CN101735096A - 一种甜菜碱酯衍生物、有机硅材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新的甜菜碱酯衍生物、有机硅材料及其制备方法和用途。本发明甜菜碱酯衍生物具备如下结构通式(I)或结构通式(II)：
通式(I)，
Description
技术领域
本发明涉及一种有机硅材料。
背景技术
在生物医学工程中，硅橡胶一直是生物医用高分子材料中特别重要的一类，它不仅具有优异的耐热性、耐寒性、介电性、耐臭氧和耐大气老化等性能，而且更具有优异的生理惰性，无毒、无味、无腐蚀、优异的光学透明度、优异的透气性、一定的机械强度、合适的弹性模量，且能经受苛刻的消毒条件。根据需要它可被加工成管材、片材、薄膜及异形构件，可用于医疗器械、人工脏器等，特别是一种优异的隐形眼镜材料。但是作为生物医用高分子材料的硅橡胶也存在一些问题，由于他极强的疏水性会导致与生理液体(血液、体液、泪液等)接触后的蛋白质非特异性吸附，从而由此导致凝血过程的激发、细菌吸附、生物膜形成或其他免疫反应等问题，以及由此引起的血栓、感染等症状。另一方面，在硅橡胶中未完全交联的有机硅小分子有向表面迁移的趋势，使表面修饰的硅橡胶性能不是很稳定。因此，需要对作为生物医用材料的硅橡胶进行生物相容性改性。
对硅橡胶的生物相容性处理一般通过互穿聚合物网络的有机硅水凝胶方法和表面修饰的方法。有机硅水凝胶的表面润湿性还是较差，因此生物相容性不好。常用亲水性组分包括乙烯基吡咯烷，N，N-二甲基丙烯酰胺，乙烯醇等。对于互穿聚合物网络的方法，由于硅组分未与其他形成镜体的组分共价结合，随着时间的推移，导致表面能低的硅组分向外迁移，使得镜体的润湿性能下降。为避免上述状况，常通过嵌段共聚物引入亲水性组分的方法来增加表面的亲水性，但往往需要溶剂或相容剂。由此会引起材料的透光率与机械强度的降低，和引入复杂的后处理。特别是透光率的降低限制了该类材料在中高档隐形眼镜中的使用。由于互穿聚合物网络仍然不能达到满意的亲水能力，通常还需要通过表面处理，表面处理常用等离子体处理、表面接枝、表面转移等方法。用N2、NH3、O2、SO2等气体的等离子体处理，可以改变表面的化学组成，引入相应新的官能基团：-NH2、-OH、-COOH、-SO3H等，从而提高表面的亲水性。表面接枝主要包括通过亲水单体在材料上的表面诱发聚合，亲水聚合物的表面共价交联等方法形成亲水层。但是一方面等离子体处理等技术需要更多的机械、时间和复杂的工艺来处理硅橡胶等材，另一方面表面处理过的材料容易在使用过程中，通过接触导致亲水物质的损失而使表面润湿性能下降。
在近几年发展趋势中，材料表面的抗蛋白质非特异吸附能力在生物医用材料方面获得了广泛的重视，主要有聚乙二醇、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)，2-甲基丙烯酰氧乙基甜菜碱(CBMA)等两性离子分子，这些材料都有优异的抗蛋白质非特异吸附能力。通过最近的一些研究发现，细菌在表面的吸附生长是与表面蛋白质吸附能力紧紧相关的。所以上述抗蛋白质非特异性吸附的材料也具备优异的抗细菌吸附能力，能够降低因材料表面细菌吸附而引起的感染。聚乙二醇是最为常用的一种，且具备良好的低极性溶剂中的溶解能力。但是接触角较大，而且在金属离子存在的条件下能够被较快的氧化，由此会引起抗蛋白质吸附组分的丢失，以及形成吸附蛋白质的化学官能团。从而在复杂的生理条件下，短时间内失去抗蛋白质非特异吸附能力；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱是一种以细胞表面磷酸胆碱基团为基础的仿生材料，有很好的抗蛋白质非特异吸附能力、稳定性和生物相容性。但是该组分只能够溶于极性溶剂(如醇类等)，且溶解度也较低，这对与较高分子量的有机硅组分的共混产生困难，易于产生相分离等问题，不能形成高比率的互穿材料，而且透明度和机械强度也会急剧下降。另一方面，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的合成条件非常苛刻，合成收率较低也阻碍了该类材料的广泛使用；2-甲基丙烯酰氧乙基甜菜碱(CBMA)等两性离子分子是第三类可用于抗蛋白质非特异性吸附的材料，同样具备面临与非极性的有机硅组分的互溶性问题，因此也不能大比率地被用于有机硅材料。
