CN100475886C - 一种制备表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的方法。将分子结构中含有酯键的聚合物薄膜放入容器中，通过注射器连续地注入含氨基的化合物溶液，实现聚合物薄膜表面氨基和酯键反应的梯度分布，从而获得表面具有梯度分布的氨基的聚合物薄膜；采用偶联剂将聚合物薄膜表面的氨基和生物大分子相联，从而将后者固定在聚合物薄膜表面，并呈现同样的梯度分布。本发明的制备方法简便快捷，原料廉价易得，所得表面梯度分布的聚合物材料在诱导细胞梯度分布、引导组织生长等方面有应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的方法。
背景技术
再生医学是近年来发展起来的一门新兴学科与组织修复技术，涉及到细胞的分化与功能表达、生物活性材料的设计和制备等。再生医学中，生物材料具有十分重要的作用。具有合适结构和性能的生物材料能够维护、增进人体细胞和组织的生长，实现组织和器官的修复与替换。
人体的组织或器官在其组成、结构以及功能方面都具有高度的复杂性。因此，随着再生医学的发展，对生物材料提出了新的挑战。设计与制备表面具有细胞调控与诱导功能的生物材料，用以研究可反应性基团和活性诱导因子的种类、表面引入密度等与细胞调控功能的关系，已成为生物材料领域中的一个重点。表面具有梯度化学组成、物理图案或生物学功能的材料为开展这些研究提供了重要的物质基础。采用表面具有梯度分布的特异信号传导功能的组织工程材料，有可能实现皮肤、血管和软骨等组织和器官的原位诱导再生和重建。利用这些材料，也可以研究活性生物诱导因子对细胞增殖活性和各种功能活性的调控。
目前制备梯度材料的方法主要有原位聚合法、表面光接枝法、表面图案化法和分子自组装法等。但是，这些制备方法存在步骤多、耗时长、梯度控制效果差和稳定性不足等弱点，且常常不适用于具有高度生物相容性要求的生物材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便快速，且表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的制备方法。
本发明的制备表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的方法，包括以下步骤：
1)将含酯键聚合物薄膜垂直固定在玻璃试管中，在40～60℃下，采用注射器向试管中连续注射重量/体积浓度为3～10％的己二胺/正丙醇溶液，注射速度为0.1ml/h～5ml/h，随着试管中己二胺/正丙醇溶液的量逐渐增大，含酯键聚合物薄膜自下而上与溶液进行连续的接触，接触时间越长反应程度越大，从而获得表面氨基呈梯度分布的聚合物薄膜；
2)将步骤1)所得表面氨基呈梯度分布的聚合物薄膜用三蒸水清洗后，室温下浸入质量浓度为0.3％～1％的戊二醛溶液中2小时以上，取出用三蒸水清洗干净，获得表面醛基呈梯度分布的聚合物薄膜；
3)将步骤2)所得表面醛基呈梯度分布的聚合物薄膜浸入质量浓度为0.5～1mg/ml的生物大分子溶液，在4℃～25℃下反应6～24小时，取出后用乙酸溶液或三蒸水清洗除去物理吸附的生物大分子，获得表面生物大分子呈梯度分布的聚合物薄膜。
本发明中，所说的含酯键聚合物可以是聚乳酸、聚氨酯或聚己内酯等。所说的生物大分子是指分子结构中含有氨基的大分子。分子结构中含有氨基的大分子包括但不限于胶原、明胶和壳聚糖。
本发明制备方法简便快捷、材料来源广泛。本发明采用微量注射和胺解技术相结合，在含酯键聚合物薄膜表面实现了梯度胺解，从而获得了表面氨基呈梯度分布的聚合物薄膜。胺解技术是利用多元胺与含酯键聚合物进行反应，将自由氨基引入到聚合物的表面。结合微量注射技术，即控制胺解溶液与含酯键聚合物薄膜的接触时间，能够使含酯键聚合物薄膜胺解程度连续变化。在此过程中，胺解溶液被连续地注射到含酯键聚合物薄膜的容器中，液面的高度从容器的底部连续升高，即胺解的程度自下而上逐渐降低，从而获得氨基呈梯度变化的聚合物薄膜。利用戊二醛为偶联剂，将分子结构中含有氨基的生物大分子通过共价健的作用固定到聚合物薄膜表面。由于氨基的密度是梯度变化的，因此固定的生物大分子也是梯度变化的，即获得了表面生物大分子呈梯度变化的聚合物薄膜。生物大分子分布的梯度尺寸和密度可以方便地通过调节溶液注射速度和胺解反应条件进行控制。本发明制得的表面梯度分布的聚合物材料在诱导细胞梯度分布、引导组织生长等方面有应用价值。
附图说明
图1是梯度胺解聚乳酸薄膜表面氨基浓度分布曲线图；
