刺激响应性PMOXA/PAA共混刷对蛋白质的可控吸附

摘要

控制蛋白质、细胞和细菌的表面吸附在生物技术或生物医学材料等方面具有重要的意义。一方面,这些材料需要抑制蛋白质在其表面的吸附,同时提高它们的生物相容性。另一方面,蛋白质在材料表面的吸附对于细胞和组织在材料表面的增殖以及蛋白质的富集和分离是至关重要的。而将两个不相容的聚合物接枝到同一个基底上形成二元聚合物刷就可以很好地解决蛋白质可控吸附的问题。
　　本工作利用一种新的方法来解决蛋白质可控吸附问题,即以聚(2-甲基-2-噁唑啉)(PMOXA)作为抗蛋白质吸附部分、聚丙烯酸(PAA)作为刺激响应性部分,制备了基于PMOXA/PAA的二元混合刷涂层。具体工作如下:
　　(1)分别通过2-甲基-2-噁唑啉(MOXA)的阳离子开环聚合(CROP)和丙烯酸(AA)的可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合,合成了聚(2-甲基-2-噁唑啉-r-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(PMOXA-r-GMA)刷状共聚物和聚丙烯酸-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PAA-b-PGMA)嵌段共聚物,并且对聚合物进行了详细的表征。然后,将PMOXA-r-GMA和PAA-b-PGMA的混合溶液旋涂至硅片和玻璃片表面,再经过110℃热交联得到基于PMOXA/PAA的二元混合刷涂层。研究结果表明,通过简单调整混合溶液中PMOXA-r-GMA和PAA-b-PGMA的比例就可以到具有特定表面组成的涂层。荧光素异硫氰基标记的牛血清白蛋白(FITC-BSA)吸附实验以及石英晶体微天平与耗散监测(QCM-D)实验表明,通过调整涂层中PMOXA-r-GMA和PAA-b-PGMA的组成以及环境pH值和离子强度(I),可以控制涂层对BSA由低到高的吸附量和脱附率(脱附率＞90％)。同时,基于PMOXA/PAA的涂层对BSA吸附和脱附循环具有良好重复性。
　　(2)合成了PMOXA-r-GMA梳状共聚物以及PAA分子量不同的PAA-b-PGMA嵌段共聚物,并通过热交联法制备了基于PMOXA/PAA的涂层。通过静态接触角(WCA)和椭偏仪研究了涂层的厚度和WCA随环境pH值和I的变化,结果表明,当PAA含量以及PAA链长增加时,基于PMOXA/PAA混合刷的涂层厚度和WCA会随之增加。最后,利用QCM-D对溶菌酶(Lyso)的吸附/脱附进行了实时研究。结果表明,当PAA含量和链长增加时Lyso吸附量会提高。当PAA的理论链长较PMOXA的长时,通过调整PMOXA-r-GMA和PAA-b-PGMA共混溶液的组成,得到的涂层可以实现Lyso的可逆吸附,脱附率＞90％(PMOXA-r-GMA/PAA-b-PGMA为90/10)。此外,制备的涂层对Lyso可重复进行四次连续的吸附/脱附过程,表明所制备的涂层具有良好的稳定性。

目录

声明

摘要

ABSTRACT

CONTENTS

CHAPTER 1 INTRODUCTION AND BACKGROITND

1．1 Polymer Brushes

1．2 Binary Polymer Brushes

1．3．1 Oppositely Charged Binary Polymer Brushes

1．3．2 PE／Hydrophobic Binary Polymer Brushes

1．3．3 PE／Hydrophilic Binary Polymer Brushes

1．4 Poly(2-oxazoline)s(POXs)

1．4．2 Cationic Ring-Opening Polymerization(CROP)

1．4．3 CROP of Oxazolines

1．4．4 Advantages of POXs

1．5 Surface Modification

1．5．1 Pattering via “Grafting from” Method

1．5．2 Pattering via “Grafting onto／to’’ Method

1．6 Objeetive of This Thesis

References

CHAPTER 2 CHARACTERIZATION OF BIOMATERIAL SURFACES

2．1．1 Surface Element Composition Determined Using XPS

2．1．2 Surface Mass Percentage Calculation Using XPS

2．2 Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring(QCM-D)

2．2．1 Working Principle of QCM-D

2．2．2 Sauerbrey Model and Interpretation of Dissipation

References

CHAPTER 3 CONTROLLED PROTEIN ADSORPTION ON PMOXA／PAA BASED CoATINGS BY THERMAL INDUCED IMMOBILIZATION

3．1 Introduction

3．2．1 Materials

3．2．2 Synthesis of PMOXA-r-GMA

3．2．3 Synthesis of PAA-b-PGMA

3．2．4 General Proeedure for Surface Modification

3．3 Characterizations

3．3．1 Nuclear Magnetic Resonance(NMR)

3．3．2 Gel Permeation Chromatography(GPC)

3．3．3 Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FT-IR)

3．3．5 Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer(VASE)

3．3．6 Atomic Force Microscopy(AFM)

3．4．1 Hydrophilicity

3．4．2 Thickness

3．4．3 FITC-BSAAdsorption Assay

3．4．4 QCM-D Studies

3．5 Results and Discussion

3．5．1 Synthesis of Polymers

3．5．2 Characterization of Polymer Modified Surfaces

3．5．3 Switchable Properties

3．6 Conclusion

References

CHAPTER 4 REVERSIBLE PROTEIN ADSORPTION ON PMOXA／PAA BASED COATINGS：ROLE OF PAA

4．1 Introduction

4．2 Experimental

4．2．1 Materials

4．2．2 Synthesis of PMOXA-r-GMA

4．2．3 Synthesis of PAA-b-PGMA

4．2．4 Surface Modification Procedure

4．3 Characterizations

4．3．1 Nuclear Magnetic Resonance(NMR)

4．3．2 Gel Permeation Chromatography(GPC)

4．3．3 X-ray Photoelectron Spectrometer(XPS)

4．3．4 Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer(VASE)

4．3．5 Atomic Force Microscopy(AFM)

4．4 Switchable Properties

4．4．1 Hydrophilicity

4．4．2 Thickness

4．4．3 Protein Adsorption Test

4．5 Results and discussion

4．5．1 Synthesis of Polymers

4．5．2 Surface Modification

4．5．3 The Switchable Behaviour of Brushes

4．5．4 Protein Adsorption Studies

4．6 Conclusions

References

CHAPTER 5 OVERALL CONCLUSl0N AND FUTURE WORK

5．1 Overall Conclusion

5．2 Future Work

ACKNOWLEDGEMENTS

List of published／accepted articles