隐形眼镜可分为硬性隐形眼镜和软性隐形眼镜。硬性接触眼镜包括不透氧硬性隐形眼镜和透氧硬性隐形眼镜。不透氧硬性隐形眼镜由透明交联的高分子材料制备，材料吸收很少量的水分，拉伸模量较高，最具代表的是聚甲基丙烯酸甲酯硬性隐形眼镜。然而聚甲基丙烯酸甲酯的透氧率低，长期佩戴眼睛红肿，且镜片较硬，初戴不舒服。透氧硬性隐形眼镜主要为含硅氧烷系列的隐形眼镜，由于这些分子的结构疏松，分子间隙大，所以具有很好的透氧性能，但由于表面润湿性差，蛋白质沉积严重，使得配戴者的眼镜不舒服。软性隐形眼镜包括低透氧软性隐形眼镜和高透氧软性隐形眼镜。最初的低透氧软性隐形眼镜的材料是甲基丙烯酸羟乙酯单体聚合形成的水凝胶，含水量为38％，这种材料比较柔软，具有一定的透氧能力和弹性.但是其透氧能力不很理想，且抗蛋白质沉积性能较差。随后人们研究向其中添加乙烯基吡咯烷，乙烯醇等物质改善其性能。高透氧软性隐形眼镜主要是有机硅类高透氧水凝胶，这种水凝胶含有两种关键组分，一种是用于透氧的硅氧烷组分，另一种是乙烯基吡咯烷等亲水性好的单体，所合成的材料是透明的，弹性模量低，软而易于处理，具有一定含水量，配戴较舒适，但是由于表面润湿性不够好，蛋白质沉积量高，容易造成眼部疾病。
现有病人体内插管存在着易表面凝血堵塞、易吸附细菌感染等问题。因此往往需要较大的孔径的插管，给病人带来了感染的危险和痛苦。另一方面，目前大口径人造血管的研究已取得突破性成果，在临床上获得了广泛应用，但在小口径人造血管(直径小于6mm)研究方面，由于血管堵塞和组织相容性等核心问题没有得到很好地解决，离实际应用还有较大的距离。理想的小口径人造血管具有良好的物理稳定性、力学性能、生物相容性、抗凝血性及抗感染性，其中力学性能和组织血液相容性是保证血管长期稳定性及通畅性的主要因素，也是突破人造血管技术的关键。直径6mm以上的人造血管一般采用PTFE(聚四氟乙烯)塑料材料。但是通过释放由蛋白质非特异性吸附引起的小型凝血块方式的PTFE在小径血管应用中仍然面临诸多问题。一旦直径小于3mm的人造血管出现，就可以应用于心脏的冠状动脉瘤等疾病的治疗之中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新的甜菜碱酯衍生物、有机硅材料及其制备方法和用途。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该甜菜碱酯衍生物是含乙烯基基团的甜菜碱酯衍生物，具备如下结构通式(I)或结构通式(II)：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
进一步地，本发明所述所述结构通式(I)、结构通式(II)中的V是丙烯酸酰基、或是甲基丙烯酸酰基、或是含苯乙烯的基团。
本发明甜菜碱酯衍生物的制备方法主要包括如下步骤：
(1)利用丙烯酸酯或卤代酯与二仲胺加成，通过减压蒸馏得到含仲胺的单取代叔胺的氨基酸酯；
(2)将含仲胺的单取代叔胺的氨基酸酯与含乙烯基的酰化试剂进行反应，获得所述甜菜碱酯衍生物，该甜菜碱酯衍生物具备如下结构通式(I)或结构通式(II)：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
本发明含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料为甜菜碱酯衍生物与含乙烯基的有机硅单体的共聚物，所述甜菜碱酯衍生物为具备如下结构通式(I)或结构通式(II)的甜菜碱酯衍生物中的任一种或任几种：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
进一步地，本发明所述含乙烯基的有机硅单体为具有如下结构式(III)、(IV)或(V)的含乙烯基的有机硅单体中的任一种或任几种：
