CN106634494B - 一种抗蛋白质粘附涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗蛋白质粘附涂层的制备方法，其步骤为：合成PEG‑HQ；将PEG‑HQ分散在磷酸缓冲溶液中，得到PEG‑HQ的混合溶液；采用三电极体系对上述的PEG‑HQ混合液进行电聚合，得到PEG‑HQ的电化学聚合涂层，通过调控单体浓度、聚合圈数、聚合时间等参数得到不同厚度的聚PEG‑HQ涂层修饰的电极，即在工作电极上得到抗蛋白质粘附涂层。该制备方法的优点在于合成工艺简单温和、绿色、环保，快捷，而且抗蛋白质粘附涂层的厚度可以自由调控，并能应用于不同大小和几何形状的所有导电与半导体材料表面。

Description

一种抗蛋白质粘附涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种对蛋白质具有抗粘附作用的新型分子PEG-HQ(寡乙二醇功能化苯酚)电化学聚合涂层的制备方法。
背景技术
蛋白质的非特异性吸附现象是生物传感、生物医学及生物材料等诸多领域中的一个重要问题，这些蛋白质的非特异性吸附能带来很多的危害，如生物传感探头检测失准、失效及修饰膜的生物垢堵塞；隐形眼镜的污染；血液在输液导管上的凝结；蛋白分离过程中滤膜的阻塞以及海洋生物在船体上的吸附等。当生物材料或相关产品移入体内时，蛋白质的非特异性吸附会诱发体内生物排异反应、血栓形成、细菌繁殖与炎症反应等诸多严重问题。此外，用于生物传感与细胞分析领域的一个普遍性的问题是除需在传感器表面修饰对生物标记物或细胞表面受体具选择性反应的分子外，不可避免地会遇到待测复杂体系中存在可与传感器表面非特异性背景相互作用的问题，如何消除这种与生物分子或细胞的非特异性相互作用是一大挑战。因此，开发抗蛋白质粘附涂层、特别是在导电传感器表面快速形成抗蛋白质与细胞粘附的涂层对生物传感、生物医学及生物材料等领域具有重大意义。在众多的抗蛋白粘附材料中，聚乙二醇(PEG)，具有生物兼容性好、无毒、免疫原性低等特点。在美国已经得到FDA(Food and Drug Administration)批准用于人体内。目前用在生物传感领域防止蛋白质粘附最多的一类方法是经自组装的方式，将带有硫醇或二硫化物的寡乙二醇，经化学作用吸附到光滑的金表面。该方法不仅所适用的金属材料种类有限、金表面必须光滑，且所形成涂层的稳定性亦有限。电化学聚合或电接枝方法可在所有导电基体上修饰不同的基团或分子及聚合物涂层，且经调控电化学参数等，可获得厚度可调控、稳定的涂层。在导电基体上用电化学方法修饰一定的基团后、经化学耦合的方法便可接上抗蛋白吸附的PEG。可更为理想与方便的是经一步电化学反应在电极上修饰含PEG的分子。在文献″Electrografting of Poly(ethylene glycol)Acrylate:A One-Step Strategy for theSynthesis of Protein-Repellent Surfaces，Angew.Chem.2005,117,5641–5645″中，Sabine Gabriel等首次提出了通过含丙烯酸(A)可电聚合基团的PEG，A-PEG单体，经一步电聚合在导电基体上接枝PEG的方案，并实验证实该方案所形成的含PEG涂层可有效地防止蛋白质吸附。这是目前唯一报道的一步法在导电基体上电接枝PEG的方法，可该方法电聚合条件苛刻，需在含四乙铵高氯酸盐的二甲基甲酰胺(DMF)有机溶剂中、很高的阴极电位(-1.5到-2.5V)下经电化学还原来进行。所制备的膜是否无毒、生物相容不得而知，至少在该电聚合条件下不利于与生物活性小分子的共电聚合。在本专利申请中，我们合成了含可电聚合苯酚基团的寡乙二醇分子PEG-HQ(寡乙二醇功能化苯酚)。苯酚及其衍生物可在非常温和的化学与电化学条件下在导电基底上形成薄的(10-100nm)、稳定涂层。因此含有苯酚基团的PEG-HQ可以通过绿色的电化学法在导电基底上快速成膜得到抗蛋白质粘附涂层。同时，该温合条件允许PEG-HQ与含有电聚合基团的生物活性小分子共电化学聚合、从而构成具选择性反应的生物传感界面和具选择性细胞粘附的界面。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种抗蛋白质粘附涂层的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
抗蛋白质粘附涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)按如下合成线路合成单体PEG-HQ：
(2)将单体PEG-HQ分散在磷酸缓冲溶液中，得到PEG-HQ的混合溶液；PEG-HQ在PEG-HQ的混合溶液中的浓度为0.1mM—0.3mM；
(3)采用工作电极-对电极-参比电极的三电极体系对所述PEG-HQ的混合溶液进行电化学聚合，得到聚PEG-HQ修饰的工作电极，即，得到修饰在电极上的抗蛋白质粘附的聚PEG-HQ涂层。
其中，步骤(2)中所述磷酸缓冲溶液的pH值为4—8，优选pH值为7.4；磷酸缓冲溶液的浓度优选为0.1mol/L。步骤(3)中所述工作电极为导电及半导体基底电极，所述导电及半导体基底电极为导电塑料、ITO电极、QCM电极、贵金属电极、金属电极、合金电极、碳材料电极等中的任意一种；如采用碳材料时，将玻碳电极在抛光布上用氧化铝粉末进行抛光，依次用无水乙醇和水在超声波清洗器中洗净备用；所述对电极为铂片电极；所述参比电极为饱和甘汞电极。步骤(3)中所述电化学聚合是循环伏安扫描或恒电位沉积。
