CN109790404B - 新型raft聚合防污技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了定向生物粘附涂层、形成定向生物粘附涂层的方法以及定向生物粘附的方法。具体地，形成定向生物粘附涂层的方法包括提供在其表面具有接枝单体层的基底，选择性去除所述接枝单体层的非连续部分以暴露基底表面，将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成‑断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。
Description
关于联邦政府资助研究或开发的声明
本发明是在海军/海军研究室授予的N 00014-13-1-0443号政府资助下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
当前公开的发明主要涉及定向生物粘附涂层及其形成和使用方法，具体涉及形成定向生物粘附涂层的方法，其中所述定向生物粘附涂层包括用于进行定向生物粘附的化学图案。
背景技术
生物污染是海洋生物在水下海洋表面沉降，附着和生长的结果。该生物污染过程开始于浸没在海洋环境中的表面在几分钟内吸附溶解的有机物质，而这将导致形成调节膜。一旦沉积了所述调节膜，细菌(例如单细胞藻类)就会在浸没的数小时内在表面繁殖。由细菌定植而产生的生物膜称为微生物污染或黏液，且可以达到500μm量级的厚度。
据估计，仅美国海军每年就会因生物污染增加舰艇的水动力阻力而损失超过10亿美元。而这反过来又降低了海军舰艇的航程，速度和机动性，并使燃油消耗增加了30-40％。因此，生物污染削弱了国防。此外，生物污染也是通商航运、游乐设施以及土木结构、桥梁和发电设施的主要经济负担。
任何与水定期接触的基材都可能被污染。没有发现能完全抵抗污垢的表面。由于形成生物膜的海洋生物种类繁多，开发具有固定表面特性的单一表面涂层以防止所有相关海洋生物形成生物膜是一项困难甚至是不可能完成的任务。
聚(二甲基硅氧烷)弹性体(PDMSe)是一种普遍存在的聚合物材料，由于其光学透明性、透氧性和成本低，而且在生物环境中具有相对的生物相容性和化学稳定性，因而被应用于微流体、电泳分离、医疗器械等领域。PDMSe易于对各种微地貌进行物理浮雕以用于软光刻、生物污染研究以及微流体设计，并且由于其低模量与低表面自由能(SFE)，即疏水性相结合，限制某些生物对其表面的生物粘附，因此常被用作污垢释放标准，然而，有几个缺陷限制了它在这些领域的适用性，例如它对非特异性蛋白质粘附的高敏感性，许多海洋生物如硅藻的污染，以及微流体中的润湿/粘附困难。
因此，仍需要一种具有能防止蛋白质粘附、微生物污染以及其它润湿/粘附问题的特定表面特性的定向生物粘附涂层。
发明内容
本发明的一个或多个实施例可解决一个或多个上述问题。一方面，本发明提供了一种形成定向生物粘附涂层的方法。根据本发明的某些实施方式，所述方法包括提供在其表面具有接枝单体层的基底，选择性地去除接枝单体层的不连续部分以暴露基底表面，将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物；以及聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。
另一方面，本发明提供了定向生物粘附涂层。根据本发明的某些实施方式，所述定向生物粘附涂层包括基底以及接枝在所述基底上的多个接枝聚合物，从而使得所述多个接枝聚合物在所述基底上限定一化学图案。
再一方面，本发明提供了在基础表面进行定向生物粘附的方法。根据本发明的某些实施方式，所述方法包括在所述基础表面上提供定向生物粘附涂层。所述定向生物粘附涂层包括基底以及接枝在所述基底上的多个接枝聚合物，从而使得所述多个接枝聚合物在所述基底上限定一化学图案。
附图说明
在概括地描述了本发明之后，现将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1A和1B根据本发明的某些实施方式，示出了定向生物粘附涂层的示意图；
图2根据本发明的某些实施方式，示出了形成定向生物粘附涂层的方法框图；
图3根据本发明的某些实施方式，示出了形成定向生物粘附涂层的方法；
图4根据本发明的某些实施方式，示出了一组化学图案的原子力显微镜图像；
图5根据本发明的某些实施方式，示出了UV聚合时间对聚(丙烯酰胺)-g-PDMSe的影响；
图6根据本发明的某些实施方式，示出了UV聚合时间对化学图案的影响；
图7A-7D根据本发明的某些实施方式，示出了RAFT溶液聚合结果；
图8根据本发明的某些实施方式，示出了合成的聚合物的ATR-RTIR谱图；
图9根据本发明的某些实施方式，示出了PDMSe表面的缘管浒苔(U.linza)附着密度；
图10根据本发明的某些实施方式，示出了阳性和阴性生长对照的试验表面的浸出液毒性对比；
图11根据本发明的某些实施方式，示出了在接枝和非接枝表面上的各种条件下的N.incerta的生物量；
图12根据本发明的某些实施方式，示出了在接枝和非接枝表明上的各种条件下C.lytica的生物量；以及
图13根据本发明的某些实施方式，示出了聚(丙烯酰胺)图案化PDMSe基底上的缘管浒苔(U.linza)藻孢子附着密度。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，其中，附图中示出了本发明的一些但非全部的实施方式。事实上，本发明可以以多种不同的形式实施，且不应被解释为仅限于本文中所阐述的实施方式，相反，提供这些实施方式是为了使本发明满足适用的法律要求。相同的附图标记始终代表相同的元素。如说明书以及所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”、“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。
根据某些实施方式，本发明包括定向生物粘附涂层及其形成和使用方法。具体地，本发明的实施方式涉及形成生物粘附涂层的方法，其中，所述生物粘附涂层包括化学图案以进行定向生物粘附。在这方面，所得到的定向生物粘附涂层具有定制的表面性能，能防止蛋白质粘附、生物污染以及其它润湿/粘附问题。
虽然本文所讨论的涂层和方法常被描述成抗生物污染涂层，但本领域普通技术人员应当理解的是，防止生物污染仅是该涂层的一种应用。具体地，本领域普通技术人员应理解是的，这些涂层可用于在表面，例如通过改善抗生物污染性能或细胞粘附和/或意向性的生物污染(例如在组装工程应用中)进行定向生物粘附。在这方面，尽管本文使用了术语“抗生物污染”，但本领域普通技术人员将理解的是，术语“抗生物污染”可通过例如“定向生物粘附”、“粘附-改善”、“生物粘附-影响”和/或类似术语来替代，这取决于所述涂层的目标应用。