其中，X为O、S、N中的任一种，a为3-10中的任意整数；
其中，n2为5-50中的任意整数；
其中，n1为5-50中的任意整数。
本发明含乙烯基的有机硅单体制备有机硅材料的方法主要包括如下步骤：
(1)将甜菜碱酯衍生物、含乙烯基的有机硅单体和亲水组分进行热共聚反应或光共聚反应，
所述甜菜碱酯衍生物为具备如下结构通式(I)或结构通式(II)的甜菜碱酯衍生物中的任一种或任几种：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子；
所述含乙烯基的有机硅单体为分别具有如下结构式(III)、(IV)、(V)的含乙烯基的有机硅单体中的任一种或任几种：
其中，X为O、S、N中的任一种；a为3-10中的任意整数；
其中，n2为5-50中的任意整数；
其中，n1为5-50中的任意整数；
所述亲水组分为N-乙烯基吡咯烷和/或N，N-二甲基丙烯酰胺单体，该亲水组分的质量为所述甜菜碱酯衍生物与含乙烯基的有机硅单体的质量之和的0～1.5倍；
(2)将步骤(1)得到的共聚物先浸入醇溶液中12小时到7天，后取出再浸入磷酸缓冲液中12小时到7天；
(3)然后将所述共聚物取出于15-80℃的温度条件下，水解2小时到7天。
本发明含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料作为医用生物材料的应用是：所述有机硅材料用于作为隐形眼镜制备材料，或用于作为病人体内插管的制备材料，或用于作为人造血管的制备材料。
本发明含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料作为涂层的应用是：所述有机硅材料用于作为船体水下的抗生物吸附涂层，或用于作为冷却水系统的防污涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过先将CBMA类似物中的羧基保护，避开了两性离子与有机硅材料不能互溶的缺点，使其能够与有机硅组分任意比率均匀互溶，避免了相分离问题，能够聚合形成内部成分发布均匀的有机硅材料。获得具备优异光学透明度，且又能保持原有有机硅材料的良好的机械性质和透氧能力。并通过表面或本体水解/部分水解的方式，获得抗蛋白质非特异性吸附能力，成为具备降低由细菌吸附带入的感染和细菌膜吸附生长的有机硅或有机硅水凝胶材料。获得的有机硅或有机硅水凝胶材料包含一种或多种以下特征：相对组织培养聚苯乙烯(TCPS)蛋白质吸附量小于20％，小于35度的接触角，至少92％的透光率。另一方面，在该有机硅材料中未水解的甜菜碱酯衍生物能够在使用过程中缓慢水解，补充在使用过程中失去的表层甜菜碱基团，由此获得更长久的亲水性和抗蛋白质非特异吸附能力。
2)本发明获得的有机硅材料具有优异的亲水、抗蛋白质非特异吸附能力、良好的机械性质、光学透明性和透氧能力，因此特别适用于作为隐形眼镜材料。特别是改善有机硅材料的亲水能力和抗蛋白质非特异吸附，提高佩戴隐形眼镜的佩戴舒适度，以及降低由隐形眼镜表面粘附细菌产生的感染现象。同样基于该材料上述优异特性，能够降低小直径插管、小口径人造血管等的堵塞问题。
3)本发明也提供了相关化合物的经济与高效的合成方法，使本发明材料能够被广泛使用。
具体实施方式
本发明为了满足以上有机硅材料性质和加工技术条件，是通过如下通用方法来实施方式的：
1)合成可水解成两性分子酯的聚合物单体
利用丙烯酸酯与二仲胺(如：N，N’-二甲基乙二胺)的迈克尔加成和减压蒸馏，能够获得高产率的含仲胺的单取代β-叔胺的氨基酸酯，再通过与甲基丙烯酸酰氯等酰化试剂与仲胺反应，获得可水解成两性分子的聚合物单体。
上述制法中，也可以是卤代酯与二胺反应，获得含胺的单取代叔胺的氨基酸酯。
2)大比率的互溶状态下的共聚
以含硅小分子，含硅大分子，含乙烯基甜菜碱酯衍生物单体，以及适当量的N，N-二甲基丙烯酰胺/或乙烯基吡咯烷，采用引发剂，在模具中，反应30分钟-24小时后脱模，浸入乙醇中12小时到7天，再浸入pH 7.4磷酸缓冲(PBS)溶液12小时到一周；然后在温度为15-80℃下，水解2小时到7天。
