CN104307053B - 一种表面具有l-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法 - Google Patents
一种表面具有l-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法。通过多巴胺自聚合在基底材料上形成牢固的连接层，然后采用多巴胺与具有催化内源性一氧化氮供体释放一氧化氮的末端含氨基或巯基的化合物形成催化活性交联层，并通过聚多巴胺层和催化活性层的交替沉积，在基底表面获得牢固结合的“夹心”形式的催化活性涂层，再利用表面聚多巴胺层中的氨基与促细胞粘附多肽(L-手征性)的羧基结合，并通过涂层表面醌基固定L-氨基酸或L-二肽获得具有L-手征性的涂层表面。本发明制备方法简单，条件温和，制备的涂层具有与基底材料结合牢固的优点，通过在涂层表面引入促细胞粘附多肽获得多功能的生物活性表面，并通过在表面构建L-手征性同时增强催化活性层催化释放一氧化氮和促细胞生长的能力。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程功能材料，尤其是具有优异抗凝血和促内皮细胞粘附、生长功能的材料制备技术领域。
背景技术
心血管器械植入体内后出现的抗凝血性能不足和内皮化延迟所导致的临床失效问题，已成为制约其应用和发展的难题。兼具抗凝血和促内皮细胞粘附、生长的多功能生物活性材料已成为血液接触材料发展的趋势。现有的方法是将抗凝血和促内皮两类生物活性分子分别固定在材料表面，而选用的抗凝血活性分子，通常是肝素、水蛭素、血栓改性蛋白等生物单分子，类似的方法需要材料表面具有较多的反应性位点，但由于固体材料表面的接枝位点有限、生物大分子的空间位阻大等原因往往难以同时在材料表面实现这两种功能。
一氧化氮是内皮细胞分泌的信号分子，具有抗血小板激活和聚集、舒张血管等抗凝血功能，已有通过在材料表面固定胱胺、硒代胱胺等催化内源性供体释放一氧化氮的报道。材料表面或内部固定催化活性分子，类似于酶固定化技术，催化反应要在固体上的催化活性位点发生，而血浆中的蛋白，包括内源性供体，从血浆中吸附到催化活性位点的传质过程由于受到固体材料的阻碍，实际催化活性往往不高。现有研究表明由氨基酸形成的L-手征性表面(如固定L-半胱氨酸的表面)可以促进蛋白质的表面吸附，因而构建的L-手征性表面能够加快内源性供体(蛋白质)从液体环境到达催化位点，加速NO的释放。并且L-手征性表面能够吸附更多的蛋白，将为粘附的细胞提供更多的营养，从而促进细胞的生长。通过“夹心式”的涂层设计，除了使催化活性层不占用表面接枝位点而外，涂层的最底层和最外层均为聚多巴胺层。聚多巴胺层单独作为接枝生物分子的连接层，已经有较多的报道，由于其卓越的粘附性能，几乎能牢固地粘附在所有材料表面，因而这种“夹心式”的涂层设计能够增加涂层的稳定性和牢固性。聚多巴胺表面主要具有两类反应性位点，即氨基和醌基。研究显示材料表面固定促细胞粘附肽往往只需较少的量(约fmol/cm2级别)即可，通过最外层聚多巴胺表面的氨基与促细胞粘附多肽(L-手征性)中的羧基反应而将其固定在表面，以促进内皮细胞的表面粘附。另外，通过聚多巴胺表面醌基固定分子量较小的L-氨基酸或二肽，使材料表面具有较多的L-手征性。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法。以“夹心式”涂层中的聚多巴胺层作为中间连接层，增强涂层粘附的牢固性；以多巴胺与催化活性分子交联形成催化释放一氧化氮层；以在涂层表面固定促细胞粘附多肽促进内皮细胞粘附；以在表面接枝小分子L-氨基酸、二肽和促细胞粘附多肽获得具有L-手征性的表面。
本发明涉及的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，包括如下步骤：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和具有催化内源性一氧化氮供体释放一氧化氮的末端含氨基或巯基的化合物，使两者分别的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤1次或多次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入含有羧基的促细胞粘附多肽、NHS和EDC，使多肽中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：1-5，在10-30℃下，反应1-24h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，加入L-型氨基酸或L-型二肽，使溶液的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
采用本发明方法制备的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层，具有优异的催化人体内源性供体释放NO的能力，有效地抑制血小板在材料表面的激活和聚集，同时具有较好地促进内皮细胞粘附和生长功能。本发明制备的催化活性层处于涂层内部，而涂层表面接枝的是空间位阻相对较小的氨基酸、二肽或多肽，能够克服固体表面反应性位点有限的缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1)目前报道的兼具抗凝血和促内皮功能化表面的制备通常采用在材料表面同时固定抗凝血和促内皮的两种生物分子，由于材料表面反应性官能团相对较少和空间位阻的存在，类似方法很难实现。本发明将具有催化内源性供体释放NO的交联层负载在涂层内部，不占据表面反应性位点；
2)催化活性层中的催化活性二硫或二硒位点在催化反应过程中会涉及二硫或二硒键的断裂和复原，如果仅仅通过催化活性分子与多巴胺交联构建催化活性层，可能会存在稳定性不好的缺陷，本发明并将具有较好粘附性的聚多巴胺层引入并形成“夹心”式，大大提高了涂层与基底材料以及涂层内部的稳定性；
3)已有在材料表面固定无手性催化活性分子，如胱胺和硒代胱胺构建催化活性层的报道，由于催化反应需要在固体上的催化活性位点处进行，内源性供体从液相到固相的传质受阻，催化效率低。本发明在表面固定小分子的L-氨基酸或L-二肽制备L-手征性表面，加快传质过程，催化效率高；
4)已有在材料表面固定促细胞粘附多肽，如RGD或REDV的报道。然而细胞粘附多肽只促进细胞粘附，细胞在材料表面的生长需要蛋白质的支持，研究表明L手征性表面有利于蛋白质的表面吸附，细胞生长状态更好。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为胶原激活剂存在条件下，按实施例1方法制备的表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层表面血小板粘附的荧光照片；
图2为胶原激活剂存在条件下，按实施例1方法A-G步制备的催化活性多层膜表面血小板粘附的荧光照片。
具体实施方式
