CN104470998B - 氰化氢基聚合物表面涂层和水凝胶 - Google Patents

氰化氢基聚合物表面涂层和水凝胶 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种涂覆至少部分基底表面的方法，该基底表面包括在适合氰化氢单体单元进行聚合反应的条件下，将该表面与氰化氢单体单元接触以形成涂覆该基底的聚合物。本发明还提供了一种由上述方法中的聚合物涂覆的基底。本发明还提供了一种形成氢氰酸基水凝胶的方法，该方法包括在溶液中的共聚合反应，该溶液包括氰化氢单体单元和共聚单体。

Description

氰化氢基聚合物表面涂层和水凝胶
技术领域
本发明通常涉及聚合物涂层，更具体地，本发明涉及一种适合修饰多种基底材料(包括有机基底和无机基底)的方法和工艺。本发明涉及至少部分地用涂料涂覆该基底的表面(不管是否是采用应用技术中的瞄准线涂覆)以便赋予该基底表面附加的功能性，该附加的功能性与该基底其余部分的功能性不同。该聚合物涂层可以为益生菌聚合物。
本发明也涉及氢氰酸基水凝胶。具体地，本发明涉及适合制备该种水凝胶的方法和工艺。
背景技术
在许多应用中，重要的是区分材料或装置的体积性能与材料或装置的表面性能。该体积或基底材料提供了一系列适合于预期应用的体积性能例如机械性能或折射性能。然而，在许多应用中，该基底材料的表面性能不适合或相比于预期应用不理想。因此，这些基底材料需要表面修饰以修饰该基底的表面性能。
表面修饰技术包括如吸附方法、自组装薄层(SAM)形成法、功能化硅烷法、LB(Langmuir-Blodgett)沉积法、层-层组装法(LbL)，以及转基因(genetically-engineered)表面结合肽的共价偶联法(covalent attachment)。这些技术在广泛的实际应用上有限制。例如，吸附涂料在某种条件下可以解吸，其限制了作为表面修饰技术的吸附在多种应用中的适合性。进而，简单的吸附不易于应用到许多基底材料上，因为基底的性能并不适合于聚集以及保留涂料聚合物。基底的性能是否适合也将取决于将用于涂覆的聚合物的类型。尽管共价表面修饰技术提高了吸附性，通常仍需要介于表面修饰和基底(例如在贵金属上的烷硫醇以及在氧化物上的硅烷)之间的粘合性、化学特性。最基本的条件是该基底和聚合物适合于表面修饰化学。
LbL衍生涂层能够从水溶液中便利地和均匀地沉积，该LbL衍生涂层具有良好的粘结性并控制涂层的厚度，同时提供了功能性基团，该基团能够用于后续的表面固定反应以及能够用于涂覆多种基底几何结构例如多孔材料和装置中的内表面(Decher G.“FuzzyNanoassemblies:Toward Layered Polymeric Multicomposites”,Science,277,1232-1237(1997))。然而，该LbL组装需要多个步骤来实施。
这将借助于提供一种简单的一步法，该方法提供了一种多功能的聚合物涂层，该聚合物涂层可以应用于化学、生物和材料科学，以及应用科学、工程和技术上。期望该方法不受限于基底材料或几何结构，以及该方法能够在(i)在氧化或非氧化条件下，(ii)在水溶液或非水溶液中，以及(iii)在气相状态下实施。
Lee等提出了在某种程度上将3-羟酪胺添加到溶液中(Lee,H.et al,Mussel-Inspired Surface Chemistry for Multifunctional Coatings,Sciende,318,426-430(2007))。在高pH下3-羟酪胺氢氯化盐中和生成自由的3-羟酪胺，随后该自由的3-羟酪胺自发地聚合以生成聚合的3-羟酪胺涂层。然而，3-羟酪胺衍生涂层需要有氧条件来实施。另外，3-羟酪胺衍生涂层被限定为水溶液基物质的化学组成(或性质)。
本发明致力于改善现有技术提供的用于普遍应用和实际应用的涂层的缺陷。在本说明书中所引用的参考文件没有、亦不应视为教导该参考文件为澳大利亚或其它管辖范围或现有技术中公知的技术或该参考文件可以被本领域技术人员能够确定、理解或作为相关的内容。
发明内容
本发明涉及一种在基底表面上形成聚合物涂层的替代的、可广泛应用的方法。具体地，本发明通过控制反应条件在表面上提供了一种氰化氢(或氢氰酸)(HCN)衍生涂层。该涂层是很有用的，例如应用于以下实例中，例如研发医疗设备中生物兼容性很好的涂层、给药载体以及组织工程支架的表面修饰、生物传感器、耐生物污垢(biofouling-resistant)、工业和消耗涂层、半导体、金属去除、表面催化剂、金属的电学性能(例如用于沉积涂层以改良工作函数)以及下一代的电子显示器。
本发明的一方面提供了一种在基底表面上形成涂层的氰化氢单体单元(或“HCMUs”)的聚合物。在某种实施方式中，通过例如官能作用或添加共聚单体，将该涂层便利地且稳固地粘贴在基底各种上且可适用于不同的应用。典型地及有利地，本发明的涂层粘合到基底表面上。本发明包括粘结到基底上的这种涂层。HCMUs作为结构单元用于在任意体积材料表面(如基底)上面的聚合物膜沉积并与各种表面几何结构反应。除了HCN之外，将HCMUs广泛地定义为含有至少一种腈官能度以及至少一种亲核官能度的化合物，例如NH或SH，因而该种化合物将会自身反应或聚合反应。NH官能度可以为胺(HN-)或亚胺(HN-)形式，但没有限定于此。优选地，本发明中的HCMUs为具有实际应用的，即HCN自身，以及HCN多聚体，但没有限定于此，该HCN多聚体包括(HCN)2、(HCN)3以及(HCN)4。优选地，HCN多聚体形式的同分异构体包括但没有限定于：亚氨基乙腈氰化氢二聚体HN＝CH-CN(IAN)、氨基丙二腈氰化氢三聚体H2N-CH-(CN)2(AMN)、二氨基马来腈氰化氢四聚体H2NC(CN)＝C(CN)-NH2(DAMN)，以及氨基乙腈化合物H2N-CH2-CN(AAN)。在一种具体实施方式中，HCMUs主要由选自由HCN、IAN、AMN、DAMN、AAN、叠氮基乙腈及其任意一种的同分异构体，通常为AMN、DAMN、AAN及其任意一种的同分异构体组成的组中的一种或多种单体组成。在一种实施方式中，HCMUs主要由选自由HCN、IAN、AMN、DAMN、AAN、叠氮基乙腈和HCN多聚体组成的组中的一种或多种单体组成。在一种具体的优选实施方式中，HCMUs主要由HCN和AMN组成。
在一种实施方式中，本发明提供了一种涂覆至少部分基底表面的方法，该方法包括在HCMUs聚合反应的条件下将表面与HCMUs接触以形成涂覆该表面的聚合物。因此，该方法修饰了基底表面。通常，HCMUs以溶液的形式来提供，该溶液与表面接触。
聚合反应的条件取决于所使用的HCMUs的反应性。下面系列能够阐述HCMUs不同的反应性和性质。在气相中产生的HCN二聚体亚氨基乙腈仅仅在约低于-40℃温度下稳定。高于-40℃温度HCN二聚体亚氨基乙腈会自发聚合。HCN三聚体氨基丙二腈在中和时作为磺酸盐而不是聚合物时是稳定的。碱可以用于中和氨基丙二腈盐。然而，碱不是主要用于引发聚合反应。从碱性溶液中提取的中和的氨基丙二腈由于不再是质子化了的形式，因此会自发聚合。HCN四聚物二氨基马来腈是稳定的固体化合物，但在水中煮沸时会生成聚合物。
在一种优选的实施方式中，通过调节pH值来控制HCMUs的聚合反应。在室温下使用稳定的HCMUs更易于获得该聚合反应。在一种形式中，溶液是酸性的以及提高pH值以提供聚合反应的条件。通常，在酸性条件下，HCMUs不会有明显的聚合。提高pH值形成强碱溶液以引发HCMUs聚合反应且将HCMUs粘结在基底表面上。碱的作用是使HCMUs转为适合聚合反应的形式。需要质子化了的稳定的HCMUs的中和反应。碱不是主要的引发剂，尽管碱可以与中和的HCMUs或合成的聚合物偶然发生反应。在一种优选的实施方式中，溶液的pH在与表面接触时的值是高于7。优选地该pH值为低于12。用于聚合反应的优选的pH值范围是8至9。例如，本发明的一方面提供了在酸性溶液中的HCMUs，将碱添加到其中以提高pH值以形成碱性溶液的方法。优选地，该酸是强酸。适合的酸包括但并不现定于酸，例如p-甲苯磺酸、甲烷磺酸、三氟乙酸、硫酸、盐酸、硝酸、三氟甲磺酸(triflic acid)、三氟乙酸。其它适合的酸包括没有限定于：乙酸、磷酸和高氯酸。优选地，该酸是一种形成HCMUs的水溶液或非水溶液。适合的酸是p-甲苯磺酸，该p-甲苯磺酸为商业上易于获得的有机酸。适合的碱包括但没有限定于：氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化氨(NH4OH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钡(Ba(OH)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化亚铁(Fe(OH)2)、强氧化铁(Fe(OH)3、氢氧化锌(Zn(OH)2)、氢氧化锂(LiOH)、2-氨基-2-羟基甲苯-丙烷-1,3-二醇(Tris)，以及铵-二-甲基胺。优选地，该碱是氢氧化钠或2-氨基-2-羟基甲苯-丙烷-1,3-二醇，也是商业上易于获得的碱。
在本说明书中，“接触”意为在适合聚合的条件下将HCMUs暴露于至少部分基底且将HCMUs粘附到基底上。通常接触时间的范围从1分钟到7天；优选为1分钟，更优选为5分钟至50小时；甚至更优选为30分钟至24小时。该反应通常在大约室温下进行，尽管该反应将会随着所使用的HCMUs而改变-高反应二聚体将在温度约-40℃下开始聚合。然而，更稳定的四聚体可能需要的温度为高达约100℃。在一种优选实施方式中，将整个基底浸渍或倾斜浸渍于HCMU溶液中。下面实施例将会阐述优选的接触方法。然而，实施的将基底表面与HCMU溶液接触的各种技术包括没有限定于：刷浆、浸渍涂布、旋转涂布、脱模剂(die coating)、喷墨涂布、喷射、丝网印刷术(旋转丝网印刷术)、照相凹版印刷、光刻印刷以及柔版印刷术、微接触印刷和毫微光刻。
