能夠由一個(gè)或多個(gè)(諸如1、2或3個(gè))取代基取代，例如，該取代基選自C^6烷基、C^6烷氧基、鹵素、羥基、-NH2、-NH(Cm烷基)或-N(Cm烷基)2。優(yōu)選的取代基是甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、F、Cl、羥基和-NH2。除非在具體上下文中另行指明，通常優(yōu)選的是任意取代的部分未被取代的情況。
[0039]根據(jù)聚合物科學(xué)領(lǐng)域中的慣例，本文使用的術(shù)語(yǔ)“乙烯基”指如下基團(tuán):兩個(gè)碳原子由雙鍵相連，其中一個(gè)碳原子攜帶兩個(gè)氫原子(也稱(chēng)為亞甲基部分，= CH2)。其包括如下基團(tuán)，其在另一個(gè)碳原子上攜帶非氫取代基。因此，該乙烯基能夠由下式表示:
[0040]


R

V


C1=(?2


/
[0041]其中，R可以是氫或其他原子或基團(tuán)，諸如受電子基(electron accepting group)(例如，選自酯基、酰胺基、醛基和酰基)、烷基、或任何其他適于既定目的的基團(tuán)(諸如雜烷基、環(huán)燒基、雜環(huán)燒基、芳基、雜芳基、燒氧基或芳燒基(其全部都可以任意取代)、或齒素)。將會(huì)理解的是，由簡(jiǎn)單破折號(hào)標(biāo)記的開(kāi)放化合價(jià)表示將乙烯基連接至分子的殘余部分的鍵。在由受電子基取代的乙烯基或乙烯單體的情況中，該受電子基也可以形成分子的該殘余部分或分子的一部分。在后一情況中，優(yōu)選R是不同于受電子基的基團(tuán)，諸如氫或烷基。此外，將會(huì)理解的是，如果在本文提及被受電子基取代的乙烯基，受電子基完整保留了乙烯基的=CH2部分，并且通過(guò)雙鍵連接于另一碳原子上。
[0042]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體在其表面的至少一部分上包含粘合層，該粘合層共價(jià)地連接于所述基體的表面。通常，該粘合層由粘合劑分子形成，該粘合劑分子提供允許使粘合層共價(jià)地連接于所述基體的表面的官能團(tuán)，其同時(shí)攜帶被受電子基取代的乙烯基，該乙烯基作為用于與相鄰的聚合物鏈一起形成聚合物刷的連接位點(diǎn)和起始位點(diǎn)。
[0043]根據(jù)第一示例性實(shí)施方式，所述粘合層表現(xiàn)為由多個(gè)粘合劑分子形成的單層，該粘合劑分子共價(jià)地連接于所述基體的表面，并且在靠近所述單層的表面且遠(yuǎn)離該表面的一端處攜帶被受電子基取代的乙烯基。第一示例性實(shí)施方式的這些粘合劑分子的典型結(jié)構(gòu)可以由下式(Ia)和(Ib)表示，其中優(yōu)選式(Ib)的粘合劑分子:
[0044]
AlR\
\Cbbsss= CH^
QwbsbsQHo/
。/r
ISp1
X矣
(Ia)(Ib)
[0045]在式(Ia)中，A1是選自酯基、酰胺基、醛基、?；?COOH基或腈基的受電子基，優(yōu)選為酯基、酰胺基、醛基或?；绕涫酋セ?。作為酯基優(yōu)選的基團(tuán)是-C(O)OR2基。作為酰胺基優(yōu)選的基團(tuán)是-C(O)NR3R4基。R2選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以任意被取代，優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。R3和R4獨(dú)立地選自氫和選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以任意被取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。氫是次優(yōu)的選擇。
[0046]Sp1是二價(jià)間隔基團(tuán)，諸如二價(jià)烷基或二價(jià)雜烷基。具體的示例是C3至C12的烷基，或包含一個(gè)或多個(gè)、諸如2或3個(gè)穿插于其C原子之間的醚鍵的基團(tuán)。
[0047]X是官能團(tuán)，其允許粘合劑分子共價(jià)附著于所述基體的表面。用于將表面涂層連接于不同表面的合適官能團(tuán)是本領(lǐng)域中公知的。例如，它們包含-Si (R5)3S，其中R5選自烷氧基或鹵素，特別是甲氧基或乙氧基；或者選自鹵素，特別是Cl。作為X基的進(jìn)一步實(shí)例，能夠舉出單或雙陰離子形式的巰基(-SH)或膦酸酯基(-P(O) (OH)2) 0 -Si (R5)3基是通常優(yōu)選的，并且能夠方便使用，例如，用于像玻璃或硅的表面的改性。
[0048]在式(Ib)中，A2是選自酯基(-C(O)C-)、酰胺基或羧基(-C(O)-)的受電子基。優(yōu)選的是酯基。就酯基或酰胺基而言，優(yōu)選的是，C = O部分直接鍵合至形成乙烯基的C-C雙鍵的C原子上。作為酰胺基，優(yōu)選的是-C (O) NR3-基，其中R3選自氫和選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以任意被取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。R1選自氫和選自烷基、雜烷基、環(huán)燒基、雜環(huán)燒基、芳基、雜芳基和芳燒基，其可以任意被取代。R1優(yōu)選的是氧或燒基，諸如甲基、乙基或丙基，尤其優(yōu)選的是氫或甲基。Sp1和X如式(Ia)中所定義的。
[0049]根據(jù)優(yōu)選的第二示例性實(shí)施方式，對(duì)于形成粘合層，使用粘合劑分子，其中該粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)乙烯基，其中各乙烯基被受電子基取代。該乙烯基允許粘合劑分子之間和所述基體的表面之間發(fā)生反應(yīng)。在該情況中，粘合層能夠通過(guò)將粘合劑分子提供于所述基體的至少一部分表面上來(lái)制備，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙烯基；以及通過(guò)在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合粘合劑分子來(lái)制備所述粘合層。已發(fā)現(xiàn)攜帶至少兩個(gè)乙烯基的粘合劑分子對(duì)提供本發(fā)明上下文中的粘合層是特別有用的，其中各乙烯基被受電子基取代。這些粘合劑分子可以含有，例如，2、3或4個(gè)乙烯基，但粘合劑分子優(yōu)選攜帶兩個(gè)乙烯基。還可以使用含有不同數(shù)量乙烯基的粘合劑分子的混合物。在該情況中，優(yōu)選至少50%，更優(yōu)選至少80%的粘合劑分子攜帶兩個(gè)乙烯基。通過(guò)在一些或全部粘合劑分子中改變乙烯基的數(shù)量，可以調(diào)整在粘合層中所形成的分支點(diǎn)的數(shù)量和/或交聯(lián)密度。還可以在粘合層的制備過(guò)程中混合攜帶至少兩個(gè)乙烯基的粘合劑分子和只攜帶單個(gè)乙烯基(被受電子基取代)的分子，以控制所形成的網(wǎng)格的密度或用于連接粘合層中的聚合物刷的可獲得乙烯基的密度。
[0050]包含于該第二實(shí)施方式的粘合劑分子的乙烯基允許粘合劑分子與基體表面反應(yīng)，例如，在表面提供氫原子結(jié)合的基體表面。同時(shí)，他們能夠在作為單體的粘合劑分子之間以分子間反應(yīng)進(jìn)行聚合，從而以聚合物層形式提供粘合層。事實(shí)上，由于存在兩種可聚合的乙烯基，在粘合層中能夠提供分支和/或共價(jià)交聯(lián)的聚合物結(jié)構(gòu)，因此能夠由粘合劑分子形成穩(wěn)定的聚合物粘合層。通常，根據(jù)該實(shí)施方式的粘合層包含分支的聚合物鏈。通過(guò)提高乙烯基的數(shù)量，例如，通過(guò)使用帶有多于兩個(gè)乙烯基的多官能粘合劑分子，能夠促進(jìn)交聯(lián)的形成。最終，在表面接枝和聚合反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有反應(yīng)并且殘留于初始粘合層中的乙烯基能夠用作聚合物鏈的連接位點(diǎn)。因此將會(huì)理解的是，在基體表面形成粘合層后，將會(huì)出現(xiàn)多個(gè)由受:電子基取代的乙稀基。
[0051]在一個(gè)粘合劑分子中被受電子基取代的兩個(gè)或多個(gè)乙烯基可以相同或不同。鑒于合成的簡(jiǎn)單性，可以?xún)?yōu)選的是，在粘合劑分子中包含兩個(gè)相同的基團(tuán)。就受控形成的粘合層而言，優(yōu)選的是，除被受電子基取代的乙烯基之外，粘合劑分子根本不包含另外的非芳族C-C雙鍵或另外的雙鍵。