以下实施例中的试剂，除特别注明的外，生化试剂均为生物纯，化学试剂均为分析纯。
实施例1
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.5mg/ml，在30℃下，反应8h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和胱胺，使两者分别的终浓度为2mg/ml和1mg/ml，在30℃下，反应8h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤3次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入RGDS、NHS和EDC，使RGDS中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：3，在30℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，加入L-半胱氨酸，使溶液的终浓度为0.5mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例2
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝7的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.3mg/ml，在25℃下，反应12h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝7的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和硒代胱胺，使两者分别的终浓度为0.5mg/ml和0.1mg/ml，在25℃下，反应12h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤1次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入REDV、NHS和EDC，使REDV中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：4，在25℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝7的Tris缓冲溶液中，加入L-甘氨酸，使溶液的终浓度为0.5mg/ml，在25℃下，反应12h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例3
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝7.5的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为1mg/ml，在25℃下，反应18h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝7.5的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和硒代胱胺，使两者分别的终浓度为1mg/ml和0.3mg/ml，在25℃下，反应18h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤3次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入REDV、NHS和EDC，使REDV中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：5，在25℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝7.5的Tris缓冲溶液中，加入L-苏氨酸，使溶液的终浓度为0.2mg/ml，在25℃下，反应12h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例4
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为2mg/ml，在30℃下，反应8h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和胱胺，使两者分别的终浓度为1.5mg/ml和0.5mg/ml，在30℃下，反应8h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤2次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入多肽适配子TPSLEQRTVYAK、NHS和EDC，使多肽适配子中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：5，在25℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，加入L-丝氨酸，使溶液的终浓度为0.15mg/ml，在25℃下，反应18h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例5
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝9的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为1.2mg/ml，在30℃下，反应24h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝9的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和胱胺，使两者分别的终浓度为1.2mg/ml和0.3mg/ml，在30℃下，反应24h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤5次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入REDV、NHS和EDC，使REDV中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：4，在30℃下，反应24h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝9的Tris缓冲溶液中，加入L-赖氨酸，使溶液的终浓度为0.1mg/ml，在25℃下，反应12h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例6
