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《中国科学技术大学》 2011年
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抗蛋白吸附聚合物的合成与性质

马春风  
【摘要】:在本论文中,我们主要通过研究蛋白质在高分子材料表面的吸附过程以及蛋白质与材料表面的相互作用力,确定影响抗蛋白吸附的关键因素,并设计合成新型抗蛋白吸附材料。首先,我们合成了具有不同硬段含量和软段组成的聚氨酯,利用原子力显微镜(AFM)研究了该高分子材料在空气和液相环境中的表面结构,通过带有耗散的石英晶体微天平(QCM-D)和表面等离子体共振(SPR)研究了各种蛋白质在这些结构表面的吸附,探讨了微相分离和抗蛋白吸附的关系。然后,我们合成了含有温敏性软段的聚氨酯,改变温度可以实现水化到去水化的状态改变,通过QCM-D,SPR和拉曼光谱探讨了表面水化对于抗蛋白吸附的影响。最后,结合自由基聚合和缩合聚合,制备出具有两性离子侧链的聚氨酯,并通过QCM-D研究了该高分子材料的抗蛋白吸附性质。主要结果如下: 1.通过两步溶液法合成了基于聚乙二醇(PEG),聚丙二醇(PPG),聚二甲基硅氧烷(PDMS)的多嵌段聚氨酯(PUs)。通过改变PEG-PUs中的硬段含量来实现不同的微相分离结构,同时改变软段的组成实现都具有微相分离结构而表面性质不同。AFM观测表明具有不同硬段含量的PEG-PUs,在空气和溶液状态下都具有微相分离结构,并且随着硬段含量增加,微相分离的程度变大。对于改变了软段组成的PPG-PU和PDMS-PU,在空气和溶液中同样具有微相分离结构。利用QCM-D和SPR实时原位地研究了纤维蛋白原、牛血清白蛋白(BSA)、溶菌酶在这些表面上的吸附。这三种蛋白质的分子量,结构和等电点不同。结果表明,对于含有PEG的聚氨酯,即使具有不同的微相分离结构,对三种蛋白质都具有很好的阻抗性;而一旦软段组成由PEG转变成PPG,即便具有微相分离结构,也对蛋白质有大量吸附;甚至软段组成转变为低表面能的PDMS,同样有蛋白吸附发生。我们的结果证明微相分离结构并不是抗蛋白吸附的主要原因,抗蛋白吸附性质主要取决于材料本身的一级结构。 2.合成了基于PPG和聚四氢呋喃(PTMG)的聚氨酯,这两种大分子二元醇具有类似于PEG的结构,PPG多了一个甲基,PTMG多了两个亚甲基。结构上的差别造成其性质上的差别,PEG的LCST大于80°C,PPG的LCST根据分子量不同在15°C到42°C之间变化,而PTMG在0°C以上是不溶解的。超灵敏微量差示扫描量热仪(US-DSC)和拉曼光谱表明在我们的实验温度下(15°C到30°C),PEG一直是水化状态的,而PPG可以从水化到去水化转变。接触角(CA)数据表明基于PPG的聚氨酯在21°C附近有一相转变,基于PTMG的聚氨酯一直是疏水的。利用QCM-D和SPR实时检测了纤维蛋白原、BSA、溶菌酶在这些表面的吸附。结果表明对于基于PPG的聚氨酯表面,在低于LCST时具有较好的抗蛋白吸附,而一旦高于LCST就会有大量的蛋白吸附。对于基于PTMG的聚氨酯无论在低温和高温下均对三种蛋白质有吸附。以上结果很好的说明了抗蛋白吸附是有水化决定的。 3.除了合成基于PEG的抗蛋白吸附材料之外,我们还用自由基调聚反应合成了端羟基的PDEM (PDEM-(OH)2),然后通过缩聚反应合成了主链是聚氨酯,侧链是PDEM的两亲性聚氨酯,再利用侧链的PDEM开环1,3-PS,将具有抗蛋白吸附功能的两性离子聚合物引入到聚氨酯中。通过控制缩聚反应中的大分子扩链剂(PDEM-(OH)2)的配比可以实现不同侧链含量的调控。利用QCM-D研究了该高分子材料对纤维蛋白原,BSA和溶菌酶的吸附。结果表明,该材料的抗蛋白吸附性随着两性离子聚合物含量的增加而增加,当其含量达到一定程度时,该高分子材料具有很好的抗蛋白质吸附性能。
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