异烯烃和二烯烃的官能化共聚物和它们作为增容剂的用途

摘要

本发明公开了异烯烃和共轭二烯烃的官能化共聚物、制备所述共聚物的方法、和它们作为增容剂的用途。在沿共聚物主链的C-C双键处将共聚物的二烯烃单体单元改性以包括含氧官能团如环氧化物、酯或醇。官能化共聚物将非亲水性表面的可湿性朝向亲水性聚合物改善，并使得能够形成亲水性聚合物的均质层。具体地，通过将共聚物作为两种不相容材料之间的界面层施用，促进了亲水性聚合物在非亲水性基板上铺展。在接枝之后产生的涂覆基板表现出对蛋白质吸附和细胞生长的抗性。该共聚物特别适合涂覆其中需要涂覆表面高度均匀性的生物医学装置。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及聚合物，具体地一种或多种异烯烃和一种或多种二 烯烃的共聚物的官能化。本发明还涉及这些官能化共聚物作为增容剂的用 途。

背景技术

在医疗器械（如导管、导管导引器（catheter inducer）、导丝等）中， 通常需要使用由润滑性的并且在使用过程中产生低摩擦系数的亲水性的 或某些其他聚合物制造的产物涂覆其各种塑料、橡胶或金属部件。然而， 与这类涂层的效用相关的问题之一是在临床用于体液如血液的过程中，它 们不能保持完整以及耐磨损。在血管成形术、胃肠病学和其他医学专业中 使用的导管，通常是由最经常地是相对疏水性的，并且没有固有的光滑性 或生物相容性的聚合材料制成。金属器械和组件，如通常需要光滑剂（slip  agent）和/或亲水性聚合物永久粘附性的导线，提出了另外的挑战。在任 何情况下，聚合物基板和金属基板通常需要一些表面改性以减少导管和它 们与其一起工作的其他器械如血管鞘之间的摩擦，并且还减少脉管系统或 其他解剖通道和导管本身之间的摩擦。几乎所有目前使用的导管具有施用 到它们上的某种形式的表面改性或涂层。涂层减少摩擦阻力、其耐用性、 以及其生物相容性的能力是有效涂覆表面的最重要的功能方面。

应当指出的是聚合物表面可以提供有通过某些聚合物与亲水性聚合 物如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚（环氧乙烯）（PEO）的组合（非交联的 和交联的）形成的亲水性涂层。

例如，授予ELTON的美国专利号5,077,352、5,160,790、5,179,174 和5,290,585各自公开了通过将异氰酸酯、多元醇、亲水性聚合物（如聚(环 氧乙烷)（PEO）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP））和载液的混合物施用至有待 涂覆的表面而形成的柔性的、光滑的有机涂层。去除载液并且混合物反应 从而形成与特别适合用作引入体内的医学器械上的保护性光滑涂层的 PVP或PEO复合的交联聚氨酯连接的光滑的、柔性的均质涂层。

已经证明与聚(环氧乙烷)（PEO）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）复合的 交联聚氨酯的用途是在许多有机基板上的有效的、光滑的和持久的涂层。 然而，当施用与PEO或PVP涂层复合的上述聚氨酯时，存在首先需要进 行表面处理/改性以提供有效的光滑的、持久的涂层的数个有机基板和许多 无机和有机金属基板（玻璃、陶瓷、金属、硅酮等）。

通常由在亲水性的PEO或者PVP聚合物的存在下，由异氰酸酯和选 自由聚胺、聚硫醇、和聚羧酸酯组成的组中的每个分子具有至少两个活性 氢的化合物、或在相同的分子上具有NH、NH₂、SH或COOH基团的化 合物反应得到的产物的固化来形成交联的聚脲/PEO或者PVP涂层。

聚合物如丁基橡胶是具有许多希望的性质（包括高弹性、对气体和水 的不可渗透性、阻尼特性、和化学稳定性）的商业弹性体。然而，由于通 过其大致90°的相对高的表面接触角证实的它的非极性特性，广泛地认识 到它具有与更极性的聚合物和材料较差的相容性。特别地，在涂覆过程期 间在聚合物表面上铺展更亲水性的材料不容易以均匀的方式实现。具有两 种不同性质（亲水性和疏水性）的两种不同材料之间的不相容性，在铸塑 （流延）涂层之后可以产生部分的或者完全的去润湿（脱湿）。因此，获 得的非均质层不适用于使用多种方法（如等离子体或者超热氢诱导交联 （HHIC）的）的物理接枝。产生的表面不适用于其中需要对表面和其均 匀性进行高度控制的高端应用（如生物医学）。

许多实例描述了亲水性聚合物（如PEO）涂覆的表面抵抗蛋白吸附 的用途。许多这些实例涉及官能化亲水性聚合物对表面的化学连接。这些 方法不能直接地施用至并非固有地具有反应性化学官能团的聚合物表面。 例如，丁基橡胶，其几乎全部由C-C、和C-H键组成，仅具有来自异戊二 烯单元的小百分比的C=C键。可以使用物理处理如等离子体或者电子束， 但是它们通常需要用亲水性聚合物（如PEO）涂覆表面。疏水性或非极性 或较低极性聚合物表面与亲水性或较高极性聚合物的不相容性，导致较差 的润湿性。因此，对于这些物理处理方法的使用而言，解决可湿性问题是 重要的。