[0052]在第二實(shí)施方式的粘合劑分子中，乙烯基也被受電子基取代。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，該取代完整保留了乙烯基的特征，即，受電子基結(jié)合至乙烯基的非末端碳原子。合適的受電子基包括酯基、酰胺基、羰基(包括?；腿┗?、-CN基和-COOH基。優(yōu)選的是酯基、酰胺基、醛基或?；?，尤其是酯基。
[0053]因此，根據(jù)第二實(shí)施方式，粘合劑分子中被受電子基取代的優(yōu)選乙烯基具有如下結(jié)構(gòu)(IIa)或(IIb)中的一種:
[0054]



p1

\
A1、C=f 吹
C= CH2p/

I
UIa)或(lib)。
[0055]在式(IIa)中，A1是選自_基、酰胺基、醛基、?；?、-COOH基或腈基的受電子基，優(yōu)選酯基、酰胺基、醛基或酰基，尤其是酯基。作為酯基優(yōu)選的是-C(O)OR2基。作為酰胺基優(yōu)選的是-C(O)NR3R4基。R2選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以任意被取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是燒基。R3和R4獨(dú)立地選自氧和選自燒基、環(huán)燒基和芳基，其可以任意被取代，優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。氫為次優(yōu)選擇。由簡(jiǎn)單破折號(hào)標(biāo)記的開(kāi)放化合價(jià)表示將乙烯基連接至分子的殘余部的鍵。
[0056]在式(IIb)中，A2是選自酯基(-C(O)C-)、酰胺基或羧基(-C(O)-)的受電子基。優(yōu)選的是酯基。就酯基或酰胺基而言，優(yōu)選的是C = O部分直接結(jié)合至形成乙烯基的C-C雙鍵的C原子。作為酰胺基優(yōu)選的是-C(O)NR3-基，其中R3選自氫和選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以任意被取代，優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。氫為次優(yōu)選擇。R1選自氫和選自烷基、雜燒基、環(huán)燒基、雜環(huán)燒基、芳基、雜芳基和芳燒基，其可以任意被取代。R1優(yōu)選是氧或燒基，例如甲基、乙基或丙基，尤其優(yōu)選是氫或甲基。
[0057]鑒于它們方便的可獲得性，優(yōu)選的被受電子基取代的乙烯基是式(IIb)的乙烯基，尤其是(甲基)丙烯酸酯基，其通過(guò)由(甲基)丙烯酸酯的羧酸基形成的酯鍵連接至粘合劑分子的殘余部分。在本文中，最優(yōu)選的是甲基丙烯酸酯基。
[0058]在第二實(shí)施方式的粘合劑分子中，兩個(gè)或多個(gè)被受電子基取代的乙烯基通常連接于η-價(jià)間隔部分上，其中η表示粘合劑分子中乙烯基的數(shù)量。對(duì)該間隔部分幾乎沒(méi)有限制。將會(huì)理解的是，在為了由粘合劑分子制備粘合層而實(shí)施的表面接枝和聚合反應(yīng)中，該間隔部分應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為惰性的。例如，該間隔部分可以是選自η-價(jià)的烷基、雜烷基、環(huán)烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芳烷基的η-價(jià)基團(tuán)，其全部都可以被任意取代，優(yōu)選烷基和雜烷基。尤其優(yōu)選的是攜帶兩個(gè)由二價(jià)亞乙基、亞丙基或亞丁基連接的乙烯基的粘合劑分子。
[0059]因此，在第二實(shí)施方式的上下文中，用于形成粘合層的粘合劑分子的優(yōu)選結(jié)構(gòu)可以由如下式(IIIa)或(IIIb)表示:
[0060]
A ?Γ~*~—-
A\R1
X--Sp2
H2C士0 A2—-Sp2
t ^"'.......^ Γ?
(IIIa )( IIIb )。
[0061]在式(IIIa)中，A1是選自酯基、酰胺基、醛基、?；?、-COOH基或腈基的受電子基，優(yōu)選酯基、酰胺基、醛基或?；绕鋬?yōu)選酯基。作為酯基優(yōu)選-C (O) OR2基。作為酰胺基優(yōu)選-C(O)NR3R4基。R2選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是燒基。R3和R4獨(dú)立地選自氧和選自燒基、環(huán)燒基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。氫為次優(yōu)選擇。η是2、3或4，優(yōu)選2。Sp2是η-價(jià)連接部分，選自二價(jià)烷基、雜烷基、環(huán)烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芳烷基，其全部都可以被任意取代。優(yōu)選燒基和雜燒基。尤其優(yōu)選的是亞乙基、亞丙基或亞丁基。
[0062]就式(IIIb)的粘合劑分子而言，其通常優(yōu)選式(IIIa)和(IIIb)中的粘合劑分子，A2是選自酯基(-C(O)C-)、酰胺基或羧基(-C(O)-)的受電子基。優(yōu)選是酯基。就酯基或酰胺基而言，優(yōu)選的是C = O部分直接結(jié)合至形成乙烯基的C-C雙鍵的C原子。作為酰胺基優(yōu)選-C(O)NR3-基，其中R3選自氫和選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選是燒基和芳基，尤其是燒基。氣為次優(yōu)選擇。R1選自氣和選自燒基、雜燒基、環(huán)燒基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芳烷基，其可以被任意取代。R1優(yōu)選為氫或烷基，例如甲基、乙基或丙基，尤其優(yōu)選的是氫或甲基。η和Sp2如式(IIIa)中所定義的。
[0063]鑒于它的商業(yè)可獲得性，乙二醇二甲基丙烯酸酯能夠方便用作該第二實(shí)施方式的粘合劑分子。
[0064]如上所述，根據(jù)本發(fā)明用于形成聚合物改性的基體的方法包括在所述基體的至少一部分表面上制備粘合劑分子的步驟，該粘合劑分子共價(jià)地連接于所述基體且攜帶多個(gè)各被受電子基取代的乙烯基。所述粘合層能夠通過(guò)在所述基體的表面上提供粘合劑分子(例如，上述第一或第二示例性實(shí)施方式的粘合劑分子或第一或第二實(shí)施方式的粘合劑分子的混合物)來(lái)有利制備。
[0065]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述粘合層由包括如下步驟的方法制備:在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙烯基，例如，上述解釋的第二示例性實(shí)施方式的粘合劑分子；以及通過(guò)在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合所述粘合劑分子來(lái)制備粘合層。因此，粘合層共價(jià)地連接于所述基體的表面。此外，以該方式形成的粘合層通常包含由粘合劑分子的聚合反應(yīng)形成的分支和/或交聯(lián)的聚合物網(wǎng)格，所述粘合劑分子攜帶兩個(gè)被受電子基取代的乙烯基，該兩個(gè)乙烯基對(duì)應(yīng)每個(gè)粘合劑分子的兩個(gè)可聚合基。
[0066]將會(huì)理解的是，在粘合劑分子中參與表面接枝和聚合反應(yīng)的那些乙烯基在反應(yīng)后不會(huì)殘留乙烯基，而是伴隨各乙烯基雙鍵的失去與所述基體的表面或另一聚合的乙烯基形成共價(jià)鍵。此外，將會(huì)理解的是，為了將粘合層連接于基體表面，并不是通過(guò)表面接枝和聚合而獲得的粘合層中的所有粘合劑分子需要與所述基體的表面形成鍵。通常，主要量的粘合劑分子將會(huì)與一個(gè)或兩個(gè)其他粘合劑分子反應(yīng)以形成粘合劑分子的網(wǎng)絡(luò)。
[0067]在由表面接枝和聚合形成優(yōu)選的粘合層后且在形成聚合物刷之前，多個(gè)乙烯基將會(huì)殘留在粘合層中以允許催化劑絡(luò)合物的配位，所述催化劑絡(luò)合物然后介導(dǎo)聚合物鏈的形成。這些殘留的乙烯基在聚合物鏈連接于所述粘合層之前通常分散于整個(gè)粘合層。類(lèi)似地，上述第一示例性實(shí)施方式的粘合劑分子將會(huì)提供粘合層，其包含多個(gè)被受電子基取代的乙烯基，通常是粘合劑分子單層形式。然而，在最終的聚合物改性的基體中，粘合層中的乙烯基不再需要存在，并且事實(shí)上優(yōu)選在聚合物鏈的形成過(guò)程中完全(或基本完全)轉(zhuǎn)化。
