CN102216376A - 通过表面活性和反应性端基对聚合物的表面改性 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物表面改性的方法，其包括下列步骤：首先在制品的制备期间形成系连到聚合物链末端的初级反应性端基的表面，随后用生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物改性反应性表面得到特定的表面性能。或者，可以使用多官能偶联剂使初级反应基团偶联到能与生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物所带的官能团发生反应的第二反应基团上，从而得到特定的表面性能。本发明包括用连接到聚合物链末端的表面活性间隔基将反应性端基带到表面。在制备过程中，表面活性间隔基允许活性反应性端基在表面迁移和富集。本发明提供了具有抗血栓形成性、润滑性、选择性吸附和抗菌性的生物界面的医疗设备。

Description

通过表面活性和反应性端基对聚合物的表面改性
技术领域
本发明提供通过如下改变聚合物制品表面性能的方法：首先在制品的制备过程中形成系连在聚合物链末端的反应性端基的表面，随后使反应性端基表面与生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物反应，从而得到特定的表面性能。在本发明的一个实施方式中，可以使用多官能偶联剂使初级反应基团与能与生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物所连的官能团发生反应的第二反应基团偶联，从而得到特定的表面性能。本发明的方法包括用与反应性端基相连的表面活性间隔基将反应性端基带到聚合物制品的表面。在制品的制备过程中，表面活性间隔基能促进反应端基在表面的迁移和富集。可以使用包括退火处理和熔融处理的外部措施来进一步促进反应性端基在表面的迁移和富集。
背景技术
用生物活性分子和合成聚合物对基材进行表面改性可以改变基材的表面性能，例如对医疗产品的功效和安全来说很重要的组织和血液相容性、润滑性、润湿性、渗透性、抗微生物性。在这些表面改性技术中，已知特定性能分子的共价键合有下列优势：i)这种表面改性技术是有利的，因为在表面和改性剂之间形成稳定键；并且ii)可以显示出归因于共价键合与局部涂布之间存在的对材料亲和力的显著不同的特征性能。该过程通常描述为“接枝”，不同于普通涂覆和固化引起的表面变化。
已提出了各种表面接枝技术，用于施加通过利用其特征性能来具有上述优点的表面接枝聚合物。通常要区分两种可选的方法：“接枝到”-将聚合物连接到固体表面，而“接枝出”-在表面通过引发从固体表面聚合单体。参见Prucker等J.AM.Chem.Soc.，1999：121：8766-70。无论使用哪种技术，固体表面在接枝单体和聚合物可达到的区域中必须有反应活性位点。这通常需要接枝之前的表面预备的附加步骤，以为“接枝出”反应提供引发位点或以具有可用于“接枝到”连接的官能团。
已经通过使用高能量辐射(例如γ-或电子、等离子体、UV辐射)用不同方法尝试了化学反应的物理活化(特别是通过基材表面上聚合物的可控降解)。例如美国专利5094876描述了使用γ射线束或电子束辐射诱导化学接枝使塑料表面改性的方法。该方法包括将基材预浸泡在单体或单体溶液中的步骤，以利于所述单体到所述塑料表面中的扩散。该方法缺少预成形基材与成形聚合物之间的化学相互作用，并且需要使用有机溶剂来促进单体向基材的扩散，因此随后有机溶剂的除去将造成困难。
WO 01/17575描述了将水凝胶接枝到有机基材上的辐射法。它包括下列步骤：将基材暴露于引发剂中，从而在表面产生浸入单体接枝聚合用的反应性自由基位点，因此使单体分子和基材之间在基材表面上反应性自由基位点处形成共价键。“接枝出”法需要表面预备的单独步骤，可能不适用于许多自由基惰性的聚合物基材。
美国专利7,217,769B2公开了等离子体引发的亲水性涂层，其中首先通过等离子体接枝将双键(烯烃)单体(例如N-三甲基甲硅烷基-烯丙基胺(TMSAA)、乙烯、丙烯和烯丙醇)沉积在基材上并由此连接用于随后与带“双官能间隔基”(例如α-氢-ω-羟基聚(氧-1，2-乙二基)-双(1-羟基苯并三唑基碳酸酯)(HPEOC))的亲水性分子的等离子体交联的反应活性位点。该方法需要初级胺或次级胺的等离子体沉积，用于随后与“双官能”间隔基偶联反应或随后与亲水性分子的生物缀合。不能确保初级胺或次级胺的“底涂层”共价键合到基材上。
高能量辐射的激发选择性低，并且基材表面和亚表面上大量键断裂是不可避免。等离子体激发是非常表面特异性的，然而除了需要真空，原料聚合物的熔蚀趋势也很重要(Ulbricht等J.AM.Chem.Soc.，1995：56：325)。并且，在直接暴露于等离子体期间，高能量深-UV辐射的贡献可能导致不受控制的降解过程(Ulbricht，Polymer，2006，47：2217-2262)。此外，由于暴露于辐射下，表面精细的拓扑特征可能被损坏。
还使用了其他表面功能化方法(例如氧化水解和化学氧化蚀刻)来创建具有官能团(例如氨基、醛、环氧化物、羧基)或其他反应基团的活性表面用于随后的表面改性。这些“接枝到”表面处理涉及苛刻的条件，可能不利地影响本体性质以及表面形态。
上述现有技术，无论使用哪种方法，都需要表面预备的步骤来创建键合位点，要么通过化学处理在表面产生自由基要么通过物理辐射活化。已经报道了在基底材料的反应性侧基或端基上的直接偶联(例如对于纤维素衍生物聚酰胺或聚砜)。参见Klein，J.Membr.Sci.，2000，179：1以及Castilho等J.Membr.Sci.，2000，172：269。但是取得的成果有限，因为表面上表面改性剂直接可到达的反应性官能团的可用性有限。
发明内容
本发明通过如下克服了上述缺点：提供一种能用于改性聚合物表面而没有上述用于提供反应性键合位点的湿化学或物理辐射的表面预处理的缺点的方法。
本发明第一方面提供了一种表面改性方法，其通过：首先在制品或基材的制备期间形成系连到聚合物主链末端或侧链末端的初级反应性端基的表面，随后用分子、片段、有机金属化合物、金属化合物、生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物直接改性而得到特定的表面性能。
本发明第二方面提供了一种表面改性方法，其通过：使用可选的多官能偶联剂使初级反应基团偶联到能与表面改性剂(包括生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物)所带的官能团发生反应的第二反应基团上，从而得到特定的表面性能。多官能偶联剂是能通过任意方式连接两种不同分子(例如基材上的官能团与生物活性分子、单体、低聚物或聚合物上的官能团)的分子。优选多官能偶联剂与待偶联的基材和改性剂之间形成共价键、配位键或离子键。
本发明第三方面提供了在设备的制造期间通过连接到反应性端基的表面活性间隔基来创建具有迁驻(populated)在表面上的反应性端基的表面的方法。