I.定义
为了本申请的目的，下列术语具有以下含义：
根据本发明的某些实施方式，术语“大量的”或“基本上”可包括所指定的全部量；或者根据本发明的其它实施方式，在很大程度上不是全部指定的量。
本文中所使用的术语“层”可以包括在X-Y平面上存在的材料类型和/或功能的一般可识别的组合。
本文中所使用的术语“基底”通常是指可在其上发生诸如，本发明某些实施方式的过程的物质、表面或层。
本文中可互换使用的术语“聚合物”或“聚合的”可包括均聚物、共聚物，例如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三元共聚物等，及其共混物和改性物。
此外，除非另有特别限定，否则术语“聚合物”或“聚合的”应包括所有可能的结构异构体、立体异构体，包括但不限于几何异构体、光学异构体或对映异构体；和/或这种聚合物或聚合物材料的任何手性分子构型。这些构型包括但不限于这种聚合物或聚合物材料的全同立构，间同立构和无规立构。术语“聚合物”或“聚合的”还应包括由各种催化剂体系制成的聚合物，包括但不限于齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂系统和茂金属/单中心催化剂体系。
本文中所使用的术语“单体”或“单体的”通常可指作为一个单元通过化学或分子的与其他分子结合形成聚合物的任何分子。
本文所使用的术语“接枝”或“接枝的”通常指的是可在表面添加聚合物链。具体地，在本发明的某些实施方式中，术语“接枝”或“接枝的”可指聚合物链从溶液中吸附到表面上的“接枝”机理。然而，“接枝”或“接枝的”的定义并不局限于“接枝”机理，而是可以包括本领域普通技术人员所理解的任何合适的接枝机理。
本文所使用的术语“生物杀灭剂”一般指任何旨在通过化学或生物手段破坏、阻止、使之无害或对任何有害生物施加控制作用的化学物质或微生物。在这方面，术语“生物杀灭剂”可包括多种杀虫剂和/或抗菌剂，包括但不限于杀真菌剂、除草剂、灭藻剂、软体动物杀灭剂、杀菌剂、抗生素、抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂、抗原虫剂、抗寄生虫剂和/或类似物中的任意一种。
II.定向生物粘附涂层及其形成方法
根据本发明的某些实施方式，提供了形成定向生物粘附涂层的方法。根据某些实施方式，所述方法包括提供在其表面具有接枝单体层的基底，选择性地去除接枝单体层的不连续部分以暴露基底表面，所述接枝单体层的任何剩余部份通过与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，以及聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。如图1所示，例如，抗生物污染涂层1(在RAFT聚合之前)包括具有接枝单体层24的基底22，其中，所述接枝单体层24的非连续部分已在基底22的表面26移除。然而，图1B示出了在RAFT聚合以及接枝之后的抗生物污染涂层1，多个接枝聚合物28位于基底22的表面26。
例如，图2根据本发明的某些实施方式示出了形成抗生物污染涂层的方法10的方框图。如图2中所示，所示方法10包括在步骤11提供在其表面具有接枝单体层的基底，在步骤12选择性地去除所述接枝单体层的不连续部分以暴露所述基底表面，在步骤13中将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，以及在步骤14中聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。在这方面，所得到的抗生物污染涂层包括基底以及接枝在基底上的多个接枝聚合物，从而使得所述多个接枝聚合物在所述基底上限定化学图案。
例如，图3根据本发明的某些实施方式示出了形成抗生物污染涂层的方法10。如图3所示，接枝单体层24(例如，单体溶液)可以位于基底22(例如，二苯甲酮浸渍的PDMSe基底)的表面。如图3所示且如本文将进一步讨论的，所示接枝单体层24的不同部分可采用例如，通过光掩模将单体层24进行紫外线照射下的方式来去除，以暴露基底22。然后，所述接枝单体层24的剩余部分可通过RAFT聚合以形成接枝到基底22上以形成化学图案的多个接枝聚合物26。在这方面，选择性地去除部分接枝单体层24和聚合物26接枝到基底22相结合以在基底22上形成化学图案。
例如，图4根据本发明的某些实施方式示出了不同化学图案的原子力显微镜图像的集合。如图4所示，所述化学图案可包括大致的菱形状图案。尽管图4中示出了菱形图案，但所述化学图案不限于菱形状图案，且可以是本领域普通技术人员所理解的适于防止蛋白质粘附、生物污染以及润湿/粘附等其它问题的任何化学图案。具体地，其它图案可包括但不限于孔道、柱形、柱形和三角形、正方形、在此通过引用并入本文中的如美国专利7,117,807、7,143,709、7,650,848、8,997,672和9,016,221以及美国专利申请No.12/616,915中所示的
几何形状变体中的至少一种或它们的任意组合。例如，对
几何形状的变化包括但不限于特征尺寸/间距、独特特征的数量、相邻特征间的角度、图案弯曲度的变化或它们的任意组合。在一些实施方式中，例如，所述化学图案的高度可以是约0.001μm至约100μm。在另一些实施方式中，例如，所述横向特征尺寸/间距可以为约1μm至约10,000μm。
根据某些实施方式，例如，所述基底可包括聚丙烯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，硅橡胶，聚氯乙烯，聚酰胺或其任何组合中的至少一种。在这方面，所述基底可包括这些材料中的一种或多种。在一些实施方式中，例如，所述基底可包括硅橡胶。在进一步的实施方式中，例如，所述硅橡胶可包含聚(二甲基硅氧烷)弹性体(PDMSe)。在其他实施方式中，例如，所述基底可包括聚酰胺。在此类实施方式中，例如，所述聚酰胺可包含多种尼龙中的至少一种。
根据某些实施方式，例如，所述接枝单体层可包括用于聚合的单体层，其通过例如单体溶液位于所述基底的表面，并随后接枝到基底的表面上。在一些实施方式中，例如，所述接枝单体层可包括丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸单体、醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸或其任何组合中的至少一种。在这方面，所述接枝单体层可包括这些材料中的一种或多种。在一些实施方式中，例如，所述接枝单体层可以包括含氟丙烯酸酯和硅氧烷丙烯酸酯中的至少一种。在其它一些实施方式中，例如，所述接枝单体层可包括丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTA)、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰氯、(2-二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸、乙二醇甲醚丙烯酸酯，甲基丙烯酸二乙二醇甲醚，聚(乙烯)甲醚丙烯酸酯，3-甲基丙烯酸丙酯钠盐，[2(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵，[3-甲基丙烯酰亚胺)丙基]三甲基氯化铵，3-(丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵中的至少一种或其任意的组合。
