关键词： 可逆加成-断裂链转移   点击化学   表面改性  

摘要： 本文利用链转移试剂(Chain Transfer Agent,CTA)依次控制N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、甲基丙烯酸烯丙基酯(AMA)进行可逆-加成链转移活性可控聚合反应(RAFT),得到末端带有活性双键的二嵌段聚合物聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚甲基丙烯酸烯丙基酯(PDMA-PAMA)。该活性聚合物所含双键与乙烯基硅氧烷改性后的基体材料在适量的多巯基小分子促进下发生巯基-烯烃点击化学反应后接枝到基体材料表面。改性前后材料表面接触角测试表明,亲水性改性后的玻璃表面接触角明显小于未改性的玻璃表面,说明改性后的玻璃表面已接枝上亲水性基团,表面亲水获得改善。这种将RAFT与巯基-烯反应结合并应用于材料表面接枝改性的方法,可潜在应用于高端抗污涂层制备领域。

关键词： 抗污染   多肽   谷胱甘肽   两亲性脂肽   油水分离   蛋白  

摘要： 抗污染表面(Antifouling surface)是指能够有效阻挡油滴、蛋白、细菌等物质非特异性吸附或粘附的表面。多肽类材料由于具有良好的亲水性能,已被广泛应用于抗污染表面的构建中。本文采用多肽类材料进行了抗污染表面的设计和构建,包括将多肽类材料应用到抗油污染表面(PVDF膜)的构建中和将多肽改装为两亲性脂肽再应用到抗蛋白污染表面(SPR芯片)的构建中。对于构建的抗污染表面使用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测量仪等手段进行表面特性的表征。采用油水分离来检测改性PVDF膜的抗油污染性能,并考察了该改性膜的重复利用性;采用荧光显微镜定性观察修饰芯片对FITC-BSA的吸附情况和SPR定量测定修饰芯片对于BSA和牛奶的吸附情况,从而评价该修饰芯片的抗蛋白污染情况。(1)采用浸涂的方法和聚多巴胺的“粘附”性能将谷胱甘肽(GSH)修饰到PVDF膜表面,获得了具有良好亲水性能的PVDF膜,该膜能够有效抵抗油水分离过程中的油污染问题,并且具有很好的重复利用性。改性后的膜,其表面从疏水性(120.62°)转变为强亲水性(10.21°);纯水通量由0 L﹒m﹒h增加到9900±562 L﹒m﹒h;抗BSA率增加到了97.23%;对于油水乳液的分离,通量能保持在1000 L﹒m﹒h以上,油截留率能够保证在97%以上,通量恢复率能够保证在90%以上,并且重复利用5次时通量依旧可观。(2)将多肽改装为两亲性脂肽,再用钙离子诱导成纤维凝胶,最后将旋涂成膜的方法构建的抗蛋白污染表面和传统的多肽单层自组装法(SAMs)构建的抗蛋白污染表面进行对比,实验证明新的修饰方法构建的表面具有更强的亲水性和更好的抗蛋白污染效果。