本发明另一方面提供了一种创建具有临时性保护基的反应性端基的表面的方法。优选的保护基是具有表面活性的基团，从而在表面形成时保护基被迁驻到表面并且可以选择性除去，之后在表面留下反应性端基用于随后的表面改性。
本发明另一方面提供了一种通过经受常规热加工(例如挤出、模塑和退火)加速反应性端基表面富集的方法。
本发明另一方面提供了一种表面改性方法，其使用包含至少一种表面活性和反应性端基的涂料组合物，从而为表面提供用于随后与分子、片段、有机金属化合物、金属化合物、生物活性分子、亲水性和疏水性单体、低聚物或聚合物键合的反应性端基。
本发明的方法包括：利用连接到聚合物链末端的活性间隔基将反应性端基带到表面，在制备过程中，表面活性间隔基促进活性反应性端基到表面的迁移和富集。制备中可以使用热加工来进一步促进反应性端基在表面的富集。热加工可以是挤出、模塑和退火。该方法可用于为医疗设备提供具有所期望性能的表面，例如抗血栓形成性、润滑性、选择性吸附和抗微生物性。
根据本发明的两种示意性方法可以描绘为图1和图2所示。图1所示的方法涉及用表面活性和反应性端基的直接表面改性。图2所示的方法说明了使用多官能偶联剂的表面改性。在图1和图2所示的结构式中，X代表反应性端基，Q代表表面改性分子，K代表与分子Q相连的官能团，Y代表与X反应的官能团，而Z代表与K反应的官能团。
在图1所示的直接表面改性的实施方式中，本发明的方法包括下列步骤：提供由聚合物分子组成的聚合物物体，所述聚合物分子具有与表面活性间隔基相连的第一反应性端基，其中所述表面活性间隔基包括所述聚合物分子上的端基；用所述聚合物物体制备制品并在所述聚合物物体上形成与表面活性间隔基相连的所述第一反应性端基的表面；使所述聚合物物体的表面与含有第二反应性端基和表面改性片段的化合物相接触，从而使所述第二反应性端基与所述第一反应性端基反应，由此形成使表面改性片段链接到聚合物分子的共价键、配位键或离子键。
在图2所示的本发明的多官能偶联剂实施方式中，该方法包括下列步骤：提供由聚合物分子组成的聚合物物体，所述聚合物分子具有与表面活性间隔基相连的第一反应性端基，其中所述表面活性间隔基包括所述聚合物分子上的端基；用所述聚合物物体制备制品并在所述聚合物物体上形成与表面活性间隔基相连的所述第一反应性端基的表面；使所述聚合物物体的表面与含有第三和第四反应性端基的化合物相接触，从而使所述第三反应性端基与所述第一反应性端基反应，由此形成使第四反应性端基连接到聚合物分子的共价键或离子键；然后使所述聚合物物体的表面与含有第二反应性端基和表面改性片段的化合物相接触，从而使所述第二反应性端基与所述第四反应性端基反应，从而形成使表面改性片段连接到聚合物分子的共价键、配位键或离子键。
本申请中的指代名称“第一反应性端基”、“第二反应性端基”、“第三反应性端基”和“第四反应性端基”仅仅用于解释本发明要求保护的方法，其中如图1和图2清楚地示明的，反应性端基完成相互不同的作用。序数指代除了用于区分本发明公开和要求保护的方法中不同类型的反应性端基功能外没有其他意思。
上面提到的“第一反应性端基”通常系连到表面活性间隔基上作为聚合物链末端的一部分，从而在制品的制备期间反应性端基被自发地带到制品表面。链末端可以选自由下列组成的组：线性聚合物链末端、侧链末端、超支化链末端、树枝状高聚物链末端以及聚合物网络的链末端。
适用于本发明的制备方法包括但不限于热成型和溶剂基处理。热加工可以是挤出、模塑、浇铸或多层加工(包括在基底聚合物上的共挤出和二次模塑)，从而为所制备的制品提供含有表面活性或反应性端基的聚合物所具有的表面性能。
在根据本发明的加工期间，可以通过保护基来保护反应性端基，以便在制品的制备期间使反应性端基的反应性保持不变。可以在表面形成之后通过脱保护反应使反应性端基恢复。
根据本发明的方法，反应性端基可以选自由下列组成的组：乙烯基、烷氧基硅烷、硅烷、环氧基、酸酐、伯胺基、仲胺基、羧基、醛基、酮基、叠氮基、二烯类、酰胺基、异硫氰酸酯基、异氰酸酯基、卤素基、马来酰亚胺、羟基琥珀酰亚胺酯、羟基磺基琥珀酰亚胺酯、亚胺酯、肼、氮丙啶、氰基和炔类。通常选择在通过挤出、注射成型或退火制造设备或基材所用的加工条件下稳定的反应性端基。
在本发明的上下文中，表面活性和反应性端基包括响应于与表面直接接触的环境显示出在聚合物物体和其环境之间的界面上优先分配的表面活性物质。表面活性基可以选自由下列组成的组：硅氧烷树脂、取代或未取代的烃基链、饱和或不饱和的烃基链、聚醚、氟化烃基链和氟化聚醚。表面改性片段可以选自由下列组成的组：单体、低聚物、聚合物、有机金属分子、金属化合物和生物活性分子，例如壳聚糖、肝素、透明质酸及其衍生物、抗微生物剂、抗生物剂、抗血栓形成剂、肽、蛋白质、多肽、聚(氨基酸)、碳水化合物、造影剂、药物、葡糖胺多糖和润滑物。
本发明的聚合物基材可以选自由固态合成聚合物、固态天然聚合物和水凝胶组成的组。可以依照本文公开的新颖方法进行表面改性的聚合物种类包括聚烯烃类、硅氧烷树脂类、丙烯酸类聚合物和共聚物、甲基丙烯酸类聚合物和共聚物、含氟聚合物、乙烯基聚合物和共聚物、聚氨酯类、聚氨酯脲类、聚酯氨基甲酸酯类、硅酮聚氨酯类、聚氯乙烯类、聚酰胺类、聚醚酰胺类、聚酯类、环氧聚合物、聚酰亚胺类、聚酯酰胺类、聚醚酰胺类和硅酮水凝胶。
实际上任何种类的聚合物制品都可以依照本发明进行表面改性。在一个优选的实施方式中，所述制品是一种医疗设备，选自由下列组成的组：医用管材、静脉输液袋和导管、眼科设备、血液过滤设备、心血管设备、生物传感器、整形外科植入物和假体。
最后，本发明还提供了两种新型的聚合物分子。一种是如下的具有表面改性片段的聚合物分子，其中，所述表面改性片段通过包含含有“第二”反应性端基和所述表面改性片段的化合物上的所述第二反应性端基与“第一”反应性端基之间的反应产物的分子链接键连接到所述聚合物分子上，其中所述第一反应性端基连接在包含所述聚合物分子上的端基的表面活性间隔基上，如图1所示。另一种新型聚合物分子具有表面改性片段，所述表面改性片段通过包含含有第二反应性端基和所述表面改性片段的化合物上的所述第二反应性端基与含有第三和第四反应性端基的化合物上的第四反应性端基的反应产物以及所述含有第三和第四反应性端基的化合物上的第三反应性端基与第一反应性端基的反应产物两者的分子链接键连接到所述聚合物分子上，其中所述第一反应性端基连接在包含所述聚合物分子上的端基的表面活性间隔基上，—如图2所示。
附图说明
图1描绘了根据本发明通过表面活性和反应性端基进行的聚合物的直接表面改性。
图2描绘了根据本发明使用多官能偶联剂进行的聚合物表面改性。
图3示出了根据本发明制备制品之后保护基从官能团上的解离。
图4示出了根据本发明环氧基与多元胺反应形成胺富集的表面，它可以用作用于固定醛官能肝素的平台。
图5示出了11-(9-癸烯基二甲基甲硅烷基)十一烷-1-醇的合成。
图6示出了11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇的合成。
图7描绘了根据本发明具有反应性甲基丙烯酸酯端基的聚合物。
图8描绘了根据本发明聚合后、表面改性的聚合物。
发明详述
