[发明专利]一种聚苯乙烯材料表面亲水改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯（PS）材料表面亲水改性的方法，特别是对超大孔PS微球表面亲水改性，利用该法可在超大孔PS微球表面（包括孔道内表面）聚合一层富含羟基的聚乙烯醇（PVA）水凝胶，进一步衍生后作为快速分离蛋白质等生物大分子的灌注色谱介质。属于高分子微球功能改性领域。 

背景技术

有机高分子材料在纺织、建筑、生物医药等领域具有广泛的应用，是科学技术和经济建设中的重要材料。有些领域在实际应用当中对材料的亲水性要求很高。在纺织行业，涤纶纤维由于材料表面的疏水性导致纺织品不能吸收人体的汗液,不利于做衣物。在生物技术研究中，疏水性会带来蛋白质等生物大分子的非特异性吸附，如抗体和抗原在96孔板的吸附会导致检测精度下降，蛋白在色谱介质上的非特异性吸附会导致样品失活和损失。在医药行业，泪液里蛋白、细菌等在隐形眼镜表面的吸附会造成镜面粗糙而刮伤眼角膜，导致眼睛干涩、角膜发炎；医用介入导管大多由疏水材料制造，在介入人体时对组织的摩擦力较大，易损伤尿道、血管壁等上皮组织，有疼痛或灼伤感，且容易吸附细菌引起并发炎症，需要通过改性使其亲水润滑性得到进一步提高；在给药系统中血液蛋白在药物载体上的吸附会导致其被免疫系统识别，降低给药系统效率，并引起潜在的毒性。疏水作用是疏水材料对蛋白非特异性吸附的最主要因素（Journal of colloid and interface Science,1989,132:176-187），增加材料的亲水性将会大大降低蛋白的吸附量。因此对疏水材料进行表面亲水改性是一种降低蛋白非特异性吸附的理想方法。 

PS材料具有优越的抗水防潮性、轻质、高硬度、高抗冲性、耐腐蚀、保温性能好等特性，可用于制备各种容器以及一次性饭盒。生化分析实验中很多实验器皿都是PS材料制备的（如微量滴定板），蛋白质的非特异性吸附会产生误导性结果^[2]。如果在PS材料表面覆盖一层亲水材料就可以有效降低这种非特异性吸附，保证分析精确度。高度交联的PS微球刚性大，机械强度高，能够在高压下操作而不被压缩，经过亲水改性后可以作为一种优良的生化分离介质（Langmuir,2008,24:13646-13652；J.Chromatogr.A.2009,1216:6511-6516），近年来在生化分离领域受到广泛关注。文献上PS常用的亲水改性方法包括两种：物理吸附亲水材料和化学偶联亲水材料。物理吸附通常是在材料表面吸附一层亲水/疏水两亲性聚合物，然后进行交联，吸附类型多属于Langmuir型。两亲性聚合物主要有聚乙烯醇，疏水改性多糖，聚氧乙烯－聚氧丙烯－聚氧乙烯嵌断共聚物等。物理吸附镀层后虽然材料表面的亲水性得到有效提高，抑制了蛋白的非特异性吸附。但是镀层容易脱落，限制了材料的重复利用次数，特别是作为色谱分离介质时影响很大。 

与物理吸附相比，化学偶联通过化学键接枝亲水性高分子，镀层稳定不易脱落，是比较理想的亲水改性方法。PS改性首先要通过Friedel—Crafts反应在PS的苯环上接上活泼基团（—CH₂Cl，—OH，—COOH，—COCH₂Cl,—NH₂等），然后再利用这些活泼基团进一步改性。Lee Yoon－Sik（U.S.Patent5,466,758(1995).）等人发明了一种制备具有β羟基聚苯乙烯（PS-PO）的简便方法，并在此基础上制备出接枝聚乙二醇（PEG）的PS微球。合成路线如 下： 

Holmberg等人研究了接枝分支型PEG和线型PEG的PS对降低人纤维蛋白原吸附能力的影响（Journal of biomedical materials research,1992,26:779～790）。结果表明，分支型和线型PEG（分子量在1500～20000）都能明显降低蛋白的吸附量，分支型PEG与线性PEG相比没有预想中明显优势。反应式如下： 

在PS表面接枝PEG虽然能有效降低蛋白质的非特异性吸附作用，但是接枝后每条PEG链只剩一个羟基，如果材料需要进一步衍生改性会受到限制。我们前期采用化学法在PS微球表面均匀接枝了一层聚乙烯醇分子链（一种表面亲水改性聚苯乙烯材料的方法及产品.国家发明专利,专利号Zl200710177704.6），使PS表面的亲水程度大大提高，对蛋白的非特异性吸附能力得到很大降低（7.72mg/g），并且每条PVA链上含有多个羟基。反应式如下：