已经描述了使用电子束辐射（即，从表面聚合）作为潜在地提高丁基 橡胶与其他聚合物相容性的方法，在丁基橡胶表面上接枝丙烯酸丁酯和甲 基丙烯酸甲酯。没有研究相容性特性以及基于它们的显微图像，它们沉积 在表面上的PMMA层似乎是不均匀的。

美国专利公开号2002/0028883 Al和2003/0096911 Al描述了通过与处 于一种聚合物中的苄基卤化物和处于其他聚合物中的二烯烃反应的多官 能试剂的无溶剂反应生产通用橡胶和苄基卤化物聚合物的相容性混合物。 美国专利公开号2008/0214669 Al还公开了类似方法。这些方法针对材料 的本体混合，并涉及两种聚合物之间的特异性化学反应。美国专利号 5,352,739描述了使用增容剂添加剂（如乙烯/醋酸乙烯酯或乙烯/甲基丙烯 酸酯共聚物）用于使极性/非极性橡胶混合物相容的方法。存在用于混合本 体材料的相容化方法的许多其他实例。

美国专利6,270,902描述了用于改进在多种表面上包括PEO的光滑涂 层的粘附或结合的方法，包括提及的商品橡胶。该方法涉及2-步过程，其 中第一步是高能量处理，如等离子体、或电晕和电子放电以蚀刻表面并沉 积反应性官能团。下一步涉及这些官能团与合适的官能化PEO衍生物的 化学反应。该专利中公开的方法是基于这些层之间的特异性化学反应。然 而，该专利并没有在其中公开关于在涂覆的聚合物表面上蛋白质吸附或者 细胞生长的任何数据。

发明内容

本发明的目的是提供作为增容剂的异烯烃和二烯烃的官能化共聚物。 根据本发明的一个方面，提供了使基板表面的可湿性朝向亲水性聚合物改 进的方法，包括将增容剂施用至表面，增容剂包含含有由至少一种C4-C8 异烯烃衍生的重复单元和由至少一种C4-16共轭二烯烃衍生的单元的官能 化共聚物，其中，共聚物包含由至少一种共轭二烯烃衍生的一个或多个单 元，其中，使用含氧官能团将沿共聚物主链的C-C双键官能化。

根据本发明的一方面，提供了在非亲水性基板上涂覆亲水性聚合物的 方法，该方法包括以下步骤：a）在基板的表面上施用增容剂以形成界面 层；其中，该增容剂包含含有由至少一种C4-C8异烯烃衍生的重复单元和 由至少一种C4-16共轭二烯烃衍生的单元的官能化共聚物，其中，共聚物 包含由至少一种共轭二烯烃衍生的一个或多个单元，其中，使用含氧官能 团将沿共聚物主链的C-C双键官能化，以及b）在步骤a）中获得的界面 层上施用亲水性聚合物。

根据本发明的一方面，提供了包括包含由至少一种C4-C8异烯烃衍 生的重复单元和由至少一种C4-C16共轭二烯烃衍生的重复单元的官能化 共聚物的增容剂，其中，共聚物包含由至少一种共轭二烯烃衍生的一个或 多个单元，其中，使用含氧官能团将沿共聚物主链的C-C双键官能化。

附图说明

图1涉及环氧丁基橡胶2（在C₆D₆中）的¹H NMR谱；

图2涉及羟基官能化的丁基橡胶3（在C₆D₆中）的¹H NMR谱；

图3示出了羧酸官能化的丁基橡胶4（在CDC1₃中）的¹H NMR谱；

图4a示出了涂覆在丁基橡胶上的环氧丁基橡胶薄膜的高分辨率X射 线光电子能谱（XPS）C_1s；

图4b示出了交联的丁基橡胶薄膜的AMF图像（拓扑图（topography）） （topography）；

图4c示出了涂覆在丁基橡胶上的交联的环氧化丁基橡胶2的薄膜的 AFM图像（拓扑图（topography））；

图4d示出了涂覆在丁基橡胶上的交联的羟基官能化的丁基橡胶3的 薄膜的AFM图像（拓扑图（topography））；

图4e示出了涂覆在丁基橡胶上的交联的酸官能化的丁基橡胶4的薄 膜的AFM图像（拓扑图（topography））；

图5a示出了将PVS旋塑于丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓扑图 （topography））；该图像显示了20×20μm的面积；

图5b示出了将PVS旋塑于环氧丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓 扑图（topography））；该图像显示了20×20μm的面积；

图6a示出了将PMMA旋塑于丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓扑 图（topography））；

图6b示出了将PMMA旋塑于环氧丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓 扑图（topography））；

图7a示出了将PCL旋塑于丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓扑图 （topography））；

图7b示出了将PCL旋塑于环氧丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓 扑图（topography））；

图8a示出了将PEO旋塑于丁基橡胶上的薄膜的AFM图像（拓扑图 （topography））；

图8b示出了将PEO旋塑于环氧丁基橡胶2上的薄膜的AFM图像（拓 扑图（topography））；

图8c示出了将PEO旋塑于羟基官能化的丁基橡胶3上的薄膜的AFM 图像（拓扑图（topography））；

图8d示出了将PEO旋塑于酸官能化的丁基橡胶4上的薄膜的AFM 图像（拓扑图（topography））；

图9a至d示出了相应于在HHIC之后表面上荧光标记的纤维蛋白原 的吸附的由共聚焦显微镜获得的相对荧光：a）丁基橡胶RB402、b）环氧 丁基橡胶RB402、c）用PEO涂覆的环氧丁基橡胶RB402、d）在洁净的 硅晶片上的PEO、e）接枝在玻璃上的（0.01μg/cm）硅烷官能化的PEO的 对照表面，其中，误差条表示针对3个样品的每一个的10次测量的标准 差；并且

