CN104562126A - 一种具有抗蛋白吸附作用的薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗蛋白吸附作用的薄膜及其制备方法。本发明薄膜为两性离子单体的聚合物，薄膜包覆在酶电极的表面。它是由两性离子单体在酶电极的表面通过电诱发的原子转移自由基聚合反应聚合而成。本发明薄膜包覆在酶电极的表面，具有良好的抗蛋白吸附能力，同时，保证传感器高灵敏度检测；本发明完全利用电化学手段，过程简单，可造作性强，时间短，可用于大规模制备；本发明薄膜的厚度可控制在10-40纳米，通透性好；最多可减少99%的非特异性蛋白质吸附。
Description
技术领域
本发明属于聚合物合成领域，涉及一种两性离子聚合物薄膜及其电聚合方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，尤其是微电子、电化学、高分子化学等技术的发展，生物传感器的发展有了长足进步。对于植入式电极，机体对传感器的免疫排斥作用是造成电极失效的重要原因。免疫排斥反应主要包含以下几个过程：（1）非特异性蛋白质吸附：发生于异物植入的最早期阶段，是造成植入式电极短期失效的主要原因；（2）炎症细胞浸润：发生于几个小时之内，炎症细胞逐渐渗入植入部位，并分泌相关生物因子；（3）纤维包膜形成：通常发生于1周之后，有炎症细胞、成纤维细胞等共同作用，在局部形成对植入体的包裹，限制内外各种分子的流通，造成植入式电极的长期失效。因此，为了保持植入式电极的稳定工作，通常需要在最外层包覆一层由生物相容性材料构成的保护膜。目前，最常用的保护膜材料有：高分子材料聚氨酯（PU）、聚乙烯醇（PVA）、壳聚糖(Chitosan)等，也有小分子材料如肝素（Heparin）等。尽管这些材料在体内可以一定程度上减弱免疫反应，但是仍然会非特异性吸附一些蛋白质，使得后续反应继续进行。因此，设法提高包被材料抗吸附蛋白质的能力是非常重要的。
发明内容
本发明目的是提供一种具有抗蛋白吸附作用的薄膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明具有抗蛋白吸附作用的薄膜为两性离子单体的聚合物，所述薄膜包覆在酶电极的表面。
进一步地，本发明所述薄膜由所述两性离子单体在所述酶电极的表面通过电诱发的原子转移自由基聚合反应聚合而成。
进一步地，本发明所述薄膜为聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯（PSBMA）或聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯（PCBMA）。
进一步地，本发明所述薄膜的厚度为10-40纳米。
本发明制备上述具有抗蛋白吸附作用的薄膜的方法包括：将两性离子单体与磷酸盐缓冲液、催化剂和配体充分混合，形成澄清溶液；将酶电极置于弱碱性的缓冲液中，再加入溴化试剂对所述酶电极进行溴化反应，将溴化后的酶电极置入所述澄清溶液中，并以溴化后的酶电极为工作极构建电化学体系，采用恒电位法进行电诱发的原子转移自由基聚合反应，在酶电极的表面获得聚合物薄膜包被层。
进一步地，本发明所述两性离子单体为磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯或羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯。
进一步地，本发明所述配体与催化剂的摩尔浓度比为1～2︰1。
进一步地，本发明所述两性离子单体在所述澄清溶液中的体积比浓度为5-40%。
进一步地，本发明所述弱碱性的缓冲液为磷酸盐缓冲液(PBS)。
所述催化剂为二价铜离子溶液。
进一步地，本发明所述溴化试剂为浓度为5-20 ul/ml的二溴异丁酰溴（BIBB）溶液。
进一步地，本发明所述配体为三(2-吡啶基甲基)胺（TPMA）或联吡啶（BPY）。
进一步地，本发明所述磷酸盐缓冲液的pH值为7.4～8。
进一步地，本发明采用所述恒电位法时所用的电压为-0.15～-0.8v。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明薄膜包覆在酶电极的表面，具有良好的抗蛋白吸附能力，同时，保证传感器高灵敏度检测。（2）本发明完全利用电化学手段，过程简单，可造作性强，时间短，可用于大规模制备。（3）本发明薄膜的厚度可控，厚度约10-40纳米，通透性好。（4）本发明薄膜最多可减少99%的非特异性蛋白质吸附。