上述制法中，引发剂的质量为单体总质量的0.1％-2％，含硅小分子的物质的量为单体总质量的20％-80％，含硅大分子的质量为单体的总质量的5％-50％，含乙烯基甜菜碱酯衍生物的质量为单体总质量的5％-80％。乙烯基吡咯烷(NVP)质量为单体的总物质量的0％-60％，N，N-二甲基丙烯酰胺的质量为单体的总物质量的0％-60％。
上述制法中，引发剂包括光聚合引发剂和热聚合引发剂，其中光聚合引发剂包括2，4，6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、4-二甲氨基-苯甲酸乙酯等；热聚合引发剂包括偶氮类引发剂如偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化物类引发剂如过氧化苯甲酰等。
上述制法中，也可以含有其他着色分子，对此有机硅材料染色。
5)水解程度的控制方法
设计不同酯的形式可以用于选择不同的水解条件，其中包括酸性水解条件和碱性水解条件。如选择叔丁基酯，可使用0.01mol/L氯化氢溶液，50℃水解6小时；而选择甲酯，可使用0.01mol/L氢氧化钠溶液，37℃水解12小时。由此获得有效的表面水解状态，形成长效抗蛋白质吸附的有机硅材料。
该制法中也可以通过增加酸碱浓度、水解时间与温度等方法，调节水解程度与深度，形成有机硅水凝胶。
上述制法中，也可以在水解液中加入生物相容有机溶剂(如乙醇、二甲亚砜等)，帮助在更有效的体相水解，形成有机硅水凝胶。
实例中有机硅材料特征的评估方法如下：
(1)含水量
25℃下，将一定质量的干有机硅材料浸泡在磷酸缓冲液中，隔一定时间取出擦干表面水分称其重量，直到样品达到溶胀平衡。剪取溶胀平衡的样品1cm×1cm大小3份，分别吸干其表面水分称湿重M1，80℃下真空干燥至恒重分别称干重M2。
平衡含水率计算公式：EWC＝(M1-M2)/M2×100％
(2)透光率
将干有机硅材料置于磷酸缓冲液中浸泡至溶胀平衡后取出，吸干表面水分，以蒸馏水为参比，在450-700nm范围内，每隔50nm测得一次透光率，并计算其平均透光率。
(3)接触角
将有机硅材料的表面水吹干，用移液器在有机硅材料的表面滴上2微升水，拍照后测得静态接触角。
(4)相对蛋白质吸附量
在37℃下，将有机硅材料和TCPS样品1cm×1cm大小，厚度0.5mm放入到24孔板中，加入1mg/ml的人免疫球蛋白G(IgG)溶液(PBS，pH 7.4)1ml，1.5个小时后，用PBS pH 7.4洗五遍，将样品放入到10μg/ml的羊抗人IgG-辣根过氧化氢酶偶联物溶液(PBS，pH 7.4)1ml，1.5个小时后，用PBS洗五遍，取出后放入新的24孔板中，加入800μl1mg/ml的邻苯二胺溶液中(0.1M柠檬酸缓冲液pH5.0，含有0.03％过氧化氢)，15分钟后，加入800μl 1M硫酸溶液终止酶催化反应，然后在492nm下测定吸光度。空白对照组为，除了不加入样品，其他步骤均一致，吸光度为A0。设有机硅材料的吸光度为A1，TCPS的吸光度为A2。
相对蛋白质吸附量＝(A1-A0)/(A2-A0)
实施例1：甜菜碱酯衍生物的合成(参见合成路线1)
a.将8.6g(0.1mol)丙烯酸乙酯，8.8g(0.1mol)N，N’-二甲基乙二胺和溶剂四氢呋喃100ml加入到单口烧瓶中，在50℃搅拌24小时后，在0.003mmHg下蒸馏，收集46-48℃组分，得化合物3，收率为85％。
b.将上步得到10.54g(0.06mol)化合物3，6.68g(0.066mol)三乙胺和溶剂四氢呋喃100ml加入到250ml三口烧瓶中，取6.90g(0.066mol)甲基丙烯酰氯放入25ml恒压滴液漏斗，氮气保护，冰浴缓慢滴加1小时，反应24小时后，抽滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸除去大部分溶剂和残留的三乙胺得到淡黄色液体，将淡黄色液体溶解于100ml二氯甲烷中，用100ml饱和碳酸钠溶液洗，取二氯甲烷相再用饱和食盐水洗，二氯甲烷相用无水硫酸镁干燥过夜，抽滤后旋蒸除去二氯甲烷，得到化合物5(即甲基丙烯酸的甜菜碱酯衍生物)，收率为96.5％。