“溶液”包括蒸汽和液体。液体既包括水溶剂又包括非水溶剂，包括可混溶的水溶液和有机溶剂如丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基酰胺和二甲基亚砜。优选地，仅在与基底接触之前制备该溶液，尽管该溶液可以在使用之前存放至少短暂的时期。在一种实施方式中，该溶液是含水的，以及添加可溶于该水溶剂中的碱以提高pH值以形成碱溶液。在一种优选实施方式中，该溶液是不含水的，以及添加可溶于该非水溶剂的碱以提高pH值以形成碱溶液。例如，对甲苯磺酸可以作为非水溶剂输送HCMUs，但其也与水互溶。用于在基底上形成涂层的适合的浓度为100mgHCMU/mL溶剂。
为了适合最终目的可以改变聚合反应的步骤。在一种实施方式中，可以将溶剂(水或有机溶剂或水和有机溶剂的混合)、碱和HCMUs混合，然后再涂覆该基底。在另一种实施方式中，可以将溶剂和碱以及需要涂覆的基底一起添加，然后添加HCMUs。可选择地，可以将HCMUs、溶剂和基底混合，然后添加碱以开始聚合反应，以及随后涂覆。在一种实施方式中，可以将HCMUs和碱一起添加到水溶剂中。可以将有机溶剂添加以提纯形成的中和的HCMUs，随后可以将该中和的HCMUs转移到基底用于涂覆。在该种实施方式中，首先将HCMUs中和，然后在适合的溶剂(如有机溶剂)中溶解，且铸塑、喷射或沉积在基底表面上以形成涂层。例如，在一种实施方式中，将氨基丙二腈甲苯磺酸盐添加到水溶剂例如水中，且中和以释放氨基丙二腈自由基。在有机溶剂如乙醚中提纯该氨基丙二腈自由基，以及在基底上铸塑。然后将该有机溶剂蒸发以获得氨基丙二腈膜，该氨基丙二腈膜以自由基形式自发地聚合以形成涂覆表面的聚合物。在膜形成之前，中和反应的分离以及涂覆步骤能够易于去除任何颗粒状的聚合物。其也能够使溶液中的中和的HCMUs的浓度准确以及使涂覆更精准。
在一种实施方式中，将基底或需要涂覆的表面从发生聚合反应的反应容器中分离，因此，可从已涂覆的容器中分离该基底或需要涂覆的表面和/或可采用本发明的方法修饰其表面。也可设想该基底能够包括容器的内表面，该容器也可作为反应容器本身。在最后的实施方式中，该容器优选为不含有玻璃或不为硼硅酸盐玻璃器具。
HCMUs也可以选在由HCN二聚体亚氨基乙腈、氨基丙二腈衍生物、二氨基马来腈衍生物、氨基乙腈衍生物及其混合物组成的组。当在p-甲苯磺酸、盐酸、硫酸或其它酸的情况下作为稳定的盐时，HCMUs可以选自由氨基丙二腈p-甲苯磺酸、氨基乙腈硫酸氢盐及其混合物组成的组。
HCMUs在基底表面上形成聚合物涂层。该聚合物没有必要具有规整的结构。在基底表面上的聚合物修饰表面，从而基底表面具有衍生于HCMUs的氨基或亚氨基官能团。在含水条件下将亚胺基水解为氨基，而在非水条件下保留了大部分在聚合反应后更易于反应的亚胺基。另外，将可替换的共聚单体添加到HCMUs中也提供了附加的基底涂层的功能化。
在另一种实施方式中，本发明提供了一种修饰基底表面的无溶剂的气相沉积法(solvent-free vapour deposition process)，该方法包括将至少部分基底与含有HCMUs的蒸汽接触，在HCMUs聚合的条件下，将基底表面修饰。优选地，该蒸汽含有HCN二聚体氨基乙腈。优选地，聚合反应是自发的且不需要催化剂，因为该二聚体是高度不稳定的且在高于-40℃时会发生热聚合(Evans,RA et al,JACS 113,7261(1991))。在本说明书中，“热聚合”意为在升温为室温时该化合物自发聚合。该HCN二聚体氨基乙腈在约高于-40℃下聚合。优选地，使用IAN的聚合反应在温度范围为约-30℃至约-50℃进行，更优选为约-20℃至约40℃，甚至更优选为约室温。因而该二聚体是在没有催化剂下形成的不含溶剂的HCN聚合物的原料。优选地，采用无溶剂的气相沉积法修饰的基底表面不是玻璃。在一种优选实施方式中，采用无溶剂的气相沉积法修饰的基底表面是可从进行反应的反应容器中拆卸的。
适合的有机基底包括但并不限定于从热塑性塑料中形成的有机基底或为热塑性塑料，该热塑性塑料包括聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚全氟乙丙烯(FEP)或聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA)、聚乙酸乙烯酯(PVAC)、聚乙烯醇缩醛(PVB)、聚丙烯酸乙酯(PEA)、聚苯乙哌啶磷腈(PDPP)(poly(diphenoxyphosphazene))、聚碳酸脂(PC)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚氨基甲酸酯(PUR)、聚酰胺(PA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PSy)，包括组织培养聚苯乙烯(TCPS)、聚乙烯硫化物及其混合物；以及热塑性塑料例如纤维素衍生物、聚酰亚胺、聚酰亚胺苯并唑、聚苯并唑及其混合物。其它适合的有机基底包括并不限定于石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、聚乙醇酸、聚乳酸以及聚乳酸-羟基乙酸共聚物及其混合物。其他适合的有机基底包括但不限定于生物和生物衍生基底例如组织、胶原蛋白、角蛋白、骨质物衍生材料及其混合物。
适合的无机基底包括但并没有限定于：形成于或为石英、玻璃、二氧化硅和其它氧化物或陶瓷例如氧化铝、氧化铟锡(ITO)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、硅酸镧镓(LGS)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、硅(Si)、氮化硅(Si3N4)，钛酸锆铅(PZT)、二氧化钛(TiO2)以及氧化铌(Nb2O5)；以及金属例如铝、铜、金、铂、银、铁、铜、汞、锌和钢或其合金。其它适合的无机基底包括但没有限定于云母、金刚石和钛化镍(NiTi)。
在一种实施方式中，该方法在氧气存在下进行。通常，该氧气从大气中的氧衍生以及自然溶解于溶液中。在另一种实施方式中，该方法在实际上没有氧气的条件下进行。优选地，在减压的情况下利用惰性气体下通过净化或抽真空使该溶液大体上不含氧气。优选地，该惰性气体是氮气或氩气。
在另一种实施方式中，本发明还涉及一种使表面修饰基底官能化的方法，其中，该方法还包括使修饰基底的表面与一种或多种活性基(moieties)相接触的步骤，其中，该活性基与修饰的表面反应且与修饰的表面相粘合。优选地，该活性基含有亲核体、亲电体或金属。优选地，该活性基选自由胺、硫醇、腈、醛、咪唑、叠氮化物、聚环己烷二硫代碳酸酯(dithiocarbonate)、氢、羟基、羧酸、羧酸酯、羧胺、烷基卤、苄基型卤代烃、环氧衍生物、硫代环氧化物(thioepoxides)、异氰酸酯(有机非质子溶剂)及其化合物组成的组。在该方法中，该表面修饰基底还可以与聚合物官能化，例如该聚合物为聚乙二醇(PEG)和生物高分子。适合的生物高分子包括但并不限定于低(聚)核苷酸、DNA、RNA、缩氨酸和蛋白质(如细胞外基质蛋白质)。该聚合物还可以通过共沉积的方法在涂层形成之前、之中或之后嵌入到聚合物涂层中。在一种实施方式中，该聚合物还包括一种或多种活性基，例如胺活化PEG、亚胺活化PEG或与表面修饰的基底反应且粘结的胺官能化PEG。在一种实施方式中，该表面修饰基底首先与一种或多种活性基官能化，然后与聚合物(与活性基反应且粘合的)官能化。例如，可以将该表面修饰基底与化合物官能化，该化合物包括两种或多种胺基(例如聚丙烯胺或端胺基树状聚合物(amine-terminated dendrimer))，如至少一种胺基与表面修饰基底反应且粘合在表面修饰基底，以及至少一种胺基是自由粘合在聚合物上。适合的聚合物包括但并不限定于醛基化的单甲氧基聚乙二醇(Monomethoxy PEG aldehyde)、PEG-N-羟基丁二酰亚胺酯、羧基修饰的PEG、其它的胺活化的PEG及其混合物。在该方法中，该表面修饰基底的性质可以被进一步修饰。在一种实施方式中，该表面修饰基底是不粘附细胞的(non-cell adherent)。根据上述所描述的方法中的任意一种，在该种实施方式中，该基底可以用形成于HCMUs的聚合物涂覆且进一步被聚合物如PEG官能化。在可替换的实施方式中，该表面修饰基底是粘附细胞的(cell adherent)。在该实施方式中，将该基底用形成于HCMUs的聚合物涂覆。
纳米颗粒也可以通过共沉积的方法在涂层形成之前、之中或之后嵌入到聚合物涂层中。该纳米颗粒可以为两者中的一种或二者都为各自独立制备的纳米颗粒，且通过HCMUs形成在添加的涂层中的纳米颗粒。适合的纳米颗粒包括但没有限定于交联聚苯乙烯、其它有机聚合物、二氧化硅、量子点(quantum dots)以及金属颗粒。
