[发明专利]在材料表面紫外表固化接枝两性离子凝胶涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在材料表面构筑仿生细胞外层膜两性离子凝胶层的制备方法。涂层材料可以提供用于金属，石材，陶瓷，玻璃和高分子材料等相关材料的抗生物粘附功能，适用于医用材料、生物化工、海洋防污等领域。

背景技术

生物粘附在材料表面的吸附是一种非常普遍的现象，已引起学术界和产业界的密切关注。生物粘附是一种界面行为，普遍存在于自然界和现实生活中。在很多应用中，从生物医用器件到船舶，抗生物粘附即防止非特异性的生物分子、微生物等在表面的附着都是一个很大的挑战。在很多情况下，不良生物吸附会引起很多不希望的结果。例如，生物传感器等生物医用材料上蛋白质非特异吸附造成的细胞吸附，增殖；人工材料造成的血栓或感染；生物制品分离纯化膜的生物垢阻塞；海洋船舶污损生物的附着，增大航行阻力等。因此，材料表面抗生物吸附的研究是医用材料、生物化工、海洋防污等领域的重要课题。

生物细胞膜的化学组成与结构，它具有双层结构，细胞外层膜的外层官能团是组成细胞膜的基本单元卵磷脂的亲水端基—-磷酰胆碱。磷酰胆碱是带甜菜碱型两性离子的基团，具有极强的结合水的能力，并且不会与体内的生物分子发生相互作用，对生物粘附呈惰性。科学家们设计和构建了各种两性离子聚合物修饰的仿生细胞膜的研究表明，两性离子材料如磷酸甜菜碱、磺酸甜菜碱和羧酸甜菜碱则能够通过静电诱导的水合作用更强地束缚水分子面形成亲水界面，在分子水平证明了表面紧密吸附的水分子是赋予材料抗生物粘附特性的主要原因，这一发现使理性设计抗生物粘附特性材料成为可能。

在仿细胞外层膜的应用上，人们成功地利用各种方法，将仿生细胞外层膜的两性离子应用到材料表面，其中包括自组装单层膜，表面活性聚合法ATRP或RAFT，表面接枝法，以及与聚合物共聚或共混法等等。但这些方法都有其缺点，比如需要对改性基材表面进行预处理，引入特定基团，且制备方法繁琐困难，需要有特定的设备仪器，表面功能基团不稳定或两性离子高亲水性而导致的共聚/共混基体粘结性能和物理机械性能下降等等不利因素，妨碍了其应用和发展。两性离子化合物在材料表面修饰和材料改性领域的制备技术和潜在应用还有待进一步地研究与开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过光固化技术，在材料表面构筑仿生两性离子凝胶层的制备方法。该方法结合有机-无机杂化技术，使其更容易对各种材料表面和界面(如金属，玻璃，陶瓷，高分子材料等等)进行修饰或改性，实现在材料表面或其固/液界面组装形成具有细胞外层膜结构薄层的仿生修饰及改性。

本发明的目的通过以下方式来完成：

在材料表面紫外固化接枝两性离子凝胶涂层的方法，包括如下步骤：

(1)可光固化有机-无机杂化过渡层的制备：在反应器中加入硅烷前驱体、溶剂和水，在0-100℃条件下，滴加酸性催化剂；然后在0-100℃陈化1-10000小时，在体系中，加入占可光固化有机-无机杂化过渡层原料总质量0.01-20％的光引发剂，即得有机-无机杂化过渡层溶液；以质量百分比计，原料中硅烷前驱物10-70％、水1-40％、溶剂10-80％和酸性催化剂0.001-5％；所述硅烷前驱体包括烯基烷氧基硅烷的一种或几种，所述的烯基烷氧基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷；

所述酸性催化剂为有机酸或无机酸或路易斯酸；

(2)可光固化的两性离子凝胶溶液的制备：利用普通溶解方法配置可光固化的两性离子凝胶溶液，以质量百分比计，所述两性离子凝胶溶液原料包括两性离子单体0.1-70％、多烯交联剂1-80％、水1-95％、溶剂2-80％和光引发剂0.001-20％；