关键词： 抗污   抗菌   生物医用材料   钛片   PEG水凝胶  

摘要： 随着社会发展和科技进步,人们对于自身健康水平的重视程度越来越高。然而人口老龄化、意外伤害、交通事故和自然灾害等问题的出现使人们对现代医疗诊疗技术提出新的要求。各种各样的生物医用材料应运而生,并在临床中得到广泛的应用,且其需求随着现代医疗技术的发展将日益旺盛。钛和钛合金以及水凝胶凭借着其各自优良的性能已被应用于生物医学的多个领域,但他们在与生命体接触过程中极易被体内的细菌、蛋白质、生物分子等污浊物质所附着,严重者可引发炎症,从而导致植入失败。生物医用材料所引起的感染等问题已经严重威胁到人类健康,甚至成为生物医用材料应用和发展道路上的绊脚石,所以有必要对其进行功能化改性,赋予其抗菌/抗污性能。基于以上问题,本文首先利用多巴胺的仿生粘附特性对钛片表面进行功能化,接着利用主-客体相互作用将含有环糊精的两性离子化合物和亲水性聚合物固定于钛片表面,并对其抗污性能进行研究;其次,采用无铜催化的亲核硫醇-活性炔加成反应制备PEG水凝胶,将含有巯基的抗菌肽(AMP-SH)通过与凝胶内部未反应的活性炔基团发生二次点击化学反应修饰到水凝胶表面以研究其抗菌性能。本论文的主要研究内容包括:1.基于仿生粘附和主-客体相互作用构建具有抗污功能的钛片表面:通过简单的酰胺化反应合成两种儿茶酚衍生物:4-(苯偶氮基)苯甲酰胺多巴胺(AZODopa)和1-金刚烷甲酰胺多巴胺(AdaDopa);将其锚定在钛片(Ti(oxide))表面上,形成客体单分子层;通过主客体相互作用,将两性离子化的7-[6-脱氧-6-(N-3-磺丙基-N,N-二甲基铵-乙基磺酰基)]-β-环糊精(SBCD)和亲水性β-CD聚合物(CDP)分别修饰到钛片表面。所制备的材料通过X射线光电子能谱(XPS)和静态水接触角,分别对其的元素组成和亲疏水性进行表征;通过蛋白质吸附和细菌粘附实验评价SBCD和CDP修饰的钛片表面的抗污效果。结果发现:与未修饰的以及客体分子锚定的钛片相比,SBCD和CDP修饰的钛片表面具有较低的接触角和较好亲水性,能够抑制FBG的非特异性吸附以及细菌粘附。***修饰的PEG水凝胶的制备及其抗菌性能研究:首先羟基封端的PEG(PEG-4-OH)分别与3-巯基丙酸和丙炔酸经酯化反应得到硫醇(PEG-4-SH)或丙炔酸酯(PEG-4-PP)封端的PEG;所得PEG-4-SH与PEG-4-PP等摩尔量混合后发生亲核硫醇-活性炔加成反应制备PEG水凝胶;AMP-SH与凝胶内部未反应的活性炔基团发生二次点击化学反应得到具有抗菌功能的PEG水凝胶。通过生长曲线法测定AMP修饰的PEG水凝胶对悬浮细菌的抑制作用,利用涂板计数法测定抗菌水凝胶对受污染钛片表面细菌生长的抑制能力,采用MTT法测试了抗菌水凝胶对3T3成纤维母细胞的细胞毒性。结果表明:AMP修饰的PEG水凝胶可以抑制悬浮细菌的生长,而且对革兰氏阳性菌的抗菌效果明显优于革兰氏阴性菌。AMP修饰的水凝胶还能够作为抗菌敷料有效地抑制受污染钛片表面细菌的生长。此外,AMP修饰的水凝胶具有低细胞毒性,可以应用于伤口愈合等领域。

关键词： 人工晶状体材料   聚二甲基硅氧烷   温度响应性   共聚物涂层   抗菌性能  

摘要： 目的：　　在人工晶状体（IOL）材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面通过表面引发的可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合技术制备具有温度响应性的三元共聚物涂层，并探索改性后人工晶状体材料的理化性质，杀菌性能及体外细胞毒性。为研制一种新型的表面改性人工晶状体提供理论上的指导和技术支持。　　方法：　　在人工晶状体材料PDMS表面通过表面引发的可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合技术制备三元共聚物涂层，通过结合温度响应性N-乙烯基己内酰胺（VCL），亲水性2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱（MPC），杀菌季铵盐甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA+）。并使用水接触角（WCA）测量检测其亲疏水性能。通过和原子力显微镜(AFM)对功能化材料进行表面形貌检测，并计算其表面粗糙度。使用光谱椭偏仪来探测薄膜厚度。将改性过的 PDMS 浸泡的培养液与人工晶状体上皮细胞（HLECs）共同培养，并用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）检测对该细胞的毒性作用。将改性后的 PDMS 与金黄色葡萄球菌共同培养，通过荧光染料试剂盒在荧光显微镜下观察活细菌与死细菌的数量，检测表面修饰后 PDMS 的体外杀菌效果。　　结果：　　接触角测定结果显示，改性后的IOL亲水性大幅度提高。在高于临界溶解温度（LCST）的温度下，VCL-DMAEMA+-MPC 三元共聚物涂层处于压缩疏水状态，具有低含水量，显示出对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌杀灭作用。在低于LCST的温度下，涂层可以切换成相对亲水的表面，其对于细菌和牛血清白蛋白都显示出自清洁功能。通过形态学研究和活性测量评估，材料的功能化表面显示出对HLECs良好的生物相容性。体外实验表明，载药型人工晶状体材料PDMS可有效杀死金黄色葡萄球菌。　　结论：　　在人工晶状体材料PDMS表面通过RAFT聚合制备了聚（N-乙烯基己内酰胺-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱（ P(VCL-DMAEMA+-MPC)三元共聚物涂层，该涂层具有温度响应性，在接近于人体温度条件下可杀灭细菌。所使用的该种改性方法不仅提高了材料表面亲水性，而且不影响其表面形貌及粗糙度，改性后材料对体外人工晶状体上皮细胞无明显毒性作用，在体外实验中证明其具备杀灭金黄色葡萄球菌的效果。这种新型载药型人工晶状体材料有望用于白内障术后眼内炎的防治。