图10a至d示出了在以下表面上细胞生长的评估：a）本体丁基橡胶、 b）在HHIC之后的丁基橡胶+环氧丁基橡胶+PEO、c）接枝在玻璃上的硅 烷官能化的PEO的对照表面、d）在HHIC之后PEO涂覆的硅晶片。误差 条表示针对3个样品的每一个的10次测量的标准差。

具体实施方式

定义

如在本文中使用的术语“疏水性聚合物”涉及耐湿润的或不容易被水 润湿的任何聚合物，即，对水缺乏亲合力。这类聚合物可以基本上不含极 性官能团。

疏水性的聚合物的实例包括，仅作为例证说明，聚烯烃和烯烃的共聚 物，如聚乙烯、聚(异丁烯)、聚(异戊二烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚丙烯、 异丁烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-己二烯共聚物、 和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；茂金属聚烯烃，如乙烯-丁烯共聚物和乙烯- 辛烯共聚物；苯乙烯聚合物，如聚(苯乙烯)、聚(2-甲基苯乙烯)等。

如在本文中使用的术语“亲水性聚合物“涉及对水具有亲合力的任何 聚合物。这类聚合物包含极性或者带电荷的官能团。

亲水性聚合物的实例包括聚硬脂酸乙烯酯（PVS）、聚(甲基丙烯酸甲 酯)（PMMA）、聚已酸内酯（PCL）、和聚(环氧乙烷)（PEO）/聚(乙二醇) （PEG）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇的二和三嵌 段共聚物，以及它们的任何组合。

如在本文中使用的术语“可湿性”是指当与水或亲水性液体或亲水性 聚合物接触时，任何固体表面被润湿的能力，即，该液体的表面张力降低 以使该液体在表面上展开。

可选地，湿润是液体，例如亲水性聚合物溶液保持与固体表面接触的 能力（由当将二者放在一起时分子间相互作用产生）。通过粘附力和内聚 力之间的力平衡来确定润湿的程度（可湿性）。

本发明涉及一种或多种异烯烃和一种或多种二烯烃的官能化共聚物、 制备这些共聚物的方法、和它们作为增容剂用来使基板的可湿性朝向亲水 材料改进的用途。

官能化的接枝共聚物

本发明的官能化共聚物包含由至少一种异烯烃衍生的重复单元和由 至少一种共轭二烯烃衍生的重复单元。如在本文中使用的术语“官能化共 聚物”定义了包含由异烯烃衍生的一个或多个单元和由至少一种共轭二烯 烃衍生的一个或多个单元的共聚物，其中，沿着共聚物的主链的一个或多 个C-C双键被转化成环氧基团或在至少一个碳原子上具有含氧官能团的 C-C单键。

含氧官能团的非限制性实例是环氧化物、羟基、或-OC(O)-R，其中， R是H；C_1-6烷基；用-O-C_1-6烷基、-C(O)R′或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代的 C_1-6烷基，其中R′是H、OH、C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，含氧官能团是-OC(O)-R，其中，R是H，C_1-6烷 基，可选地用-O-C_1-6烷基、-C(O)R′或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代，其中R′是 H、OH、C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，含氧官能团是-OC(O)-R，其中，R是用-C(O)R′ 或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代的C_1-6烷基，其中R′是H、OH、C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，含氧官能团是-OC(O)-R，其中，R是 -CH₂-O-CH₂-C(O)R′、-CH₂-CH₂-CH₂-C(O)R′或-CH₂-CH₂-C(O)R′，其中，R′ 是OH或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，官能化共聚物包含由下式表示的一个或多个单 元：

其中，R″是H或-C(O)-R，其中，R是H；C_1-6烷基；或用-O-C_1-6烷 基、-C(O)R′或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代的C_1-6烷基，其中R′是H、OH、C_1-6烷基、或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，本发明的官能化共聚物具有约250000至约 1500000g/mol的重均分子量。

在一个实施方式中，在本发明的共聚物中的共轭二烯烃单元具有4 至8个碳原子。

在一个实施方式中，共轭二烯烃是异戊二烯。

在一个实施方式中，未官能化共聚物包含由式（III）表示的一个或多 个异戊二烯单元：

在一个实施方式中，本发明的官能化共聚物包含由式（IV）表示的 随机重复单元a和b：

其中，a+b的组合表示基本上随机接枝共聚物的经验式，其中a:b的 比率是[约10至约2000]:[约1至约200]，并且R是H，C_1-6烷基，可选地 用-O-C_1-6烷基、-C(O)R′或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代，其中R′是H、OH、 C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，在由式（IV）表示的共聚物中，R是用-C(O)R′ 或-O-C_1-6烷基-C(O)R′取代的C_1-6烷基，其中R′是H、OH、C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，在由式（IV）表示的共聚物中，R是 -CH₂-O-CH₂-C(O)R′、-CH₂-CH₂-CH₂-C(O)R′或-CH₂-CH₂-C(O)R′，其中，R′ 是OH或-O-C_1-6烷基。

