[发明专利]具有抗蛋白粘附和抗菌功能的高分子材料的表面处理方法

说明书

为了解决高分子材料表面吸附蛋白质或者细菌等其他杂质导致材料原功能丧失或者引起其他不良反应，本发明通过改性高分子材料表面化学结构，使其具有抗蛋白黏附和抗菌功能。该技术应用的产品是一切需要具备抗蛋白黏附和抗菌功能的高分子材料。具有抗蛋白粘附和抗菌功能的高分子材料的表面处理方法，包括：步骤一，以表面含有环氧乙烷基团的基底高分子材料作为载体，加入含巯基小分子进行反应，引入巯基；步骤二，将步骤一中的巯基与两性离子单体发生自由基聚合反应，从而两性离子单体接枝于基底高分子材料。

技术领域

本发明涉及表面改性技术领域。更具体地说，涉及一种具有抗蛋白粘附和抗菌功能的高分子材料及表面处理方法。

背景技术

生物污染是非特异性的生物分子(蛋白质、细胞、细菌以及其他微生物)在材料表面或者界面上的黏附。而蛋白质在材料表面黏附引发的问题更为严重，因为其会引起细胞、细菌以及其他微生物的沉积，从而在材料表面上形成生物活化膜，诱发严重的生物污染。生物污染的存在会引起对生物医药、食品包装及储存、纺织品、污水净化处理以及海洋运输等基于表面功能的材料的寿命减少和效率下降等问题。

蛋白质广泛存在于生物体中，是构成生物体的主要物质，机体中每一个细胞和重要的组成部分都有蛋白质的参与。对于生物医药植入材料而言，降低植入材料表面对蛋白质吸附具有重要的意义。

一般来说，材料表面同蛋白质的相互作用主要是由于亲疏水性的差异造成的。蛋白质是亲水的，但其亲水性也只是介于水和材料表面之间，当向蛋白质水溶液加入植入材料时，水溶液中的蛋白质具有向材料表面亲和的趋势。此外，由于植入材料的疏水性质，表面的含水层与植入材料表面的作用很弱，当引入蛋白质时，相对亲水的蛋白质的存在便扰乱了植入材料表面水自身规则排列，造成了水分子排列趋于混乱，体系熵值增加。因此蛋白质在材料表面吸附便成为必然，并且植入材料表面的疏水性越高蛋白质吸附的趋势便越明显。聚合物表面与蛋白质的相互作用的第二个来源是基于电性作用，蛋白质多带负电，因此材料表面正电荷越强烈，蛋白质吸附越明显。

因此，减少材料表面对蛋白质等杂质的吸附，提高材料表面的亲水性是行之有效的方法。

目前，提高材料表面的亲水性，减少蛋白质吸附的策略有如下几种方法：

(1)在材料表面利用可反应官能团，接枝多糖类物质。由于多糖类化合物含有丰富羟基，因此可提高材料表面亲水性。但在材料表面接枝多糖类物质，需要有特定官能团(如氰基)的化合物作为材料基底组成物质，一般采用多异氰酸酯类物质，该物质具有一定毒性，用于生物材料容易引起毒性反应。

(2)在材料表面接枝聚乙二醇(PEG)亲水聚合物，由于聚乙二醇(PEG)聚合物含有丰富羟基，可提高材料表面亲水性。最广泛应用于表面改性的亲水物质聚乙二醇(PEG)，由于近年来研究发现，在氧气或其他氧化物的存在下，对聚乙二醇(PEG)具有氧化降解作用。此外，体内具有抗聚乙二醇抗体。这导致聚乙二醇在植入后，经链段降解而功能失效。

(3)利用超亲水两性离子聚合物在材料表面进行改性，由于两性离子聚合物与水溶液具有强静电作用和氢键作用，因此可提高材料表面亲水性。接枝两性离子的聚合物，接枝方法一般采用可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)和原子转移自由基聚合(ATRP)。该方法需要严格无水无氧的环境中，且可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)一般合成较低分子量聚合物，原子转移自由基聚合(ATRP)采用了金属离子和卤化物含有一定毒性，对于生物材料的使用具有一定限制。

(4)利用类肽聚合物在材料表面进行改性，提高材料表面亲水性。但类肽聚合物在体内容易被酶解。

发明内容

为了解决高分子材料表面吸附蛋白质或者细菌等其他杂质导致材料原功能丧失或者引起其他不良反应，本发明通过改性高分子材料表面化学结构，使其具有抗蛋白黏附和抗菌功能。

该技术应用的产品是一切需要具备抗蛋白黏附和抗菌功能的高分子材料。