根据某些实施方式，例如，可以通过光刻法选择性地去除接枝单体层的离散部分。在一些实施方式中，可以将具有设计用于阻挡UV辐射的不同部分的光掩模放置于接枝单体层上，以使得当所述接枝单体层在经受UV照射时，接枝单体层的未被光掩模阻挡的部分可被去除。
根据某些实施方式，活性链增长聚合(例如RAFT)可提供快速且可逆的增长/终止反应，以精确控制聚合物分子量、分子量分散性和链结构。之所以可以特别采用RAFT聚合，是因为它能够与各种单体和溶剂一起使用。如本领域普通技术人员所理解的，可以选择RAFT链转移剂以与目标单体/溶剂组合相对应。在这方面，所得到的聚合物分子量可以通过反应条件以及初始RAFT链转移剂与单体浓度的相对比率来确定。在一些实施方式中，例如，所述RAFT链转移剂可包括2-(1-羧基-1-甲基-乙基硫烷基硫代羰基硫基)-2-甲基-丙酸(CMP)，尽管本领域的普通技术人员所理解的任何合适的RAFT链转移剂都可以使用。在进一步的实施方式中，例如，单体浓度与RAFT链转移剂浓度的比例可以为约100:1至约2000:1。在其他实施方式中，例如，单体浓度与RAFT链转移剂浓度的比例可以为约120:1至约800:1。在进一步的实施方式中，例如，单体浓度与RAFT链转移剂浓度的比例可以大于或等于150:1。因此，在某些实施方式中，所述单体浓度与RAFT链转移剂浓度的比例可包括以下比例中的至少一种：100:1，105:1，110:1，115:1，120:1，以及150:1和/或至多约2000:1，1900:1，1800:1，1700:1，1600:1，1500:1，1400:1，1300:1，1200:1，1100:1，1000:1，900:1，和800:1(例如，约120-1600:1，约150-900:1等)。RAFT聚合的实施方式如下面的方案1所示：
方案1。在不加缓冲液的去离子水中，四种单体在[M]o＝3M，[I]o＝3.75mM，[M]o:[CTA]o＝800-120:1的条件下进行溶液RAFT光聚合法来合成不同的聚合物。所制备的聚合物包括P(AAm)，P(AAm-co-AAc)，P(AAm-co-AAc-co-HEMA)以及P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA)。
根据某些实施方式，例如，RAFT聚合可使单体转化为聚合物的转化率从25％左右到99％左右。在进一步的实施方式中，例如，单体转化为聚合物的转化率可能从30％左右到99％左右。在其他实施方式中，例如，单体转化为聚合物的转化率可能从50％左右到99％左右。在一些实施方式中，例如，单体转化为聚合物的转化率可能从70％左右到99％左右。因此，在某些实施方式中，单体转化为聚合物的百分比至少可以是以下中的至少一种：25、30、35、40、45、50、55、60、65和70％和/或至多约99％，(例如，约65-99％，约70-99％，等)。
根据某些实施方式，例如，所述聚合物的数均分子量(Mn)约为1～85kg/mol。在一些实施方式中，例如，所述聚合物的数均分子量(Mn)约为10～60kg/mol。在进一步的实施方式中，例如，所述聚合物的数均分子量(Mn)约为20～50kg/mol。因此，在某些实施方式中，所述聚合物的数均分子量Mn至少约为以下分子量中的任何一种：1，5，10，15，和20kg/mol和/或至多约85，80，75，70，65，60，55，以及50kg/mol(例如，约15-75kg/mol，约20-85kg/mol等)。
根据某些实施方式，例如，可以通过紫外(UV)引发接枝将多种接枝聚合物接枝到所述基底上。然而，在其他实施方式中，接枝可以通过任何其他合适的方法进行，包括但不限于：电晕放电、氧等离子体、UV/臭氧、硅烷偶联、酸/碱处理和/或如本领域普通技术人员所理解的任何其他自由基引发源。在一些实施方式中，UV引发接枝可利用一种或多种芳香酮如二苯甲酮提取氢以产生表面锚定自由基。在一些实施方式中，例如，作为UV引发接枝方法的一部分，可将多种接枝聚合物暴露于UV光下处理约4-30分钟。UV照射的理想时间可能由于多种因素而变化，包括UV光强度、目标生物污染微生物、目标图案形状和尺寸等。下面的方案2示出了示例性的UV接枝机理。
方案2。PDMSe的UV RAFT光接枝法。(A)UV照射将BP激发到三重态([T])，然后从PDMSe的甲基中提取氢以生成表面自由基和半频哪醇自由基。(B)RAFT光接枝法利用与方案1中所示的相同的预聚合物溶液制备各种接枝组合物。该方案中所示出的样品为P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe。为简便起见，未示出三硫代碳酸酯中心。
例如，图5和图6根据本发明的某些实施方式示出了UV聚合时间对化学图案的影响。如图5所示，随着P(AAm)-g-PDMSe样品的UV照射时间的增加，聚合物链在基底上的高度增加。而随着高度增加，图案各部分之间的横向距离减小，导致图案不那么清晰。图6提供了随着UV时间增加，聚合物生长和图案发生变形的更清晰的图像。具体地，在图6的左图中，在较短的聚合时间保持了图案的保真度。图6的中间图像显示了特征高度以及相应的特征宽度如何随着UV时间的增加而增加。最后，图6的右图示出了在临界UV聚合时间处，特征宽度的增长导致特征合并在一起。