[0068]依據(jù)聚合物改性的基體的預(yù)期用途，所述粘合層可以全部或部分覆蓋基體表面。例如，通過(guò)在所述基體上形成粘合劑分子的規(guī)則或不規(guī)則圖案能夠?qū)崿F(xiàn)部分覆蓋。在本【技術(shù)領(lǐng)域】中建立了用于形成這種圖案的技術(shù)，包括通過(guò)刷涂等技術(shù)或噴墨技術(shù)來(lái)選擇性應(yīng)用?；蛘?，通過(guò)公知的印刷技術(shù)能夠賦予部分表面親水或疏水性能，然后，所述粘合劑分子能夠以整齊的形式得到應(yīng)用，尤其是它們?yōu)橐后w或在合適的溶劑中。
[0069]所述粘合層的厚度沒(méi)有限制。然而，鑒于粘合層僅是為了確保在所述表面上結(jié)合用于形成聚合物刷的聚合物鏈的事實(shí)，使用過(guò)厚的粘合層可能不會(huì)有效。厚度在5至10nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選10至50nm的范圍內(nèi)可以獲得良好的結(jié)果。在表面接枝和聚合反應(yīng)后且在粘合層上形成聚合物刷之前，通過(guò)原子力顯微技術(shù)(AFM)或橢圓光度法能夠方便測(cè)量厚度。
[0070]除了上述粘合劑分子，所述粘合層可能包含其他分子。然而，通常所述粘合劑分子的量定義為形成粘合層的全部分子的至少50mol %,優(yōu)選至少70mol %,更優(yōu)選至少90mOl%。僅由如上描述的第一或第二實(shí)施方式的粘合劑分子可以方便地形成粘合層。
[0071]通過(guò)攜帶被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體的聚合反應(yīng)，可以獲得連接于所述粘合層的用于形成聚合物刷的聚合物鏈(參照上述關(guān)于該術(shù)語(yǔ)意義的常規(guī)解釋)。通常，由這些乙烯基聚合而形成的聚合物鏈具有碳骨架，即，由在所述粘合層上的連接位點(diǎn)延伸出的最長(zhǎng)鏈僅由碳-碳鍵形成。
[0072]攜帶被受電子基取代的乙烯基的優(yōu)選乙烯基單體具有如下結(jié)構(gòu):
[0073]
/R6R7
H2C= CH2C=
\八3\厶4
A (IVa) ΛA (IVb)。
[0074]在式(IVa)中，R6選自氫和選自烷基、雜烷基、環(huán)烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芳烷基，其可以被任意取代。R6優(yōu)選氫或烷基，例如，甲基、乙基或丙基，尤其優(yōu)選的是氫或甲基。A3是受電子基，其選自酯基、酰胺基、醛基、?；?；選自如下相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，其中橋氧基=O和/或醚基-O-被硫取代；和選自硝基(-NO2)。例如，相應(yīng)硫基選自-C(S) SR8、-C(O) SR8和-C(S)R8。優(yōu)選的A3是選自酯基、酰胺基、醛基或?；幕鶊F(tuán)，并且更優(yōu)選的是酯基。作為酯基優(yōu)選的是-C (O) OR8基。作為酰胺基優(yōu)選的是-C (O) NR9Rltl基。R8選自烷基、環(huán)烷基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選的是烷基和芳基，尤其是烷基。R9和Rltl獨(dú)立地選自氫和選自燒基、環(huán)燒基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選的是燒基和芳基，尤其是燒基。氫!為次優(yōu)選擇。
[0075]鑒于它們的方便可用性，具體優(yōu)選的式(IVa)的乙烯基單體是(甲基)丙烯酸酯，尤其是甲基丙烯酸酯例如甲基丙烯酸甲酯。
[0076]在式(IVb)中，R7選自氫和選自烷基、雜烷基、環(huán)烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芳烷基，其可以被任意取代。RM尤選為氫或烷基，例如，甲基、乙基或丙基，尤其優(yōu)選的是氫。A4選自膦酸酯基-P (O) (OR11) (0R12)和氧化磷基-P (O) (Rn) (R12)，其中，R11和R12獨(dú)立地選自燒基、環(huán)燒基和芳基，其可以被任意取代。優(yōu)選的是燒基，尤其是甲基、乙基和丙基。R11和R12可以相同或不同，但鑒于這種化合物更加的方便可用性，其優(yōu)選相同。此外，A4可以選自-S(O) (O) (OR11)、-S (O) (Rn)或-S (O) (O) (Rn)，其中，R11具有如上定義的相同意義。A4優(yōu)選膦酸酯基和氧化磷基，尤其優(yōu)選的是膦酸酯基-P(O) (OR11) (0R12)。
[0077]聚合物鏈可以是均聚物鏈或共聚物鏈。共聚物鏈可以是無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。共聚物優(yōu)選是嵌段共聚物。
[0078]在要求保護(hù)的聚合物改性的基體中，除攜帶被受電子基取代的乙烯基之外，形成聚合物刷的聚合物鏈可以包含由含有可聚合的C-C雙鍵的其他單體形成的聚合單元，例如，烯烴。然而，優(yōu)選的是，攜帶被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體，尤其是上述式(IVa)和/或(IVb)的乙烯基單體，在與聚合物改性的基體中的粘合層連接的每個(gè)聚合物鏈中提供全部聚合單元的至少50mol %,優(yōu)選至少70mol %,尤其是10mol %。而且,鑒于聚合物鏈合成的容易性，可以方便地僅通過(guò)如上定義的攜帶被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體的聚合來(lái)形成聚合物鏈。
[0079]依賴(lài)于根據(jù)本發(fā)明聚合物改性的基體的預(yù)期用途，可以改變聚合物鏈的組成。對(duì)于某些用途，可以?xún)?yōu)選含有上式(IVa)的單體的聚合物鏈，并且本發(fā)明包括由聚合物鏈形成的聚合物刷，其中，式(IVa)的單體提供全部聚合單元的至少50mol%，優(yōu)選至少70mol %,尤其是至少90mol %或全部聚合單元。
[0080]然而，鑒于上述含磷聚合物的有利性能，優(yōu)選的是在根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體中所包含的聚合物刷包含由上述式(IVb)的單體衍生的單元，其中，A4選自膦酸酯基-P(O) (OR11) (0R12)和氧化磷基-P(O) (Rn) (R12)，尤其是膦酸酯基，其數(shù)量為全部聚合單元的至少1mol %,優(yōu)選至少20mol %。
[0081]事實(shí)上，在本發(fā)明的上下文中優(yōu)選的是，各聚合物鏈所包含的占全部含于其中的聚合單元的至少5011101%,優(yōu)選至少7011101%,尤其是至少90mol %或全部聚合單元是由式(IVb)的單體提供的，其中A4選自膦酸酯基-P(O) (OR11) (0R12)和氧化磷基-P(O) (Rn) (R12)，尤其是膦酸酯基。如上所述，進(jìn)一步優(yōu)選的是，余量的聚合單元由其他被受電子基取代的乙烯基單體提供，尤其是由式(IVa)的乙烯基單體提供。因此，在本發(fā)明的上下文中，形成聚合物鏈的特別優(yōu)選的聚合物是聚膦酸酯均聚物或聚膦酸酯/聚(甲基)丙烯酸酯嵌段共聚物。
[0082]關(guān)于上述說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明還包括含有以自由或中和形式懸掛于聚合物鏈主鏈的酸基的聚合物，該酸基可以通過(guò)包含于上述討論的單體中的各種酯基的酯裂解來(lái)獲得。通常，酯裂解在各自單體聚合后方便實(shí)施。最終的酸基包括羧酸基-C00H、膦酸基-P(O)(OH)2、磺酸基-S (O) (O) (OH)或它們帶有陽(yáng)離子的鹽，包括堿金屬陽(yáng)離子、堿土金屬陽(yáng)離子和銨尚子。
[0083]形成包含于所要求保護(hù)的聚合物改性的基體的聚合物刷的聚合物鏈通常為直鏈型。如果使用提供分支點(diǎn)的合適單體，它們可以為支鏈型，但是優(yōu)選非支鏈型聚合物。優(yōu)選的是聚合物刷中的聚合物鏈非彼此交聯(lián)。
[0084]由根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體所包含的聚合物刷由如上所定義的多個(gè)聚合物鏈形成。通常，根據(jù)本發(fā)明的聚合物刷由至少100個(gè)、優(yōu)選至少1000個(gè)該類(lèi)型的聚合物鏈組合而成。