附图说明
图1是酶电极在包覆本发明薄膜之前的原子力显微镜图；
图2是本发明实施例1中，酶电极在包覆PSBMA薄膜之后的原子力显微镜图；
图3是本发明实施例2的聚合时间、抗蛋白吸附效果及其与膜厚关系图；
图4是本发明实施例3的聚合时间、抗蛋白吸附效果及其与膜厚关系图；
图5是本发明实施例4的聚合时间、抗蛋白吸附效果及其与膜厚关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。 实施例1：
本实施例的薄膜按以下方法制备：
（1）酶电极的溴化：先将酶电极置于0.1mol/L、pH=8的磷酸盐缓冲液（PBS）中，将10ul BIBB溶于0.5ml二氯甲烷后，逐滴加入前述PBS中，以800转/分搅拌1小时；取出溴化后的酶电极，以去离子水清洗，室温晾干；
（2）聚合物单体溶液的制备：取磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯（SBMA）单体8g，溶解于0.1mol/L、pH为7.4的PBS 20ml中，按终浓度5mmol/l加入催化剂二价铜离子溶液、按终浓度5mmol/l加入配体联吡啶（BPY），充分混合，形成澄清溶液；
（3）电诱发的原子转移自由基聚合：以溴化后的酶电极为工作极，银/氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，以前述澄清溶液为反应液，构建电化学体系；采用恒电位法在-0.8v条件下聚合2.5小时，由此在酶电极的表面获得聚合的聚SBMA包被层。将包覆有聚SBMA的酶电极取出清洗，室温晾干，得到本发明的PSBMA薄膜。
图1和图2所示为酶电极在包覆PSBMA薄膜前、后，在原子力显微镜下所见的薄膜层的表面形貌。可见，本实施例所制备得到的PSBMA薄膜由于包被在酶电极的表面，在酶电极的表面形成排列比较整齐的颗粒状凸起。PSBMA薄膜的厚度经椭圆偏振光谱法检测为32纳米。实施例1获得的包覆有PSBMA薄膜的酶电极用酶联免疫法测试，与未包覆有PSBMA薄膜的酶电极相比，其抗蛋白吸附效率为82%。
实施例2：
本实施例的薄膜按以下方法制备：
（1）酶电极的溴化：先将酶电极置于0.1mol/L、pH=8的PBS中，将10ul 二溴异丁酰溴（BIBB）溶于0.5ml二氯甲烷后，逐滴加入前述PBS中，以800转/分搅拌1小时；取出溴化后的酶电极，以去离子水清洗，室温晾干；
（2）聚合物单体溶液的制备：取SBMA单体8g，溶解于0.1mol/L、pH为7.4的PBS 20ml中，按终浓度5mmol/ L加入催化剂二价铜离子溶液、按终浓度5mmol/ L加入配体三(2-吡啶基甲基)胺（TPMA），充分混合，形成澄清溶液；
（3）电诱发的原子转移自由基聚合：以溴化后的酶电极为工作极，银/氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，以前述澄清溶液为反应液，构建电化学体系；采用恒电位法在-0.15v条件下聚合30小时，由此在酶电极的表面获得聚合的聚SBMA包被层。将包覆有聚SBMA的酶电极取出清洗，室温晾干，得到本发明的PSBMA薄膜。
当本实施例的聚合时间达到30个小时时，所获得的包覆有PSBMA薄膜的酶电极用酶联免疫法测试，与未包覆有PSBMA薄膜的酶电极相比，其抗蛋白吸附效率为94%（参见图3）。
实施例3：
本实施例的薄膜按以下方法制备：
（1）酶电极的溴化：先将酶电极置于0.2mol/L、pH=8的PBS中，将5ul BIBB溶于1ml二氯甲烷后，逐滴加入前述PBS中，以800转/分搅拌1小时；取出溴化后的酶电极，以去离子水清洗，室温晾干；
（2）聚合物单体溶液的制备：取SBMA单体1g，溶解于0.2mol/L、pH为8的PBS 20ml中，按终浓度5mmol/ L加入催化剂二价铜离子溶液、按终浓度10mmol/ L加入配体BPY，充分混合，形成澄清溶液；
（3）电诱发的原子转移自由基聚合：以溴化后的酶电极为工作极，银/氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，以前述澄清溶液为反应液，构建电化学体系；采用恒电位法在-0.22v条件下聚合25小时，由此在酶电极的表面获得聚合的聚SBMA包被层。将包覆有聚SBMA的酶电极取出清洗，室温晾干，得到本发明的PSBMA薄膜。