实施例2：甜菜碱酯衍生物的合成(参见合成路线2)
a.将16.7g(0.1mol)溴丙酸甲酯，8.8g(0.1mol)N，N’-二甲基乙二胺和溶剂四氢呋喃100ml加入到单口烧瓶中，在50℃搅拌6小时后，抽滤除去三乙胺盐酸盐，在0.003mmHg下蒸馏，收集46-48℃组分，得化合物3，收率为70.5％。
b.同实施例1的步骤b，得到化合物5(即甲基丙烯酸的甜菜碱酯衍生物)，收率为95.8％。
实施例3：甜菜碱酯衍生物的合成(参见合成路线3)
a.将8.6g(0.1mol)丙烯酸乙酯，8.8g(0.1mol)N，N-二甲基乙二胺和溶剂四氢呋喃100ml加入到单口烧瓶中，在50℃搅拌24小时后，在0.003mmHg下蒸馏，得化合物7，收率为88％。
b.将上步得到11.3g(0.06mol)化合物3，6.68g(0.066mol)三乙胺和溶剂四氢呋喃100ml加入到250ml三口烧瓶中，取6.90g(0.066mol)甲基丙烯酰氯放入25ml恒压滴液漏斗，氮气保护，冰浴缓慢滴加1小时，反应24小时后，抽滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸除去大部分溶剂和残留的三乙胺得到淡黄色液体，将淡黄色液体溶解于100ml二氯甲烷中，用100ml饱和碳酸钠溶液洗，取二氯甲烷相再用饱和食盐水洗，二氯甲烷相用无水硫酸镁干燥过夜，抽滤后旋蒸除去二氯甲烷，得到化合物8(即甲基丙烯酸的甜菜碱酯衍生物)，收率为95％。
实施例4：甜菜碱酯衍生物的合成
a.同实施例1的步骤a，得到化合物3
b.同实施例1的步骤b，但将含乙烯基的酰化试剂甲基丙烯酰氯更换为丙烯酰氯得到化合物9(即丙烯酸的甜菜碱酯衍生物)，收率为93％。
实施例5：甜菜碱酯衍生物的合成(参见合成路线4)
a.同实施例3的步骤a，得到化合物7；
b.将11.3g(0.06mol)化合物7，13g(0.1mol)对苯2乙烯和溶剂四氢呋喃100ml加入到单口烧瓶中，在50℃搅拌24小时后，在酸性条件下萃取得化合物9，收率为75％。
实施例6：有机硅材料的制备
a.在25℃下，将1.266g甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris，如结构式(III)所示)，0.1g聚硅氧烷二甲基丙烯酸酯(Macromer 1，如结构式IV所示，分子量约5000)，0.1g聚硅氧烷甲基丙烯酸酯(macromer 2，如结构式V所示，分子量约5000)，0.73g化合物4(CBAA-ester)，0.011g偶氮二异丁腈(AIBN)置于锥形瓶中搅拌，通氮气10-20分钟，用磁力搅拌30分钟，混合均匀后，将滤液倒入处理好的模具中(两块2mm厚的玻璃，中间用0.5mm厚的中空聚四氟乙烯片隔开)，密封后放入65℃的真空干燥箱中，反应24小时后脱模。
b.将脱模后的有机硅材料浸入乙醇12小时，再浸入PBS溶液12小时，然后在50℃下，用0.01mol/L氢氧化钠溶液水解48小时，再次浸入PBS溶液24小时，得到抗蛋白质吸附的有机硅材料(即含甲基丙烯酸的甜菜碱酯衍生物的有机硅材料)。
表1：实施例6有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 57.4％ |
| Macromer 1 | 0.1 | 4.5％ |
| Macromer 1 | 0.1 | 4.5％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 33.1％ |