图2是聚乳酸薄膜经梯度胺解后表面的原子力显微镜图片，图a)至图e)的数字(0μm至484μm)代表的是聚乳酸薄膜从上到下的位置；
图3是聚乳酸薄膜表面胶原含量的分布曲线图；
图4a)是聚乳酸薄膜表面荧光标记的胶原大分子分布的激光共聚焦显微镜照片；图4b)是聚乳酸薄膜表面荧光标记的胶原大分子的荧光强度分布曲线；
图5是表面固定有胶原大分子的聚乳酸薄膜的原子力显微镜照片；图a)至图e)的数字(0μm至484μm)代表的是聚乳酸薄膜从上到下的位置；
图6是聚乳酸薄膜表面固定胶原后的接触角曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实施例1
1)将己二胺溶解在正丙醇中，形成重量/体积浓度为6％的均匀溶液，作为胺解溶液。将聚乳酸薄膜垂直固定在直径为13.2mm的玻璃试管中。采用微量注射器往试管中注射胺解溶液，注射速度为0.4ml/h，同时控制胺解温度为60℃，注射时间为10分钟。胺解后膜表面氨基浓度分布曲线见图1；表面形貌见图2。
2)梯度胺解的聚乳酸薄膜用三蒸水清洗后，室温下浸入质量浓度为1％的戊二醛溶液中3小时，取出用三蒸水清洗干净，获得表面醛基呈梯度分布的聚乳酸薄膜。
3)将戊二醛处理后的聚聚乳酸薄膜浸入1mg/ml的胶原溶液，在4℃下反应24小时，取出后用大量0.1M乙酸溶液清洗以除去未反应的胶原，获得表面胶原梯度固定的聚乳酸薄膜。表面固定胶原后的表面胶原含量分布曲线见图3；用荧光标记的胶原在膜表面的分布见图4；图4a)从左到右对应于聚乳酸薄膜从上到下，荧光亮度逐渐增强，表明胶原分子梯度分布；由图4b)的荧光强度分布曲线可见，荧光强度与胶原的含量成正比；表面形貌见图5；表面接触角变化见图6。
实施例2
1)将己二胺溶解在正丙醇中，形成重量/体积浓度为3％的均匀溶液，作为胺解溶液。将聚乳酸薄膜垂直固定在直径为20mm的玻璃试管中。采用微量注射器往试管中注射胺解溶液，注射速度为5ml/h，同时控制胺解温度为60℃，注射时间为10分钟。
2)梯度胺解的聚乳酸薄膜用三蒸水清洗后，室温下浸入质量浓度为0.3％的戊二醛溶液中6小时，取出用三蒸水清洗干净，获得表面醛基呈梯度分布的聚乳酸薄膜。
步骤3)同实施例1，获得表面胶原梯度固定的聚乳酸薄膜。
实施例3
将己二胺溶解在正丙醇中，形成重量/体积浓度为10％的均匀溶液，作为胺解溶液。将聚乳酸薄膜垂直固定在直径为13.2mm的玻璃试管中。采用微量注射器往试管中注射胺解溶液，注射速度为0.8ml/h，同时控制胺解温度为50℃，注射时间为15分钟。
步骤2)和步骤3)同实施例1，获得表面胶原梯度固定的聚乳酸薄膜。
实施例4
同实施例1的步骤1)和步骤2)制备得到表面醛基呈梯度分布的聚乳酸薄膜。将该薄膜浸入0.5mg/ml的明胶溶液，在4℃下反应24小时，取出后用大量蒸馏水清洗以除去未反应的胶原，获得表面明胶梯度固定的聚乳酸薄膜。
实施例5
同实施例1的步骤1)和步骤2)制备得到表面醛基呈梯度分布的聚乳酸薄膜。将该薄膜浸入1mg/ml的壳聚糖溶液，在25℃下反应6小时，取出后用大量0.1M乙酸溶液清洗以除去未反应的胶原，获得表面明壳聚糖度固定的聚乳酸薄膜。
实施例6
用聚氨酯薄膜替换实施例1中的聚乳酸薄膜，其他步骤同实施例1，获得表面胶原梯度固定的聚氨酯薄膜。
实施例7
用聚己内酯薄膜替换实施例1中的聚乳酸薄膜，其他步骤同实施例1，获得表面胶原梯度固定的聚己内酯薄膜。
Claims (1)
1.一种制备表面生物大分子呈梯度分布的聚合物材料的方法，该方法包括以下步骤：
1)将含酯键聚合物薄膜垂直固定在玻璃试管中，在40～60℃下，采用注射器向试管中连续注射重量/体积浓度为3～10％的己二胺/正丙醇溶液，注射速度为0.1ml/h～5ml/h，获得表面氨基呈梯度分布的聚合物薄膜，所说的含酯键聚合物是聚乳酸、聚氨酯或聚己内酯；
2)将步骤1)所得表面氨基呈梯度分布的聚合物薄膜用三蒸水清洗后，室温下浸入质量浓度为0.3％～1％的戊二醛溶液中2小时以上，取出用三蒸水清洗干净，获得表面醛基呈梯度分布的聚合物薄膜；
3)将步骤2)所得表面醛基呈梯度分布的聚合物薄膜浸入质量浓度为0.5～1mg/ml的生物大分子溶液，在4℃～25℃下反应6～24小时，取出后用乙酸溶液或三蒸水清洗除去物理吸附的生物大分子，获得表面生物大分子呈梯度分布的聚合物薄膜，所说的生物大分子是胶原、明胶或壳聚糖。
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