本发明适用于各种聚合物基材，包括但不限于：可用于制造医疗设备和相关生物作用材料的硅氧烷树脂类、聚氨酯类、聚酰胺类、聚醚酰胺类、聚甲基丙烯酸酯类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺类、聚烯烃类、聚砜类、聚醚酯类、聚酯类、聚酰亚胺类、聚异丁烯类以及它们的共聚物。在本发明中，可以通过使用或不使用偶联剂的表面反应性端基为所述设备提供表面改性，从而为设备提供改变的表面特性，例如改善的润滑性、改善的生物相容性以及特定的表面功能，例如用于亲和性疗法的生物分子的选择性吸附、用于隐形眼镜的泪液保留以及防止吸附蛋白质、用于生物传感器和血液过滤应用的渗透选择性改善、抗微生物的表面。
因此根据本发明，可以将生物分子、单体、低聚物、聚合物和共聚物键合到聚合物基材上，从而为表面提供各种功能，所述功能包括但不限于亲水性、润滑性、生物相容性以及充当随后表面改性用的底层的能力。本发明进一步提供了一种用于在惰性或难粘的表面进行表面改性的方法，所述方法既能用于设备的内表面又能用于设备的外表面，并且相对方便和便宜。
根据本发明，首先合成了具有表面活性和反应性端基的聚合物。将反应性端基系连到表面活性间隔基上作为聚合物链末端或侧链末端的一部分，从而在医疗设备的制造期间使反应性端基自发地随表面活性间隔基移动至表面，并且形成由可用于进一步改性的反应性端基组成的表面。反应性官能团可以作为表面活性间隔基的一部分或者连接到(多个或单个)表面活性间隔基的末端或侧面。优选反应性端基连接到表面活性间隔基的末端。
已经使用了多种表面活性间隔基来构建自组装的表面。用于这样的应用的化学品的实例可得自AsemblonTM。本领域普通技术人员可以理解这些自组装分子能被进一步改性，以连接适合进行随后表面改性的反应性官能团。
其他表面活性基团可以包括但不限于：硅氧烷树脂、取代或未取代的烃基链、饱和或不饱和的烃基链、聚氧化烯-聚硅氧烷、聚醚、氟化烃基链、氟化聚醚和WO 2007/142683中包含的其他表面活性种。所述表面活性基团的具体例子包括US 6492445B2中公开的季铵分子。该季铵分子可能具有下列化学式：
Figure BPA00001372644500081
其中R1、R2和R3是具有1-18个碳原子的直链或支化或环状的烷基或芳基，而R4是氨基、羟基、异氰酸酯基、乙烯基、羧基或能共价键合到基底聚合物的其他反应性基团封端的烷基链。由于固定的有机抗微生物剂的持久性，所以制备出的聚合物不会向环境释放低分子量的抗微生物剂，并且具有长效的抗微生物活性。或者，表面活性端基可以是氨基、异氰酸酯基、羟基、羧基、甲醛基或烷氧羰基，可以通过不同链长的自组装聚亚烷基间隔基(通常8-24个单元)链接到聚合物主链上。在一些具体的实施方式中，表面活性端基可以包含选自由下列组成的组中的片段：羟基、羧基、氨基、巯基、叠氮基、乙烯基、溴基、(甲基)丙烯酸酯、-O(CH2CH2O)3H、-(CH2CH2O)4H、-O(CH2CH2O)6H、-O(CH2CH2O)6CH2COOH、-O(CH2CH2O)3CH3、-(CH2CH2O)4CH3、-O(CH2CH2O)6CH3、三氟乙酰氨基、三氟乙酰氧基和2’，2’，2’-三氟乙氧基。
双官能的氟代聚醚的实例可购自Solvay Solexis，通式为X-CF2-O-(CF2-CF2-O)p-(CF2O)q-CF2-X。具体的例子为：
FOMBLIN Z DOL 2000，2500，4000，X＝-CH2OH
FOMBLIN Z DOL TX，X＝-CH2(O-CH2-CH2)pOH
FOMBLIN Z TETRAOL，X＝-CH2OCH2CH(OH)CH2OH
FOMBLIN AM 2001，AM 3001，X＝-CH2O-CH2-胡椒基(pyperonyl)
双官能的硅氧烷树脂(HOCH2CH2CH2OCH2CH2CH2)2-[Si(OCH3)2]n的实例可购自Gelest，Shin-Etsu。还有可购自Wacker和Gelest的其他胺官能的硅氧烷流体例如(H2NCH2CH2CH2OCH2CH2CH2)2-[Si(OCH3)2]n、(H2NCH2CH2CH2)2-[Si(OCH3)2]n
双官能烷基的例子可以包括1，12-十二烷二醇、1，14-十四烷二醇、1，16-十六烷二醇、1，18-十八烷二醇。
二羧酸官能的烷基的例子可以包括1，14-十四烷二羧酸、1，16-十六烷二羧酸、1，18-十八烷二羧酸。
二胺官能的烷基的例子可以包括1，12-十二烷二胺、1，14-十四烷二胺、1，16-十六烷二胺、1，18-十八烷二胺。
根据将被键合到表面的表面改性剂所连的官能团，可以用能与表面改性剂所连的官能团反应的匹配反应性端基来制备具有不同表面活性和反应性端基的聚合物。表面改性剂是具有预期应用所需的某些特性的化学品。反应基团通常与表面改性剂相连，来提供化学键合位点。
反应性端基的反应。本领域众所周知的是：在已知的偶联反应条件下，一对匹配的反应基团能形成共价键或链接，例如氧化还原反应、缩合反应、加成反应、取代反应、阳离子或阴离子开环反应、Diels-Alder反应或Hetero-Diels Alder反应。例如，在催化剂(例如Karstedt催化剂、Wilkinson’s催化剂)的存在下，乙烯基与硅烷基反应形成稳定的Si-C键；氨基与醛基反应形成席夫(Schiff)碱，席夫碱可被进一步还原形成稳定的N-C键；氨基与酰氯基或酸酐反应形成酰胺键；氨基与异氰酸酯基反应形成脲键；氨基与环氧化物反应形成N-C键；羟基与异氰酸酯基反应形成氨基甲酸酯键。
反应基团的例子可以包括但不限于：乙烯基、硅烷、烷氧基硅烷、环氧基、酸酐基、胺基、酰胺基、羟基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯、卤素基、丙烯酰氯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醛、羧酸、马来酰亚胺、羟基琥珀酰亚胺酯、羟基磺基琥珀酰亚胺酯、亚胺酯、肼、叠氮、炔、二烯、氰基、酮、硫醇或氮丙啶。
优选地，反应基团选自由下列组成的组：乙烯基、烷氧基硅烷、环氧基、酸酐、伯胺基、仲胺基、羧基、醛基、酰胺基、异硫氰酸酯、异氰酸酯基、卤素基、炔基、二烯、酮或氮丙啶。更优选，所选反应基团在制造设备所用的加工条件下稳定，甚至更优选，反应基团在热加工(例如挤出、注射成型)条件下稳定。
链接。反应性端基与表面改性剂所连的官能团的对之间形成的共价键的例子可以包括但不限于：Si-C键、Si-O-Si键、聚氨酯、脲、氨基甲酸酯、胺、酰胺、亚胺、烯胺、肟、脒、亚胺酯、碳酸酯、C-C键、醚、酯、缩醛、磺酸酯、硫醚、亚磺酸酯、硫化物、二硫醚、亚磺酰胺、磺酰胺、硫酯、硫代碳酸酯、硫代氨基甲酸酯、磷酸酰胺和杂环。