在一个实施方式中，由下式表示本发明的官能化共聚物：

其中，单元a+b+c的组合表示基本上随机接枝共聚物的经验式，其中， 单元a范围从约10至约2000，单元b范围从约1至约200，并且单元c 是0至约200，并且d是0至约200，并且R如上述对于式（IV）的定义。

制备官能化的接枝共聚物

可以通过使沿该共聚物主链的一个或多个C-C双键环氧化以形成用 环氧基官能化的共聚物来制备本发明的官能化的接枝共聚物。随后可以用 质子酸处理环氧化的共聚物以使一个或多个环氧化物经历开环从而形成 一个或多个羟基基团。随后可以用能够将羟基基团转变为酯基团的试剂来 处理羟基官能化的共聚物。

可以由下式表示酯化试剂：

R-C(O)-R″′

其中，R是H；C_1-6烷基；或用-O-C_1-6烷基、-C(O)R′或-O-C_1-6烷基 -C(O)R′取代的C_1-6烷基，其中R′是H、OH、C_1-6烷基或-O-C_1-6烷基，并 且R″′是：

-OH、-O-烷基、-X、-OCX3、、或

其中，X是卤素，Rl至R5各自独立地是H、NO₂、卤素或C1-C6烷 基；

可选地，R和R″′，与C(O)基团一起形成环状的C4-C6烷基酸酐，其 中，可选地用氧原子取代一个或多个碳原子；

在一个实施方式中，酯化试剂是酸酐。作为酸酐的非限制性实例是二 甘醇酸酐、戊二酸酐、琥珀酸酐等。

可以使用本领域已知的过氧化物试剂进行环氧化步骤。这类试剂的非 限制性实例是过氧化氢、过氧羧酸（原位产生的或预先形成的）、烷基过 氧化氢、和二甲基双环氧乙烷。在一个实施方式中，环氧化试剂是过苯甲 酸或间-氯过苯甲酸。

在环氧化物开环步骤中使用的质子酸可以选自由HCl、HBr、HF、 H₂SO₄和HNO₃组成的组。

在环氧化步骤中、在环氧化物的开环中和/或在酯化步骤中使用的溶 剂可以是溶解共聚物的任何溶剂。这类溶剂的非限制性实例是甲苯、己烷、 氯仿、二氯甲烷、或四氢呋喃。

在本发明中使用的未官能化共聚物包含从约0.5至约20mol%的由共 轭二烯烃衍生的重复单元和约80至约99.5mol%的由异烯烃衍生的重复单 元。在一个实施方式中，共轭二烯烃单元是该从约0.5至约10mol%的共 聚物。在一个实施方式中，共轭二烯烃单元是从约1至约8mol%。

在本发明中使用的未官能化共聚物具有约250000至约1500000g/mol 的重均分子量。在一个实施方式中，未官能化共聚物的重均分子量是 350000或1000000。

适合在本发明中使用的异烯烃是具有约4至约10个碳原子的烃单体。 这些异烯烃的说明性非限制性实例是异丁烯、2-甲基-l-丁烯、3-甲基-1-丁 烯、2-甲基-2-丁烯、2-甲基-1-戊烯或4-甲基-1-戊烯。在一个实施方式中， 异烯烃是异丁烯。

可以由以下通式表示在要求保护的本发明方法中使用的共轭二烯烃：

其中，R6是氢原子或包含从1至4个碳原子的烷基基团，且其中R7 和R8可以是相同的或不同的并且选自由氢原子和包含从1至4个碳原子 的烷基基团组成的组。

在一个实施方式中，上式的R7和R8之一不是H。

适合的共轭二烯烃的一些代表性非限制性的实例包括1,3-丁二烯、异 戊二烯、2-甲基-l,3-戊二烯、4-丁基-l,3-戊二烯、2,3-二甲基-l,3-戊二烯、 1,3-己二烯、1,3-辛二烯、2,3-二丁基-l,3-戊二烯、2-乙基-l,3-戊二烯、2-乙 基-l,3-丁二烯等。

在一个实施方式中，在本发明的方法中使用的共轭二烯烃具有4至8 个碳原子。

在一个实施方式中，共轭二烯烃是异戊二烯。

在一个实施方式中，未官能化共聚物包含由下式表示的一个或多个异 戊二烯单元：

在官能化过程中，如上示出的一个或多个异戊二烯单元被转变为由下 式表示的一个或多个烯丙基羟基位点：

然后将包含异戊二烯单元的烯丙基羟化物（即，烯丙基羟基位点）转 变为由下式表示的一个或多个官能化的异戊二烯单元：

其中，R是如上文定义的。

在一个实施方式中，未官能化共聚物是丁基橡胶。在一个实施方式中 丁基橡胶是丁基橡胶RB402、丁基橡胶RB100或丁基橡胶RB301。

作为增容剂的官能化共聚物

在一个实施方式中，通过将这些共聚物施用在表面上，本发明的官能 化共聚物可以用作增容剂用于将基板表面的可湿性朝向亲水性材料改进。 然后可以在增容剂处理后的基板上施用亲水性材料以形成亲水性材料的 均质层。