[0085]然而聚合物刷可以包含不同于如下聚合物鏈的聚合物鏈，即可以通過(guò)攜帶由如上所定義的被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體聚合而獲得的聚合物鏈，在本發(fā)明的上下文中，優(yōu)選僅由這種聚合物鏈來(lái)形成聚合物刷。
[0086]在所述基體的表面上的聚合物層的厚度，例如，通過(guò)AFM或橢圓光度法測(cè)量的厚度，是粘合層和聚合物刷的總厚度。根據(jù)本發(fā)明，能夠方便地制備大于60nm，優(yōu)選大于10nm的厚度。對(duì)于例如30nm的常規(guī)厚度的粘合層，能夠估算聚合物刷的厚度大于30，優(yōu)選大于70nm。
[0087]依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體的預(yù)期用途，無(wú)疑可能會(huì)進(jìn)一步改性聚合物刷，例如，首先通過(guò)如下進(jìn)一步詳述的單體聚合形成聚合物鏈，然后，進(jìn)一步使聚合物鏈中的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。能夠使用如下方案:例如，激活現(xiàn)有基團(tuán)以提高它們的反應(yīng)性(例如，作為活性酯)；提供特定官能團(tuán)(例如，以生物探針的形式)；或?qū)⒘硗獾牟牧线B接于聚合物刷(例如，多糖、水凝膠等的聚合材料)。
[0088]根據(jù)本發(fā)明，上述粘合層和聚合物刷允許各種基體被聚合物改性。允許連接，特別是共價(jià)連接粘合劑分子的合適基體材料包括:例如，氧化硅、氧化鋁、玻璃、玻璃碳、金剛石、聚合物、金屬(諸如金)或半導(dǎo)體(諸如硅)基體。合適的聚合物基體包括:例如，聚烯烴，諸如聚乙烯或聚丙烯；聚苯乙烯；聚酰胺或聚酯。
[0089]對(duì)于由攜帶至少兩個(gè)各被吸電子基取代的乙烯基的粘合劑分子形成優(yōu)選的粘合層，接著進(jìn)行表面接枝和聚合粘合劑分子，如果存在結(jié)合于待改性的基體表面的氫原子是有利的。用于該目的的示例性基體是硅、玻璃、玻璃碳、金剛石和聚合物基體。在粘合劑分子的表面接枝反應(yīng)過(guò)程中，推測(cè)通過(guò)自由基機(jī)理去除氫原子，并且分別在基體和粘合劑分子或粘合層的乙烯基之間形成共價(jià)鍵。依據(jù)待改性的基體材料，使材料進(jìn)行初步清洗步驟和/或還原反應(yīng)或許是有用的。例如，可以對(duì)硅基體進(jìn)行預(yù)處理以去除形成于其表面的氧化層。由于存在于這種娃基體表面的S1-H鍵相對(duì)較弱，因此它能夠在本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施方式的上下文中方便地使用。此外，可以有目的導(dǎo)入提供氫原子的表面基團(tuán)，如氨基，該氫原子能夠在粘合劑分子的表面接枝和聚合過(guò)程中被去除以使表面基團(tuán)與粘合劑分子成鍵。
[0090]基體可以由形成表面的材料構(gòu)成，但也可以是復(fù)合材料，其中，全部或部分表面，例如表層，由適合粘合劑分子共價(jià)連接的材料形成。這種表層的厚度可以大范圍改變，并且?guī)桌迕椎膶幽軌蜃鳛檫B接表面的單層而被使用，諸如提供用于與粘合劑分子的乙烯基進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)的氫原子的有機(jī)單層。例如，通過(guò)用于表面改性的公知技術(shù)，可以用由烷氧基硅烷形成的中間單層來(lái)提供硅和玻璃表面。如果硅烷攜帶具有可分離氫原子的其他基團(tuán)，諸如氨基，那么單層會(huì)通過(guò)表面接枝分別促進(jìn)粘合劑分子或粘合層連接于基體表面。例如，合適的烷氧基硅烷是氨烷基三甲氧基硅烷或氨烷基三乙氧基硅烷。
[0091]然而，使用含有適于與所述基體的表面反應(yīng)的官能團(tuán)的合適粘合劑分子，也可以不用預(yù)先改性基體表面來(lái)制備所述粘合層。
[0092]待改性基體的形狀沒(méi)有限制。改性區(qū)域可以是展開(kāi)的平面以及形狀化的表面，諸如球、管、瓶或帶孔板。鑒于能夠?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的聚合物改性的表面方便提供高密度和厚度的聚合物刷的事實(shí)，它們對(duì)改性具有與聚合物刷的厚度相比表面尺寸大的基體特別有用。通常，在基體上由粘合層和聚合物刷覆蓋的表面區(qū)域具有至少ΙΟΟμπι2的尺寸。然而，無(wú)疑也可以將粘合層和聚合物刷應(yīng)用于非常小的表面區(qū)域，例如納米顆粒。
[0093]鑒于根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性能夠提供優(yōu)異的生物相容性的事實(shí)，示例性基體包括用于醫(yī)療或診斷應(yīng)用的基體，諸如培養(yǎng)皿、細(xì)胞培養(yǎng)瓶、移液管、微載體或微量滴定板。它們也包括用于各種應(yīng)用的球體，尤其是微球體，諸如允許粘附細(xì)胞生長(zhǎng)的微載體或用作過(guò)濾材料的球體。然而，無(wú)疑該發(fā)明的應(yīng)用沒(méi)有限制在醫(yī)療或診斷的區(qū)域，而是進(jìn)一步包括工業(yè)應(yīng)用例如球體，特別是用含磷聚合物改性(將其復(fù)合至各種基質(zhì)以提供阻燃性能)的微球體。
[0094]如上所述，本發(fā)明的方法包括如下步驟:
[0095]a)在所述基體的至少一部分表面上制備粘合層，該粘合層共價(jià)地連接于所述基體上且攜帶多個(gè)被受電子基取代的乙烯基；
[0096]b)將粘合層與作為催化劑的稀土金屬絡(luò)合物接觸，并且使該絡(luò)合物中的稀土金屬與所述粘合層的被受電子基取代的全部或部分乙烯基配位；
[0097]c)將含有配位的稀土金屬絡(luò)合物催化劑的粘合層與含有被受電子基取代的乙烯基的乙稀基單體；和
[0098]d)進(jìn)行由配位的稀土金屬絡(luò)合物的稀土金屬介導(dǎo)的乙烯基單體的聚合以形成在其一末端處共價(jià)地連接于所述粘合層的聚合物鏈。
[0099]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述粘合層由步驟a)中包括如下步驟的方法制備:
[0100]al)在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙稀基；和
[0101 ] a2)通過(guò)在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合粘合劑分子來(lái)制備粘合層。
[0102]就粘合層的形成而言，通常將粘合劑分子首先提供于表面?；蛘邔⑺鼈円哉R的形式應(yīng)用于表面，尤其如果它們形成為液體或者以在合適溶劑中的溶液形式。將會(huì)理解的是，這種溶劑不應(yīng)妨礙表面接枝和聚合反應(yīng)。通過(guò)傳統(tǒng)的施加和/或涂布方法，能夠?qū)崿F(xiàn)將粘合劑分子或其溶液應(yīng)用于表面，包括將基體浸潰于粘合劑分子或其溶液中；用刷子、通過(guò)噴霧或通過(guò)噴墨或其他的印刷方法來(lái)應(yīng)用。
[0103]在將粘合劑分子提供于表面后，它們共價(jià)地連接于表面。
[0104]根據(jù)使用各攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙烯基的粘合劑分子的優(yōu)選實(shí)施方式，進(jìn)行了表面接枝和聚合反應(yīng)來(lái)形成粘合層，并且將其連接于所述表面。如上所述，表面接枝反應(yīng)發(fā)生在包含于粘合劑分子中的乙烯基和基體表面之間以在表面和粘合劑分子之間形成共價(jià)鍵。不限于理論，一般認(rèn)為粘合劑分子中的乙烯基在激活后形成活性類(lèi)物質(zhì)從而能夠從基體的表面去除氫原子，即，可以將乙烯基看作是敏化劑通過(guò)氫去除來(lái)激活表面官能團(tuán)。作為氫去除的結(jié)果，自由基殘留在所述表面上，其能夠引起粘合劑分子的自由基面引發(fā)的聚合。由于粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)反應(yīng)性乙烯基，粘合劑分子的聚合能夠伴隨分支聚合物鏈的形成和/或由粘合劑分子形成的聚合物鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)。通常，根據(jù)該實(shí)施方式的粘合層包含分支聚合物鏈。通過(guò)提高乙烯基的數(shù)量，例如，通過(guò)使用帶有多于兩個(gè)乙烯基的多官能粘合劑分子，能夠促進(jìn)交聯(lián)的形成。因此，當(dāng)以分支聚合物和/或交聯(lián)聚合物形式，優(yōu)選以分支聚合物或分支和交聯(lián)聚合物的形式聚合的粘合劑分子組合時(shí)，能夠在所述表面接枝和聚合反應(yīng)中形成粘合層，其連接于所述基體的表面。在該上下文中，術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)絡(luò)”用于描述在聚合物鏈之間由共價(jià)交聯(lián)而形成的結(jié)構(gòu)、支鏈的纏繞而形成的結(jié)構(gòu)以及結(jié)合共價(jià)交聯(lián)和支鏈的結(jié)構(gòu)。