本领域普通技术人员理解如何使用保护基临时掩蔽反应性端基，以便在制造设备或形成表面期间经历热、溶剂或与其他组分接触时保护反应性端基。随后可以通过已知的化学法(但不会影响所形成表面物理性质和形态性质)，在温和条件下除去保护基。更优选地，保护基是具有高表面活性的基团，甚至更优选具有使表面反应性端基浓度最大化的自组装能力。本领域普通技术人员已知多种反应性官能团(例如氨基、羟基、羰基、硫醇基、羧基、炔基)保护和脱保护的化学法。例如，可以通过形成醚键(例如甲基醚、烯丙基和苄基醚、三苯甲基醚、氧取代的醚和甲硅烷基醚)来保护羟基。还可以通过形成酯键(例如乙酸酯)来保护羟基。可以通过形成缩醛、硫缩醛、烯醇醚、烯胺来保护醛和酮。可以通过使用对甲苯磺酸甲基酯形成甲基醚来保护苯酚。可以通过已知的化学法(例如水解)使羟基脱保护。可以通过形成酯(例如原酸酯)来保护羧基。可以通过水解反应使羧基恢复。可以通过形成亚胺、烯胺、酰胺、氨基甲酸酯来保护胺基。可以通过形成硫醚、缩醛衍生物和硫酯来保护硫醇。还可以通过形成在特定条件下能选择性解离的化学键来保护其他反应基团(例如烯烃、二烯和炔)。
因此，根据反应性端基，可以使用各种不同的保护试剂来形成所述临时键。可以从公知的参考文献中选择有效的保护基和脱保护过程，例如文章“ACTIVATING AGEATS AND PROTECTING GROUPS，HANDBOOK OF REAGENTS FOR ORGANIC SYNTHESIS”(Pearson等人编辑，Wiley出版，1999年6月，ISBN-10：0471979279，ISBN-13：978-0471979272)中所描述的那些。为了进一步促进端基向表面移动，保护基优选是表面活性的基团。这可以通过选择带表面活性片段的保护试剂实现或通过用表面活性基团改性保护剂来实现。
例如，三氟乙酰胺(TFA)通常用于在有机合成中保护伯胺，并且可以在甲基酯存在下通过温和的水解而解离。当TFA暴露于空气时也具有高的表面活性，可以进一步有助于在表面的形成期间胺端基在表面聚集。
甲硅烷基醚是羟基最常用的保护基，可以通过改变硅上取代基的种类来调整其反应性和稳定性。用于保护醇的一种熟知的甲硅烷基醚是三甲基甲硅烷醚。例如，可以选择性保护脂肪族二醇中的一个羟基，而纯化产物可用作聚氨酯合成中的单官能端基：
因为额外的移动性和表面活性使界面自由能最小化，所以端基在动力学及热力学上更易于迁移至表面并在表面聚集，甚至与形成最外层的TMS基团形成组装图案。用脱保护剂处理时，可以使羟基可用于随后采用官能及生物活性分子的表面改性。叔丁基二甲基甲硅烷基醚(TBDMS醚)是化学合成中常用的甲硅烷基保护基的另一个例子，它可以在各种条件下引入并且易于在不攻击其他官能团或化学键的条件下除去。
Figure BPA00001372644500122
当庞大的TBDMS基暴露于空气时也具有高表面活性，因此能促进解离后羟基在表面上的自聚集。
本领域普通技术人员能理解的是：可以使用多官能偶联剂，以有利于表面改性剂连接到表面反应性端基上。多官能偶联剂被描述为带多于2个官能团的分子，其中每一个官能团都可以与表面的反应性端基以及表面改性剂所连的官能团反应。偶联剂中的官能团可以相同或不同。多官能偶联剂可以通过任意方式键合到两种不同的分子上，例如基材表面上的反应基团和表面改性剂的官能团，所述表面改性剂包括生物活性分子、单体、低聚物和聚合物。优选地，多官能偶联剂与待偶联的基材和分子之间形成共价键、配位键或离子键。
可以找到多种可商购的多官能偶联剂或可以合成多种多官能偶联剂。例如，支化聚乙烯胺可商购自Sigma Aldrich，并且可用于偶联表面的醛基以及与肝素相连的醛基。商购自Gelest的环氧硅烷可用于偶联表面的乙烯基以及与氨基酸和其他生物分子相连的胺基。碳二亚胺可用于偶联羧基和胺，以在偶联的分子之间形成酰胺键。碳二亚胺的例子包括1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)、N，N’-二环己基碳二亚胺(DCC)、1-环己基-3-(2-吗啉基乙基)碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺或其混合物。可以使用双官能醛(例如戊二醛)将肽、蛋白质固定在胺表面上。
本领域普通技术人员能理解的是，本方法可用于各种各样的医疗设备以使其获得特定的表面性能。医学应用感兴趣的性能可能包括但不限于：润滑性、润湿性、抗微生物性、抗血栓形成性、抗蛋白质粘附性。例如，肝素键表面已知具有改善的抗血栓形成性；泌尿Foley导管上的润滑表面有助于减轻患者的不适感；而整形外科植入物的润滑表面可以降低磨损并延长设备的寿命。具有改善的润湿性的隐形眼镜对于保持视力和角膜健康来说是至关重要的。表面改性还可以用于诊断设备和传感器来改善分离效率。
因此本发明提供了由聚合物物体构成的医疗设备或假体，其中所述聚合物物体包含多个位于所述物体内的聚合物分子，这些内部聚合物分子中的至少部分具有与表面改性剂(构成物体的表面)共价键合的端基。聚合物物体可以包括植入式医疗设备或假体或者非植入式一次性或体外医疗设备或诊断类产品中的致密性、微孔性或大孔性部件。例如，在一个实施方式中，聚合物物体可以包括诊断类产品中的含免疫试剂的膜部件或涂层。本发明特别适用于提供这样的制品：其被构造为植入式医疗设备或假体，或非植入式一次性或体外医疗设备或假体，或体外或体内诊断设备，其中所述设备或假体具有接触组织、流体和/或血液的表面。在本发明的制品是递送设备，用于递送药物、生长因子、细胞、微生物、胰岛、成骨材料、促新血管片段的递送设备的情况下，活性剂可以络合到表面活性和反应性端基上并通过扩散释放，或者可以络合至或键合至缓慢降解并随时间释放药物的选定表面活性和反应性端基上。
因此本领域普通技术人员将理解：本发明提供了改善的血气传感器、成分传感器、组合化学用的基材、可定制的活性生物芯片(即：用于识别和确定基因、基因突变和蛋白质的功能的半导体基设备)，用在包括如下的应用中：DNA合成/诊断；药物发现以及免疫化学检测；葡萄糖传感器；pH传感器；血压传感器；静脉导管；心脏辅助装置；人工心瓣；人造心脏；血管支架管和支架涂层(例如用于冠状动脉、主动脉、腔静脉以及外周血管循环)；人工椎间盘；人工脊核；脊椎固定装置；人工关节；软骨修复装置；人工肌腱；人工韧带；分子、药物、细胞或组织随时间从其释放的递送设备；其中分子、药物、细胞或组织永久固定在聚合物端基的递送设备；导管球囊；手套；创伤敷料；血液采集设备；血液处理设备；血浆过滤器；血浆过滤导管和薄膜；骨头或组织固定或再生长用设备；泌尿管支架；导尿管；隐形眼镜；人工晶状体；眼部给药设备；男用和女用的避孕套；治疗人类不孕所用的设备和采集设备；起搏器导线和其他电流刺激导线及部件(例如植入式除颤器导线、神经刺激导线)的绝缘管和其他部件；细胞、组织或器官生长/再生长或组织工程用的支架；修复或整形用的乳房或胸肌或臀肌或阴茎植入物(具有或不具有泄露检测能力)；失禁设备；治疗酸返流疾病用设备；治疗肥胖症用设备；腹腔镜；血管或器官闭塞设备；神经血管支架和闭塞设备以及相关的放置部件；骨栓；含移植组织的杂化人工器官；体外或体内的细胞培养设备；血液过滤器；血管；滚轮泵管(roller pump tubing)；心切开储血器；制氧器膜；透析膜；人造肺；人造肝脏；或者净化或分离血液、血细胞、血浆或其他流体用的柱填充吸附剂或螯合剂。所有这些制品都可以通过常规方法制备，并且用表现了本文所描述聚合物特征的表面活性和反应性端基对制品的表面进行改性。