用HCMUs溶液处理的基底与如胺和硫醇基(起源于一种适合的含硫磺涂料的共聚单体)这样的有机杂原子反应且牢固地粘合到Au、Ag、Pt、Fe、Cu、Hg和Zn等各种金属中。金属可以通过共沉积的方法在涂层形成之前、之中或之后嵌入到聚合物涂层中。金属可以以各种氧化物状态沉积被置于表面修饰基底的上面或其中。例如，在一种实施方式中，该方法包括将至少部分表面修饰基底与AgNO3溶液接触以将银嵌入到表面修饰基底的上面。在该实施方式中，银以Ag(0)和Ag(+)氧化状态沉积在表面修饰基底上。在该方法中，该表面修饰基底的性质可以被进一步修饰。在该特别的实施方式中，包括银的涂层具有提高的抗菌性能。
本发明中的HCMUs溶液还可以包括一种或多种填料、色料、润湿剂、粘度调节剂、稳定剂和抗氧化剂。HCMUs溶液还可以包括一种或多种纳米颗粒、生物聚合物和金属。另外，如下面所详细描述的，该HCMUs溶液还可以含有额外的可以作为配体(如在下面实施例4中举例的聚合涂层中作为反应基团粘结到官能团上)、交联剂(如除了HCMUs之外交联到聚合物网格中)和与HCMUs聚合的共聚单体的组分。如果需要，该HCMUs还可以与共聚单体交联。该共聚单体可以存在于HCMUs溶液中。可选择地，该共聚单体可以存在于基底表面上以便HCMUs在基底表面(该基底表面嵌入有存在于基底表面的上面或其中的共聚单体)上形成共聚涂层。适合的共聚单体通常为可以与胺、活性次甲基化合物或活化腈反应。该共聚单体的例子包括，但不限于本发明的范围，含有胺(主要的或次要的)、硫醇、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧衍生物、硫代环氧衍生物、异硫氰酸酯烷基卤和芳甲基卤化物。
根据上述任意一种方法，本发明延伸到由聚合涂覆的基底。在一种优选实施方式中，该聚合物提供了一种在基底表面上的平滑的、连续的聚合物涂层，该聚合物涂层具有实际上固定的厚度(即±20％)。测量该涂层厚度的适合的方法是原子力显微镜(AFM)。作为通用指南，基底表面上存在的聚合物涂层平均厚度范围为1至1000nm，优选范围约2至400nm，更优选范围约5至200nm，更优选为约20至200nm，在一种实施方式中为10至100nm。一种适合的平均厚度约为45nm，50nm或175nm，均方根(rms)粗糙度值约10nm以下。如果均方根值低于平均厚度的±20％左右，那么涂层基本上具有固定的厚度。
在一种实施方式中，本发明涉及一种涂覆大体上平坦的基底的方法，该方法包括但没有限定于显微镜载(物)片、细胞培养基片和细胞培养瓶。在另一种实施方式中，本发明涉及一种涂覆颗粒的方法。在这种情况下，该聚合物涂覆可以来自于无机或有机材料的颗粒。颗粒的实例在本发明没有限定，该颗粒包括交联聚苯乙烯、其它有机聚合物、二氧化硅、量子点、金属颗粒等等。该颗粒的直径可以在几个纳米至几毫米的范围内。该颗粒也可以作为牺牲型支架(sacrificial scaffold)，因而由于颗粒溶解，该涂层会成为中空的荚膜。例如，使用氢氟酸可以将涂覆有本发明的聚合物的二氧化硅颗粒溶解。
在另一种实施方式中，本发明涉及一种涂覆中空材料的方法。在这种情况下，该聚合物均匀地涂覆材料，并涂覆整个中空结构以及其外表面，使与表面接触的HCMU溶液进入到聚合反应发生的中空结构中。该孔隙率可以为几个纳米至几个厘米范围。具有较大孔隙率的适合材料包括但没有限定于骨头、有孔的金属或金属合金、沸石以及有孔聚合物。
涂覆孔材料的能力在多种领域是有用的。例如，沸石允许用于从溶液中选择性地去除金属离子或在气态混合物选择性地去除组分。在用于整合作用应用的骨架材料中，二氧化碳的俘获和去除是尤其重要的。较大的孔材料例如骨头、有孔的金属、金属合金以及有孔的聚合物能够利于改善如植入医疗设备中的、尤其是在骨头相关的应用中的组织。
在另一种实施方式中，本发明涉及一种形成氢氰酸基水凝胶的方法，该方法包括在溶液中的共聚合反应，该溶液含有HCMUs和共聚单体。在这种情况下，形成的HCMUs聚合物不需要基底。优选地，该共聚单体选自含有一种或多种官能团的化合物，该官能团与胺、腈、在HCN聚合反应中形成的一些中间产物或其组合物。这些共聚单体可以将额外的官能作用赋予所获得的水凝胶上。在一种具体的优选的实施方式中，该共聚单体选自由聚烯丙基胺、聚乙烯亚胺及其组合物组成的组。其导致交联聚合网络结构形成以制备如水凝胶这种材料。HCMUs溶液和共聚单体还可以包括一种或多种填料、色料、润湿剂、粘度调节剂、稳定剂和抗氧化剂。HCMUs溶液和共聚单体还可以包括一种或多种纳米颗粒、生物高分子和金属。优选地，该生物高分子选自由一种或多种蛋白质、肽、低(聚)核苷酸、DNA、RNA及其组合物组成的组。例如，一种方法是在酸性溶液中提供HCMUs和共聚单体，往其中添加碱以提高pH值以形成碱溶液。在水凝胶形成过程中或在水凝胶形成之后沉积水凝胶的过程中，通过共聚合反应也可以将纳米颗粒嵌入到该水凝胶中。该纳米颗粒可以为以下两者中的一种或二者：为各自独立制备的纳米颗粒，以及为通过HCMUs形成在添加的涂层中的纳米颗粒。
本发明延伸至一种由上述方法制备的氢氰酸基水凝胶。该水凝胶可以具有如在本说明书中所描述的额外的组分以赋予其多种官能作用。本发明还延伸至一种涂覆至少部分基底表面的方法，该方法含有将该表面与氢氰酸基水凝胶接触以涂覆部分表面。
在另一种实施方式中，本发明涉及一种用于修饰基底表面的试剂盒(kit)，该试剂盒包括含有HCMUs的溶液和使用说明。优选地，该试剂盒还包括碱或碱和促进剂。适合的促进剂包括但并没有限定于(i)醛/酮如甲醛、乙醛和丙酮；(ii)由上述羰基化合物如乙醇腈、乙醛氰醇、丙酮氰醇；以及(iii)金属盐如偏钒酸盐。根据本发明的试剂盒还可以含有选自由硫醇、胺、腈、乙醛、咪唑、叠氮化物、卤化物、聚环己烷二硫代碳酸酯、氢、羟基、羧酸、羧酸酯、羧胺或其组合物组成的组中的活性基。
如在本说明书所使用的，除非文中特指，否则所述术语“含有”以及各种术语，例如“包含”、“包括”、“所含有的”不排除其他添加剂、组分、整数(integers)或步骤。
从说明书或附图中将会理解在本说明书所公开的以及定义的本发明延伸至所有可替换的组合，可替换的组合由两种或两种以上的个别特征组成，而该个别特征则已在说明书中描述或为显而易见的特征。所有这些不同的组合组成了本发明的各种可替换的方面。
从下述说明书中、通过所列举的实施例以及参考随附的附图，本发明的另一方面以及在后续段中所描述的优选实施方式方面将变得明显。
附图说明
图1：使用各种HCMUs形成HCN聚合物的反应示意图。显示了各种HCN多聚体的同质异构体的例子(HCN；AAN；IAN作为(HCN)2的实例；AMN作为(HCN)3的实例；DAMN作为(HCN)4的实例)。X-是共存阴离子，优选地起源于酸。适合的酸包括但并没有限定于如硫酸、稀盐酸、硝酸、三氟甲磺酸、三氟乙酸、p-甲苯磺酸、甲烷磺酸、乙酸、磷酸和高氯酸。M+是阳离子。适合的阳离子包括但并没有限定于如Li+、Na+、K+以及多化合价的阳离子。
图2：通过AFM测量从云母基底(Mica substrate)上获得的平均涂层厚度随沉积时间的函数(n＝3)。示出线条以作标识。
图3：在云母上沉积48小时的AMN涂层的AFM界面分析。该界面分析是在涂层过程中在有遮盖物存在，随后将该遮盖物去除以暴露出未处理的云母表面的区域上进行的。
图4：在涂覆有AMN聚合物(n＝10)之前以及之后的氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PSy)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、钢、金、玻璃和云母上获得的平均水接触角。
图5：在空气(A)以及在氮气气氛(B)中获得的SEM图象。
图6：在96孔板上进行的比色测试中获得的相对于TCPS％(n＝8)的细胞贴附结果。
图7：通过XPS揭露了在AMN涂层上在两种不同状态的氧化物中的Ag的沉积。
图8：在pH＝8.5，在将含有不同比率的AMN和聚烯丙基胺(PAA)的溶液培养(incubating)之后观测到的不需要基底的交联的凝胶的形成。
图9：24小时后从MTS测试中获得的相对于TCPS％(n＝8)的L929小鼠成纤维细胞粘附结果。
图10：形成在嵌有银的AMN上的生物膜的结晶紫的定量分析，其可用于取决于用于沉积银的AgNO3的溶液浓度的表皮葡萄球菌和铜绿假单胞菌(S.epidermidis和P.aeruginosa)中。
图11：将一系列稀释的SFM提纯溶液(100％-0.39％)培养20小时后采用细胞活存试验(MTS assay)记录相对于无血清培养基(SFM)的L929细胞生存能力结果(％)，该提纯溶液已与AMN涂覆的表面接触66小时。分别用含有5％的PBS和5％的DMSO的SFM作为无毒的和有毒的对照。
图12：24小时后L929细胞对在无细胞粘附的超低粘结(ULA)涂层(Corning,USA)上的AMN涂覆区中代表细胞粘附的图案化的表面物质的化学组成的反应。
图13：24小时后从MTS测试中获得的相对于TCPS％(n＝8)的L929小鼠成纤维细胞粘附结果。
具体实施方式