根据某些实施方式，例如，所述抗生物污染涂层还可包括杀生物剂。在一些实施方式中，例如，所述杀生物剂可与多种接枝聚合物一起或作为多种接枝聚合物的一部分接枝到基底上。在进一步的实施方式中，例如，所述杀生物剂可包括多种杀虫剂和/或抗微生物剂中的任意一种，包括但不限于，杀真菌剂、除草剂、除藻剂、软体动物杀灭剂、抗生素、抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌药、抗原生动物剂、抗寄生虫剂和/或类似的。具体地，所述杀生物剂可包括任意数量的具有杀生物性质的单体、共聚物、三元共聚物和/或类似物，包括但不限于，例如，季铵盐。可用作杀生物剂的季铵盐的实例包括但不限于[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵溶液，十二烷基三甲基甲基丙烯酸铵，十六烷基三甲基丙烯酸铵，[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵溶液，[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵溶液，[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-磺丙基)氢氧化铵内盐，(乙烯基苄基)三甲基氯化铵，(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTA)、苯扎氯铵、苄索氯铵、氯化甲苄乙氧铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、氯化十六烷基吡啶、西曲铵、西曲溴铵、多法氯铵、溴化四乙铵、二癸基二甲基氯化铵、杜灭芬、具有C16-C26烷基链的季铵盐和/或类似物。
根据某些实施方式，以及如本文所讨论的，所述抗生物污染涂层可包括接枝到基底表面的多种聚合物。在一些实施方式中，例如，所述多种聚合物的分子量(Mw)为约1-200kg/mol。根据某些实施方式，所述抗生物污染涂层的表面能取决于接枝化学性质。在一些实施方式中，例如，所述抗生物污染涂层可包括约23-70mJ/m2的表面能。
根据某些实施方式，例如，所述多种接枝聚合物可包括小于约1.50的分散度
在一些实施方式中，例如，所述聚合物的分散度
为约1.00-1.15。在进一步的一些实施方式中，例如，所述聚合物的分散度
为约1.01-1.13。因此，在某些实施方式中，所述聚合物的分散度
至少为以下值中的任意一种：(1.00)和1.01和/或至多约1.50，1.45，1.40，1.35，1.30，1.25，1.20，1.15，1.14，和1.13(例如，约1.00-1.40，约1.01-1.14等)。
III.定向生物粘附的方法
另一方面，本发明的某些实施方式提供了在基础表面上进行定向生物粘附的方法。根据某些实施方式，所述方法包括在基底表面提供定向生物粘附涂层，使得所述定向生物粘附涂层包含基底和接枝在基底上的多种接枝聚合物。如之前所讨论的，所述多种接枝聚合物在基底上形成化学图案。
根据某些实施方式，所述基础表面可包括船体、桥梁、发电设施、医疗植入物(例如，矫形假体、人工心脏瓣膜、人造血管移植等)、美容植入物(如乳房植入物)和/或类似物。尽管此处列出了基础表面的示例，但本领域技术人员应理解的是，所述基础表面可以是遭受生物染污的任何表面。
根据某些实施方式，所述生物污染可能由多种生物体所导致。此类生物体的示例包括但不限于，硅藻类(如硅藻舟型藻Navicula incerta)、绿藻类(如缘管浒苔Ulvalinza)、细菌类(例如，Cellulophaga lytica)、藤壶、甲壳类动物、管虫、贻贝和/或类似生物。可以基于其对目标生物的作用来选择抗生物污染涂层的化学性质，并且可以类似地选择特定的化学图案来提高化学物质的功效。类似地，可以选择抗生物污染涂层的化学性质以及特定的化学图案以用于工业和/或抗生物污染涂层的使用。例如，在海洋、医学和微流体的应用中，所述化学性质以及化学图案可能有所不同。
实施例
提供了以下实施例以用于说明本发明的一种或多种实施方式，但这些实施例不应解释为限制本发明。
实施例1
铂催化的
RTV-4232-T2双组分PDMS树脂购自道康宁(Dow Corning)，硼硅酸盐显微镜载玻片(76mm×25mm×1mm)购自飞世尔科学世界公司(Fisher Scientific)，以及熔融石英板(研磨和抛光，3.5英寸x 3.5英寸x 0.062英寸)购自技术玻璃制品(Technical Glass Products)。丙烯酸(99wt％，含200ppm对苯二酚单甲醚(MEHQ))(AAc)，丙烯酰胺(>99wt％)(AAm)，甲基丙烯酸羟乙酯(97wt％，含250ppm MEHQ)(HEMA)，(3-丙烯酰基丙基)三甲基氯化铵溶液(水溶液75wt％，含3000ppm MEHQ)(APTA)，以及二苯甲酮(>99wt％)(BP)均购自西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)。1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(Irgacure 2959)购自汽巴公司(Ciba)。
合成了2-(1-羧基-1-甲基-乙基硫烷基硫代羰基硫烷基-2-甲基-丙酸)(CMP)。概括地说，制备了4.5mM丙酮，4.5mM氯仿，1.8mM二硫化碳和0.0178mM四丁基氯化铵的己烷(40mL)溶液。在氩气搅拌条件下，将25mM NaOH水溶液(20mL)于90分钟内滴加到在冰浴中冷却的反应混合物中。然后使混合物反应12h，之后加入约180mL的去离子水溶解所形成的固体。随后，将约20mL的12.1M盐酸滴加到混合物中，同时确保溶液的pH不低于pH＝2，并在氩气搅拌条件下反应30分钟。得到的黄色固体经过滤，以及去离子水洗涤后，用丙酮重结晶3次进行纯化。通过FTIR和13C-NMR确认CMP的结构。
将AAm以氯仿重结晶3次并真空干燥，并将BP用丙酮重结晶3次并真空干燥。所有其他材料均按制造商的说明使用。去离子(DI)水(18.2MΩ-cm)为实验室自制(密理博Milli-Q)。
制备了含3M单体、253.75mM CMP(800-120:1[M]o:[CMP]o)和3.75mM光引发剂2959(Irgacure 2959)的预聚物去离子水溶液。所选择的单体包括AAm，AAc，HEMA和APTA，且共聚单体溶液采用等摩尔比的各单体。共制得了4种聚合物：P(AAm)，P(AAm-co-AAc)，P(AAm-co-AAc-co-HEMA)和P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA)。将50μL乙醇/1mL溶液加入到CMP浓度≥150:1[M]o:[CTA]o的预聚物溶液中，以完全溶解CMP。
所有聚合均采用Lesco Curemax FEM 1011UV固化系统，该系统配有欧司朗ULTRAVITALUX UVA/UVB灯泡(300w，230v)，输出为10.01±0.61mW/cm2。预聚物溶液经UHP(超高纯度)N2气鼓泡脱气30分钟以上，并且在间距为1.55mm的石英板之间对1-2mL经0.45μm过滤后的溶液进行不同时间的UV处理。用DI水将所得聚合物/单体溶液从板上彻底洗涤，以在DI水中渗析(3.5kg/mol MWCO)两天的方式进行纯化，并在40℃下旋转蒸发干燥。通过重量分析估算聚合物转化率％。