[0105]優(yōu)選地，通過(guò)提供能量，例如，以UV輻射或熱能的形式，激活包含于粘合劑分子中的乙烯基，引發(fā)表面接枝和聚合反應(yīng)。使用UV輻射來(lái)激活是非常方便的。該反應(yīng)優(yōu)選在沒(méi)有任何起引發(fā)劑(例如典型的聚合起始劑)作用的物質(zhì)下引發(fā)。在該情況中，粘合劑分子的反應(yīng)能夠被稱(chēng)為自引發(fā)接枝和聚合，或者尤其在通過(guò)UV輻射來(lái)激活的情況中，被稱(chēng)為自引發(fā)光接枝和光聚合(SIPGP)反應(yīng)。
[0106]表面接枝和聚合反應(yīng)能夠在室溫或升高的溫度下進(jìn)行。優(yōu)選地，根據(jù)慣例，可以使用的粘合劑分子和任何溶劑應(yīng)當(dāng)被脫氣和干燥。尤其是在通過(guò)UV輻射來(lái)激活乙烯基的情況中，該反應(yīng)能夠在大約室溫，例如，在20至25°C下有利的進(jìn)行。優(yōu)選在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)提供激活能，例如，UV光輻照。關(guān)于UV光的波長(zhǎng)，使用波長(zhǎng)峰值λ_在300至380nm范圍內(nèi)、優(yōu)選350nm的UV光是有利的。反應(yīng)時(shí)間通常在I分鐘至I小時(shí)范圍內(nèi)，優(yōu)選在20至50分鐘范圍內(nèi)。在表面接枝和聚合反應(yīng)后，有利的是徹底清洗所獲得的粘合層以去除未反應(yīng)的粘合劑分子或沒(méi)有共價(jià)地結(jié)合至表面的聚合物。為了該目的，可以使用方便的技術(shù)，諸如用方便的溶劑和/純凈水來(lái)沖洗，可以選擇性結(jié)合超聲波使用。
[0107]在制備粘合層后，制備形成聚合物刷的聚合物鏈。通常，這通過(guò)上述乙烯基單體的聚合反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中所述鏈?zhǔn)怯稍谡澈蠈又兴峁┑囊蚁┗又Γ寻l(fā)現(xiàn)這種由聚合而得的“接枝”能夠在由稀土金屬絡(luò)合物催化劑介導(dǎo)的反應(yīng)中有利實(shí)施。該聚合反應(yīng)的類(lèi)型最可能通過(guò)基團(tuán)轉(zhuǎn)移機(jī)理來(lái)進(jìn)行，這里也稱(chēng)作“基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合”。在本發(fā)明的上下文中，聚合物鏈的形成優(yōu)選通過(guò)這種基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(GTP)來(lái)進(jìn)行，更具體地，通過(guò)面引發(fā)基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(SIGTP)來(lái)進(jìn)行，這是因?yàn)樵摼酆鲜怯膳湮挥谡澈蠈颖砻嫣幍南⊥两饘俳j(luò)合物引發(fā)。
[0108]在聚合反應(yīng)的初始步驟中，使攜帶多個(gè)各被受電子基取代的乙烯基的粘合層與作為催化劑的稀土金屬絡(luò)合物接觸。該催化劑絡(luò)合物能夠與被受電子基取代的乙烯基反應(yīng)。這導(dǎo)致稀土金屬絡(luò)合物配位至被受電子基取代的乙烯基上，尤其至受電子基上。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)稀土金屬配位至受電子基上時(shí)，稀土金屬絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)可以改變，這是因?yàn)槭茈娮踊ǔＨ〈⊥两饘俳j(luò)合物的另一配體。優(yōu)選地，在粘合層中攜帶受電子基的全部乙烯基都與稀土金屬絡(luò)合物反應(yīng)。
[0109]接下來(lái)，將含有乙烯基的單體添加至攜帶配位催化劑絡(luò)合物的粘合層，以允許聚合物鏈從粘合層生長(zhǎng)。不局限于理論，一般認(rèn)為聚合物鏈生長(zhǎng)是通過(guò)同時(shí)將添加的單體和粘合層中的受電子基(或由先前的聚合步驟形成的生長(zhǎng)鏈的末端)配位至絡(luò)合物催化劑，接著將配位的單體轉(zhuǎn)移至共價(jià)結(jié)合的鏈末端而發(fā)生。因此，或者在粘合層和單體之間，或者在生長(zhǎng)聚合物鏈單元衍生的單體和其他單體之間形成新鍵。
[0110]關(guān)于聚合機(jī)理和合適的聚合條件，以及優(yōu)選的催化劑絡(luò)合物及其制備的詳細(xì)內(nèi)容，參照 S.Salainger, U.B.Seemann, A.Plikhta, B.Rieger, Macromolecules2011, 44, 5920-5927 和 U.B.Seemann, J.E.Dengler, B.Rieger, Angew.Chem.1nt.Ed.2010, 49, 3489-3491 和U.B.Seemann, iiPolyvinylphosphonate und deren Copolymere durch Seltenerdmentallinitiierte Gruppen-Transfer-Polymerisat1n，，, Dissertat1n, Technische Universitat Miinchen, 2010。
[0111]例如，在其表面攜帶粘合層的基體能夠放置于包含絡(luò)合物催化劑的溶液中。優(yōu)選地，使用諸如甲苯的非極性溶劑。能夠方便使用的稀土金屬絡(luò)合物催化劑的濃度大于
0.25mg/ml,例如0.5至lmg/ml。該催化劑允許在某一時(shí)間段內(nèi)與粘合層配位,通常在30分鐘至2小時(shí)范圍內(nèi)。該配位能夠在室溫下方便實(shí)現(xiàn)，例如，在20至25°C范圍內(nèi)。然后，將單體添加至溶液中。依據(jù)所期望的聚合物刷的厚度，能夠確定合適的量。如果要制備共聚物鏈，可以添加不同單體的混合物，或者可以將聚合反應(yīng)分成次級(jí)階段，在次級(jí)階段中添加不同單體。聚合物鏈的生長(zhǎng)通常在室溫下、在幾分鐘內(nèi)迅速進(jìn)行。通常的反應(yīng)溫度也在20至25°C范圍內(nèi)。通常的反應(yīng)時(shí)間在I分鐘至30分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選I分鐘至10分鐘。AFM研究表明聚乙烯膦酸酯刷的層厚度隨聚合時(shí)間幾乎線性增加。
[0112]該反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在惰性氣體氛圍內(nèi)進(jìn)行。例如，可以通過(guò)添加諸如甲醇的質(zhì)子溶劑來(lái)終止。
[0113]稀土金屬絡(luò)合物催化劑優(yōu)選包含選自由釔、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿和镥所組成的組中的金屬的催化劑；尤其選自由鏑、欽、鉺、銩、鐿和镥所組成的組。
[0114]就絡(luò)合物結(jié)構(gòu)而言，已證明特別有用的絡(luò)合物是具有如下結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物:
[0115]


L1

\

RE—L3


Ιβ,
L(V)
[0116]在該式中，RE是稀土金屬，優(yōu)選選自由釔、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿和镥所組成的組中的金屬；尤其選自由鏑、欽、鉺、銩、鐿和镥所組成的組。
[0117]L1和L2獨(dú)立選自環(huán)戊二烯基、茚基和芴基，其可以被任意取代。該任意取代基可以選自鹵素或烷基，特別是甲基。此外，L1和L2可以通過(guò)二價(jià)烷基或甲硅烷部分橋聯(lián)。L1和L2基優(yōu)選為環(huán)戍_■稀基和卻基，尤其是環(huán)戍_■稀基。