| AIBN | 0.011 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料只具有微量平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为92％，相对蛋白质吸附量约为15％。与不加含乙烯基甜菜碱酯衍生物单体的有机硅材料相比，实施例6的有机硅材料的透明度未有明显下降，充分说明了实施例6有机硅材料保持了原有的光学透明度。实施例4有机硅材料与成纤维细胞共存培养显示，实施例6有机硅材料通过降低蛋白质吸附大大降低了成纤维细胞的贴壁生长，这也预示了该有机硅材料具备较优异的抗细菌吸附能力。同时在与实施例6有机硅材料共存的组织培养皿上正常生长的细胞说明了实施例6有机硅材料不会释放毒害细胞生长的物质。
实施例7：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例3条件相同，本实施例6得到的有机硅材料组分如表2。
表2：实施例7有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 54.9％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 8.7％ |
| DMA | 0.1 | 4.3％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 31.6％ |
| AIBN | 0.011 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有约8％的的平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为95％，相对蛋白质吸附量约为11％。
实施例8：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件基本相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表3，但有机硅材料浸入乙醇中7天，后取出再浸入磷酸缓冲液中7天。
表3：实施例8有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 65.2％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 10.3％ |
| NVP | 0.1 | 5.2％ |
| CBAA-ester | 0.365 | 18.8％ |
| AIBN | 0.009 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有5％的的平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为91％，相对蛋白质吸附量为14％。
实施例9：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件基本相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表4，但有机硅材料水解时间为3天。
表4：实施例9有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 61.7％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 9.7％ |
| NVP | 0.11 | 5.4％ |
| DMA | 0.1 | 4.9％ |
| CBAA-ester | 0.365 | 17.8％ |
| AIBN | 0.011 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有18％的的平衡水含量，约20°的前进接触角，透光率为93％，相对蛋白质吸附量为11％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料。
实施例10：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例10条件相同，有机硅材料组分如表5.