众所周知许多HCMUs在碱环境中自发聚合生成聚合产物。HCMUs的水溶液聚合法产生两种馏分；(i)有色的水溶液，以及(ii)沉淀物。确定该溶液含有水溶性HCN低聚物。沉淀物的一种形式是非溶性的HCN聚合物颗粒。形成于氢氰酸的水溶液聚合反应中的可溶的以及沉淀的馏分的结构还未被明确分析。该非溶性的颗粒在美国专利No.2,894,916和美国专利No.2,579,061中被描述为黑色。Kozirovski,Y.等人在Transactions of the FaradaySociety(1964)Vol 60,p1532-1538中的“吸附的HCN的红外光谱以及表面聚合反应(Infrared Spectrum and Surface Polymerization of Adsorbed HCN)”中已研究了吸附在基底表面上的HCN；以及Low,M.等人在J.Phys.Chem.(1968)Vol 72,p2371-2378中的“在有孔玻璃上的吸附的氢氰酸的红外分析、光谱、表面反应以及聚合反应(InfraredSpectrum,Spectrum,Surface Reaction,and Polymerization of Adsorbed HydrogenCyanide on Porous Glass)”。另外，Takahashi,M.等人在Cent.Eur.J.Phys.(2009)中的“(Passivation of defect states in surface and edge regions on pn-junction Sisolar cells by use of hydrogen cyanide solutions)”已研究了吸附在二氧化硅基底表面上的HCN使Si悬空键钝化。
在本发明中，基底与含有HCMUs的碱溶液接触以形成涂覆在该基底上的有粘性的聚合的HCN衍生膜。一方面提供了将HCMUs添加到酸性溶液，当中碱被添加到该酸性溶液中以提高pH值以形成碱溶液。例如，使用NaOH水溶液可以将AMN甲苯磺酸盐溶液的pH值提高至如pH值为8-9。酸的中和引发聚合反应。类似地，其能够通过使用含有氰化钾和氯化铵的溶液来获得。优选地，该溶液含有相同的氰化钾和氯化铵摩尔量。
另一方面，HCMUs为气相以及在高于某一温度下自发发生聚合反应。该方法不需要催化剂，也就是不需要碱。
为了形成均质的聚合物涂层，理想的是将在基底表面上形成的颗粒最小化，其可以采用一种或多种方法获得：
·使聚合反应以及涂层过程变短。在本发明中，涂层的形成进行至溶液中的颗粒形成之前；
·重复进行聚合反应和涂层过程，随后冲洗。在每一循环过程中，涂层的形成在溶液中的颗粒形成之前进行；以及
·使用不同密度和流动性的黑色颗粒材料以将颗粒从涂层中分离出来，例如，将基底面朝下(沉淀颗粒落下)放置在溶液中或类似体系中(例如包括对颗粒的离心力)。
然而，在某些实施方式中，配有颗粒而使基底表面粗糙可以简单地通过以下方式做到：在聚合反应溶液中将基底表面向上以使颗粒落在基底的上面且嵌入到表面涂层中。
也可以通过自然沉积来控制表面的粗糙度。例如，在惰性气氛(无氧)中进行沉积将会使涂层的粗糙度增加。表面粗糙度的增加使基底材料的表面积增加，其利于许多材料学的应用。控制表面粗糙度也影响生物反应以及可以将该表面粗糙度修饰以控制这些反应。例如，表面粗糙度能够影响细胞反应。
可以添加额外的化合物以加快聚合反应的速度。这些包括：(i)乙醛/酮例如甲醛、乙醛和丙酮；(ii)从上述羰基化合物如乙醇腈、乙醛氰醇、丙酮氰醇衍生出的氰醇；以及(iii)金属盐如偏钒酸盐。
如上述概括的，可以使用不同的HCMUs，以及HCMUs的混合物也是适合的。可以使用HCN、IAN、AMN、DAMN、ANN、叠氮基乙腈及其同分异构体。DAMN分解形成AMN。较大的单体单元具有较稳定的物理和化学性能。图1是不同的可用的HCMUs的反应示意图，以阐述不同但相关的反应途径。
可以通过改变下述条件来控制聚合物涂层的结构：
·存在于溶液中的氧气的含量-在氧气存在下可形成更均匀的涂层，在无氧气存在下(例如，氧气浓度<0.1％，使用惰性气体如N2或Ar净化)使涂层的表面粗糙度增加以及颗粒沉积在表面上；
·用于聚合反应/沉积的时间；
·HCMUs的溶液浓度；
·所使用的缓冲剂或溶剂的类型。
可以采用X-射线光电子能谱(XPS)分析来表征聚合物涂层。在本发明中，使用独特的N/C比率来证实涂层的存在。也可以测量O/C比率，但N/C比率在聚合物涂层中的氮含量相对高时有用。涂层中的AMN、N/C比率范围介于0.4至0.7之间，优选地介于约0.550至0.650之间。涂层中DAMN、N/C比率通常为0.508左右。
也可以采用水接触角测量分析来表征聚合物涂层。在本发明中，使用独特的接触角来证实涂层的存在。该涂层的水接触角范围介于约50°至60°，优选地介于约52°至58°，更优选地介于约53.1°至57.8°。
可以通过改变如沉积时间或溶液浓度来控制该涂层的厚度。
如上所述，HCMUs溶液可以包括含有官能团的配体。因此，附加的官能团可以通过以下一种或两种方法来嵌入：(i)将附加的官能团作为共聚单体与HCMU合并；以及(ii)在能够使附加的官能团与表面涂层接触的条件下将表面与附加的官能团接触。按照这种方式，可以进一步用含有官能团的配体将基底表面官能化。优选地，该官能团含有亲核体、亲电体或金属。优选地，该官能团选自由胺、硫醇、腈、醛、咪唑、叠氮化物、聚环己烷二硫代碳酸酯、氢、羟基、羧酸、羧酸酯、羧胺、烷基卤、苄基型卤代烃、环氧衍生物、硫代环氧化物、异氰酸酯(有机非质子溶剂)及其化合物组成的组。这些反应能够自发发生或根据反应的进展可以需要催化剂(例如，碱)。
水凝胶
可选择地将HCMUs与含有多个官能团(多于一个)的配体共聚合以形成水凝胶。共聚单体可以选自含有一种或多种官能团的化合物，该官能团与胺、腈、在HCN聚合反应中形成的中间产物或其组合物反应。优选地，该官能团选自由硫醇、乙醛、酮、环氧化物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、异氰酸盐、烷基卤化物、胺、氰醇及其组合物组成的组。更优选地，该官能团为胺。优选地，该胺官能团选自由聚烯丙基胺盐、聚乙烯亚胺及其组合物组成的组。
水凝胶能够在不需要基底的条件下形成以及能够随后粘附在基底或部分基底上以形成涂层。
实施例1：在PBS缓冲溶液中沉积AMN涂层
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。为了涂覆玻璃盖片样品，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将玻璃盖片样品置于该溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。如果期望得到具有低粗糙度的表面涂层，在涂层过程中将样品表面向下以避免聚合物沉淀，该聚合物沉淀也形成于溶液中。
涂层成功地沉积在各种基底材料上。在几个冲洗循环之后，这些涂层与表面粘合在一起。表1显示的是在涂覆有AMN之前和之后在不同基底上收集的X-射线光电子能谱(XPS)数据。在每种情况下，XPS结果清楚表示了沉积的涂层，在元素成份上具有显著的改变。在不同基底材料上沉积AMN涂层之后获得的类似的元素比率也表明涂层组份与基底材料无关。另外，从许多基底材料上观测到的起源于基底材料的信号的完全衰减证实获得了均匀的、无孔涂层。
表1：在涂覆有AMN之前和之后，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜树脂(PES)、云母和玻璃基底材料上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C 其它
PET 0.344±0.003 - -
PET-AMN 0.244±0.005 0.637±0.003 -
PES 0.220±0.011 - 0.066±0.003(S/C)
PES-AMN 0.234±0.006 0.627±0.006 -
云母 5.739±0.242 - 1.348±0.051(Si/C)
云母-AMN 0.248±0.002 0.618±0.012 -
玻璃 2.857±0.048 0.036±0.005 1.203±0.007(Si/C)
玻璃-AMN 0.234±0.002 0.600±0.006 -
该样品证实了在碱性条件下能够利用氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)的聚合反应来制备在许多基底材料上的粘附涂层，该基底材料包括聚合物基底材料和无机基底材料。
实施例2：控制涂层厚度
将云母样片裂开以提供用于厚度测量的平面基底。随后，将一滴10％的聚(L,D-交酯)丙酮溶液放置在云母样品的上面，以及在层流工作台层流工作台中将溶剂蒸发。将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。为了涂覆云母，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将该样品置于该溶液中以不同的时间培养。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，并在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀。
在将该聚(L,D-交酯)遮盖物去除以再次暴露其下的云母表面之后，使用原子力显微镜(AFM)(Asylum Research MFP-3D,Santa Barbara,USA)根据截面分析原理来测量该涂层的厚度。(图2)获得的厚度测量清楚证实了涂层厚度随沉积时间而改变。
另外，AFM界面分析实验揭示了所调查的所有沉积时间(12h，24h，48h)的均匀的、无孔涂层。图3证实了这一点，其显示的是沉积48小时的涂层的界面分析。