制备了PDMSe并将其附着到玻璃显微镜载玻片上，在载玻片上形成厚度约为600μm的PDMSee膜。涂覆有PDMSe的显微镜载玻片以丙酮和乙醇连续洗涤3次，然后用UHP N2气干燥。将样品浸入到10％(wt％)的BP甲醇溶液中30分钟，然后以甲醇轻微洗涤(1-2秒)，并用UHP N2干燥。将BP涂布的PDMSe载玻片置于含有4个1.55mm橡胶垫片的玻璃板上，并将1mL脱气的经0.45μm过滤的预聚物溶液(与上述相同)移液到样品表面上。将石英板放置到所述4个垫片上以均匀分布溶液，以在PDMSe样品上形成一薄的预聚物层。通过UV照射的方式将样品光接枝一段时间(2-15分钟)，然后取出。以与上述相同的方式收集和纯化所得的本体聚合物/单体溶液。
为了确保所有未反应单体、未接枝聚合物和残留BP均从PDMSe中去除，将光接枝PDMSe样品在DI水(160毫升，更换DI水4次)中洗涤24小时，在甲醇中超声处理2h(160毫升，更换甲醇1次)，在去离子水中于55℃下超声处理2h(160毫升，更换水1次)，在55℃下清洗2h(160毫升，更换水1次)。使用聚合物接枝物名称将接枝的PDMSe样品被标记为P(共聚单体)-g-PDMSe，如在预聚物溶液中使用的单体那样。
使用miniDAWNTM TREOS多角度LS系统(美国怀雅特技术公司(WyattTechnologies))，2414差示析光率(dRI)检测器(沃特世公司(Waters Corporation))以及超水凝250色谱柱(沃特世公司(Waters Corporation))，在0.1M NaNO 3水溶液以0.5mL/min的流速以及2.5mg/mL的浓度对纯化后聚合物进行GPC分析。利用与ViscotekA5000色谱柱(马尔文(Malvern))相一致的超水凝胶线性色谱柱(沃特世公司)对分子量大于80kg/mol的聚合物进行分析。利用ASTRA6.1软件(沃特世公司)计算MW，并利用PEO标准(20kg/mol<MP<72kg/mol，
)(安捷伦科技公司(Agilent))验证分析。通过假设dRI检测器100％的转化率来估计聚合物dn/dc。
使用配备有锗晶体的Nicolet 6700FT-IR光谱仪(赛默飞世尔科技(Thermo-Fisher Scientific))进行ATR-FTIR光谱分析。每一光谱共扫描32次，分辨率为4cm-1，数据间隔为0.482cm-1，最大峰值背景干涉图值为4.00±0.25。采集空气中的背景光谱，并从每个样品采集到的光谱中减去。使用定制设计的测角仪系统来进行静态水接触角(Ca)分析，该系统利用具有5mm视场的150倍镜头(埃德蒙光学)来对通过与计算机注射器泵相连的针头施加到样品表面的5μLDI水滴成像。图像J分析用于计算液滴的接触角。每一表面5个液滴(n＝5)，每一涂层类型/接枝条件具有至少3个表面(N＝3)。利用尺寸图标AFM(布鲁克公司(Bruker))进行表面形貌分析，使用
流体+探针(布鲁克公司)分析浸没在DI水中的水合物样品的表面形貌，以及用
模式分析在大气中的表面形貌。使用NanoScope分析软件(布鲁克公司)对所有AFM扫描进行可视化，并计算表面纳米度。
在不同[M]o/[CMP]o下进行AAm、AAc、HEMA和APTA共聚物的UV引发溶液聚合，以确定CMP在UV水性条件下作为RAFT CTA的有效性，其结果如表1所示。
表1 在恒定UV20分钟时间下的RAFT水溶液聚合数据
P(AAm)和P(AAmAAc)在高转化率和低
(≤1.13)下形成，Mn控制良好，与理论预测的Mn符合较好，表明RAFT聚合成功。与理论值相比，单体体系中HEMA的加入使实验Mn值显著增加，这很可能是由于甲基丙烯酸和丙烯酸酯基团的不同的再引发和断裂效率不同所致。然而，
仍然很低，并且通过改变[CTA]o对Mn的整体控制优于不受控制的非生物技术。此外，P(AAm-co-AAc-co-HEMA)的总转化率低于使用其他单体体系进行的类似实验，表明HEMA可能促进较高的终止率。在共聚物中加入APTA使转化率增加和Mn控制恢复到使用P(AAm)和P(AAm-co-AAc)所看到的水平，表明即使是四种单体体系也可以通过稳健的RAFT工艺聚合成功。[M]o/[CTA]o比率的降低将降低所有聚合物体系的最大转化率，表明过量的CTA可以延缓聚合反应。
P(AAm)，P(AAm-co-AAc-co-HEMA)和P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA)GPC色谱图的形状和分布没有肩峰，表明聚合物链没有明显的早期终止，如图7A所示，然而，P(AAm-co-AAc)确实显示出轻微的肩峰，表明存在少量较高分子量的聚合物，这可能是由于两个生长的聚合物链之间的终止反应所致。观察到AAm，AAc和HEMA的聚合的线性伪一级动力学，如图7B所示。然而，在较高的转化率上存在一定的曲率，所有的聚合反应都表现出较短的抑制周期3-4min。在AAm的较高转化率下存在一定的曲率，且所有的聚合反应都表现出较短的3-4min的抑制期。与AAc共聚的AAm和AAm在低转化率下具有相似的聚合速率，并且将HEMA加入到共聚物中减慢了反应的进行。AAm的聚合反应几乎实现了完全的转化(>99％)，而P(AAm-co-AAc)和P(AAm-co-AAc-co-HEMA)的转化率分别限制在83％和75％。UV处理时间>20min，转化率没有进一步提高。
从表1和图7C中也可以明显看出，AAm、AAc和HEMA共聚物体系测得的一致的低
值。如图7D所示，观察到了Mn转化率％的预期线性增加，这是RAFT聚合成功的又一指标；然而，实验Mn值偏离了理论预测值。对于P(AAm)和P(AAm-co-AAc)，其实验值通常低于理论值，对于P(AAm-co-AAc-co-HEMA)则相反。由于接枝到PDMSe的挑战，未对P(AAm-co-AAc-co-HEMA-co-APTA)系统进行类似的动力学测试，这将在后面详细讨论。
如图8所示，对RAFT合成的共聚物进行了ATR-FTIR分析，证实了各单体组分已成功地结合到目标聚合物中。所有聚合物的聚合物主链在～2920(CHX不对称拉伸)和～1450cm-1(CH2拉伸)处都有吸收峰。分别通过～3345和3194cm-1(-NH2拉伸)和1664和1610cm-1(-CO-NH2拉伸和弯曲，相应地)处的吸收峰确认了AAm。在来自AAc的P(AAm-co-AAc)中检测到了以～3300(-OH拉伸)和～1709cm-1(-CO-OH拉伸)为中心的新吸收峰，并且通过在1158，1080和1020cm-1(C-O-C拉伸)以及1722cm-1(-CO-O-CH2拉伸)处的新峰确定了HEMA的加入，其中，1722cm-1处的峰与1709cm-1处的AAc峰重叠形成的一个复杂1716cm-1峰。四组分共聚物显示每个先前的峰加上以1558cm-1 