表5：实施例10有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 50.1％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 7.9％ |
| NVP | 0.22 | 8.7％ |
| DMA | 0.1 | 3.9％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 28.9％ |
| AIBN | 0.013 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有27％的的平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为95％，相对蛋白质吸附量为9％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料。
实施例11：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表6，但有机硅材料浸入乙醇中3天，后取出再浸入磷酸缓冲液中3天。
表6：实施例11有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 50.3％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 7.9％ |
| NVP | 0.11 | 4.4％ |
| DMA | 0.2 | 7.9％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 29.0％ |
| AIBN | 0.013 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有30％的的平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为95％，相对蛋白质吸附量为10％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料。
实施例12：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件基本相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表7，但有机硅材料水解时间为7天。
表7：实施例12有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 40.7％ |
| Macromer 1 | 1.0 | 32.1％ |
| DMA | 0.1 | 3.3％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 23.4％ |
| AIBN | 0.011 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有微量的平衡水含量，约25°的前进接触角，透光率为95％，相对蛋白质吸附量为18％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料，或用于作为病人体内插管的制备材料，或用于作为人造血管的制备材料。
实施例13：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件基本相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表8，但有机硅材料为粘性溶液，不经水解，可直接涂布到环氧漆表明，干燥后形成的涂层经15℃水解7天获得抗蛋白质吸附涂层。
表8：实施例13有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 0.5 | 19.89％ |
| Macromer 2 | 0.5 | 19.89％ |
| Macromer 1 | 0.001 | 0.04％ |
| CBAA-ester | 1.5 | 59.68％ |
| AIBN | 0.012 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料具有微量的平衡水含量，小于15°的前进接触角，相对蛋白质吸附量约为10％。可用于作为船体水下的抗生物吸附涂层，或用于作为冷却水系统的防污涂层。
实施例14：有机硅材料的制备
聚合与水解条件与实施例6条件基本相同，本实施例得到的有机硅材料组分如表9，但有机硅材料经80℃水解2小时获得抗蛋白质吸附涂层。
表9：实施例14有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 0.2 | 7.65％ |
| Macromer 1 | 0.2 | 7.65％ |
| DMA | 1.6 | 61.2％ |
| CBAA-ester | 0.4 | 15.3％ |
| AIBN | 0.013 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料具有80％的平衡水含量，小于15°的前进接触角，透光率为94％，相对蛋白质吸附量为7％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料。
实施例15：有机硅材料的制备