通过原子力显微镜(AFM)实验获得了在刚刚裂开的云母基底上的涂层厚度测量(图2)，其清楚证实了涂层厚度随沉积时间而改变。因此，能够通过选择适合的沉积时间来容易地控制该涂层的厚度。重要地，AFM界面分析实验也证实了获得了均匀的、无孔涂层。在涂层过程中存有遮盖物且后来将其去除以再暴露出未处理过的云母表面的区域中沉积48小时，获得了图3中的界面分析。
实施例3：在各种不同基底材料上能够获得均匀的涂层
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。为了涂覆包括聚合物、无机材料和金属的各种基底材料，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将不同基底材料置于该溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀。
使用自动接触角测角仪(KSV instruments LTD)测量涂层前的样品和涂层后的样品上的不同点的静态接触角。使用体积大约为5μL的液滴的超纯MilliQTM水用于实验。从10次测量中计算平均接触角，每次测量记录了该液滴两侧的接触角。表2和图4显示了在涂覆有AMN聚合物之前和之后的在不同基底材料上获得的平均水接触角。即使该水接触角在未涂覆样品上有相当大的改变，在施以涂层之后观测到所测量的水接触角之间没有显著区别，表明该涂层方法在各种不同基底材料之间是适用的。
表2：在涂覆有AMN聚合物(n＝10)之前以及之后的氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PSy)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、钢、金、玻璃和云母上获得的平均水接触角。
基底材料 涂覆前的接触角(°) 涂覆后的接触角(°)
FEP 114.3 55.6
PP 100.8 56.3
PDMS 96.6 56.1
PTFE 93.1 56.9
PSy 92.9 55.5
PC 85.6 55.6
PES 81.2 54.3
PET 67.0 53.1
钢 51.2 53.7
金 17.1 57.8
玻璃 15.6 55.5
云母 3.9 56.3
在涂覆AMN之前和之后，在包括聚合物、金属和无机基底各种不同基底材料上获得的水接触角揭示了在未处理的基底材料上的接触角具有较大的差异。然而，在施以AMN涂层之后观测到所测量的接触角之间没有显著差异。这清楚证实了该涂层方法在各种不同基底材料之间是适用的。
实施例4：将胺官能团化合物嵌入至AMN涂层中
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为80mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中，将浓度为20mg/mL的2,2,2-三氟乙胺(TFEA)添加到该溶液中。在使用聚苯乙烯(PSy)片作为基底材料。为了涂覆聚苯乙烯(PSy)片，然后使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将该聚苯乙烯(PSy)片置于该溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀。
通过XPS证实涂层中TFEA的存在(表3)。在该涂层中氟的存在证实了在沉积过程中能够将含有胺官能团的化合物嵌入到涂层中。
表3：在AMN涂层沉积以及在TFEA存在下将AMN涂层沉积之后，在聚苯乙烯(PSy)基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C F/C
PSy-AMN 0.206±0.003 0.577±0.039 -
PSy-(AMN-co-TFEA) 0.211±0.005 0.526±0.006 0.007±0.001
该实施例证实了在涂层沉积过程中仅通过存在于涂层溶液中就能够将含有化合物的胺嵌入到AMN涂层中。
实施例5：取决于涂层条件的不同涂层的形态
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。将该溶液的一部分转移到提供有惰性氮气气氛(<0.1％的O2)的手套箱中。通过向该溶液中鼓吹氮气1小时以将该溶液中存留的氧气去除。为了涂覆玻璃盖片样品，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将该样品置于(i)存储有惰性气氛的溶液中或(ii)在空气中的溶液中，培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。在含氧气气氛中，通过浅棕色的颜色变化来表明涂层的存在。在含氮气气氛中，通过深黑色的颜色变化来表明涂层的存在。
然后，将该样品安装在具有双面导电碳胶的铝块上。然后使用Polaron SC5750溅射涂层机将铱涂覆在样品上。铱涂层的厚度大约为10nm。一旦涂层结束，将该样品放置在Philips XL30场发射扫面电子显微镜(FESEM)中进行分析。使用2kV的加速电压以获得镜像。
FESEM实验(图5)揭示了在含氧气气氛的平滑表面涂层和在含氮气气氛的大致上具有较大的表面积的粗糙表面涂层。
该实施例证实了在涂层沉积过程中取决于环境条件能够获得不同涂层形貌。在较宽的涂层应用范围内，包括需要控制表面积的应用中，控制表面形貌是重要的。
实施例6：用于提高细胞贴附的AMN涂层
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。为了涂覆具有超低粘附力(ULA)的涂层(Corning，USA)的96孔板，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将该96孔板置于该溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀。
使用L929小鼠成纤维细胞(细胞株ATCC-CCL-1,Rockville,USA)研究对修饰表面的细胞反应。将细胞在含有10％的胎牛血清和1％的非必需氨基酸(Invitrogen,USA)的最低基础培养基(MEM)中培养。在以密度为2.5×104细胞/cm2下将细胞种植在组织培养聚苯乙烯(TCPS)96孔板(NunclonΔ,Nunc)、具有超低粘附力(ULA)涂层的96孔板(Corning，USA)和AMN涂覆的ULA 96孔板(ULA-AMN)之后，将该样品置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养24小时。
随后，在添加由100μL的N-甲基吩嗪甲基硫酸盐(phenazine methosulfate)溶液(DPBS中0.92mg/mL)、2mL的3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物(MTS)溶液(DPBS中2mg/mL)，以及10mL的MEM组成的溶液之前，用最低基础培养基(MEM)冲洗基底一次。在490nm和655nm区间进行色度比色读数之前，将该基底在含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养3小时。
表4和图6显示了在不同涂层上获得的比色测定结果。相对于组织培养聚苯乙烯(TCPS)表面，在ULA涂层上的细胞贴附降低至2.6％。另一方面，相对于TCPS，在在AMN涂覆的ULA涂层上的细胞贴附增加至130.0％。在细胞培养实验过程中，观察到涂层并无细胞毒素作用。该数据证实了能够将AMN涂层应用于需要高细胞贴附的应用中。
表4：在96孔板上进行的比色测试中获得的相对于TCPS(n＝8)的细胞贴附结果(％)。
样品 相对于TCPS的细胞贴附(％)
TCPS 100.0±12.9
ULA 2.6±2.2
ULA-TCPS 130.0±5.2
该细胞培养结果清楚证实了AMN涂层导致高细胞贴附以及该AMN涂层适合用于在含有介质的乳清中培养细胞。该高细胞贴附被看作与来自细胞培养介质中的蛋白质的吸附有关。在ULA和ULA-AMN表面上获得的细胞培养结果也证实了该AMN涂层能够非常有效地将其下的基底材料的性能掩盖。
如上所述，通过沉积条件的性质能够控制聚合物涂层的表面粗糙度。例如，在惰性气氛(无氧)下实施沉积使该涂层的粗糙度增加，其可能会利于控制生物反应，例如细胞反应。
实施例7：AMN基底的敷金属(法)
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。。为了涂覆玻璃盖片样品，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将样品置于该溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。
将具有涂层的玻璃盖片置于室温下在50mM的硝酸银(AgNO3)(Chem Supply)的水溶液中培养16小时，随后，在MilliQTM水中大量地重复冲洗4小時以及在层流工作台中干燥。
涂覆的样品显示了可见的灰色变化，表明有金属银沉积。该观察通过XPS实验揭示的Ag/C比率为0.183来证实(表5)。另外，XPS实验也揭示了在两种不同氧化物状态中沉积的Ag，Ag(0)和Ag(+)，如在Ag MVV俄歇光谱中明显的尖峰所表明的(图7)。该数据表明不同状态的氧化物与在高分辨率光谱中观测到的不同的峰有关。
表5：在用AgNO3培养之前和培养之后在AMN涂覆的玻璃基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 Ag/C