为中心的峰和来自APTA的1482cm-1(-N+-(CH3)3)的峰。
实施例2
图9根据本发明的某些实施方式，示出了PDMSe表面上的缘管浒苔(U.linza)的附着密度。以70％异丙醇(IPA)和去离子水洗涤三次来对测试涂层进行灭菌。在测试之前，涂层在0.22μm的过滤人工海水(ASW)中进行了24h的平衡试验。从缘管浒苔(U.linza)的成熟植株中获得了游动孢子。制备了OD600nm＝0.15(相当于1.106孢子ml-1)的游动孢子悬浮液，其中10ml加入到含有样品的二次PERM培养皿的各个分室中。在约20℃的黑暗环境中放置45分钟后，以ASW烧杯冲洗载玻片10次以去除不稳定(即，游离)的孢子。在ASW中用2.5％戊二醛固定载玻片。用与Zeiss Axioskop荧光显微镜(蔡司，上科亨，德国)相连的AxioVision 4软件(https://www.zeiss.com/microscopy.html)计算附着在表面的游离孢子的密度。叶绿素的自发荧光使得孢子可视化。对每种涂层类型的三张重复载玻片的每一载玻片上的30个视野(每个0.15mm2)进行计数。采用铸态PDMSe涂层作为对照标准。
如图9所示，所有的接枝表面都表现出优异的抗生物污染性能。具体地，图9显示，特殊的接枝化学是影响附着密度的重要因素。接枝表面1对应于P(AAm)-g-PDMSe，接枝表面2对应于P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe，以及接枝表面3对应于P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-G-PDMSe。如图9所示，由P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe构成的接枝表面提供了最佳的防生物污染保护，其次是P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe和P(AAm)-g-PDMSe。对照PDMSe表面提供了很低的防生物污染保护。
类似地，图13根据本发明的某些实施方式示出了聚(丙烯酰胺)图案化PDMSe基底上的缘管浒苔的藻孢附着密度。在图13中，插入百分比显示与PDMSe平滑对照相比的附着密度的百分比变化。如图13所示，与PDMSe平滑对照相比，P(AAm)基底显示出了附着密度的最大变化。
实施例3
图10根据本发明的某些实施方式，示出了测试表面与阳性(生长培养基)和阴性(三氯生)生长对照的渗滤液毒性对比。样品对N.incerta的渗滤液毒性通过将硅藻引入处理涂层的隔夜萃取物(含营养成分的ASW)中，并通过叶绿素荧光评估48h后的生长来进行评价(图8)。涂层渗滤液的生长报告为与阳性生长对照(新鲜营养培养基)和阴性生长对照(培养基+细菌+6μg/ml三氯生)相比的荧光比率。PCAgPDMS样品未显示渗滤液毒性；然而，尽管经过7天的自来水浸泡，IS700和IS900样品依然显示出轻微的毒性。与PDMSe对照相比，PCAgPDMS涂层不影响48小时生物膜生长，但IS700和IS900可能由于其轻微的毒性而减少了生长。类似地评估了针对C.lytica的样品渗滤液毒性。图10的上图为针对N.incerta的浸出液测试，而图10的下图为针对C.lytica的浸出液测试。接枝表面1对应于P(AAm)-g-PDMSe，接枝表面2对应于P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe，以及接枝表面3对应于P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe。如图10所示，没有一个接枝表面显示出有毒化合物浸出的迹象。
实施例4
图11根据本发明的某些实施方式，示出了在接枝和非接枝表面的各种条件下的N.incerta生物量。具体地，图11示出了初始附着2小时、施加10psi水注和施加20psi水注的N.incerta的生物量。样品的消毒方式与实施例2中用于缘管浒苔游离孢子沉降的方式相同。在测试之前，将涂层在0.22μm过滤的ASW中平衡24小时。硅藻N.incerta细胞在含F/2培养基的250ml锥形瓶中培养。3天后，细胞处于对数生长期。在收获前，将细胞在新鲜培养基中洗涤3次，然后稀释得到叶绿素a含量为约0.25μg/ml-1的悬浮液。对于初步的附着测试，将硅藻沉降在实验室工作台上的每种涂层的三个重复样品上，且每一涂层位于含有10ml约～20℃的悬浮液的各个平行测试细胞(quadriPERM)培养皿中。2小时后将含有载玻片的平行测试细胞培养皿在轨道振荡器(60rpm)上振荡5分钟。然后将培养皿浸入海水盆中以去除分离的细胞，其中，各个载玻片向后和向前移动六次(浸没过程中避免样品通过空气-水界面)。将样品固定在ASW中的2.5％的戊二醛中并空气干燥。使用与荧光显微镜连接的图像分析系统对每一张载玻片上附着于表面的细胞密度进行计数。对于每个载玻片上的30个视野进行计数，如之前的U.linza一样。
对于附着强度，每一涂层的另外三个重复样品用如上所述的N.incerta细胞沉降。将附着有细胞的载玻片在水槽中经受26Pa的剪切应力5分钟。湍流水槽产生与船体周围类似的清除力，选择特定的剪切应力是因为它足以从表面去除合理比例的硅藻，并能观察到粘附强度的差异。在暴露于水槽后，样品被固定下来，并使用前面描述的图像分析系统计算附着的剩余细胞数。铸态PDMSe涂层用作对照标准。
用剃须刀片从玻璃显微镜载玻片上取下样品，冲出15mm圆盘并用道康宁RTV密封剂将其粘在24孔板的底部。用70％IPA和去离子水洗涤三次以对涂层进行灭菌。测试之前，将涂层在自来水中预处理7天，然后在ASW预处理24小时。
对于生物膜生长，在补充有营养物(Guillard F/2培养基)的ASW中，将硅藻N.incerta的细胞在660nm处稀释至OD为0.03。向板的每个孔中加入1ml，并使其在18℃下在发光的生长箱(VWR日光照恒温箱，2015年模型，拉德诺，宾夕法尼亚州，美国；光子通量密度33μmol m-2s-1)中以16:8的光照：黑暗循环培养48小时。通过DMSO提取物(激发波长：360nm；发射波长：670nm)对叶绿素a的荧光测量来测量藻类生物膜。
对于附着强度，在水注去除附着的细胞之前，可如上所述先使硅藻在测试表面上沉降2小时。水注喷嘴垂直于涂层表面施加水注，并在操作期间旋转以产生与涂层表面平行的所有方向的水流。这种喷水装置的设计是为了模拟美国海军研究室资助的现场测试实验室使用的类似喷水机。每个孔板的第一列不喷水，而是作为初始细胞附着度的量度。每一涂层的第二和第三柱分别在69和138kpa的冲击压力下喷射10s。选择冲击压力是为了便于区分标准涂层。微藻类粘附报告为残留在材料表面的生物量的函数(在用所示的每个压力处理后，以相对荧光单位(RFU)测量叶绿素a的荧光)。