关键词： 聚多巴胺纳米球   抗菌抗污   聚甲基丙烯酸甲酯   硅橡胶  

摘要： 在生物医学领域,生物医用材料应用广泛,但由于蛋白质和细菌的非特异性粘附,会在其表面形成生物污垢,继而诱发生物感染,这给人们的健康带来严重的危害。因此需要研究多种方法对生物医用材料进行改性,使其不仅具有抵抗细菌和蛋白质粘附作用,同时也有杀灭细菌的作用,另外还能增加材料的生物相容性,在生物医学领域有更好的应用前景。本文通过利用多巴胺(DA)在碱性含氧条件下自聚合形成聚多巴胺纳米球(PDA Nanosphere,PDANS),并以此为模板材料,在PDANS表面连接纳米银(AgNPs),聚乙二醇(PEG)和十八烷基二甲基甜菜碱(BS-18),形成具有抗菌抗污作用的功能PDANS,然后通过共混的方法对生物医用材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅橡胶(SR)进行改性,构建具有抗细菌、蛋白粘附以及杀菌的双功能性质的生物材料。具体工作内容如下:1、通过绿色简单的方法即DA在碱性含氧条件下自聚形成粒径为110 nm左右的PDANS,其表面含有多种活性基团,如儿茶酚和氨基基团,可发生多种化学反应。首先,利用氧化还原的方法将Ag+吸附到PDANS表面并原位还原为AgNPs,反应过程中不需要加入其他还原剂,方法简单绿色环保,并且赋予了 PDANS很强的杀菌能力。利用共价结合的方法将PEG、甜菜碱连接到PDANS表面,形成聚合物分子刷,可以有效的阻止细菌和蛋白质的粘附。对改性后的两种功能PDANS进行了抗菌测试、抗蛋白粘附测试、细胞毒性测试等,研究结果表明,改性PDANS有很强的杀菌作用和抗蛋白粘附作用,并且细胞毒性低,生物相容性好。2、将上述改性后的功能PDANS通过共混的方法对常用的生物医用材料PMMA和SR进行改性,改性后的生物材料不仅保持着较好的化学和机械稳定性,另外还具有抗细菌、蛋白粘附以及杀菌的功能。对改性后的材料进行抗菌测试、抗菌黏附性测试、抗蛋白粘附测试、细胞毒性测试等,研究结果表明,改性生物材料有很强的杀菌作用和抗蛋白、细菌粘附作用,并且无细胞毒性,生物相容性好,大大增加了其在生物医学领域的应用潜能。