[0118]L3選自齒素、燒基、任意取代的環(huán)戍_■稀基、任意取代的卻基或任意取代的荷基；酰胺配體、硫醇配體或陰離子甲硅烷配體。該任意取代基與上述L1和L2所定義的相同。L3優(yōu)選為甲基、乙基、環(huán)戊二烯基、S-t- 丁基配體或CH2-TMS配體，尤其是甲基或環(huán)戊二烯基。
[0119]示例性酰胺配體具有式-NR13R14,其中R13和R14獨(dú)立地選自氫、烷基或環(huán)烷基。示例性硫醇配體具有式-SR15，其中R15選自氫、烷基或環(huán)烷基，以及示例性陰離子甲硅烷配體是-CH2TMS,其中TMS代表三甲基甲硅烷基。在這些配體中由破折號(hào)表示的自由價(jià)表示將代表性配體L3連接至稀土金屬的配位鍵。
[0120]因此，已發(fā)現(xiàn)特別有用的絡(luò)合物催化劑是Cp2TmMe、Cp3Tm, Cp2YbMe, Cp3Yb, Cp2LuMe和Cp3Lu。應(yīng)當(dāng)理解的是，“Cp”是指環(huán)戊二烯基配體，以及“Me”是指甲基配體。
[0121]在聚合反應(yīng)成功完成后，可以進(jìn)一步改性聚合物鏈。例如，能夠使通過(guò)(甲基)丙烯酸酯或乙烯基膦酸酯的聚合而提供于聚合物鏈中的酯基進(jìn)行酯交換反應(yīng)。類(lèi)似地，這種酯能夠依據(jù)周?chē)橘|(zhì)的PH水解產(chǎn)生相應(yīng)的游離酸或其鹽。關(guān)于膦酸酯水解的合適條件，可以參照 S.Salainger, U.B.Seemann, A.Plikhta, B.Rieger, Macromolecules2011, 44, 5920-5927。
[0122]依據(jù)基體的類(lèi)型和形成于其上的聚合物刷的性質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體能夠用于各種應(yīng)用。該改性能夠用于賦予基體表面特殊的物理性能或用于為進(jìn)一步連接材料或分子提供合適的表面。
[0123]例如，在聚合物刷中含有磷原子的聚合物改性(例如，通過(guò)上述式(IVb)的乙烯基化合物的聚合或共聚合的基體)的基體在要求阻燃性能的應(yīng)用中也是有利。例如，能夠?qū)⒄澈蠈雍途酆衔锼⒂糜谫x予各種表面以阻燃性。根據(jù)本發(fā)明的基體也能夠以添加物的形式與所期望的阻燃性的材料混合來(lái)使用。
[0124]攜帶含有酸基(諸如膦酸或(甲基)丙烯酸基或它們的鹽)的聚合物刷的聚合物改性的基體可以進(jìn)一步用于其中要求質(zhì)子傳導(dǎo)率的應(yīng)用中，例如，分別作為燃料電池膜或在燃料電池膜上應(yīng)用。
[0125]此外，聚合物改性的基體，尤其在聚合物刷中含有磷原子的基體，例如，通過(guò)上述式(IVb)的乙烯基化合物的聚合或共聚合的基體，在其中要求生物相容性和/或防污性能的應(yīng)用中是特別有利。因此，根據(jù)本發(fā)明的改性的基體能夠在其中找到應(yīng)用或作為設(shè)備用于生物應(yīng)用，諸如醫(yī)療或診斷應(yīng)用。基體的實(shí)例包括不同的瓶或容器，諸如培養(yǎng)皿、細(xì)胞培養(yǎng)瓶、移液管、微載體、帶孔板(例如，微量滴定板)和蓋片。進(jìn)一步可能的應(yīng)用包括球體，尤其是作為用作過(guò)濾材料的改性基體的微球體，例如，由玻璃料支持或填充至套筒中。例如，能夠?qū)⒕酆衔锔男杂糜诳刂撇《?、蛋白、肽、DNA和/或細(xì)胞的粘附。因此，本發(fā)明還包括將聚合物改性的基體用作粘附生物材料，諸如病毒、蛋白、蛋白、肽、DNA和/或細(xì)胞(諸如胚胎和成人干細(xì)胞、多能細(xì)胞和其他細(xì)胞類(lèi)型，諸如間充質(zhì)細(xì)胞)的基體，例如，上下文中的檢測(cè)方法，諸如ELISA或PCR。
[0126]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該發(fā)明還包括一種細(xì)胞膨脹(expans1n of cell)的方法，包括將細(xì)胞與根據(jù)本發(fā)明的聚合物改性的基體接觸的步驟，特別是在聚合物刷中含有磷原子的聚合物改性的基體，例如，通過(guò)上述式(IVb)的乙烯基化合物的聚合或共聚合的基體。由于它們優(yōu)異的生物相容性，改性的基體能夠用于提供，例如，細(xì)胞培養(yǎng)瓶或微載體的表面。這種方法能夠應(yīng)用于細(xì)胞，例如，胚胎和成人干細(xì)胞、多能細(xì)胞和其他細(xì)胞類(lèi)型，諸如間充質(zhì)細(xì)胞。
[0127]進(jìn)一步有趣的應(yīng)用源自如下事實(shí):根據(jù)本發(fā)明能夠提供用熱響應(yīng)聚合物刷改性的基體。這些基體也對(duì)各種生物和醫(yī)療應(yīng)用是有用的，例如，作為病毒、蛋白、肽和/或細(xì)胞的粘附介質(zhì)。因此，可以證明聚合物刷能夠提供所定義的親水或疏水性能。就含有聚合酯基，諸如聚合乙烯基膦酸酯和/或(甲基)丙烯酸酯的聚合物刷而言，這些性能能夠由懸掛于聚合物鏈的基團(tuán)(形式上的酯化醇基)的性質(zhì)控制。例如，烷基鏈的長(zhǎng)度對(duì)由聚合乙烯基膦酸酯形成的均聚物刷的親水/疏水特征的影響能夠通過(guò)接觸角測(cè)量來(lái)表示。聚合的親水二甲基乙烯基膦酸酯(DMVP)引起17°的穩(wěn)定水接觸角(CA)(在室溫下，即，20°C )，而疏水二丙基乙烯基膦酸酯(DPVP)具有76°的CA值。已發(fā)現(xiàn)聚合物鏈，尤其是那些能夠看作具有兩性的聚合物鏈的親水/疏水性能會(huì)依據(jù)周?chē)橘|(zhì)的溫度而改變。這些聚合物鏈具有熱響應(yīng)或熱切換性能。例如，發(fā)現(xiàn)用聚合的二乙基乙烯基膦酸酯(DEVP)改性的基體在室溫下具有44°的穩(wěn)定水CA。然而，當(dāng)溫度升至50°C時(shí)，CA由22°升至66°。還發(fā)現(xiàn)該熱切換是完全可逆的。然而，對(duì)由其他單體形成的聚合物刷也能夠?qū)崿F(xiàn)相似的性能，諸如N-烷基取代的丙烯酰胺(例如，N- 二乙基丙烯酰胺或N-丙基丙烯酰胺)。
[0128]例如，可以開(kāi)發(fā)生物相容性和熱響應(yīng)或熱切換性能來(lái)用于在常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)條件下控制細(xì)胞連接和脫落。聚合物鏈的疏水性能允許細(xì)胞的粘附，然而，聚合物鏈的親水性能允許細(xì)胞的脫落，從而避免使用常規(guī)使用的浸入性脫落方法，諸如酶或刮刀。通過(guò)降低溫度來(lái)釋放細(xì)胞在其中保留諸如上述細(xì)胞的粘附和膨脹的生物性能的應(yīng)用中是有利的。
[0129]在智能聚合物的形成或在分離化學(xué)，例如，用于凝膠滲透色譜的基體中，能夠發(fā)現(xiàn)帶有熱響應(yīng)性能的聚合物改性的基體的其他有趣的應(yīng)用。
實(shí)施例
[0130]材料
[0131]娃片(100)購(gòu)自瓦克公司(Wacker AG)。聚苯乙烯微球體購(gòu)自索羅希爾工程公司(SoloHill Engineering, Inc.)。全部化學(xué)藥品購(gòu)自西格瑪奧德里奇(Sigma-Aldrich(斯坦海姆，德國(guó)))或阿可羅斯(Acros(赫爾，比利時(shí)))并且直接使用，除非另行說(shuō)明。使用MBraun SPS-800溶劑純化系統(tǒng)來(lái)干燥甲苯。根據(jù)文獻(xiàn)記載的方法((I).Leute，M.1n Polymers with Phosphorus Funct1nalities,PhD Thesis,University ofUlmj Ulmj 2007 ； (2).Birmingham, J.M.；Wilkinson, G.J.Am.Chem.Soc.1956，78，42-44.)，制備了雙(環(huán)戊二烯基)甲基鐿(Cp2YbMe)、二乙基乙烯基膦酸酯(DEVP)和二正丙基乙烯基膦酸酯(DPVP)。二甲基乙烯基膦酸酯(DMVP)購(gòu)自阿法埃莎(Alpha Aesar) 0在聚合之前，將單體和3-(三甲氧基硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯(TMSPM)用氫化鈣干燥并蒸餾。
[0132]魅
[0133]紅外光譜(IR):使用安裝有由SpectraTech公司的漫反射傅里葉變換紅外線裝置和碲鎘汞(MCT)探測(cè)器的IFS55Bruker儀器來(lái)進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。對(duì)于各光譜，以^nT1的光譜分辨率累積500次掃描。在僅氧化硅基體上記錄了背景光譜。