铸态PDMSe涂层用作对照标准。国际涂料(盖茨黑德(Gateshead)，英国)产品FR涂料，包括基于有机硅的Intersleek(IS)IS700，基于含氟聚合物的IS900和在测试实验室根据制造商的指示进行合成，并包括用于比较目的研究PCAgPDMS与商用涂料竞争能力的两亲性IS1100SlimeRelease(SR)。
接枝表面1对应于P(AAm)-g-PDMSe，接枝表面2对应于P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe，以及接枝表面3对应于P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe。对于PDMCe表面，接枝表面和现有商业
产品，通过10psi水注和20psi水注去除的N.incerta的百分比如下：
表2 与未接枝PDMSE对照的N.incerta的去除％
如表2和图11所示，接枝化学物质对抑制初始附着和污垢释放性能具有显著影响。
实施例5
图12根据本发明的某些实施方式示出了在接枝和非接枝表面上的各种条件下的C.lytica的生物量。图12示出了在初始附着2小时、施加10psi水注和施加20psi水注后的C.lytica的生物量。C.lytica测试以与N.incerta相同的方式进行。接枝表面1对应于P(AAm)-g-PDMSe，接枝表面2对应于P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe，以及接枝表面3对应于P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe。对于对照表面，接枝表面和现有商业
产品，通过10psi水注和20psi水注去除的C.lytica的百分比如下：
表3 与未接枝PDMSE对照的C.lytica的去除％
如表3和图12所示，三种接枝化学物质中的两种(即P(AAm-co-AAc)-g-PDMSe和P(AAm-co-AAc-co-HEMA)-g-PDMSe)对抑制初始附着和污垢释放性能有显著影响。
非限制性示例性实施方式
已经描述了本发明的多个方面以及实施方式，本发明的其它具体实施方式包括以下段落中所阐述的那些。
一方面，提供了形成定向生物粘附涂层的方法。根据本发明的某些实施方式，该方法包括提供在其表面上具有接枝单体层的基底，选择性地除去接枝单体层的不连续部分以暴露基底表面，将接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，聚合剩余的接枝单体层，同时将多个接枝聚合物接枝到基底上以在基底上形成化学图案。
根据某些实施方式，例如，提供在其表面具有接枝单体层的基底可包括提供基底以及提供位于所述基底上的接枝单体层。在一些实施方式中，例如，提供所述基底可包括提供聚丙烯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，硅橡胶，聚氯乙烯，聚酰胺或其任何组合中的至少一种。
根据某些实施方式，例如，所述接枝单体层可包括丙烯酸酯单体，甲基丙烯酸酯单体，醋酸乙烯酯，丙烯腈，丙烯酰胺，丙烯酸或其任何组合中的至少一种的层。在一些实施方式中，例如，选择性地去除接枝单体层的非连续部分可包括光刻法。在其它实施方案中，例如，将多个接枝聚合物接枝到基底上可包括紫外(UV)引发的接枝。
根据某些实施方式，例如，该方法还可包括将杀生物剂接枝到所述基底上。在一些实施方式中，例如，杀生物剂可包含季铵盐。
另一方面，提供了定向生物粘附涂层。根据本发明的某些实施方式，所述定向生物粘附涂层包括基底和接枝在基底上的多个接枝聚合物，从而使得多个接枝聚合物在基底上限定化学图案。
根据某些实施方式，例如，所述定向生物粘附涂层可以通过以下方法形成，所述方法包括：提供在其表面具有接枝单体层的基底，选择性地除去接枝单体层的不连续部分以暴露基底表面，将接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，以及聚合剩余的接枝单体层，同时将多个接枝聚合物接枝到基底上以在基底上形成化学图案。
根据某些实施方式，例如，提供在其表面具有接枝单体层的基底可包括提供基底以及提供位于所述基底上的接枝单体层。在一些实施方式中，例如，提供所述基底可包括提供聚丙烯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，硅橡胶，聚氯乙烯，聚酰胺或其任何组合中的至少一种。
根据某些实施方式，例如，所述接枝单体层可包括丙烯酸酯单体，甲基丙烯酸酯单体，醋酸乙烯酯，丙烯腈，丙烯酰胺，丙烯酸或其任何组合中的至少一种的层。在一些实施方式中，例如，选择性地去除接枝单体层的非连续部分可包括光刻法。在其它实施方案中，例如，可通过紫外(UV)引发的接枝将多个接枝聚合物接枝到基底上。
根据某些实施方式，例如，所述定向生物粘附涂层还可包括接枝到所述基底上的杀生物剂。根据某些实施方式，例如，所述杀菌剂可以包括季铵盐。
在另一方面，提供了在基础表面进行定向生物粘附的方法。根据本发明的某些实施方式，所述方法包括在所述基础表面上提供一定向生物粘附涂层。所述定向生物粘附涂层包括基底和接枝在基底上的多个接枝聚合物，从而使得多个接枝聚合物在基底上限定化学图案。
根据某些实施方式，例如，所述定向生物粘附涂层可以通过以下方法形成，所述方法包括：提供在其表面具有接枝单体层的基底，选择性地除去接枝单体层的不连续部分以暴露基底表面，将接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物，以及聚合剩余的接枝单体层，同时将多个接枝聚合物接枝到基底上以在基底上形成化学图案。
根据某些实施方式，例如，提供在其表面具有接枝单体层的基底可包括提供基底以及提供位于所述基底上的接枝单体层。在一些实施方式中，例如，所述基底可包括聚丙烯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，硅橡胶，聚氯乙烯，聚酰胺或其任何组合中的至少一种。
根据某些实施方式，例如，所述接枝单体层可包括丙烯酸酯单体，甲基丙烯酸酯单体，醋酸乙烯酯，丙烯腈，丙烯酰胺，丙烯酸或其任何组合中的至少一种的层。在一些实施方式中，例如，选择性地去除接枝单体层的非连续部分可包括光刻法。在其它实施方案中，例如，将多个接枝聚合物接枝到基底上可包括紫外(UV)引发接枝。
根据某些实施方式，例如，所述方法还可包括在所述基底上接枝杀生物剂。在一些实施方式中，例如，所述杀生物剂可包含季铵盐。