实施例
将通过下面非限制性实施例进一步解释本发明。
实施例1
使用表面活性和反应性二胺作为封端剂，可以通过下面的两步法来制备具有胺端基的聚氨酯：I)首先，在DMAc溶液中用二异氰酸酯(例如MDI)、例如PTMO、PEO的多元醇以及例如聚碳酸酯二醇、硅氧烷二醇的多元醇、扩链剂(例如丁二醇、乙二胺、乙醇胺和其他短链的二胺、二醇及氨基醇)来制备异氰酸酯封端的聚氨酯。NCO/H的化学计量比保持大于1，以便使聚氨酯链的末端用异氰酸酯基封端；II)随后将过量的表面活性和反应性二胺加入反应混合物中，以允许这些端基中的一个位点的共价连接，留下另一个胺基用于随后的表面改性。这样制备的聚合物可用作涂层或者可以沉淀并干燥用于热加工(例如挤出、模塑)。由于表面活性的烷基链，所连的胺基在加工期间能够移动到涂层、挤出管、注射成型部件的表面，并在表面富集或者甚至自组装，使其可用于随后键合或固定肝素(如下式所描述)。
Figure BPA00001372644500151
或者，可以制备一个端基用N-叔丁基羰基保护的二胺并且用在聚氨酯的合成中。在制品的制备之后，可以在合适的条件下用选定的脱保护剂使这些在表面聚集的保护基解离。参见图3。
这样制备的聚合物可用于制备表面富集了受保护胺端基的设备。在环境友好的条件下使用温和试剂(例如磷酸水溶液)，氨基甲酸叔丁酯可以被有效且选择性地脱保护，留下胺基用于随后键合或固定肝素(如图3所示)。
实施例2
首先合成具有10-十一烯-1-醇端基的聚氨酯。用树脂挤出表面富集了乙烯端基的管子，其中所述乙烯端基随后与环氧硅烷偶联剂反应形成富有环氧化物的表面，环氧化物官能表面可以用作固定亲水性分子(例如PVP、PEO、PVA、PMA、聚电解质和带有能与环氧化物反应的官能团的提供湿润滑性的其他生物分子)的平台。施用多官能亲水性分子还可以使得表面具有期望的性能。由于表面改性剂的渗透/扩散，还可以与下方的反应性端基发生反应，这些下方的反应性端基将充当用于根据需要补充表面的储备。或者，环氧基可以与多元胺反应形成胺富集的表面，该表面可以用作固定生物分子(例如可商购的醛官能的肝素)的平台，如图4所示。
其他表面活性不饱和烃基胺和醇包括油基胺CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)8NH2，油基醇CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7CH2OH(CAS#143-28-2)，棕榈油醇CH3(CH2)5CH＝CH(CH2)8OH，反十八烯醇CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)8OH，飘儿菜醇CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)12OH，亚油醇和如下式的羟基封端的不饱和聚丁二烯树脂，可购自例如Sartomer Company，Inc.of Exton，Pennsylvania，USA(例如KRASOL树脂)。
Figure BPA00001372644500161
这些反应性端基可以结合到聚氨酯上作为带有用于生物缀合或固定特定分子的C＝C键合位点的表面活性端基。使用这些羟基官能表面活性和反应性端基，可以用二异氰酸酯(例如MDI)、多元醇(例如PTMO、PEO以及聚碳酸酯二醇、硅氧烷二醇)和扩链剂(例如丁二醇、乙二胺、乙醇胺和其他短链的二胺、二醇及氨基醇)来制备热塑性聚氨酯。因此，挤出的管子或注射成型部件将具有在表面富集或甚至自组装的表面活性不饱和烃端基，而C＝C可用于随后的连接或固定，如下式所描述。
Figure BPA00001372644500162
实施例3
还可以优化羟基官能的表面活性和反应性端基封端剂并且使其结合到聚氨酯上作为表面活性和反应性端基。这种化合物的实例是11-(9-癸烯基二甲基甲硅烷基)十一烷-1-醇和11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇。下面描述了这些分子的合成。
11-(9-癸烯基二甲基甲硅烷基)十一烷-1-醇的合成
按图5所示来合成目标化合物。将10-十一烯-1-醇(85g，0.5mol)和对甲苯磺酸一水合物(0.38g，2mmol)溶解在二氯甲烷(150mL)中，并且在冰/水浴中、在氮气下冷却。然后在一小时内向该溶液滴加3，4-二氢-2H-吡喃(50.4g，0.6mol)。加完后，溶液在冰/水浴中再搅拌2小时，并且变成紫色。随后用己烷(300mL)稀释该溶液，用碳酸氢钠水溶液(150mL×2)洗涤，然后用MgSO4干燥。通过旋转蒸发除去溶剂之后，残余的浅棕色油在真空下蒸馏，并且收集75-79℃(300mTorr)的馏出物得到THP-保护的10-十一烯-1-醇(1)，为无色油(113g，89％)。向化合物1(6.35g，25mmol)中加入Karstedt催化剂(二甲苯中2.1％的Pt，22mg)，随后在30分钟内将冰/水浴冷却过的1，1，3，3-四甲基二硅氧烷(6.7g，50mmol)的己烷溶液滴加入该混合物中。加完后，混合物在冰/水浴中再搅拌3个小时。然后在真空下除去溶剂和过量1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，得到粗制的中间化合物2，为浅棕色油，随后在30分钟内、室温下将其滴加到1，9-癸二烯(5.2g，37.6mmol)在己烷(5mL)中的溶液中。加完后，混合物在室温下再搅拌2个小时，随后在真空下除去挥发物得到残余的粗制中间化合物3，为浅棕色油。然后将甲醇(50mL)和对甲苯磺酸一水合物(0.2g)加入该棕色油中，并且混合物在室温下搅拌一整夜。在减压下除去挥发物后，残留的棕色油在硅胶中用己烷/乙酸乙酯(85/15，v/v)作洗脱液来纯化，得到2.8g 11-(9-癸烯基二甲基甲硅烷基)十一烷-1-醇，为无色油(三步产率为26.3％)。1H NMR δ5.75-5.90(m，1H)，4.90-5.05(m，2H)，3.60-3.68(t，2H)，2.00-2.10(m，2H)，1.50-1.62(m，2H)，1.20-1.45(br，28H)，0.45-0.55(m，4H)，0.02(s，12H)。
11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇的合成
按图6所示来合成目标化合物。将化合物1(7.62g，30mmol)、三氯硅烷(32.4g，0.24mol)和Karstedt催化剂(二甲苯中2.1％的Pt，54mg)加入氮气下的500mL Schlenk瓶中，混合物在室温下搅拌60小时。然后在真空下除去过量的三氯硅烷，再将烧瓶用氮气填充。在氮气吹扫下，将无水THF(200mL)和镁颗粒(15g，0.625mol)加入烧瓶中，然后使烧瓶在冰/水浴中冷却。随后在5小时内缓慢加入烯丙基溴(66g，0.54mol)。加完后，混合物在室温下搅拌一整夜。然后加入蒸馏水(250mL)终止反应。水层用己烷(100mL×3)萃取，合并后的有机层通过MgSO4干燥并浓缩得到浅棕色油，将该油在硅胶中用己烷/乙酸乙酯(85/15，v/v)作洗脱液来纯化，得到11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇，为无色油(2.2g，三步产率为22.8％)。1H NMR δ5.7-5.9(m，3H)，4.80-4.95(m，6H)，3.60-3.68(t，2H)，1.50-1.65(m，8H)，1.20-1.40(br，16H)，0.50-0.65(t，2H)。