在一个实施方式中，亲水性材料是一种或多种亲水性聚合物。亲水性 聚合物的非限制性实例包括PEO、PMMA、聚酯、PVA等。

本发明的增容剂可以施用于无机或有机基板上。无机基板的实例是金 属材料、玻璃材料、陶瓷材料和硅材料。

有机基板可以是包含一种或多种疏水性或较低极性聚合物的聚合物 基板。在一个实施方式中，基板可以是用疏水性或较低极性/非极性聚合物 层涂覆的无机基板。在一个实施方式中，疏水性聚合物是丁基橡胶。在一 个实施方式中，基板是固化的丁基橡胶的一个或多个薄片或旋塑丁基橡胶 的交联薄膜。

在一个实施方式中，本发明涉及在非亲水性（即，疏水性/较低亲水 性/非极性/中性）基板上涂覆亲水性/极性聚合物的方法，其包含：在基板 表面上施用本发明的增容剂以形成界面层；然后在该界面层上施用亲水性 聚合物的步骤。

在一个实施方式中，能够以处于溶解增容剂的溶剂中的溶液形式施用 增容剂。增容剂溶解溶剂的非限制性实例是己烷、氯仿、二氯甲烷、四氢 呋喃、甲苯、氯苯、丙酮等。

在一个实施方式中，能够以处于溶解了亲水性聚合物的溶剂中的溶液 形式施用亲水性聚合物。亲水性聚合物溶解溶剂的非限制性实例是氯仿、 二氯甲烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、甲苯、氯苯、丙酮 等。

可以通过如本领域已知的，旋涂、浸涂或喷涂方法将增容剂和/或亲 水性聚合物施用至表面上。

在一个实施方式中，在施用增容剂之后和/或在施用亲水性聚合物之 后聚合物层与它们施用于其上的基板层交联。可以通过多种方法来实现交 联，例如如在PCT公开号WO2010/099608中描述的超高温氢诱导交联 （HHIC）、本领域已知的与来自惰性气体外壳（Insert Gas-Casing）的活化 物质交联（Schonhorn et.al.in H.J.Appl.Polym.Sci.2003,11,1461–1474， Yu,et.Al.,J.Polym.Sci,Part A:Polym.Chem.1998,36,1583-1592，和 Yasuda,H.K.;Lin,Y.S.;Yu,Q.S.Prog.Org.Coat.2001,42,236-243），或电 子束交联（Clough R.L.,Nucl.instr.Meth.Phys.Res.B,2001,185,8-33； Chmielewski A.G.,Haji-Saeid M.,Ahmed S.,Nucl.instr.Meth.Phys.Res.B, 2005,236,44-54；和Browmick A.K.,Vijayabaskar V.,Ruhh.Chem.Technol, 2006,79,402-428）），通过引用结合于此。

本发明的官能化共聚物使表面的可湿性朝向亲水性聚合物改进，并且 与未用这些增容剂涂覆的表面相比能够形成亲水性聚合物的均质层。使用 本发明的增容剂生产的亲水性聚合物涂覆的基板，在接枝之后显示了对蛋 白吸附和细胞生长的抗性。

现在将参照具体实施例来描述本发明。应当理解的是下列实施例旨在 描述本发明的实施方式而并非旨在以任何方式限制本发明。

材料：

硅晶片购自University Wafer（Boston，USA）。从LANXESS获得由 2.2mol%的异戊二烯单元组成的丁基橡胶RB402（400000g/mol的重均分 子量M_w）。溶剂购自Caledon且所有其他化学制品均购自Sigma Aldrich， 并且除非另有说明，无需进一步净化而进行使用。使用之前通过在甲苯中 重结晶来纯化4-(二甲基氨基)吡啶（DMAP）。使用之前在甲苯中溶解间- 氯过苯甲酸并且用MgSO₄干燥。从溶剂纯化系统中获得无水甲苯。在 400MHz或600MHz下在CDCl₃中获得¹H NMR谱。以ppm报告NMR化 学位移并且针对C₆D₆或CDCl₃的剩余溶剂信号（δ7.16、7.26）进行校准。 以Hz报告耦合常数（J）。

一般性程序

分子量测定

通过尺寸排阻色谱（SEC）测定分子量，在四氢呋喃或CHCl₃中使用 装备有2414差示折光计和来自Polymer Laboratories的两个Resipore柱 （300mm×7.5mm）的Waters 2695分离模块来进行。使用聚苯乙烯标准物 进行校准。

在表面上的亲水性聚合物涂层：

通过在丁基橡胶或增容剂涂覆的硅晶片上旋涂处于CH₂Cl₂中的亲水 性聚合物（PEO、PMMA、PCL、PVA）的溶液（2.5或5mg/mL，对于1cm²为100μL，6000rpm，30s）来制备在丁基橡胶上的亲水性聚合物的薄膜。 然后使用HHIC来交联表面。

超高温氢诱导交联（HHIC）

对于改性的硅晶片或丁基橡胶试样，使用超高温氢处理表面，处理时 间为30秒至100秒。对于丁基橡胶表面，旋涂和交联步骤执行两次。条 件是：（a）使用200W微波能量以及87.5mT磁场来维持氢等离子体，用 于提高等离子体密度；（b）在-96V下通过栅极提取质子，进入0.80mTorr （毫乇）气态氢下的50cm导流管中；以及（c）使用偏离至+60V和-40V 的一对栅格-电极在样品前屏蔽离子和电子。在此类条件下，具有打断C-H 键而非其他不需要键的适当动能的高通量超高温中性氢轰击粒子被递送 至样品表面。