[0134]原子力顯微技術(shù)(AFM)掃描:其由來(lái)自Veeco儀器公司(曼海姆，德國(guó))的Nanoscope IIIa掃描探針顯微鏡獲得。該顯微鏡以使用帶有如下參數(shù)的Si懸臂的輕敲模式操作:317kHz的共振頻率，在0.5Hz掃描率下的1.35V的驅(qū)動(dòng)幅值。
[0135]水接觸角:其用全自動(dòng)Kriiss DSA10Mk2接觸角測(cè)角器測(cè)量。在Kriiss Drop ShapeAnalysis v3軟件包的輔助下獲得了數(shù)據(jù)。
[0136]低臨界溶液溫度(LCST)
[0137]由來(lái)自Varian的Cary3UV_viS分光光度計(jì)實(shí)施了濁度測(cè)量。通過(guò)分光光度測(cè)量聚合物水溶液(1.0wt% )在λ = 500nm處的透射率的變化來(lái)測(cè)定濁點(diǎn)。保持5分鐘的恒溫以確認(rèn)平衡后，以1.0K HiirT1的速率進(jìn)行了加熱/冷卻。測(cè)量濁點(diǎn)的給定值來(lái)作為對(duì)應(yīng)光學(xué)透射率降低10%的溫度。
[0138]僉成
[0139]在氫封端的硅基體上的聚(二烷基乙烯基膦酸酯)刷
[0140]氫封端的硅基體
[0141]用食人魚(yú)溶液(Piranhasolut1n, H2O2 (35wt.% ) /H2SO4 = 1/3)初次清洗娃基體
(100)。然后，將硅基體放置于裝有5wt.% HF水溶液的塑料瓶中5分鐘以去除氧化硅層。在由微孔水和乙醇徹底清洗后，將基體用微孔水和純乙醇徹底清洗。得到的表面表示在圖1中。
[0142]聚(乙二醇二甲基丙烯酸酯)(PEGDM)改性的硅基體
[0143]將氫封端的硅基體浸潰于裝有脫氣的大量乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDM)的玻璃瓶中用于UV聚合。以該方式，用具有在300和400nm之間(λ max = 350nm)的光譜分布進(jìn)行了乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDM)的自引發(fā)光接枝和光聚合(SIPGP)(參照J(rèn).Deng，W.Yang, B.Ranby, Macromol.Rapid Commun.2001, 22, 535-538 ;Μ.Steenackers, S.Q.Lud, Μ.Niedermeier, P.Bruno, D.M.Gruen, P.Feulner, M.Stutzmann, J.A.Garrido, R.Jordan, J.Am.Chem.Soc.2007, 129, 15655-15661 ；N.Zhang, M.Steenackers, R.Luxenhofer, R.Jordan,Macromolecules2009, 42，5345-5351)。允許該反應(yīng)進(jìn)行30分鐘。發(fā)現(xiàn)有利于避免大量凝膠化的最大反應(yīng)時(shí)間是40分鐘。在UV輻照后，在甲苯、乙酸乙酯、乙醇和微孔水中用超聲波徹底清洗樣品以去除未反應(yīng)的單體和物理吸附的聚合物。通過(guò)該過(guò)程得到的粘合層表示在圖2中。
[0144]因此，可以形成帶有網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的聚合物層。在UV輻照30分鐘后，在一些帶有不同極性的溶劑中用超聲波充分清洗基體以確保只保留化學(xué)接枝的聚合物。
[0145]AFM測(cè)量表明在EGDM的SIPGP后形成了 29±6nm厚度的聚合物層(圖3a)。
[0146]由紅外(IR)光譜技術(shù)確認(rèn)了由PEGDM成功改性的硅基體(圖4)。位于1732CHT1和1164CHT1的強(qiáng)帶對(duì)應(yīng)于(C = 0)和(C-O)伸縮模式。位于1630CHT1的對(duì)應(yīng)(C = C)伸縮模式的弱帶表示在UV聚合后保留了甲基丙烯酸酯基部分，其允許粘合層進(jìn)一步官能化。
[0147]在APTMS單層上的PEGDM改性的基體
[0148]通過(guò)調(diào)整上述過(guò)程，PEGDM膜也能夠在硅或玻璃基體上形成，在該基體上應(yīng)用了3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)單層。通過(guò)在干丙酮中將APTMS (5wt.% )硅烷化2小時(shí)，在硅基體(100)(帶有薄氧化層)或載玻片上生長(zhǎng)APTMS的自組裝單層(SAM)。在硅烷化后，在乙酸乙酯、乙醇和微孔水中各超聲處理2分鐘以去除所述基體上的物理吸附的分子。
[0149]PEGDM改性的硅基體上的聚(二烷基乙烯基膦酸酯)聚合物和共聚物刷
[0150]方案:
[0151]在室溫下，將PEGDM改性的硅基體放置在含有Img Cp2YbMe的3mL甲苯溶液中I小時(shí)。然后，添加500當(dāng)量的二烷基乙烯基膦酸酯(DAVP)和/或甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體來(lái)進(jìn)行GTP。添加0.4mL的甲醇來(lái)停止反應(yīng)。在甲苯、乙醇和微孔水中各超聲處理2分鐘以去除單體、物理吸附聚合物和殘留物從而徹底清洗樣品。
[0152]在PEGDM改性的硅和玻璃基體上的聚(二烷基乙烯基膦酸酯)刷
[0153]在室溫下，將PEGDM改性的硅/玻璃基體放置在含有Img Cp2YbMe的3mL甲苯溶液中I小時(shí)。然后，添加500當(dāng)量(共聚單體的總量)的乙烯基膦酸酯共聚單體(二甲基乙烯基膦酸酯、二乙基乙烯基膦酸酯或二丙基乙烯基膦酸酯)來(lái)進(jìn)行基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(GTP)。添加0.4mL的甲醇來(lái)停止反應(yīng)。在甲苯、乙醇和微孔水中各超聲處理2分鐘以去除單體、物理吸附聚合物和殘留物從而徹底清洗樣品。所得到的聚合物改性的表面表示在圖2中。
[0154]在第二次聚合后，通過(guò)IR光譜技術(shù)再次確認(rèn)了在PEGDM上成功接枝的DEVP(圖4)。位于1630CHT1的對(duì)應(yīng)于(C = C)伸縮的帶完全消失，并且在1228CHT1處出現(xiàn)新的加強(qiáng)帶，其是聚(乙烯基膦酸酯)的(P = 0)伸縮模式的特征。
[0155]在不同的反應(yīng)時(shí)間后終止DEVP的SIGTP，并且在分別進(jìn)行1、2、3和4分鐘聚合后，由AFM揭示的所獲得的聚合物層的厚度分別由29 ± 6nm增至51 ± 11、73 ± 9、104 ± 11和146±12nm(圖3a_e)。此外，如圖3f所示，繪制了在外界條件下由AFM測(cè)量的聚合物刷層的厚度作為聚合時(shí)間函數(shù)的曲線。觀察到26.5nm/分鐘的幾乎恒定的增長(zhǎng)率。聚合物層的迅速而恒定的增長(zhǎng)率是因?yàn)镚TP的有效和活性特征。對(duì)于更長(zhǎng)的聚合時(shí)間(> 6min)，層厚度的增長(zhǎng)率降低。
[0156]性能
[0157]在室溫下，通過(guò)接觸角測(cè)量研究了烷基鏈的長(zhǎng)度對(duì)聚合物層的親水/疏水特征的影響。親水DMVP獲得17°的穩(wěn)定水接觸角(CA)，而疏水DPVP具有76°的CA值。發(fā)現(xiàn)PDEVP改性的基體在室溫下具有44°的穩(wěn)定水CA。然而，當(dāng)溫度升至50°C時(shí)，CA由22°升至66°。還發(fā)現(xiàn)該熱切換是完全可逆的。接觸角測(cè)量結(jié)果表示在圖5中。
[0158]微球體上的聚甲基丙烯酸甲酯刷的聚二烷基乙烯基膦酸酯
[0159]聚(乙二醇二甲基丙烯酸酯)(PEGDM)改性的微載體
[0160]將0.2g交聯(lián)的聚苯乙烯微載體分散于5mL的脫氣的大量乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDM)中用于UV聚合。UV光具有300和400nm之間(λ max = 350nm)的光譜分布。將該反應(yīng)進(jìn)行30分鐘。在UV輻照后，在甲苯、乙酸乙酯、乙醇和微孔水中用超聲波徹底清洗樣品以去除未反應(yīng)的單體和物理吸附的聚合物。
[0161]在PEGDM改性的微載體上的聚(二烷基乙烯基膦酸酯)刷或甲基甲基丙烯酸酯刷
[0162]在室溫下，將0.2g PEGDM改性的微載體放置在含有1mg Cp2YbMe的5mL甲苯溶液中I小時(shí)。然后，添加500當(dāng)量的DAVP或MMA單體來(lái)進(jìn)行GTP。添加0.4mL的甲醇來(lái)停止反應(yīng)。在甲苯、乙醇和微孔水中各超聲處理2分鐘以去除單體、物理吸附聚合物和殘留物從而徹底清洗微載體。
[0163]氫封端的硅基體上的聚(甲基丙烯酸甲酯)刷