乙烯基取代官能的硅氧烷的另一个实例是：
Figure BPA00001372644500181
上面描述的具有表面活性和反应性乙烯基端基的聚氨酯可以按下列方式合成，其中第一个式子表示单官能的反应性端基，而第二个式子表示多官能的反应性端基：
Figure BPA00001372644500182
上面描述的具有多官能反应性端基的聚氨酯可以按下列方式合成：向熔融的MDI中加入聚碳酸酯二醇和11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇，并且使反应混合物在70℃下搅拌2小时。然后用丁二醇使预聚物扩链。通过在载玻片上滴加聚合物在THF中的5wt％的溶液并且随后缓慢蒸发THF来制备聚合物膜。作为对比，在相同条件下制备不含表面改性端基的聚氨酯的聚合物膜。将一系列有或没有表面改性端基(11-(三烯丙基甲硅烷基)十一烷-1-醇)的PU膜浸入25mL圆底烧瓶内0.6g 2-氨基硫代乙醇和0.2g AIBN在10mL乙醇中的溶液。然后在30分钟内通过氮气鼓泡使该体系除氧。随后将烧瓶在50℃的油浴中放置一整夜。膜从烧瓶取出后分别用乙醇、稀盐酸和乙醇冲洗，并在氮气流下干燥。作为表面改性的结果，具有表面改性端基的PU膜的静态水接触角从未经处理样品的88°降至经处理样品的64°，而没有SME的PU膜的接触角保持不变为82°。
用具有表面活性和反应性乙烯基端基的聚氨酯制成的医疗设备的表面可以使用环氧硅烷(例如下式的)来改性，
Figure BPA00001372644500191
以使得系连到聚合物链上的乙烯基与偶联剂的硅烷基发生氢化硅烷化反应，形成C-Si键，由此将环氧基团连在表面上用于随后与多元胺反应。过量的胺基随后可以与肝素上的醛基反应，导致肝素共价固定在表面。
实施例4用于涂层和表面接枝应用的表面活性和反应性端基
使用下式所示的羟基官能的表面活性和反应性甲基丙烯酸酯端基，
Figure BPA00001372644500192
可以由二异氰酸酯(例如MDI)、多元醇(例如PTMO、PEO以及聚碳酸酯二醇、硅氧烷二醇)以及扩链剂(包括丁二醇、乙二胺、乙醇胺和其他短链的二胺、二醇及氨基醇)来制备聚氨酯在DMAc中的涂布溶液。这样制备的涂布溶液能提供反应性甲基丙烯酸酯端基的表面，用于与亲水性单体、大分子单体和聚合物进一步接枝共聚来提供润滑的表面。图7中描述了这种表面改性的聚合物。亲水性单体的实例包括乙烯基吡咯烷、(甲基)丙烯酰胺、PEG(甲基)丙烯酸酯、PVP(甲基)丙烯酸酯、具有电荷中心的(甲基)丙烯酸酯以及其他(甲基)丙烯酸官能的亲水性低聚物和聚合物。可以发现该方法特别适用于需要润滑表面的医学应用，例如整形设备、CVC导管、导尿管等等。
实施例5
可以按下列方法合成具有表面活性和反应性炔端基或侧链的聚合物：使用表面活性和反应性的15-十六碳炔-1-醇作为封端剂，可以通过两步法制备具有炔端基的聚氨酯：I)首先，在DMAc溶液中用二异氰酸酯(例如MDI)、例如PTMO、PEO的多元醇和例如聚碳酸酯二醇、硅氧烷二醇的多元醇以及扩链剂(例如丁二醇、乙二胺、乙醇胺和其他短链的二胺、二醇及氨基醇)来制备异氰酸酯封端的聚氨酯。II)将0.1-5％的表面活性和反应性15-十六碳炔-1-醇加入反应混合物中，允许一个位点处的羟端基共价连接，留下炔基用于随后的表面改性。
然后表面活性的炔可以通过Huisgen 1，3-偶极环加成进行反应，得到图8所描绘的聚合后的表面改性聚合物。
Figure BPA00001372644500202
最终用途应用
本发明未成形的含特定端基的聚合物可以通过加工聚合物所用的常规热塑性方法转化为成型的制品，所述方法包括挤出、注射成型、压缩模塑、压延以及在压力或真空下的加热成形以及立体光刻成型。从经济角度考虑，可以在基底聚合物的上面使用多层加工(例如共挤出或二次模塑)，从而提供来自聚合物的表面性能。还可以通过溶液基技术(例如气刷、无空气喷涂、喷墨印刷、立体光刻、静电喷涂、刷涂、浸渍、铸造和涂布)来处理聚合物。可以通过与溶剂基方法所用那些类似的方法来处理水基聚合物乳液。在两种情况下，挥发性液体(例如有机溶剂或水)蒸发后留下聚合物膜。本发明还考虑了具有特定端基的液态或固态聚合物在计算机控制的立体光刻成型(也称为3D印刷)中的应用。该方法特别用于制备致密或多孔结构，所述致密或多孔结构用于用在组织工程支架、假体、医疗设备、人工器官和其他医学、消费和工业最终用途中的多种应用或者用作原型。US 5589563中讨论了适用于本发明的制备的需要注意的事项，其内容通过引用明确地结合于此。
根据本发明，用于制备有用制品的聚合物的拉伸强度通常为约100至约10000psi，断裂伸长率为约50至约1500％。在一些特别优选的实施方式中，本发明的多孔或无孔膜以通过例如熔融吹塑、纺丝、静电喷涂或浸渍制成的软片形式或中空膜形式或者纤维形式来提供。通常，将所述软片制成宽度为约10-15英寸、长度多达数百英尺的长卷曲片。这些片的厚度在约5-约100微米的范围内。当所制的制品不用支撑或增强而使用时，约19-约25微米的厚度特别有利。
本发明的聚合物膜可以是由使用液体的工艺得到的任意形状，其中所述液体在制备期间或制备之后转变为固体，该液体为例如溶液、分散体、100％固含量的预聚物液体、聚合物熔体等。转变后的形状还可以通过使用诸如如下的方法修整：冲切、热封、溶剂或粘合剂粘合或者多种常规制备方法中的任意一种。
还可以使用热塑性制备方法。通过本体聚合法或无溶剂聚合法制成的膜状聚合物可以在聚合反应期间浇注到模具中。还可以使用挤出、注射成型、压延及本领域熟知的其他转换方法来形成本发明聚合物的薄膜、膜以及涂层，以构造到固体纤维、管子、医疗设备和假体中。本领域普通技术人员将理解，这些常规技术还可以用于制备用于非医疗产品应用的部件。
因此本发明提供了由聚合物物体构成的医疗设备或假体，其中所述聚合物物体包含多个位于所述物体内的聚合物分子，这些内部聚合物分子中的至少一些具有构成物体的表面的端基。聚合物物体可以包括植入式医疗设备或假体或者非植入式一次性的或体外医疗设备或者诊断类产品中的致密性、微孔性或大孔性部件。例如，在一个实施方式中，聚合物物体可以包括诊断类产品中的含免疫试剂的膜部件或涂层。本发明特别适用于提供这样的制品：其被构造为植入式医疗设备或假体，或非植入式一次性的或体外医疗设备或假体，或体外或体内的诊断类设备，其中所述设备或假体具有接触组织、流体和/或血液的表面。