AFM分析：

方法A：使用Park Systems XE-100原子力显微镜、以动力模式成像 样品的表面形态。使用矩形的硅悬臂（T300，VISTAprobes），其具有10nm 的标称尖端半径、40N/m的弹簧常数和300kHz的共振频率。悬臂在其共 振频率附近振动，并且其降低的振幅用作反馈参数用来成像样品表面。在 室温下在空气中进行测量。

方法B：通过原子力显微镜（Nanoscope III AFM system Digital  Instrument）使表面可见。通过使用具有48N/m的弹簧常数的矩形硅悬臂 以拍打模式（tapping mode）扫描表面来获得图像。然后使用软件Nanoscope 精化数据并通过使用软件Gwyddion来图形化修改数字式获得的扫描。

接触角测定：

使用接触角测角器（Ramé-Hart′s Model 100-00或Kruss DSA 100）。 首先在载物台上装载表面并在该试样上放置数滴蒸馏水。通过平均来自该 液滴的左侧和右侧的角度来计算报告的静态角度。还评估了前进和后退接 触角。对于每种实验条件，获得针对每个表面的至少10个测量值。

制备用于蛋白吸附测试的对照表面

通过在洁净的硅晶片上旋涂处于CH₂Cl₂中的PEO溶液（4mg/mL， 对于1cm²为100μL，6000rpm，30s）来制备PEO的薄膜。通过HHIC处 理100s来交联薄膜。通过用处于乙醇中的(N-三乙氧基甲硅烷基丙基)-O- 单甲氧基PEG尿烷将玻璃表面硅烷化来制备PEO接枝的玻璃表面。

蛋白吸附：

以400μg/ml的浓度制备处于5mM磷酸盐缓冲液，pH 7.2中的罗丹明 -纤维蛋白原结合物的溶液。然后将表面浸渍在蛋白溶液中。2小时后，通 过用缓冲液和水洗涤这些表面来除去未吸附的蛋白。然后通过使用LSM 510多通道点扫描共聚焦显微镜（激光543nm以及560-600nm的带通滤光 片）来评估荧光。在每个样品内通过平均10个随机选定的表面区域来评 估荧光。确保照相机的线性操作，并且在图像收集期间使用的恒定曝光时 间容许观察到的荧光信号的定量分析。使用在给定图像内产生荧光强度的 平均值和标准差的软件Northern Eclipse Image Analysis（Empix Imaging， Mississauga，Ontario）来分析荧光显微图像。测量了未暴露于蛋白的表面 区域的荧光强度用于定量材料本身的本底荧光，并且从针对暴露区域测定 的荧光值中减去该值。然后使用对于每个薄膜的本底校正的荧光强度来比 较在每个表面上的蛋白吸附。对于所有样品，制备并测定三个表面。

制备用于评估细胞生长的表面

通过在水中浸渍24h来洗涤本体固化的丁基橡胶08CA361的薄片， 随后切割并通过紫外灯灭菌（1h）。还使用处于己烷中的环氧丁基橡胶 （5mg/mL，对于1cm²为100μL，6000rpm，30s）来旋涂该洗涤的丁基 橡胶薄片，随后用处于CH₂Cl₂中的PEO旋涂（4mg/mL，对于1cm²为100μL， 6000rpm，30s）两次。如上文针对蛋白吸附测试所述制备了对照PEO- 涂覆的表面。

评估细胞生长

在由包含10%胎牛血清（FBS）的Dulbecco′s Modified Eagle Medium （DMEM）组成的、并且补充有1%Glutamax（100×）溶液和1%Penstrep （100×）的生长培养基中培养C₂C₁₂小鼠成肌细胞。在每个制备的表面上 （1cm²）接种l×10⁴个细胞。在37℃（5%CO₂）下，在上述生长培养基中 孵育这些细胞。在48小时之后，吸出生长培养基并用PBS（pH=7.2）洗 涤表面3次。然后使用对-甲醛固定液（400mg在10mL的PBS 10×中， pH=7.2）孵育细胞10分钟，然后用PBS（pH=7.2）洗涤3次。在固定之 后，将表面浸渍在冷丙酮中（3min）和PBS缓冲液中（10min）用于渗透。 最后，将表面浸渍在DAPI溶液（1μg/mL，在水中）中以染色细胞核。然 后通过荧光显微镜评估每个表面上的细胞数目。对于每个表面，平均十个 随机选定的区域。对于每个样品，制备并测定三个表面。

一般性反应方案：

在下面的方案1中显示在制备本申请的官能化共聚物的实施例中使 用的反应顺序：

实施例1：合成环氧丁基橡胶（2）：

在无水甲苯（300mL）中溶解丁基橡胶（1）（11g，4.3mmol的异戊 二烯单元）。将预先干燥的间-氯过苯甲酸（6.0g在180mL甲苯中）的溶液 加入聚(异丁烯-异戊二烯共聚物)溶液。在室温下将得到的混合物搅拌过 夜。在真空中蒸发溶剂之后，通过在丙酮/甲苯（2:1）中沉淀两次来纯化 环氧丁基橡胶。在真空下干燥产生的聚合物（2）（产率91%）。¹H NMR （400MHz，苯D₆）：δ2.77（t,1H,J=5.8Hz），1.63（s,CH₂聚异丁烯,88H）， δ1.30ppm（s,CH₃聚异丁烯,264H）。SEC：M_w=433000g/mol，PDI=2.17。