玻璃-AMN -
玻璃-AMN-Ag 0.205±0.004
含有金属的涂层在广泛的应用中是很有用的，该应用包括有导电性的应用。在生物应用中，由于广泛的抗菌性能，元素银(Ag和/或Ag(+))的沉积是有用的。
实施例8：凝胶的形成
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)和聚丙烯酸(PAA)(NW 70,000，Aldrich)被稀释在10mM的三(羟基甲基)氨基甲烷(Tris)溶液中，在100mg/mL的总浓度中，二者的％(w/w)比率为(1)1:1，(2)1:2，(3)1:3，(4)1:4，(5)1:5，(6)5:1，(7)4:1，(8)3:1和(9)2:1。将每一个标有序号的玻璃瓶在填充有1mL以上溶液中的其中一种之后，并且在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，在该溶液中培养72小时。样品6-9在凝胶的形成过程中的结果如图8中所示。该凝胶的形成证实了在聚合反应过程中发生了包括AMN和PAA的反应，而PAA有效地作为交联剂。
在具有聚丙烯酸(PAA)的AMN聚合反应的情形下的凝胶形成过程证实了在聚合反应过程中发生了包括AMN和PAA的反应，而PAA有效地作为交联剂。因而形成的水凝胶适合于用来粘附在基底上，从而涂覆在至少部分基底上。也可以作为生物支架使用，例如用于伤口治疗。
实施例9：AMN涂层的反应
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。为了涂覆玻璃盖片，在使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应之后，将样品置于该溶液中培养24小时。
随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免也形成于溶液中的聚合物的沉淀。
随后，在37℃温度下将刚制备的样品置于含有5mL乙腈的100mg的4-溴苄溴(BBB)(Aldrich)和200μL的0.1M的三乙胺(TEA)的溶液中培养整个晚上，随后在层流工作台中用乙腈和MilliQTM水大量冲洗。使用100mg的1,4-二溴苯(DBB)在相同条件下类似地制备对照试样。
在与4-溴苄溴(BBB)反应后采用XPS进行溴的检测(表6)证实了AMN表面与化合物的反应性。还有，与1,4-二溴苯(DBB)反应后没有检测到溴的事实证实了溴苯官能团没有与AMN表面反应。另外，该对照试验证实了冲洗步骤适合于将BBB或DBB的非共价键完全去除。
表6：在与4-溴苄溴(BBB)和1,4-二溴苯(DBB)反应之前和反应之后在AMN涂覆的玻璃基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 Br/C
玻璃-AMN -
玻璃-AMN-BBB 0.007±0.001
玻璃-AMN-DBB -
与4-溴苄溴(BBB)反应后采用XPS进行溴的检测证实了AMN表面与化合物的反应以及AMN表面的共价键的固定化。还有，与1,4-二溴苯(DBB)反应后没有检测到溴的事实证实了溴苯官能团没有与AMN表面反应。另外，该对照试验证实了冲洗步骤足够地将BBB或DBB的非共价键完全去除。
实施例10：使用氰化钾的涂层沉积
将等摩尔数的氰化钾(65.1mg，KCN，Sigma)和氯化铵(53.5mg，Sigma)溶解于2mL的MilliQTM水中。为了涂覆玻璃样品，将该样品置于室温下在该溶液中培养7天。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。
涂层成功地沉积在玻璃基底上。表7显示了在用含有等摩尔数的氰化钾和氯化铵的溶液涂覆之前和之后收集的X射线光电子能谱(XPS)数据。该XPS结果清楚地证实了沉积的涂层在元素比率上具有显著的变化。观测到的最大差异为N/C比率从0.000增加到0.645以及Si/C比率从1.538下降到0.072。后者反映出基底材料中的Si信号几乎完全衰减以及涂层厚度接近于XPS方法的信息深度(information depth)。
表7：含有等摩尔数的氰化钾(KCN)和氯化铵的溶液涂覆之前和之后在玻璃基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C Si/C
玻璃 2.961±0.072 - 1.538±0.047
玻璃-KCN 0.231±0.007 0.645±0.003 0.072±0.004
实施例11：用于低细胞粘附的AMN修饰的涂层
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为50mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应。将该96孔板(NunclonΔtreated，Nunc，Denmark)置于该涂层溶液中培养24小时。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀在孔板的表面上。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。
在涂覆了AMN的96孔板上的单独孔上进行单甲氧基聚乙二醇(PEG-ALD)(分子量5,000，Shearwater Polymers,USA)的接枝，该接枝通过在每一孔中加入100μL的磷酸盐缓冲溶液(pH6.2)进行，该磷酸盐缓冲溶液含有0.25％(w/v)的PEG-ALD，11％(w/v)的硫酸钾和0.3％(w/v)的硼氰化钠。该接枝反应在60℃进行24多小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。
表8显示了在用(i)AMN和(ii)用PEG-ALD进一步修饰的AMN涂覆之前和之后在TCPS上收集的XPS数据。在AMN涂层沉积之后，相比TCPS基底表面，该O/C和N/C比例显著升高证实了成功地沉积了涂层。另外，在随后的与PEG-ALD反应之后，该O/C比率的升高和该N/C比率的显著降低证实了在AMN表面上PEG分子的成功接枝。
表8：在涂覆有AMN以及进一步用PEG-ALD修饰之前和之后在TCPS基底材料上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C
TCPS 0.179±0.020 0.014±0.007
AMN 0.249±0.007 0.559±0.018
AMN-PEG-ALD 0.292±0.007 0.428±0.004
在细胞培养实验之前，将该培养片以15kGy(Steritech，Australia)的剂量经γ-杀菌。使用L929小鼠成纤细胞(cell line ATCC-CCL-1,Rockville,USA)观察对修饰表面的细胞反应。将细胞在含有10％的胎牛血清和1％的非必需氨基酸(Invitrogen,USA)的最低基础培养基(MEM)中培养。在以密度为2.5×104细胞/cm2下将细胞种植在组织培养基聚苯乙烯(TCPS)(NunclonΔtreated,Nunc,USA)、AMN涂层和PEG-ALD修饰的AMN的孔板之后，将该样品置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养24小时。
随后，在添加由100μL的柠嗪酸(PMS)溶液(DPBS中0.92mg/mL)、2mL的3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物(MTS)溶液(DPBS中2mg/mL)，以及10mL的MEM组成的溶液之前，用最低基础培养基(MEM)冲洗基底一次。在490nm和655nm区间进行色度比色读数之前，将该基底置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养3小时。
图9显示了在不同表面上获得的MTS试验结果。相对于TCPS，在AMN涂层表面上提高了细胞贴附。更重要地，相对于TCPS和AMN表面，在PEG-ALD修饰的AMN涂层表面上显著降低了细胞贴附。
该数据清楚证实了使用还原性胺化反应能够将PEG-ALD分子固定在AMN涂层表面上。另外，能够使用PEG接枝反应来调整细胞反应。重要地，在接枝反应上达到的PEG接枝密度证实了足以显著降低细胞贴附。全部数据证实了能够使用PEG-ALD修饰的AMN涂层用于需要实际上降低细胞粘附的应用中。
实施例12：具有抗菌性能的涂层
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应。将具有超低粘附力(USA)涂层(Corning,USA)的96孔板置于该涂层溶液中培养24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀在孔板的表面上。
随后，将含有硝酸银(AgNO3)的水溶液添加到具有浓度范围为10-9M至10-2M的单一孔板中且培养24小时。然后，在层流工作台中在空气中浸泡24小时且在干燥之前，用MilliQTM水和洗液管冲洗该孔板至少3次，最后以360μL的MilliQTM水填充每孔中。XPS实验进一步确定了银的存在。观测到的Ag/C的平均比率：0为于溶液中少于10-5M的AgNO3、0.002为于溶液中10-5M的AgNO3、0.025为于溶液中10-4M的AgNO3、0.065为于溶液中10-3M的AgNO3以及0.096为于溶液中10-2M的AgNO3。在生物膜测试之前，将该培养片以15kGy(Steritech，Australia)的剂量经γ-杀菌。