本领域普通技术人员也很清楚如何使用本发明所述的实施方式。参见例如：Ebert，Stokes，McVenes，Ward，以及Anderson，Biostable Polyurethane Silicone Copolymers for Pacemaker Lead Insulation，The 28th Annual Meeting of the Society for Biomaterials(生物材料协会第28次年会)，2002年4月24-27，Tampa，Florida；Ebert，Stokes，McVenes，Ward，和Anderson，Polyurethane Lead Insulation Improvements using Surface Modifying Endgroups，The 28th Annual Meeting of the Society for Biomaterials，2002年4月24-27，Tampa，Florida；Litwak，Ward，Robinson，Yilgor，和Spatz，Development of a Small Diameter，Compliant，Vascular Prosthesis，Proceedings of the UCLA Symposium on Molecular and Cell Biology，Workshop on Tissue Engineering，February，1988，Lake Tahoe，California；Ward，White，Wolcott，Wang，Kuhn，Taylor，和John，“Development of a Hybrid Artificial Pancreas with Dense Polyurethane Membrane”，ASAIO Journal，J.B.Lippincott，Vol.39，No.3，1993年7月-9月；Ward，White，Wang，和Wolcott，A Hybrid Artificial Pancreas with a Dense Polyurethane Membrane：Materials & Design，Proceedings of the 40th Anniversary Meeting of the American Society for Artificial Internal Organs，April 14-16，1994，San Francisco，California；Farrar，Litwak，Lawson，Ward，White，Robinson，Rodvien，和Hill，“In-Vivo Evaluation of a New Thromboresistant Polyurethane for Artificial Heart Blood Pumps”，J.of Thoracic Surgery，95：191-200，1987；Jones，Soranno，Collier，Anderson，Ebert，Stokes，和Ward， Effects of Polyurethanes with SMEs on Fibroblast Adhesion and Proliferation and Monocyte and Macroph
工业应用
本发明适用于多种聚合物基材，包括但不限于硅氧烷树脂类、聚氨酯类、聚酰胺类、聚醚酰胺类、聚甲基丙烯酸酯类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺类、聚烯烃类、聚砜类、聚醚酯类、聚酯类、聚酰亚胺类、聚异丁烯类及其共聚物，它们可用于制备医疗设备或相关生物作用材料。在本发明中，可以通过使用或不使用偶联剂，由表面处的反应性端基为这样的设备提供表面改性，由此提供具有改变的表面特性的设备，例如改善的润滑性、改善的生物相容性以及特定的表面功能，例如对用于亲和性疗法的生物分子的选择性吸附、用于隐形眼镜的泪液保留以及防止蛋白质吸附、用于生物传感器和血液过滤应用的改善渗透选择性以及抗微生物表面。

Claims (24)

1.一种改性聚合物基材表面的方法，其包括如下步骤：
用由聚合物分子构成的聚合物物体制造制品，其中所述聚合物分子具有与表面活性间隔基相链接的第一反应性端基，其中所述表面活性间隔基包括所述聚合物分子上的端基，并且在所述聚合物物体上形成与表面活性间隔基相链接的所述第一反应性端基的表面；以及
使所述聚合物物体的所述表面与含有至少一种第二反应性端基和至少一种表面改性片段的化合物接触，从而使所述至少一种第二反应性端基与所述第一反应性端基反应，以使所述至少一种表面改性片段连接到所述聚合物分子之一上。
2.一种改性聚合物基材表面的方法，其包括下列步骤：
用由聚合物分子构成的聚合物物体制造制品，其中所述聚合物分子具有与表面活性间隔基相链接的第一反应性端基，其中所述表面活性间隔基包括所述聚合物分子上的端基，并且在所述聚合物物体上形成与表面活性间隔基相链接的所述第一反应性端基的表面；
使所述聚合物物体的所述表面与含有至少一种第三反应性端基和至少一种第四反应性端基的化合物相接触，从而使所述至少一种第三反应性端基与所述第一反应性端基反应，由此将所述至少一种第四反应性端基连接到所述聚合物分子上；
使所述聚合物物体的所产生的所述表面与含有至少一种第二反应性端基和至少一种表面改性片段的化合物相接触，从而使所述至少一种第二反应性端基与所述至少一种第四反应性端基反应，由此将所述至少一种表面改性片段连接到所述聚合物分子之一上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一反应性端基系连到表面活性间隔基上作为聚合物链末端的一部分，使得所述反应性端基在制品的制备期间被自发地带到制品表面。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述制备方法包括热成型和溶剂基加工。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述制备方法包括选自挤出、模塑、浇铸和包括在基底聚合物上的共挤出和二次模塑的多层加工的热加工，从而为所制备的制品提供含有表面活性或反应性端基的聚合物的表面性能。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述链末端选自由下列组成的组：线性聚合物链末端、侧链末端、超支化的链末端、树枝状高聚物的链末端以及聚合物网络的链末端。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中通过保护基来保护所述反应性端基，以便在所述制品的制备期间使反应性端基的反应性保持不变。