实施例2：合成羟基化的丁基橡胶（3）：

在甲苯（300mL）中溶解丁基橡胶（2）（10g，3.9mmol的环氧化单 元）。加入HCl水溶液（37%，530μL，6.4mmol）并且在室温下搅拌反应 过夜。在真空中蒸发溶剂之后，通过在丙酮/甲苯（2:1）中沉淀两次来纯 化羟基化的丁基橡胶（3）。在真空下干燥产生的聚合物（产率90%）。¹H NMR（400MHz，苯D₆）：δ5.40（s,1H），5.00（s,1H）,4.05-4.09（m,1H）, 1.63（s,CH₂聚异丁烯,88H），1.30（s,CH₃聚异丁烯,264H）。SEC： M_w=391200g/mol，PDI=2.16。

实施例3：合成酸官能化的丁基橡胶（4）。

在甲苯（300mL）中溶解丁基橡胶（3）（10g，3.9mmol的羟基化单 元）。通过在甲苯（200mL）中溶解10当量的酸酐（4.5g，39mmol）来制 备二甘醇酸酐的溶液。将羟基化的丁基橡胶加热至75℃。将2当量的4- 二甲基氨基吡啶（0.95g，7.8mmol）加入溶液，随后加入20当量的三乙 胺（10.9mL）。经由注射器加入酸酐溶液并且在95℃下搅拌反应过夜。使 用6M HCl洗涤反应混合物两次，然后蒸发溶剂。通过在丙酮/甲苯（2:1） 中沉淀两次来纯化产物，然后在真空下干燥（产率90%）。¹H NMR（400MHz, CDC1₃）:δ5.29（br s,1H）,5.12（s,1H）,4.95（s,1H）,4.20-4.40（m,4H）, 1.42（s,CH₂聚异丁烯,174H）,1.12（s,CH₃聚异丁烯,431H）。SEC： Mw=309000g/mol，PDI=2.52。

实施例4：制备用于施用本发明的增容剂的表面：

4a：制备硅表面：

通过浸渍在H₂O₂/H₂SO₄溶液中来清洁硅晶片。然后使用去离子蒸馏 水来冲洗它们并在100℃下干燥。

4b：制备丁基橡胶表面：

通过在洁净的硅晶片上旋涂处于己烷中的丁基橡胶RB402的溶液 （5mg/mL，对于1cm²为100μL，6000rpm，30s）来制备丁基橡胶的薄膜。 通过HHIC来交联该表面。

实施例5：制备增容剂涂覆的表面：

通过在洁净的硅晶片上或在丁基橡胶涂覆的硅晶片上旋涂处于己烷 中的氧化丁基橡胶衍生物2、3、或4的溶液（5mg/mL，对于1cm²为100μL， 6000rpm，30s）来制备这些衍生物的薄膜。

当丁基衍生物2的薄膜涂覆在表面上时，高分辨率X射线光电子光 谱（XPS）C_1s谱证实了环氧化物官能团的存在，例如图4A示出了涂覆在 丁基橡胶上的环氧丁基橡胶2薄膜的XPS C_1s谱，表明发生了环氧化。

实施例6：氧化的丁基橡胶的物理接枝和表征

通过使用HHIC将环氧丁基橡胶的薄膜接枝在丁基橡胶表面上。XPS 结果表明HHIC处理过程残留的环氧基（图4A），并且原子力显微镜（AFM） 证明可以获得在丁基橡胶上的环氧丁基橡胶的均匀薄膜（图4B，和4C）。 类似地，图4D和4E示出了分别涂覆在丁基橡胶上的交联的羟基官能化 的丁基橡胶3和交联的酸官能化的丁基橡胶4的薄膜的AFM图像（拓扑 图，topography）。在表1中示出针对薄膜厚度、粗糙度、和接触角的测量。

表1.在用环氧丁基橡胶涂覆之前和之后交联的丁基橡胶的分析（AFM）

实施例6：作为增容剂的环氧丁基橡胶2

研究了环氧丁基橡胶表面针对更亲水性聚合物的可湿性。进行了比较 研究，其中普通丁基橡胶或环氧丁基橡胶均用作基板用来产生各种聚合物 的薄膜。定性地使用AFM成像来获得在旋塑之后获得的薄膜的拓扑图 （topography）。为了定量地评估增容剂的影响，在用HHIC处理薄膜之后， 进行接触角测定。在本实施例中研究的亲水性聚合物是聚乙烯硬脂酸酯 （PVS）、PMMA、和聚已内酯（PCL）。

如图5中所示，与普通丁基橡胶基板相比，环氧丁基橡胶表面的覆盖 更加均匀。此外，与AFM结果（使用方法A进行的）相一致，对于PVS 涂覆的环氧丁基橡胶表面，获得了更小的接触角（表2）。