使用与医学相关的革兰氏阳性菌株(表皮葡萄球菌,Staphylococcusepidermidis RP62a)和革兰氏阴性菌株(铜绿假单胞菌,Pseudomonas aeruginosa)进行静态生物测试。在37℃使用用于S.epidermidis胰蛋白酶大豆肉汤(TSB-培养基)和用于P.aeruginosa的Luria Broth(LB-介质)肉汤培养基从单一群体生长一个晚上。然后，使用用于稀释的各自介质将该细菌培养基稀释到107细胞形成单位(CFU)/mL。然后，将100μL稀释后的肉汤培养基注射到每一孔板(重复四次用于每个银的浓度)中。利用两种不同的不含细菌的介质进行相同的实验，以作为阴性对照(重复四次用于每个银的浓度)。该培养片在37℃下培养18个小时。随后，将浮游生物细菌去除以及用200μL的PBS缓冲剂将该孔板冲洗3次，随后在空气中干燥。然后用100μL的0.1％(w/v)的结晶紫溶液培养每个孔板使生物膜染色。15分钟后将该染色溶液去除以及将该培养片重复(3次)浸渍在水中以洗去过量的染液，随后在空气中干燥。为了采用UV光谱量化，通过添加200μL浓度为5％(v/v)乙酸的乙醇将嵌入到该生物膜中的染液溶解且偶尔振动15分钟。然后将该100μL的该溶液转移到新的96孔板中且在600nm下测试吸附。计算吸附平均数以及使用来自阴性对照的平均读数使背景干净。图10显示了在该方法中获得的生物膜量子化的数据。该结果证实了在浓度为0.1mM以上的AgNO3下有效阻止用于两种菌株的生物膜的形成。
实施例13：通过将铸塑的中性AMN溶解来制备涂层
将1g氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在6mL的MilliQTM水中。然后添加6mL饱和的碳酸氢钠使pH达到9.0。然后用乙醚提纯该水溶液。然后将该显示淡黄色的有机相从该水相中分离出来。随后，在真空状态下使用旋转蒸发器减少溶剂的量以及将残留的溶液铸塑在玻璃基底上，分别在室温下培养16小时以上或在110℃下培养5分钟之后产生棕色涂层。在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次。
该涂层方法基于将氨基丙二腈中的自由基在有机溶剂中分离出来，虽有通过其自发聚合反应。采用XPS表征通过该方法制备的涂层。表9显示了在不同温度下用溶剂铸塑中性AMN涂层之前和之后在玻璃基底上收集的XPS数据。在每种情况下，该XPS结构清楚证实了沉积的涂层相对于未处理的玻璃基底在元素组成在具有显著变化。然而，观测到的相对高的Si/C比率的事实表明涂层厚度低于XPS信息深度约10nm。
表9：将铸塑的中性AMN溶解之前和之后以及在不同温度下培养在玻璃基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
这些结果证实了从含有中性的AMN的有机溶剂中，简单的溶剂铸塑过程能够获得涂层。
实施例14：使用二氨基马来腈形成涂层
在含有玻璃样品的长颈瓶中在MilliQTM水中将0.5g二氨基马来腈(DAMN)回流24小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。表10显示了相对于在未处理的玻璃样品上获得的结果，在DAMN涂覆的玻璃样片上获得的XPS结果。该XPS结果清楚证实了沉积的涂层在涂覆组合物之后在元素比例上具有显著变化。在DAMN涂覆的表面上观测到的仅仅的小的Si/C比率的事实也指出均匀涂层具有的厚度相当于或低于XPS信息深度约10nm。
表10：在沉积DAMN涂层之前和之后，在玻璃基底上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C 其它
玻璃 2.857±0.048 0.036±0.005 1.203±0.007(Si/C)
玻璃-DAMN 0.317±0.007 0.508±0.011 0.021±0.011
这些结果证实了以简单的方法从二氨基马来腈(DAMN)中能够获得涂层。
实施例15：AMN涂层的细胞毒性
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应。将24孔板(NunclonΔtreated,Nunc,Denmark)置于该涂层溶液中培养24小时。在涂层过程中将样品表面向下以避免该聚合物从溶液中沉淀在孔板的表面上。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。
根据国际标准ISO10993-5(Biological evaluation of medical devices-Part5:Tests for in vitro cytotoxicity and Part 12:Sample preparation andreference materials)进行细胞毒性测试。通过孔板的基底表面积和侧面表面积(每孔板0.8mL)、以及提纯液体的深度为6mm来确定提纯溶液的体积。该提纯溶液为无血清培养基(SFM)。将该提纯溶剂在振动平台上，在搅拌设置为20rpm的条件下在37℃将该样品上培养66小时。
随后，将每个孔板的提纯溶液置于室温下以及使用SFM作为稀释剂将每个孔板的提纯液体各自以1：2稀释，以提供的测试溶液的范围为原始提纯溶液的100％、50％等等至0.39％。标准的对照溶液包括单独的SFM、含有5％PBS的SFM，以及含有5％DMSO的SFM。所有的溶液在无菌的96孔板(NunclonΔtreated,Nunc,Denmark)中以一式四份的形式来制备。
平行地，将L929小鼠成纤细胞在密度为2×104细胞/cm2下将细胞种植在具有100μL的新鮮制备的含有血清的的介质的96孔板上(NunclonΔtreated,Nunc,USA)。将该样品在含有5％的CO2的湿润的空气下在37℃培养24小时。
随后，将含有血清的介质从所有的孔板中去除，在将100μL的测试溶液(原始提纯溶液的100％、50％等等至0.39％)和对照溶液(SFM、含有5％PBS的SFM或含有5％DMSO的SFM)添加到单一孔板中之后，用150μL的SFM冲洗各孔两次。然后，将该培养片置于37℃下进一步培养20小时。
为了量化具有代谢活性的细胞的数量，使用3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-5(3-羧甲基苯基)-2-(4-磺基苯基)-2H-四唑(Promega)进行比色MTS测定。在20小时时，按照每个厂家的指导制备新鮮的MTS试剂的工作溶液。将该测试和对照溶液从培养片中去除以及添加100μL的MTS。然后，将该培养片在37℃培养3小时。随后，使用ELISA酶标仪(plate reader)(BioTek,USA)读取该培养片。图11显示了使用MTS测定及一系列稀释的SFM基提纯溶液(100％-0.39％)对细胞毒性的定量评价，其中，每个稀释的SFM基提纯溶液来源于4种不同的样品，每个样品以多个复制品的形式被检测。也可以相同数量的使用SFM、含有5％PBS的SFM或含有5％DMSO的SFM的复制品上进行该MTS测定。没有提纯溶液显示出其稀释溶液中具有细胞毒性反应，而对照样品则表现出预期中的反应。因而认为AMN涂层不具有细胞毒性。
通过可视检验对培养片的定量分析显示了含有SFM的孔板和含有5％PBS的孔板没有显现出与溶液的反应活性，而所有细胞显示出附贴以及平坦健康的形态。也没有任何测试溶液显示出其稀释液具有任何反应活性，而所有细胞显示出附贴以及平坦健康的形态(0级)。作为对比，含有5％DMSO的孔板显示出与大约25％的细胞具有圆形形态的中度反应(2级)。
缺少细胞毒性强调了AMN涂层适用于广泛的生物医疗应用中。
实施例16：使用AMN涂层从空间上控制生物反应
将尺寸约为4cm2的基底样品切割成具有超低粘附力(ULA)涂层(Corning,USA)的6孔板。
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为100mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中。使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应。在培养30分钟之后，将100μL该溶液转移到96孔板的单一孔板中，该96孔板作为微印刷(NanoPrint LM60microarrayer,Arraylt,USA)的源板。使用直径为375μm的别针以阵列图案与ULA涂覆样品上的印刷液接触之后，将样品在层流工作台中空气干燥48小时以上。随后，在再次于层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品3次。在细胞种植之前，将该培养片以15kGy(Steritech，Australia)的剂量经γ-杀菌。