8.如权利要求7所述的方法，其中在表面形成之后通过脱保护反应恢复所述反应性端基。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中所述反应性端基选自由下列组成的组：乙烯基、烷氧基硅烷、硅烷、环氧基、酸酐、伯胺基、仲胺基、羧基、醛基、酮基、叠氮基、二烯类、酰胺基、异硫氰酸酯基、异氰酸酯基、卤素基、马来酰亚胺、羟基琥珀酰亚胺酯、羟基磺基琥珀酰亚胺酯、亚胺酯、肼、氮丙啶、氰基和炔类。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中选择在通过挤出、注射成型或退火制造设备或基材所用的加工条件下稳定的反应性端基。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述表面改性片段通过共价键、配位键或离子键链接到所述聚合物分子上。
12.如权利要求2所述的方法，其中所述第四反应性端基通过共价键或离子键链接到所述聚合物分子上，而所述表面改性片段通过共价键、配位键或离子键链接到所述聚合物分子上。
13.如权利要求1或2所述的方法，其中所述表面改性片段选自由下列组成的组：生物活性分子、单体、低聚物、聚合物、有机金属分子和金属化合物。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述生物活性分子选自由下列组成的组：壳聚糖、肝素、透明质酸及其衍生物、抗微生物剂、抗生物剂、抗血栓形成剂、肽、蛋白质、多肽、聚(氨基酸)、碳水化合物、造影剂、药物、葡糖胺多糖和润滑物。
15.如权利要求1或2所述的方法，其中所述聚合物基材选自由固态合成聚合物、固态天然聚合物和水凝胶组成的组。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述基材选自由下列组成的组：聚烯烃、硅氧烷树脂、丙烯酸类聚合物和共聚物、甲基丙烯酸类聚合物和共聚物、含氟聚合物、乙烯基聚合物和共聚物、聚氨酯、聚氨酯脲类、聚酯氨基甲酸酯、硅酮聚氨酯、聚氯乙烯类、聚酰胺、聚醚酰胺、聚酯、环氧聚合物、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚醚酰胺和硅酮水凝胶。
17.如权利要求1或2所述的方法，其中制品是选自由下列组成的组中的医疗设备：医用管材、静脉输液袋和导管、眼科设备、血液过滤设备、心血管设备、生物传感器、整形外科植入物和假体。
18.一种具有表面改性片段的聚合物分子，所述表面改性片段通过包含含有第二反应性端基和所述表面改性片段的化合物上的所述第二反应性端基与第一反应性端基之间的反应产物的分子链接键连接到所述聚合物分子上，其中所述第一反应性端基连接在包含所述聚合物分子上的端基的表面活性间隔基上。
19.如权利要求18所述的聚合物分子，其式为POLYMER-SPACER-XK-LINK1-Q，
其中POLYMER是聚合物；
SPACER是表面活性间隔基链接键；
XK是通过第一反应性端基X与第二反应性端基K的反应形成的；
LINK1是包含第二反应性端基K和表面改性片段的化合物；以及
Q是表面改性片段。
20.如权利要求19所述的聚合物分子，其中
POLYMER是聚烯烃、硅氧烷树脂、丙烯酸类聚合物或共聚物、甲基丙烯酸类聚合物或共聚物、含氟聚合物、乙烯基聚合物或共聚物、聚氨酯、聚氨酯脲、聚酯氨基甲酸酯、硅酮聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚醚酰胺、聚酯、环氧聚合物、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚醚酰胺或硅酮水凝胶；
SPACER是长度为8-24个单元、二价的烷烃链、多元醇链、多元胺链、聚硅氧烷链或碳氟化合物链；
XK包括Si-C键、Si-O-Si键、聚氨酯链接键、脲链接键、氨基甲酸酯链接键、胺、酰胺链接键、亚胺、烯胺、肟、脒链接键、亚胺酯链接键、碳酸酯链接键、C-C键、醚、酯链接键、缩醛、磺酸酯、硫醚、亚磺酸酯、二硫醚、磺酰胺链接键、硫酯链接键、硫代碳酸酯链接键、磷酰胺链接键或杂环；
LINK1是最多12个碳原子的脂肪族片段或芳香族片段；以及
Q是取代或未取代、饱和或不饱和的烃基链、聚醚、氟化聚醚、硅氧烷链、有机金属片段、壳聚糖、肝素、透明质酸、抗微生物剂、抗血栓形成剂、肽、蛋白质、聚(氨基酸)、碳水化合物或射线影像造影剂。
21.一种具有表面改性片段的聚合物分子，所述表面改性片段通过包含含有第二反应性端基和所述表面改性片段的化合物上的所述第二反应性端基与含有第三和第四反应性端基的化合物上的第四反应性端基的反应产物以及所述含有第三和第四反应性端基的化合物上的第三反应性端基与第一反应性端基的反应产物两者的分子链接键连接到所述聚合物分子上，其中所述第一反应性端基连接在包含所述聚合物分子上的端基的表面活性间隔基上。
22.如权利要求21所述的聚合物分子，其式为POLYMER-SPACER-XY-LINK1-ZK-LINK2-Q，
其中POLYMER是聚合物；
SPACER是表面活性间隔基链接键；
XY是通过第一反应性端基X与第三反应性端基Y反应形成的；
LINK1是包含第三反应性端基Y和第四反应性端基Z的化合物；
ZK是通过第四反应性端基Z与第二反应性端基K反应形成的；
LINK2是包含第二反应性端基K和表面改性片段的化合物；
Q是表面改性片段。
23.如权利要求22所述的聚合物分子，其中
POLYMER是聚烯烃、硅氧烷树脂、丙烯酸类聚合物或共聚物、甲基丙烯酸类聚合物或共聚物、含氟聚合物、乙烯基聚合物或共聚物、聚氨酯、聚氨酯脲、聚酯氨基甲酸酯、硅酮聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚醚酰胺、聚酯、环氧聚合物、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚醚酰胺或硅酮水凝胶；
SPACER是长度为8-24个单元、二价的烷烃链、多元醇链、多元胺链、聚硅氧烷链或碳氟化合物链；
XY包括Si-C键、Si-O-Si键、聚氨酯链接键、脲链接键、氨基甲酸酯链接键、胺、酰胺链接键、亚胺、烯胺、肟、脒链接键、亚胺酯链接键、碳酸酯链接键、C-C键、醚、酯链接键、缩醛、磺酸酯、硫醚、亚磺酸酯、二硫醚、磺酰胺链接键、硫酯链接键、硫代碳酸酯链接键、磷酰胺链接键或杂环；
LINK1是最多12个碳原子的脂肪族片段或芳香族片段；
ZK包括Si-C键、Si-O-Si键、聚氨酯链接键、脲链接键、氨基甲酸酯链接键、胺、酰胺链接键、亚胺、烯胺、肟、脒链接键、亚胺酯链接键、碳酸酯链接键、C-C键、醚、酯链接键、缩醛、磺酸酯、硫醚、亚磺酸酯、二硫醚、磺酰胺链接键、硫酯链接键、硫代碳酸酯链接键、磷酰胺链接键或杂环环；
LINK2是最多12个碳原子的脂肪族片段或芳香族片段；以及
Q是取代或未取代、饱和或不饱和的烃基链、聚醚、氟化聚醚、硅氧烷树脂链、有机金属片段、壳聚糖、肝素、透明质酸、抗微生物剂、抗血栓形成剂、肽、蛋白质、聚(氨基酸)、碳水化合物或射线影像造影剂。
24.一种医疗设备，选自由下列组成的组：医用管材、静脉输液袋和导管、眼科设备、血液过滤设备、心血管设备、生物传感器、整形外科植入物和假体，其中所述医疗设备的全部或部分是由权利要求18或21所述的聚合物分子制成的。
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