[0164]相應(yīng)地，可以在PEGDM改性的硅基體上合成聚(甲基丙烯酸甲酯)刷。在室溫下，能夠在幾分鐘之內(nèi)制備均一且厚的PMMA刷(?300nm)。通過(guò)IR確認(rèn)了成功合成于PEGDM膜上的PMMA刷。如圖4所示，在第二次接枝聚合后，在1485-1449CHT1處出現(xiàn)的新帶對(duì)應(yīng)PMMA的典型CH3-O伸縮模式。
[0165]在TMSPM改性的硅基體上的聚(二乙基乙烯基膦酸酯)或聚甲基丙烯酸甲酯刷
[0166]3-(三甲氧基硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯(TMSPM)單層
[0167]通過(guò)在干丙酮中將TMSPM(5wt.% )硅烷化2小時(shí)，在硅基體(100)(帶有薄氧化層)上生長(zhǎng)TMSPM的自組裝單層(SAM)。在硅烷化后，在乙酸乙酯、乙醇和微孔水中各超聲波處理2分鐘來(lái)洗滌基體上的物理吸附的分子。得到的單層表示在圖6中。
[0168]聚合物刷的形成
[0169]在室溫下，將TMSPM改性的硅基體放置在含有Img Cp2YbMe的3mL甲苯溶液中I小時(shí)。然后，添加500當(dāng)量的DAVP或MMA單體來(lái)進(jìn)行基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(GTP)。添加0.4mL的甲醇來(lái)停止反應(yīng)。在甲苯、乙醇和微孔水中各超聲處理2分鐘以去除單體、物理吸附聚合物和殘留物，從而徹底清洗該樣品。得到的聚合物刷簡(jiǎn)要示于圖7中。
[0170]對(duì)所獲得的表面進(jìn)行的AFM測(cè)量顯示出，形成于所述基體上的小點(diǎn)表明由聚合物覆蓋的基體覆蓋率低于PEGDM粘合層的情況的覆蓋率。該低覆蓋率可能是由TMPMS的密堆積的SAM以及大量的Cp2YbMe引起，兩者都限制甲基丙烯酸酯接近催化劑的能力。
[0171]圖1表示氫封端的硅基體的形成。
[0172]圖2表示在硅片上共價(jià)固定PEGDM網(wǎng)絡(luò)以及之后的基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合(GTP) 二烷基乙烯基膦酸酯以形成聚合物刷。
[0173]圖3表示硅片上的PEGDM膜和在DEVP的SIGTP后的聚合物刷的AFM3D圖像:(a)EGDM進(jìn)行SIPGP30分鐘給予29±6nm厚度的PEGDM膜；(b)-(e)在上述PEGDM膜上進(jìn)行1、
2、3和4分鐘DEVP的GTP分別形成51 ± 11、73±9、104± 11和146±12nm厚的聚合物層；(f)作為GTP時(shí)間函數(shù)的聚合物層的厚度。
[0174]圖4 表示硅片上 PEGDM、P (EGDM-g-DEVP)和 P (EGDM-g-MMA)刷的 IR 光譜。
[0175]圖5表示聚(二烷基乙烯基膦酸酯)(PDAVP)的分子結(jié)構(gòu)(d)和關(guān)于在不同溫度下硅基體上不同PDAVP涂層的穩(wěn)定水接觸角(CA) ； (a-c)是在25°C下PDMVP、PDEVP和PDPVP刷的CA ； (e)在50°C下PDEVP刷的CA。
[0176]圖6表示3_(三甲氧硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯(TMSPM)作為粘合層而形成的SAM。
[0177]圖7表示在圖6的粘合層上形成聚乙烯基膦酸酯鏈。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備聚合物改性的基體的方法，所述方法包括如下步驟: a)在所述基體的至少一部分表面上制備粘合層，所述粘合層共價(jià)地連接于所述基體且攜帶多個(gè)被受電子基取代的乙烯基； b)將所述粘合層與作為催化劑的稀土金屬絡(luò)合物接觸，并且使所述稀土金屬絡(luò)合物與所述粘合層的被受電子基取代的乙烯基配位； c)將包含配位的稀土金屬絡(luò)合物催化劑的粘合層與含有被受電子基取代的乙烯基的乙烯基單體接觸；以及 d)進(jìn)行由配位的稀土金屬絡(luò)合物的稀土金屬介導(dǎo)的乙烯基單體的聚合，以形成在其一端處共價(jià)地連接于所述粘合層的聚合物鏈。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟a)包括如下步驟: al)在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)各被受電子基取代的乙稀基；和 a2)通過(guò)在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合粘合劑分子來(lái)制備所述粘合層。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述稀土金屬絡(luò)合物催化劑包含選自由宇乙、禮、鋪、摘、欽、輯、錢(qián)、鏡和錯(cuò)所組成的組中的金屬。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述稀土金屬絡(luò)合物催化劑包含由至少兩個(gè)環(huán)戊二烯基配體配位的稀土金屬原子的三價(jià)稀土金屬絡(luò)合物。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述粘合層是使用粘合劑分子來(lái)制備的，所述粘合劑分子攜帶兩個(gè)作為被受電子基取代的乙烯基的(甲基)丙烯酸酯基。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述粘合劑分子是烷二醇二甲基丙烯酸酯。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述聚合物鏈包括選自由乙烯基膦酸酯單元、乙烯基膦酸單元、(甲基)丙烯酸酯單元、(甲基)丙烯酸單元及其組合所組成的組中的聚合單元。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述聚合物鏈包括選自由乙烯基膦酸酯單元、乙烯基膦酸單元及其組合所組成的組中的聚合單元。
9.一種聚合物改性的基體，其由權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法獲得，所述聚合物改性的基體包括: (a)基體； (b)粘合層，其共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面；和 (c)由多個(gè)聚合物鏈形成的聚合物刷，各聚合物鏈在其一端處共價(jià)地連接于所述粘合層。
10.如權(quán)利要求9所述的聚合物改性的基體，其中，所述粘合層可以通過(guò)如下步驟來(lái)獲得，即在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)被受電子基取代的乙烯基，以及在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合所述粘合劑分子以形成所述粘合層。
11.如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的聚合物改性的基體賦予阻燃性、防污性或生物相容性的用途。
12.如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的聚合物改性的基體作為基體用于粘附細(xì)胞、組織和/或蛋白的用途。
13.一種用于膨脹細(xì)胞的方法，包括將所述細(xì)胞與如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的聚合物改性的基體接觸的步驟。
14.如權(quán)利要求12所述的用途或如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述細(xì)胞選自干細(xì)胞、多能細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞，所述干細(xì)胞包括胚胎和成人干細(xì)胞。
15.一種粘合層改性的基體，包括基體和粘合層，所述粘合層共價(jià)地連接于所述基體的表面且覆蓋至少一部分該表面，其中，所述粘合層可以通過(guò)如下步驟來(lái)獲得，即在所述基體的表面上提供粘合劑分子，各粘合劑分子攜帶至少兩個(gè)被受電子基取代的乙烯基，以及在所述基體的表面上進(jìn)行表面接枝和聚合所述粘合劑分子。
【文檔編號(hào)】B05D1/18GK104203431SQ201280066982
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】弗蘭克·多伊貝爾, 伯恩哈德·里格爾, 斯蒂芬·扎爾青格爾, 張寧 申請(qǐng)人:埃普塞斯有限責(zé)任兩合公司