使用L929小鼠成纤细胞(cell line ATCC-CCL-1,Rockville,USA)检测对团案化的表面化学性质的细胞反应。将细胞在含有10％的胎牛血清和1％的非必需氨基酸(Invitrogen,USA)的最低基础培养基(MEM)中培养。在以密度为2.5×104细胞/cm2下将细胞种植之后，将该样品置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养16小时。
用培养基将样品冲洗之后，进行分子探针活/死测试，结果将活的、粘附细胞染成绿色以及将死的、粘附细胞染成红色。然后，使用Nikon TE 2000荧光显微镜获取图象。图12中观测到的细胞贴附图案证实了细胞仅能够粘附在有AMN涂层出现的基底上，而阻碍细胞在ULA背景涂层上的贴附。随后，采用微阵列印刷方法提供准确的细胞贴附图案。另外，贴附在AMN涂覆面积上的细胞表现出绿色荧光，以表明该细胞是活的，以及细胞毒性微小可忽略。
以上结果证实了从空间上控制生物反应，例如使用AMN涂层沉积能够获得细胞贴附。
实施例17：将聚合物接枝到AMN涂层上
将氨基丙二腈p-甲苯磺酸(AMN)(Aldrich，98％)溶解在pH为7.4，浓度为50mg/mL的磷酸缓冲盐(PBS)中，使用0.1M氢氧化钠(NaOH)将溶液的pH调整为8.5促使进行聚合反应。96孔板上(NunclonΔtreated,Nunc,USA)在该涂层溶液中培养24小时。在涂层过程中将样品表面向下以避免溶液中的聚合物的沉淀落在孔板的表面上。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。通过浅棕色的颜色变化来表明涂层存在。
然后，用含有端氨基的树枝状聚合物(DMR，Generation 4,Sigma-Aldrich)的溶液或者用含有聚烯丙基胺(ALA,分子量为70,000，Sigma-Aldrich)的溶液培养新鲜AMN涂覆的多孔基底以增加在该表面上能够获得的胺官能团的数目。将AMN涂覆的96-孔板表面置于在体积为每孔100μL的PBS中培养24小时，该PBSpH为6，含有0.30％(w/v)的DMR或0.25％(w/v)。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。
在涂覆了AMN的96孔板上的单独孔上进行甲氧基聚乙二醇(PEG-ALD)(分子量5,000，Shearwater Polymers,USA)的接枝，该接枝通过在每一孔中加入100μL的磷酸盐缓冲溶液(pH6.2)进行，该磷酸盐缓冲溶液含有0.25％(w/v)的PEG-ALD，11％(w/v)的硫酸钾和0.3％(w/v)的硼氰化钠。该接枝反应在60℃进行24多小时。随后，在层流工作台中进行空气干燥之前，用MilliQTM水冲洗该样品5次，然后在MilliQTM水中培养一个晚上。
在AMN涂层沉积之后，相比TCPS基底表面，该O/C和N/C比率显著升高证实了成功地沉积了涂层(表11)。DMR和ALA成功地沉积在AMN表面的结果也反映在相对于AMN涂覆基底的N/C比率的显著变化。另外，随着在AMN-DMR和AMN-ALA涂覆表面上的PEG-ALD的接枝而具有显著变化的O/C和N/C的比率证实了PEG分子成功地接枝在这些富含胺的表面上(表11)。
表11：在涂覆有AMN、DMR或ALA的固定，以及更进一步用PEG-ALD修饰之前和之后在TCPS基底材料上获得的XPS结果。列举了平均原子比率(n＝3)。
基底 O/C N/C
TCPS 0.179±0.020 0.014±0.007
AMN 0.249±0.007 0.559±0.018
AMN-DMR 0.221±0.009 0.454±0.031
AMN-DMR-PEG-ALD 0.356±0.013 0.321±0.019
AMN-ALA 0.225±0.010 0.462±0.033
AMN-ALA-PEG-ALD 0.408±0.056 0.127±0.030
在细胞培养实验之前，将该培养片以15kGy(Steritech，Australia)的剂量经γ-杀菌。使用L929小鼠成纤细胞(cell line ATCC-CCL-1,Rockville,USA)研究对修饰表面的细胞反应。将细胞在含有10％的胎牛血清和1％的非必需氨基酸(Invitrogen,USA)的最低基础培养基(MEM)中培养。在以密度为2.5×104细胞/cm2下将细胞种植在组织培养基聚苯乙烯(TCPS)(NunclonΔtreated,Nunc,USA)、AMN涂层和PEG-ALD修饰的AMN涂层之后，将该样品置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养24小时。
随后，在添加由100μL的柠嗪酸(PMS)溶液(DPBS中0.92mg/mL)、2mL的3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物(MTS)溶液(DPBS中2mg/mL)，以及10mL的MEM组成的溶液之前，用最低基础培养基(MEM)冲洗基底一次。在490nm和655nm区间进行色度比色读数之前，将该基底置于含有5％的CO2的湿润空气下在37℃培养3小时。
图13显示了在不同表面上获得的MTS试验结果。相对于TCPS，在AMN涂层表面上提高了细胞贴附。在AMN-DMR和AMN-ALA涂层表面上也观测到高细胞贴附。作为对比，在已经接枝有PEG-ALD聚合物的AMN-DMR和AMN-ALA涂层表面上观测到细胞贴附显著降低。
该数据清楚地证实了能够将聚胺如DMR和ALA固定在AMN涂层表面上。另外，该结果证实了能够使用聚胺如DMR和ALA作为夹层用于聚合物如PEG-ALD的一系列接枝，反过来，可以使用聚合物如PEG-ALD来调整细胞反应。重要地，证实了在接枝反应中获得的PEG接枝密度足以显著降低细胞贴附。

Claims (14)

1.一种涂覆至少部分基底表面的方法，包括：将该基底表面与在液体溶液中的氰化氢单体单元接触，添加碱来提供适合所述氰化氢单体单元进行聚合反应的条件，以及在至少部分基底表面上形成聚合物涂层；
其中，所述碱通过中和质子化了的氰化氢单体单元以形成中和的氰化氢单体单元，以提供适合氰化氢单体单元进行聚合反应的条件，所述中和的氰化氢单体单元选自由氨基丙二腈、氨基乙腈及其同分异构体中的一种或多种组成的组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氰化氢单体单元以水溶液的形式来提供且所述碱提高所述水溶液的pH值以提供适合聚合反应的条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，碱中和在水溶液中的质子化了的氰化氢单体单元，而且其中该方法还包括：使用有机溶剂从水溶液中提取所述中和的氰化氢单体单元；其中所述基底表面与含有该中和的氰化氢单体单元的有机溶剂接触以在至少部分基底表面上形成聚合物涂层。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述液体溶液包括填料、色料、润湿剂、粘度调节剂、稳定剂、抗氧化剂、配体、交联剂、共聚单体、纳米颗粒、生物聚合物和金属中的一种或多种。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述液体溶液包括共聚单体，其中，所述共聚单体提供附加的官能团，所述附加的官能团选自由胺、硫醇、腈、醛、咪唑、叠氮化物、聚环己烷二硫代碳酸酯、氢、羟基、羧酸、羧酸酯、羧胺、烷基卤、苄基型卤代烃、环氧衍生物、硫代环氧化物、异氰酸酯及其组合组成的组。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述液体溶液包括一种或多种共聚单体，所述共聚单体选自含有与胺、腈、在HCN聚合反应中形成的一些中间产物或它们的组合反应的一个或多个官能团的化合物。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括将所述聚合物涂层与一种或多种活性基团接触的步骤，其中，所述一种或多种活性基团与所述聚合物涂层反应且结合在所述聚合物涂层上。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括通过将所述聚合物涂层与另一聚合物接触以将另一聚合物与所述聚合物涂层接枝的步骤，其中，所述另一聚合物与所述聚合物涂层反应且结合在所述聚合物涂层上，或反应且结合在一些粘附在所述聚合物涂层上的活性基团上。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述中和的氰化氢单体单元主要由氨基丙二腈组成。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，该方法还进一步包括将聚合物涂层与银接触的步骤，其中，所述银以元素银或银离子的形式沉积在所述聚合物涂层的上面或其中。
11.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，还进一步包括：在形成聚合物涂层的步骤期间通过共沉积将银嵌入到聚合物涂层中。
12.一种由权利要求1至3中任意一项所述的方法制备的被聚合物涂覆的基底。
13.根据权利要求12所述的基底，其中，聚合物涂层在所述基底表面上的平均厚度为1至1000nm。
14.一种权利要求12所述的基底的用途，其用于调整在基底表面上的细胞粘附度或提高基底表面的抗菌性能。
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