a.在25℃下，将1.266g甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris，如结构式(III)所示)，0.1g聚硅氧烷二甲基丙烯酸酯(Macromer 1’，如结构式IV所示，分子量约1500)，0.1g聚硅氧烷甲基丙烯酸酯(macromer 2’，如结构式V所示，分子量约1500)，0.73g化合物4(CBAA-ester)，0.011g偶氮二异丁腈(AIBN)置于锥形瓶中搅拌，通氮气10-20分钟，用磁力搅拌30分钟，混合均匀后，将滤液倒入处理好的模具中(两块2mm厚的玻璃，中间用0.5mm厚的中空聚四氟乙烯片隔开)，密封后放入65℃的真空干燥箱中，反应24小时后脱模。
b.将脱模后的有机硅材料浸入乙醇24小时，再浸入PBS溶液24小时，然后在50oC下，用0.01mol/L氢氧化钠溶液水解48小时，再次浸入PBS溶液24小时，得到抗蛋白质吸附的有机硅材料(即含甲基丙烯酸的甜菜碱酯衍生物的有机硅材料)。
表10：实施例15有机硅材料的成分
| 化合物(缩写) | 质量(g) | 质量百分比 |
| Tris | 1.266 | 57.4％ |
| Macromer 1’ | 0.1 | 4.5％ |
| Macromer 2’ | 0.1 | 4.5％ |
| CBAA-ester | 0.73 | 33.1％ |
| AIBN | 0.011 | 0.5％ |
由这种调配物获得的有机硅材料合成方便且生物相容性好。所述有机硅材料只具有微量平衡水含量，约15°的前进接触角，透光率为96％，相对蛋白质吸附量约为15％。可用于长时间佩戴的隐形眼镜材料，或用于作为病人体内插管的制备材料，或用于作为人造血管的制备材料。
最后，还需要说明的是，以上列举的只是本发明的若干个具体实施例。显然本发明不限于以上实施例，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所用变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种甜菜碱酯衍生物，其特征是：它是含乙烯基基团的甜菜碱酯衍生物，具备如下结构通式(I)或结构通式(II)：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
2.根据权利要求1所述的一种甜菜碱酯衍生物，其特征是：所述结构通式(I)、结构通式(II)中的V是丙烯酸酰基、或是甲基丙烯酸酰基、或是含苯乙烯的基团。
3.一种甜菜碱酯衍生物的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)利用丙烯酸酯或卤代酯与二仲胺加成，通过减压蒸馏得到含仲胺的单取代叔胺的氨基酸酯；
(2)将含仲胺的单取代叔胺的氨基酸酯与含乙烯基的酰化试剂进行反应，获得所述甜菜碱酯衍生物，该甜菜碱酯衍生物具备如下结构通式(I)或结构通式(II)：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
4.一种含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料，其特征是：该有机硅材料为甜菜碱酯衍生物与含乙烯基的有机硅单体的共聚物，所述甜菜碱酯衍生物为具备如下结构通式(I)或结构通式(II)的甜菜碱酯衍生物中的任一种或任几种：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子。
5.根据权利要求4所述的含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料，其特征是所述含乙烯基的有机硅单体为具有如下结构式(III)、(IV)或(V)的含乙烯基的有机硅单体中的任一种或任几种：
其中，X为O、S、N中的任一种，a为3-10中的任意整数；
其中，n2为5-50中的任意整数；
其中，n1为5-50中的任意整数。
6.一种利用权利要求5中的含乙烯基的有机硅单体制备有机硅材料的方法，其特征是包括如下步骤：
(1)将甜菜碱酯衍生物、含乙烯基的有机硅单体和亲水组分进行热共聚反应或光共聚反应，
所述甜菜碱酯衍生物为具备如下结构通式(I)或结构通式(II)的甜菜碱酯衍生物中的任一种或任几种：
其中：
V是含乙烯基的基团，
a、b、c、d分别为1～12中的任意整数，
R1、R2、R4、R5分别为氢原子、甲基、乙基、叔丁氧羰基、9-芴甲氧羰基中的任一种，
R3是甲基、乙基、叔丁基、三烷基硅中的任一种，
X是氮原子，Y是氮或氧原子；
所述含乙烯基的有机硅单体为分别具有如下结构式(III)、(IV)、(V)的含乙烯基的有机硅单体中的任一种或任几种：
其中，X为O、S、N中的任一种；a为3-10中的任意整数；
其中，n2为5-50中的任意整数；
其中，n1为5-50中的任意整数；
所述亲水组分为N-乙烯基吡咯烷和/或N，N-二甲基丙烯酰胺单体，该亲水组分的质量为所述甜菜碱酯衍生物与含乙烯基的有机硅单体的质量之和的0～1.5倍；
(2)将步骤(1)得到的共聚物先浸入醇溶液中12小时到7天，后取出再浸入磷酸缓冲液中12小时到7天；
(3)然后将所述共聚物取出于15-80℃的温度条件下，水解2小时到7天。
7.一种权利要求4的含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料作为医用生物材料的应用，其特征是：所述有机硅材料用于作为隐形眼镜制备材料，或用于作为病人体内插管的制备材料，或用于作为人造血管的制备材料。
8.一种权利要求4的含甜菜碱酯衍生物的有机硅材料作为涂层的应用，其特征是：所述有机硅材料用于作为船体水下的抗生物吸附涂层，或用于作为冷却水系统的防污涂层。
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