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝6.5的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.1mg/ml，在30℃下，反应10h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝6.5的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和胱胺，使两者分别的终浓度为0.5mg/ml和0.05mg/ml，在30℃下，反应10h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤7次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入RGD、NHS和EDC，使RGD中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：5，在25℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，加入L-酪氨酸，使溶液的终浓度为0.15mg/ml，在25℃下，反应18h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例7
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.2mg/ml，在20℃下，反应12h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和胱胺，使两者分别的终浓度为1mg/ml和0.3mg/ml，在20℃下，反应12h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤1次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入多肽适配子SYQTLKQHLPYG、NHS和EDC，使多肽适配子中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：3.5，在30℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝8的Tris缓冲溶液中，加入L-胱氨酸钠，使溶液的终浓度为0.1mg/ml，在25℃下，反应18h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
实施例8
一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为1mg/ml，在20℃下，反应10h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和硒代胱胺，使两者分别的终浓度为0.5mg/ml和0.03mg/ml，在20℃下，反应12h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤2次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入RGDS、NHS和EDC，使RGDS中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：2，在30℃下，反应12h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
将G步骤所得样品置于pH＝8.5的Tris缓冲溶液中，加入L-硒代胱氨酸钠，使溶液的终浓度为0.2mg/ml，在30℃下，反应16h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
Claims (6)
1.一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，由如下步骤获得：
A、将需要改性的基底材料进行抛光、清洗、干燥；
B、将样品放置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，然后加入多巴胺，使多巴胺的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h；
C、将样品用去离子水超声清洗3次，每次5min，然后用N2干燥；
D、将C步骤所得样品置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，加入多巴胺和具有催化内源性一氧化氮供体释放一氧化氮的末端含氨基或巯基的化合物，使两者分别的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h；
E、重复C步骤；
F、重复B、C、D、C步骤1次或多次，然后重复B、C步骤；
G、通过EDC/NHS将含有羧基的促细胞粘附多肽固定在步骤F制备的样品上：
在浓度为50mM的MES溶液中依次加入含有羧基的促细胞粘附多肽、NHS和EDC，使多肽中羧基量、NHS和EDC三种物质的量的比为1：1：1-5，在10-30℃下，反应1-24h，用蒸馏水清洗3次，每次5min；
H、将G步骤所得样品置于pH＝6-9的Tris缓冲溶液中，加入L-型氨基酸或L-型二肽，使溶液的终浓度为0.01mg/ml-10mg/ml，在10-30℃下，反应1-24h，蒸馏水清洗3次，每次5min，得到目标材料。
2.如权利要求1所述的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述基底材料可为金属生物材料、陶瓷生物材料、天然和合成的高分子生物材料、杂化生物材料。
3.如权利要求1所述的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述具有催化内源性一氧化氮供体释放一氧化氮的末端含氨基或巯基的化合物为胱胺、硒代胱胺、硒代胱氨酸、胱氨酸的一种；
4.如权利要求1所述的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述F步骤中重复多次的次数为2到9次。
5.如权利要求1所述的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤G中的促细胞粘附多肽为含RGD的多肽、含REDV的多肽、多肽适配子中的一种。
6.如权利要求1所述的一种表面具有L-手征性的催化活性多功能生物活性涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤G中加入的L-型氨基酸可为L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-苏氨酸、L-半胱氨酸、L-赖氨酸，L-胱氨酸或L-硒代胱氨酸、L-酪氨酸或含上述L-氨基酸的二肽。
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