关键词： 纳滤膜   表面改性   两亲性   抗污染  

摘要： 纳滤膜技术作为新兴的水处理技术应用广泛。膜污染成为限制实际应用的棘手问题。研制抗污染性能良好的纳滤膜成为必要。本论文以提高纳滤膜在多种污染物中的抗污染性能为出发点,设计兼具“污染防御机制”和“污染释放机制”的高抗污染性的两亲性纳滤膜。选用聚砜(PSF)超滤膜为底膜,哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,界面聚合法制备出聚酰胺(PA)纳滤膜,纯水通量为80.1 L·m·h,对1 g/L的NaSO截留率为82.1%。在此基础上,利用两步表面改性法制备两亲性纳滤膜。首先亲水的三乙醇胺通过与膜表面剩余的酰氯键反应而接枝上;其次,疏水材料全氟癸基三氯硅烷通过与三乙醇胺的羟基氢键结合接枝到纳滤膜表面。改性膜和未改性膜的表面结构及性质采用X射线光电子光谱,傅里叶变换红外光谱等来表征。采用错流过滤实验对纳滤膜无机盐的分离性能、截留分子量和抗污染性能进行测试。其中模拟污染物选用牛血清蛋白溶液、腐殖酸溶液和海藻酸钠溶液。X射线光电子光谱和傅里叶变换红外光谱的结果证实了亲水改性膜和两亲改性膜的成功制备。扫描电子显微镜和原子力显微镜图表明膜表面经改性后有结节状结构生成,粗糙度略有上升,总体来说形貌结构变化不大。亲水改性后膜的亲水性上升,表面负电荷降低;两亲改性后的膜则相反,表面亲水性下降,负电荷升高。改性膜和未改性膜的分离性能采用NaSO和NaCl的截留率以及聚乙二醇的截留分子量来衡量,结果表明:改性膜和未改性膜对一二价盐的分离性能良好:NaSO的截留率在80%左右,NaCl的截留率在30%左右。PA/PSF、H-PA/PSF和F-PA/PSF膜的截留分子量分别为305 Da,290 Da和290 Da。改性前后膜的孔径大小未发生变化。两亲性改性膜比亲水改性膜和未改性膜在牛血清蛋白、腐殖酸、海藻酸钠溶液的污染过滤实验中展现出了更好的抗污染性:其通量恢复率最高,分别为96.9%、97.5%和96.8%;通量总衰减率最低,分别为12.5%、14.6%和12.5%。

关键词： 聚乙烯醇水凝胶   肝素钠   kh550   琥珀酸酐   2-溴异丁酰溴   抗细胞粘附   抗蛋白粘附  

摘要： 生物医用材料是生产或加工用于医疗设备和人体修复的材料,包括合成的聚合物、金属、陶瓷、无机物和天然的大分子(生物高分子)等。这些材料主要与细胞、蛋白质、组织、器官和器官系统等互相接触。人工角膜和人造血管等生物医用材料植入人体后会有蛋白质和细胞等粘附在材料表面,这会降低材料的术后使用寿命,所以提高材料的抗生物粘附性能有重要的意义。聚乙烯醇水凝胶(PVA hydrogel)具有良好的生物相容性、力学性能、亲水性能和光学性能等,是广泛应用的生物医用材料。在课题组的前期研究中发现,PVA水凝胶在作为植入性角膜中心材料时,会产生细胞粘附生长现象,这将影响材料的光学性能,增加植入的失败率。在本研究中,我们将以PVA水凝胶作为修饰基体,以肝素钠对其进行化学改性,提高其抗粘附能力,增强其应用性能。本文采用三种不同的方法将肝素钠化学接枝到PVA表面,并且对修饰改性后的材料进行理化性能测试和生物实验测试。主要的研究内容和结果如下:1.通过硅烷偶联剂kh550在乙醇/水的体系中水解缩合后的羟基与PVA表面的羟基反应引入活化基团氨基,再通过肝素钠(Hep)分子上的羧基与PVA-kh550表面的活化基团氨基进行酰胺化反应,将肝素钠化学接枝到PVA表面。