[发明专利]一种结合层层组装技术和主客体相互作用构建生物活性表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用功能高分子材料领域，具体涉及一种结合层层组装技术和主客体相互作用在多种基材上构建生物活性表面的制备方法。

背景技术

生物活性表面是指将蛋白质、多肽、核酸、多糖等生物功能分子通过物理或化学方法固定在合成材料表面，进而赋予表面特定的生物活性功能（比如生物分子识别性能，杀菌性能，抗凝血性能，抗污性能等），这在诸多生物医用工程和生物技术领域有着广泛应用。因此，如何简单、高效、普适地对生物材料进行表面改性以构建生物活性表面具有重要意义。通常生物活性表面的构建是首先在材料表面形成一层基质，而后将生物功能分子固定或负载在基质中。聚合物由于其生物相容性好，具有多个活性位点，功能性强，易于表面改性等优点被广泛采用作为基质。通常采用的聚合物基质制备方法主要包括自组装，Langmuir-Blodgett膜，聚合物涂层，表面引发聚合，层层组装技术等。这其中，层层组装技术是一种基于静电相互作用将带有不同电荷的聚合物交替层层吸附在基材表面的改性方法。与其他方法相比，层层组装技术具有操作简单、聚合物膜参数方便控制，几乎可以适用于任何形状和物理性质的基材等多种优点。特别地，层层组装技术形成的聚合物膜具有三维结构，非常适合负载固定生物活性分子，通过简单地改变多层膜的厚度，便可以有效地控制固定生物分子的数量。

将生物分子固定在材料表面的常见方法是采用化学方法将生物分子通过共价键结合在基质上。虽然该方法结合力较强，但通常需要复杂的操作和采用有机溶剂等。近年来，采用基于弱相互作用的亲和固定受到广泛地关注。主客体相互作用是一种常见的超分子化学作用，事先将主体分子（或客体分子）进行生物分子后修饰，便可以通过主客体相互作用在温和的条件下简便地实现生物分子的固定。β-环糊精（β-CD）是一种常见的主体分子，其疏水性的空腔方便多种客体小分子的嵌入。β-CD本身具有多个方便活化的羟基，可以实现在一个分子上结合多个生物小分子配体，从而提高局部配体密度进而使得后修饰的β-CD具有更高的生物活性。此外，从化学角度出发，我们可以对β-CD进行后修饰得到具有不同功能的β-CD衍生物。应用主客体相互作用，可以通过简单地混合两种甚至多种生物分子后修饰的β-CD衍生物，实现赋予同一表面上双功能甚至多功能。

本发明选用层层组装常用的聚阴离子/聚阳离子对聚丙烯酸/聚丙烯胺（PAA/PAH）和典型的主客体对β-环糊精/金刚烷（β-CD/Ada）作为模型。首先通过简单的共聚合技术将Ada基团引入到聚阴离子PAA上得到共聚物P(AA-Ada)，而后利用层层组装技术在多种基材表面沉积P(AA-Ada)/PAH多层膜，最后通过主客体相互作用将修饰有生物活性分子的β-CD引入到聚电解质多层膜中得到具有对应功能的生物活性表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前生物活性表面制备方法所存在的反应过程复杂、基材有限、固定生物活性分子种类有限、功能单一的问题，提供一种操作简单、具有普适性的，可以固定多种生物活性分子，赋予表面多种生物功能的表面改性方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的一种构建具有对应生物功能的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）聚电解质多层膜改性表面的制备：

将氨基化的基材浸泡在丙烯酸单体与1-丙烯酸金刚烷甲醇酯单体的共聚物(P(AA-Ada))的溶液中一段时间，然后再浸泡在聚丙烯胺(PAH)溶液中一段时间，即在氨基化的基材表面得到一层P(AA-Ada)/PAH双分子层，重复浸泡若干次，即得到具有若干层P(AA-Ada)/PAH双分子层的聚电解质多层膜改性表面；

（2）聚电解质多层膜改性表面固定生物活性分子：

将所得的具有聚电解质多层膜改性表面置于含有修饰了生物活性分子的β-CD衍生物的溶液中进行反应，即得到固定有生物活性分子的聚电解质多层膜改性表面。

本发明提供的另一种构建具有对应生物功能的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）含有金刚烷基团的聚阴离子P(AA-Ada)的制备：

按一定的摩尔比将丙烯酸单体、1-丙烯酸金刚烷甲醇酯单体、链转移剂和引发剂加入到反应溶液中进行聚合反应，反应后采用沉降分离提纯的方法即得含有金刚烷基团的聚阴离子P(AA-Ada)；

（2）聚电解质多层膜改性表面的制备：