[发明专利]新的含多膦酸端基的两性离子聚合物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种含多膦酸端基的两性离子聚合物。

背景技术

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不产生严重不良影响的材料。包括各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。其中无机类生物医用材料都以金属或金属氧化物为表面特征，并在人工假体、支架、手术器械等领域中广泛应用。为使无机类生物医用材料具备更好的生物相容性和抗细菌附着能力和表面润滑能力，对其表面进行改性是非常必要的。

随着人类生活水平的日益提高，骨与关节相关的各种疾病受到越来越多的关注。由于受损的关节缺少一种理想的修复方法，人工关节置换便成了一种必要的治疗方式，可以有效的重建关节功能。近半个世纪以来，生物医学工程技术不断进步，人工关节置换技术得到了快速发展，特别是人工关节材料的不断更新换代。作为一种应用于人体的重要生物材料，人工关节材料需要满足一系列要求，如高润滑性，良好的生物相容性，耐磨性，耐腐蚀性等，常用的有金属材料、陶瓷材料、有机高分子材料及它们的复合材料。钛的合金是一种常用的人工关节材料，包括镍钛记忆合金（NiTi alloy）和Ti‐6Al‐4V合金等。由于钛极易被氧化，这些合金表面通常会覆盖一层以二氧化钛为主的金属氧化物保护层阻止进一步氧化。不锈钢也是一种常见的矫形外科植入材料，它具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，容易加工。为了使钛合金和不锈钢表现出更优良的性能，更适用于人工关节的置换，人们针对于他们的表面改性进行了一系列的研究。此外，Fe₃O₄磁性纳米粒子在生物医学领域也有较多应用。它性能稳定，有较好的生物安全性。在其表面修饰包裹某些功能化的聚合物，除了可以提高生物相容性外，还可使其应用于其他领域如癌细胞的检测分离。

表面接枝一层具有抗蛋白质非特异性吸附能力的两性离子聚合物，被证明是一种非常有效的提高材料表面生物相容性的方法。在接枝过程中，主要应用的有两种方法，一种是“从表面接枝”，这种方法往往需要表面引发的原子转移自由基聚合反应（ATRP），条件苛刻，不易进行；另外一种是“接枝到表面”，即利用两种基团的粘附作用，使已得到的聚合物在材料表面形成自组装膜（self‐assembled monolayers,SAMs），自组装膜与基底以共价键结合，有序排列，可以达到较高的稳定性。而且过程简单，方便工业化实施，是一种较理想的表面改性方法。多巴胺（DOPA）是一种常用的用于形成自组装膜的中间连接体，研究证明它可以在多种无机材料和有机材料表面粘附。硅烷结构也常用于金属钛表面的改性。然而，基于多巴胺和硅烷结构的表面修饰层其稳定性较差，在体内环境中易降解。特别是该类材料的生物相容性较差，不便于在体内环境中直接使用。

研究证明，膦酸基团非常适用于金属钛及其合金表面的聚合物接枝改性。高场核磁（high‐field ¹⁷O MAS NMR）和X射线光电子能谱（X‐ray photoelectron spectroscopy,XPS）均已表明膦酸基团与二氧化钛之间可以形成较强的Ti‐O‐P键，使膦酸基团及其连接的功能化聚合物紧紧吸附在钛金属表面。同时，在体内环境下，此化学键可以稳定存在较长时间，给改性材料的长期应用提供了基础。阿仑膦酸（Alendronic acid,ALD）是一种含伯胺基团的二膦酸，其钠盐阿仑膦酸钠是抑制破骨细胞作用最强的药物之一。目前，已有研究表明膦酸基团可以与过渡金属氧化物（如二氧化钛）形成紧密地结合。由于两个膦酸基团的作用，阿仑膦酸可以稳定的结合在钛片表面，形成自组装膜。借助于其分子结构中的伯胺基团，阿仑膦酸还可以提供一个进一步接枝聚合物的平台，最终有效的对钛片表面进行改性。值得注意的是，膦酸基团不仅可以吸附在金属氧化物表面，还与其它有羟基基团或者羧基基团等的氧化物层有较强的作用。二膦酸的结构优于单个的膦酸基团，它甚至可以吸附在不锈钢、硅等的表面。这使阿仑膦酸成为一种非常有潜力的中间连接体。可以通过它将功能化的聚合物自组装固定在材料表面，实现对材料表面的改性。