采用在线测试电导率法探讨了kh550的水解最佳条件以及不同浓度的肝素钠对PVA水凝胶的可见光透过率和亲水性的影响并确定最佳的肝素钠修饰浓度。并且采用表面红外(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对材料表面进行表征。对改性前后的材料进行热稳定性、可见光透过率、亲水性、力学性能、含水率、溶胀性能等进行表征,采用甲苯胺蓝法测定肝素钠的接枝固定量,采用BCA法测定样品的抗蛋白粘附能力,并采用cck-8法探究材料的细胞毒性和抗细胞粘附性能。结果表明,经肝素钠修饰后的PVA水凝胶(PVA-kh550-Hep)材料的可见光的透过率与空白PVA一致;含水率为75%左右,材料接触角由38°降到30°,溶胀比为3.5左右,拉伸强度为2.5 MPa左右,材料表面肝素钠接枝固定量为0.6007μg/cm。蛋白粘附能力降低42.37%,材料的细胞毒性分级为0级,提高了材料的抗细胞粘附性能。2.通过琥珀酸酐与PVA表面的羟基发生酰化反应引入活化基团羧基,再通过肝素钠上的羟基与PVA-COOH表面的活化基团羧基发生酯化反应,将肝素钠化学接枝到PVA表面。探讨了琥珀酸酐与PVA表面羟基酰化反应的最佳条件为反应温度为40℃,反应时间为3 h。并在此条件下,通过可见光透过率和亲水性确定肝素钠的最佳修饰浓度为0.6 mg/mL。在此肝素钠修饰浓度下,采用ATR-FTIR和XPS对PVA-COOH-Hep材料表面进行表征。同时,探讨了修饰前后的材料的热稳定性、力学性能、可见光透过率、含水率、溶胀平衡及肝素固定量等性能的变化。结果表明,肝素钠修饰后的PVA-COOH-Hep水凝胶的拉伸强度为1.75 MPa、可见光透过率为85%左右、含水率达到75%、溶胀平衡时的溶胀比为3.5左右,肝素钠表面接枝固定量为1.7141μg/cm。材料蛋白粘附能力降低64.66%,抗细胞粘附能力也显著提高,材料的细胞毒性分级为0级。3.通过2-溴异丁酰溴(BIBB)与PVA表面的羟基发生酰化反应引入活化基团溴,再通过肝素钠分子上的仲氨基与PVA-Br表面的活化基团溴发生烷基化反应,将肝素钠化学接枝到PVA水凝胶的表面。通过表面元素含量、亲水性和红外光谱确定BIBB与PVA水凝胶表面羟基发生酰化反应的最佳条件为:BIBB浓度为0.067 m L/mL,反应时间为12 h。在此条件下固定肝素钠的浓度为0.01 mg/mL,将肝素钠化学接枝到PVA水凝胶表面。分别对修饰改性后的水凝胶材料的含水率、溶胀比、亲水性、可见光透过率、力学性能、热稳定性和肝素钠固定量等性能进行表征。结果表明,修饰改性后的PVA-Br-Hep水凝胶材料的含水率为70%,溶胀平衡时的溶胀比为3.5左右,接触角58°,可见光透过率90%以上,拉伸强度2.0 MPa左右,材料表面的肝素钠固定量为0.8506μm/cm。PVA-Br-Hep的蛋白粘附能力降低33.89%,抗细胞粘附能力显著提高,并且细胞毒性为0级。通过三种不同方式活化PVA水凝胶膜表面,将肝素钠接枝到PVA水凝胶膜表面,材料都具有良好的生物相容性和抗细胞粘附能力。由于接枝到PVA水凝胶膜表面的kh550部分会水解进入溶液中,会间接降低肝素钠在PVA水凝胶膜表面的接枝率;通过BIBB与PVA水凝胶膜表面羟基发生酰化反应,由于实验中反应后的水凝胶的颜色较难控制,实验重现性较差;而通过琥珀酸酐与PVA水凝胶膜表面的羟基发生酰化反应,实验重现性良好,且肝素钠接枝率最高,材料抗生物污染能力最强。