在本发明如上描述以及相关附图中所呈现的技术教导下，本领域技术人员能够设想对本发明进行修改。因此，应当理解的是，本发明并不限于所公开的具体实施方式，且该修改以及其它实施方式旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定的术语，但它们仅用于一般性和描述性意义，而非限制性目的。
Claims (21)
1.一种形成定向生物粘附涂层的方法，所述方法包括：
提供在其表面具有接枝单体层的基底；
选择性去除所述接枝单体层的非连续部分以暴露基底表面；
将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物；以及
聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：提供在其表面具有接枝单体层的基底包括：
提供所述基底；以及
提供位于所述基底上的接枝单体层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：提供所述基底包括提供聚丙烯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，硅橡胶，聚氯乙烯，聚酰胺或其任何组合中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述选择性地去除接枝单体层的非连续部分包括光刻法。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将多个接枝聚合物接枝到基底上包括紫外(UV)引发接枝。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括将杀生物剂接枝到所述基底上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述杀生物剂包括季铵盐。
8.一种定向生物粘附涂层，其包括：
聚二甲基硅氧烷基底；以及
接枝到所述基底上的多个接枝聚合物，所述接枝聚合物包括a)聚丙烯酰胺、b)聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)或c)聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸-共-甲基丙烯酸羟乙酯)；
其中，所述多个接枝聚合物在所述基底上限定化学图案。
9.根据权利要求8所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：所述定向生物粘附涂层通过以下方法形成：
提供在其表面具有接枝单体层的聚二甲基硅氧烷基底，其中，所述接枝单体层包括a)丙烯酰胺单体层、b)丙烯酰胺单体和丙烯酸单体的层、或c)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体以及甲基丙烯酸羟乙酯单体的层；
选择性去除所述接枝单体层的非连续部分以暴露基底表面；
将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物；以及
聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。
10.根据权利要求8所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：提供在其表面具有接枝单体层的基底包括：
提供所述聚二甲基硅氧烷基底；以及
提供位于所述基底上的接枝单体层。
11.根据权利要求9所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：所述选择性地去除接枝单体层的非连续部分包括光刻法。
12.根据权利要求8项所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：通过紫外(UV)引发接枝将多个接枝聚合物接枝到基底上。
13.根据权利要求8所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：还包括将杀生物剂接枝到所述基底上。
14.根据权利要求13所述的定向生物粘附涂层，其特征在于：所述杀生物剂包括季铵盐。
15.一种在基础表面进行定向生物粘附的方法，所述方法包括在所述基础表面提供定向生物粘附涂层，其中，所述定向生物粘附涂层包括：
聚二甲基硅氧烷基底；以及
接枝到所述基底上的多个接枝聚合物，所述接枝聚合物包括a)聚丙烯酰胺、b)聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)或c)聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸-共-甲基丙烯酸羟乙酯)；
其中，所述多个接枝聚合物在所述基底上限定化学图案。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述定向生物粘附涂层通过以下方法形成：
提供在其表面具有接枝单体层的聚二甲基硅氧烷基底，其中，所述接枝单体层包括a)聚丙烯酰胺单体层、b)聚丙烯酰胺单体和丙烯酸单体的层、或c)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体和甲基丙烯酸羟乙酯单体的层；
选择性去除所述接枝单体层的非连续部分以暴露基底表面；
将所述接枝单体层的任何剩余部分与RAFT链转移剂进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合以形成多个接枝聚合物；以及
聚合剩余的接枝单体层，同时将所述多个接枝聚合物接枝到基底上以在所述基底上形成化学图案。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：提供在其表面具有接枝单体层的基底包括：
提供所述聚二甲基硅氧烷基底；以及
提供位于所述基底上的接枝单体层。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述选择性地去除接枝单体层的非连续部分包括光刻法。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：将多个接枝聚合物接枝到基底上包括紫外(UV)引发接枝。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：还包括将杀生物剂接枝到所述基底上。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述杀生物剂包括季铵盐。
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