表2.在HHIC处理之后PVS涂覆的丁基橡胶的接触角测定

AFM结果（使用方法B进行的），还显示了具有PMMA（图6）和 PCL（图7）的环氧丁基橡胶表面的更加均匀的涂层。如表3和4中显示 的，对于这些表面还获得了更小的接触角。

表3.在HHIC处理之后PMMA涂覆的丁基橡胶的接触角测定

表4.在HHIC处理之后PCL涂覆的丁基橡胶的接触角测定

实施例7：比较PEO涂覆的丁基橡胶表面和官能化的丁基橡胶表面

如上文描述的对于其他亲水性聚合物，PEO和丁基橡胶之间的不相 容性导致了在疏水性弹性体的表面上观察到大滴的PEO的高度不均匀的 薄膜（图8）。如通过AFM成像（使用方法B）、和接触角测量（图8）显 示的，在环氧丁基橡胶表面上旋涂PEO产生了更均质的层。

类似地，还可以使用羟基和酸官能化增容剂3和4将PEO涂覆在丁 基橡胶上。随后通过HHIC交联PEO持续100s以提供抗水洗涤的稳定薄 膜。表5汇总了来自PEO涂覆表面的分析结果。

表5.PEO涂层的分析

实施例8：PEO涂覆的表面对蛋白质吸附的抗性

进行了实验以验证得到的PEO涂覆的表面可以抵抗蛋白的吸附。选 择荧光显微镜作为主要技术来比较蛋白质对不同表面的吸附（Model et al., J.Biomed.Mater.Res.2000,50,90-96）。选择纤维蛋白原作为感兴趣的蛋 白，因为它是来自血浆的主要蛋白，涉及血液凝固。先前纤维蛋白原已经 引起了相当的兴趣因为在表面诱导的血栓症过程中其起到关键的作用 （Horbett,T.A.Cardiovasc.Pathol.1993,2,S137）。如之前所报导的，通过 其与活化的罗丹明染料反应制备了荧光纤维蛋白原加成物（Bonduelle,C. V.;Gillies,E.R.Macromolecules 2010,43,9230-9233）。

为了与丁基橡胶表面相比较，用PEO涂覆清洁的、亲水性的硅晶片 并且通过HHIC以与PEO涂覆的丁基橡胶表面同样方式进行处理。此外， 根据先前报道的步骤（Jo,S.;Park,K.Biomaterials 2000,21,605-616）通过 硅烷官能化的PEO与清洁玻璃反应来制备其中PEO是化学接枝的涂覆的 硅表面。虽然荧光法不能测定吸附蛋白的实际质量，包含这种化学接枝的 对照试样可以使我们的结果能够与针对其已经预先测定了那些值的表面 相关联并且相比较。

为了测定蛋白质吸附，将丁基橡胶、环氧丁基橡胶、PEO涂覆的环 氧丁基橡胶、PEO涂覆的硅晶片、和化学接枝的PEO表面浸渍于400μg/mL 荧光纤维蛋白原的溶液中持续2小时。随后，洗涤表面并在590nm下进行 共聚焦荧光显微镜检测。针对每个表面上至少10个随机区域量化荧光并 且出于统计学原因测定每种类型的至少3个表面。

如图9中所示，丁基橡胶和环氧丁基橡胶表面显示出相应于高水平蛋 白吸附的强烈荧光（使用方法A），该结果有可能归因于它们的高疏水性。 相反，PEO涂覆的硅晶片显示出80倍更低的荧光水平。该表面的荧光水 平有利地与化学接枝的PEO表面的荧光水平相比较。由于在浸渍在 150μg/mL的溶液中1小时之后，已经测定了该特定的化学接枝的PEO表 面吸收了0.01μg/cm²的蛋白，可以推论在相同的实验条件下交联的PEO 涂覆的硅晶片的值将在类似范围内。与丁基橡胶或环氧丁基橡胶本身相 比，PEO涂覆的环氧丁基橡胶显示出约10-倍更少的蛋白吸附，证明增容 剂层的有效性使丁基橡胶的涂层能够提供抗蛋白质吸附的表面。

实施例9：表面对于细胞粘附和生长的抗性。

对于培养中的大多数哺乳动物细胞的存活和增殖而言，细胞粘附在基 板上的是必要条件。由于细胞必须粘附生长，评估在表面上的细胞生长可 以反映这些表面抵抗细胞粘附的能力。因此，研究了表面上细胞的生长。 使用10000个C₂C₁₂小鼠成肌细胞/cm²接种每个表面并且然后在培养基中 孵育该表面持续2天。在固定之后，使用DAPI染色细胞核，并使用荧光 共聚焦显微术来计数表面上细胞的数目。计数10个随机区域/表面并且一 式三份地评估这些表面。

如图10中所示，发现了体相丁基橡胶是用于细胞生长的良好基板， 表现出与组织培养聚苯乙烯类似的细胞生长（约200000个细胞/cm²）。相 反，当首先用作为增容剂层的环氧丁基橡胶涂覆丁基橡胶随后进行PEO 和HHIC时，细胞数目降低10倍，至针对对照的化学接枝的PEO表面所 观察到的类似值。由于蛋白吸附被认为通常是细胞附着至表面的第一个步 骤，这种细胞粘附和生长的降低有可能依赖这些表面对蛋白吸附的抗性 （Shard,A.G.;Tomlins,P.E.Regenerative Med.2006,1,789-800）。

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