关键词： 抗污染材料   疾病标志物   生物传感器   电化学分析   多肽   两性离子聚合物   半胱氨酸   修饰电极  

摘要： 生物污染是很多领域普遍存在的问题,如生物传感器、药物输送及体内移植设备等。在生物传感器方面,生物污染主要指蛋白质的非特异性吸附及细胞粘附等,这些现象会严重影响生物传感器的性能。因此,构建抗污染的生物传感界面,减少蛋白质的非特异性吸附,对于实现准确灵敏的生物传感至关重要。抗污染材料通过在基底表面形成一层水化层,能够防止蛋白质的非特异性吸附和细胞粘附。本论文基于半胱氨酸、多肽和两性离子聚合物三种抗污染材料,构建了不同的抗污染生物传感界面,并应用于疾病标志物的检测。主要研究内容如下:(1)以半胱氨酸为抗污染材料,制备了一种简单、高选择性的生物传感器,用于检测免疫球蛋白E(IgE)。首先,通过循环伏安法将3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和甘氨酸(Gly)沉积到玻碳电极表面,制备Gly/PEDOT复合材料。该材料的表面微结构粗糙,可有效增大修饰电极的比表面积。随后,将抗污染材料半胱氨酸和生物识别分子IgE适配体,同时固定到Gly/PEDOT纳米复合材料表面,构建了IgE生物传感器。制备的生物传感器线性检测范围为0.01-100ng/m L,检测限为0.01 ng/mL。此外,该生物传感器具有良好的抗污染效果,在2%人血浆样品中仍能有效抑制蛋白质的非特异性吸附,有望在临床检测中得到应用。(2)将抗污染材料多肽和三磷酸腺苷(ATP)适配体自组装到金纳米粒子(AuNPs)修饰的金电极上,制备了检测ATP的抗污染生物传感器。在该体系中,通过在金电极表面沉积一层AuNPs来增大金电极的比表面积,为多肽和适配体提供更多的固定位点。利用Au-S键,将抗污染多肽和ATP适配体一步自组装到AuNPs修饰的金电极上,构建了生物传感器,可以用来检测ATP。多肽的引入,使生物传感器界面的亲水性得到明显改善,可以有效抑制蛋白质的非特异性吸附,从而能够检测1%血浆中的ATP。基于ATP适配体和两性离子多肽构建的适配体传感器,其线性范围为0.1 pM-5.0 nM,检测限为0.1 pM。此外,该适配体传感器还具有优异的选择性和稳定性。(3)以1-乙烯基咪唑和溴乙酸为原料,合成了咪唑型两性离子聚合物单体作为抗污染材料,构建了检测乳腺癌易感基因(BRCA1)的电化学生物传感器。通过Au-S键将引发剂自组装到金电极表面,使其富含溴(-Br)。利用表面引发的电子转移生成催化剂的自由基聚合反应(SI-ARGET ATRP)反应将咪唑型两性离子聚合物单体接枝到金电极表面,构建抗污染界面。然后利用抗污染材料表面的羧基,将含有氨基的生物识别分子固定在抗污染界面上,发展了检测目标分子BRCA1的生物传感器。构建的电化学生物传感器具有优良的传感性能,对目标物的线性检测范围为10-10 mol/L。由于抗污染材料的引入,该生物传感器即使在5%的人血清样品中,信号变化率仍能维持在3.5%以下,呈现出良好的抗污染性能。

关键词： 生物医用材料   聚乙烯醇   两性离子   表面修饰   抗污性能   生物相容性  

摘要： 生物医用材料是用于生物系统疾病的诊断、治疗、修复、替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的材料。当生物医用材料与人体相接触时,非特异性蛋白质或细胞等就会与材料表面相互作用,污染材料表面从而影响到生物医用材料的应用。针对这一问题学者提出了“anti-fouling”(抗污)的概念,即对一些生物医用材料进行表面的改性,使其具有一定的抗污能力,增强材料应用性能。聚乙烯醇(PVA)是一种医用高分子聚合物,它具有良好的生物相容性,优秀的物理性能和低毒性,被广泛应用于生物医用材料领域。但是在课题组的前期研究中,将PVA水凝胶人工角膜移植到动物眼内时,手术后期发现人工角膜表面上有细胞粘附生长的现象,从而可能会导致增殖膜的产生使手术失败。因此本论文以两性离子聚合物对PVA膜表面进行改性修饰,期望在保留PVA本身优秀物理性能的同时,使其表面具有一定的抗污性能。本文首先通过新颖的方法合成羧基两性离子单体,并用“从表面接枝”和“接枝到表面”两种方法以两性离子聚合物对PVA膜进行表面修饰改性,并对修饰后的PVA膜表面组成和结构、物理性能和生物性能进行研究。主要研究内容和结果如下:1.在无溶剂体系下,叔胺甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)和N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPAA)与丙烯酸进行季铵化反应,制备两种羧基两性离子,分别是甲基丙烯酯型(CBMA)和甲基丙烯酰胺型(CBAA)。通过红外光谱和核磁共振波谱对CBMA以及CBAA进行结构表征。以DMAEMA与丙烯酸的季铵化反应为例,其最优的反应条件为:反应摩尔比(n:n)为1:2、搅拌转速200 r/min、反应时间为24 h以及反应温度为室温(25℃)下反应产物产率达到75%。2.以PVA膜作为基底,采用graft from的方法进行表面接枝改性,首先通过BIBB与膜表面羟基发生酰化反应引入卤素Br基团,然后通过表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)在膜表面引发接枝两种不同的两性离子SBMA和CBMA。表面接枝聚合两性离子后会使得膜表面变得较为粗糙,但在亲水性上大幅度提高,接触角由空白膜的39.6°最低降至修饰后的7.2°。接枝两性离子后膜的含水率均在62.09%以上,蓄水性能好,同时膜体积会随着两性离子单体的修饰浓度增大而增大,体积比保持在150%-250%之间;接枝后光学性能良好,可见光透过率均在88%以上,对可见光透过基本无影响;接枝后力学性能和热学性能略微下降,拉伸强度和拉伸断裂应变均在1.23-1.85 MPa和361.7-471.1%区域内。接枝两性离子后明显提高PVA膜的抗蛋白吸附能力,表面蛋白吸附量由空白膜的7.18μg/cm最低降至修饰后的2.25μg/cm;体外细胞毒性分级为0级或1级,且接枝两性离子后膜表面具有良好的抗细胞粘附性能。3.功能性单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与两性离子进行自由基共聚,通过接枝到聚乙烯醇PVA膜表面上。经表面接枝两性离子共聚物后,PVA膜表面变得较为粗糙,可见聚合物已接枝到膜表面。由于两性离子的亲水性,膜表面的亲水性大幅度提高,接触角由空白膜的39.6°最低降至修饰后的8.46°。接枝两性离子共聚物后含水率仍然保持较高水平,均在70.79%以上,同时膜体积会随着两性离子共聚物修饰浓度增大而缓慢增大,保持在102-121%之间;接枝两性离子共聚物后光学性能略有下降,高浓度的两性离子共聚物修饰下可见光透过率会下降到60.3%;但仍保持着较好的力学性能,拉伸强度和拉伸断裂应变均在2.38.63 MPa和552.3-655.6%区域内。接枝两性离子共聚物后明显提高其抗蛋白吸附能力,吸附量由空白膜的7.18μg/cm最低降至修饰后4.42μg/cm;体外细胞毒性分级为0级,且接枝两性离子共聚物后膜表面具有良好的抗细胞粘附性能。