所述循环伏安扫描时的扫描电位为0至2.0V，扫描速度为1-500mV/s；在循环伏安扫描中，扫描电位达到PEG-HQ出现氧化峰，随后多次循环伏安扫描得到聚PEG-HQ的修饰电极；优选的扫描电位范围为0-1.0V；优选的扫描速率为20mV/s，优选的循环圈数为11圈。
所述恒电位沉积时的电位为0.8至2.0V，沉积时间为5—3600s。优选的沉积电位为1.0V，优选的沉积时间为30s。
本发明提供了一种抗蛋白质粘附涂层，合成工艺简单温和、绿色、环保，快捷，而且聚PEG-HQ涂层的厚度可以自由调控，并能应用于不同大小和几何形状的所有导电与半导体材料表面。
附图说明
图1为PEG-HQ的MS图；
图2为PEG-HQ的MNR-C图；
图3为PEG-HQ的MNR-H图；
图4为PEG-HQ的FT-IR图；
图5为玻碳电极修饰聚PEG-HQ前后和聚PEG-HQ修饰的玻碳电极粘附BSA后的在2mmol/L铁氰化钾+0.1mol/L硫酸钠溶液中的伏安循环图；扫描速率:0.1V/s；
图6为玻碳电极修饰聚PEG-HQ前后和聚PEG-HQ修饰的玻碳电极粘附BSA后的在2mmol/L铁氰化钾+0.1mol/L硫酸钠溶液中的电化学交流阻抗图；交流阻抗参数：100kHz-0.001Hz,10mV rms,0.2V vs.SCE.。
具体实施方式
实施例1
按照图1所示合成路线合成PEG-HQ。
将PEG-HQ分散在磷酸缓冲溶液中,PEG-HQ在磷酸缓冲溶液中的浓度0.2mM，缓冲溶液的pH值为7.4，得到PEG-HQ混合溶液。
以玻碳电极(GCE)为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和甘汞电极，置于所述PEG-HQ混合溶液进行循环伏安扫描，扫描电位为0V至1.0V，扫描速度为20mV/s，扫描圈数为11圈，得到聚PEG-HQ修饰的电极，即在工作电极上得到抗蛋白质粘附涂层。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于以ITO电极为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和甘汞电极，置于所述PEG-HQ混合溶液中进行循环伏安扫描，扫描电位为0V至0.8V，扫描速度为20mV/s，扫描圈数为15圈，得到PEG-HQ修饰的电极，即在工作电极上得到抗蛋白质粘附涂层。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于PEG-HQ在磷酸缓冲溶液中的浓度0.3mM，以金电极为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和甘汞电极，置于所述PEG-HQ混合溶液中进行恒电位沉积，沉积电位为1.0V，沉积时间为30s，得到PEG-HQ修饰的电极，即在工作电极上得到抗蛋白质粘附涂层。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于PEG-HQ在磷酸缓冲溶液中的浓度0.1mM，以导电塑料为工作电极、对电极为铂片电极、参比电极为饱和甘汞电极，置于所述PEG-HQ混合溶液中进行恒电位沉积，沉积电位为1.1V，沉积时间为120s，得到PEG-HQ修饰的电极，即在工作电极上得到抗蛋白质粘附涂层。
实施例1中PEG-HQ的表征如图1至图4所示；聚PEG-HQ涂层的抗蛋白质粘附效果如图5、图6所示。如图5所示，修饰了聚PEG-HQ的玻碳电极粘附BSA后与粘附BSA前相比，电流值变化很小，表明聚PEG-HQ具有良好的抗蛋白质粘附效果；如图6所示，修饰了聚PEG-HQ的玻碳电极粘附BSA后与粘附BSA前相比，电化学交流阻抗值也变化很小，同样表明聚PEG-HQ具有良好的抗蛋白质粘附效果。

Claims (7)

1.一种抗蛋白质粘附涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按如下合成线路合成单体PEG-HQ：
(2)将单体PEG-HQ分散在磷酸缓冲溶液中，得到PEG-HQ的混合溶液；PEG-HQ在PEG-HQ的混合溶液中的浓度为0.1mM—0.3mM；
(3)采用工作电极-对电极-参比电极的三电极体系对所述PEG-HQ的混合溶液进行电化学聚合，得到聚PEG-HQ修饰的工作电极，即，得到修饰在电极上的抗蛋白质粘附的聚PEG-HQ涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述磷酸缓冲溶液的pH值为4—8。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述磷酸缓冲溶液的pH值为7.4。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述工作电极为导电及半导体基底电极；所述对电极为铂片电极；所述参比电极为饱和甘汞电极。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述工作电极为导电塑料、ITO电极、QCM电极、贵金属电极、金属电极、合金电极、碳材料电极中的任意一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述电化学聚合是循环伏安扫描或恒电位沉积。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述循环伏安扫描时的扫描电位为0至2.0V，扫描速度为1—500mV/s；所述恒电位沉积时的电位为0.8至2.0V，沉积时间为5—3600s。
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