当本实施例聚合时间达到25个小时，所获得的包覆有PSBMA薄膜的酶电极用酶联免疫法测试，与未包覆有PSBMA薄膜的酶电极相比，其抗蛋白吸附效率为97%（参见图4）。
实施例4：
本实施例的薄膜按以下方法制备：
（1）酶电极的溴化：先将酶电极置于0.2mol/L、pH=8的PBS中，将15ul BIBB溶于1ml二氯甲烷后，逐滴加入前述PBS中，以800转/分搅拌1小时；取出溴化后的酶电极，以去离子水清洗，室温晾干；
（2）聚合物单体溶液的制备：取聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯单体（CBMA）5g，溶解于0.2mol/L、pH为8的PBS 20ml中，按终浓度30mmol/ L加入催化剂二价铜离子溶液、按终浓度60mmol/ L加入配体TPMA，充分混合，形成澄清溶液；
（3）电诱发的原子转移自由基聚合：以溴化后的酶电极为工作极，银/氯化银电极为参比电极，铂丝电极为对电极，以前述澄清溶液为反应液，构建电化学体系；采用恒电位法在-0.65v条件下聚合32小时，由此在酶电极的表面获得聚合的PCBMA包被层。将包覆有PCBMA的酶电极取出清洗，室温晾干，得到本发明的PCBMA薄膜。
当本实施例的聚合时间达到32个小时，所获得的包覆有PCBMA薄膜的酶电极用酶联免疫法测试，与未包覆有PCBMA薄膜的酶电极相比，其抗蛋白吸附效率为99%（参见图5）。
Claims (14)
1.一种具有抗蛋白吸附作用的薄膜，其特征在于：所述薄膜为两性离子单体的聚合物，所述薄膜包覆在酶电极的表面。
2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于：所述薄膜由所述两性离子单体在所述酶电极的表面通过电诱发的原子转移自由基聚合反应聚合而成。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于：所述薄膜为聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯或聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯。
4.根据权利要求1至3所述的薄膜，其特征在于：所述薄膜的厚度为10-40纳米。
5.一种制备权利要求1的具有抗蛋白吸附作用的薄膜的方法，其特征是，包括：将两性离子单体与磷酸盐缓冲液、催化剂和配体充分混合，形成澄清溶液；将酶电极置于弱碱性的缓冲液中，再加入溴化试剂对所述酶电极进行溴化反应，将溴化后的酶电极置入所述澄清溶液中，并以溴化后的酶电极为工作极构建电化学体系，采用恒电位法进行电诱发的原子转移自由基聚合反应，在酶电极的表面获得聚合物薄膜包被层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述两性离子单体为磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯或羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述配体与催化剂的摩尔浓度比为1～2︰1。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述两性离子单体在所述澄清溶液中的体积比浓度为5-40%。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述弱碱性的缓冲液为磷酸盐缓冲液。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述催化剂为二价铜离子溶液。
11.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述溴化试剂为浓度为5-20 ul/ml的二溴异丁酰溴溶液。
12.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述配体为三(2-吡啶基甲基)胺或联吡啶。
13.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述磷酸盐缓冲液的pH值为7.4～8。
14.根据权利要求5或6所述的方法，其特征是：采用所述恒电位法时所用的电压为-0.15～-0.8v。
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