关键词： 多孔材料   抗污染材料   电化学检测   生物传感器   免疫球蛋白  

摘要： 多孔材料因其本身具备较大的比表面积以及有序的孔结构,近年来逐渐成为传感领域研究的焦点。本论文中,我们通过不同的方式制备了多孔材料,并将其应用于抗污染生物传感器的构建,实现了对疾病标志物的定量检测。多孔结构提供的较大的比表面积,有利于提高生物传感器的灵敏度,以及生物识别分子的固定。同时将其与具有优异抗污染性能的功能材料相结合,构建了高灵敏、抗污染的生物传感器,实现了复杂样品中目标物的准确检测。本论文的主要研究内容概括如下:(1)基于制备的多孔金材料,构建了可以特异性识别免疫球蛋白E(IgE)的高灵敏、抗污染电化学传感器。首先利用硬模板法电化学沉积制备出多孔纳米金,进而通过在多孔纳米金基底上自组装修饰适配体和多肽的方式,构建了具有高灵敏度的抗污染生物传感器。具备很大比表面积的纳米多孔金,为适配体和多肽的组装提供了大量的结合位点,极大地提高了传感器检测灵敏度。该传感器对目标物IgE检测的线性范围为0.1-10.0 pg/m L,检测限为42 fg/m L。由于多肽的存在,所构建的生物传感界面具备很好的防止非特异性吸附的性能,成功实现了复杂生物样品中IgE的准确检测,展现出很好的临床应用前景。(2)构建了基于多孔导电聚合物固定多肽和适配体的抗污染生物传感器。采用硬模板法和电沉积方法合成了多孔的聚乙二醇衍生物(PEG)掺杂的PEDOT修饰电极,结合适配体的特异性、多孔材料的高比表面积和多肽的抗非特异性吸附性能,实现了免疫球蛋白E的高灵敏电化学检测。基于纳米多孔结构和抗污染多肽的共同作用,构建的电化学生物传感器可以在20%胎牛血清(FBS)溶液中实现目标物的准确检测。这一思路为抗污染电化学生物传感器件的构建提供了简便可行的方法。(3)利用金属有机骨架(MOFs)材料多孔且孔径可调的特性,探索了MOFs材料在传感领域中的应用。采用电化学沉积的方式,在电极表面一步合成了修饰的Cu-MOFs材料。将Cu-MOFs材料和PEDOT相结合,探讨了其对亚硝酸根的电化学催化传感性能;进一步将MOFs材料与金纳米颗粒相结合,并将巯基修饰的生物分子固定到修饰电极表面,构建了检测免疫球蛋白G(IgG)的特异性抗污染生物传感器。该传感器具有较高的灵敏度,采用差分脉冲伏安法(DPV)对目标物进行测定,得到的目标物检测范围为0.01-10μg/mL,检测限为3.0 ng/m L。