CN109796616B - 一种仿生聚合物及制作耐久性双仿生聚合物涂层的方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生聚合物及制作耐久性双仿生聚合物涂层的方法与应用，将侧基含两性离子基团W、氨基盐酸盐S和季铵阳离子基团T的仿生聚合物与多巴胺依次溶解在溶剂中，制备聚合物‑多巴胺弱碱性水溶液，然后将不同基材置于聚合物‑多巴胺弱碱性水溶液中，淋洗、晾干即得耐久性双仿生聚合物涂层。所得涂层透光率高，亲水性好，基材通用型强，涂层稳定性优异，抗生物分子黏附性能和抗菌性能良好，制备过程简单，一步浸涂法便捷高效、绿色温和，材料表面长期抗生物污染、抗细菌感染和生物相容性高，适用于各种形状和材质的医用设备、诊疗器械、植入体、药物递送系统及对透光率要求很高的隐形眼镜、角膜塑形镜等表面的涂装。

Description

一种仿生聚合物及制作耐久性双仿生聚合物涂层的方法与 应用

技术领域

本发明涉及高分子化学与物理、表面科学及生物医用材料技术领域，特别涉及一种仿生聚合物及制作耐久性双仿生聚合物涂层的方法与应用。

背景技术

随着各种形状和材质的医用设备、诊疗器械、植入体等在临床上的广泛应用,与其相关的细菌感染已经成为临床上亟待解决的难题之一。细菌粘附于材料表面是引起这类感染的初始动因，而细菌粘附量大小与材料表面的电荷性质、亲/疏水性、化学组成以及是否存在生物污染层等因素密切相关。大量研究表明，富含两性离子(呈电中性)的亲水性涂层，因具有仿细胞外层膜结构表面，有利于维持与其接触的生物分子的构象，显示出优异的抗蛋白质吸附、抗血小板粘附和抗细菌粘附性能，可有效抑制细菌生物膜形成。然而仅含两性离子的材料表面并不能完全阻断细菌粘附，需要引入抗菌基团或抗菌剂，直接杀灭或抑制已经附着的细菌的生长和繁殖，协同增强材料表面抗细菌感染能力。因此，对材料表面进行化学修饰，使其同时具有抗细菌粘附性能和杀菌功能，已经成为临床上防治生物材料相关感染的重要途径。

表面接枝法和层层自组装法常用于构建稳定的、兼具抗细菌粘附和杀菌功能的聚合物涂层，但是这两类方法制备工艺相对繁琐，且高度依赖于涂层与基材表面间的特异性相互作用和聚合物之间能够结合的官能团，基材类型受限，难以大规模化生产，实际应用受限。

贻贝仿生粘附是最近几年发展起来的一种新型粘结技术，主要利用贻贝粘附蛋白中关键粘附功能单元儿茶酚或多巴胺的强共价键和非共价键的协同作用，实现从金属到高分子几乎所有材料表面的粘附，具有基材通用性的优势(Science,2007,318,426-430)。目前，大多研究主要以聚多巴胺涂层为过渡层，然后结合不同表面聚合方法或有机合成化学(如表面引发原子转移自由基、迈克尔加成、酰胺化、酯化等)以及AgNO₃的氧化还原反应，在材料表面同时引入抗生物污染和杀菌性功能基团，获得兼具抗细菌粘附和杀菌功能的表面(Langmuir,2011,27,2716-2774；Langmuir,2011,12,7065-7076；ACS Applied Material&Interfaces,2011,3,4602-4610；Langmuir,2018,DOI:10.1021/acs.langmuir.8b01603)。但是，上述涂层制备方法工序相对繁琐，且由于聚多巴胺聚集体尺寸相对较大，涂层颜色较重，而且耐久性相对较差，大大限制了其在透明性要求较高的隐形眼镜、角膜塑形镜及护目镜等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性两性离子仿生聚合物，聚合物结构中同时含有两性离子抗生物污染功能基团、季铵阳离子杀菌功能基团和氨基反应性基团，聚合物制备方法工艺简单，各功能基团比例可灵活调控。

本发明的另一目的在于提供一种耐久性双仿生聚合物涂层，所得亲水涂层稳定性优异，透光率接近100％，同时含有两性离子和季铵阳离子功能基团，兼具抗生物污染和杀菌功能。

本发明的另一目的在于提供一种耐久性双仿生聚合物涂层的制备方法，该方法基于两性离子仿生聚合物与多巴胺之间的多重相互作用，一步浸涂，工艺简单，反应条件绿色温和，基材通用型强，适于大规模工业化生产。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明的一种仿生聚合物，该聚合物具有如下所示的结构式(I)：

其中，R₁、R₂为H或CH₃，B为N或O；

W为2～5个原子链连接的两性离子基团，包括磷酰胆碱、羧酸甜菜碱或磺酸甜菜碱；

S为2～3个含碳原子链连接的氨基盐酸盐；

T为2～5个含碳原子链连接的季铵阳离子基团，其中与季氮相连的一个取代基为1～18碳原子构成的烷烃链或苄基；

x，y，z为各单体单元摩尔百分数。

本发明给出了上述仿生聚合物的制备方法，包括如下步骤：

A1:按照摩尔百分比为(1～90)：(9～60)：(1～70)将分别含两性离子基团W、氨基盐酸盐S和季铵阳离子基团T的(甲基)丙烯酸酯单体溶于溶剂中，(甲基)丙烯酸酯单体与溶剂的质量百分比为(4～20)：(80～96)，得到单体混合液；

B1：按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为(0.1～5.0)：(95.0～99.9)将引发剂溶解在溶剂中，得到引发剂溶液；

将步骤A1的单体混合液和步骤B1的引发剂溶液按照质量百分比为(70～95)：(5～30)混合均匀，在氮气条件下，滴加到反应器中，持续反应、纯化后得所述仿生聚合物。

进一步，所述含碳原子链连接的两性离子基团W为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐或羧酸甜菜碱(甲基)丙烯酸酯中的一种；

所述含碳原子链连接的氨基盐酸盐S为2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐或N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐酸盐中的一种；

所述含碳原子链连接的季铵阳离子基团T为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基氯化铵中的一种。

进一步，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺或其与水的混合溶剂中的一种。

进一步，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰中的一种。

本发明进而给出了一种利用前述方法制备的仿生聚合物制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，包括以下步骤：

S1:将仿生聚合物溶于蒸馏水或Tris-HCl缓冲溶液中，得到仿生聚合物溶液；

S2：按照溶质质量百分比(20～80)：(80～20)将多巴胺盐酸盐溶于步骤S1得到的仿生聚合物溶液中，调节pH至7.5～9.0，形成聚合物-多巴胺弱碱性水溶液；

S3：在10～50℃、空气氛围和磁力搅拌条件下，将不同基材置于步骤S2得到的聚合物-多巴胺弱碱性水溶液中5～48h，用去离子水或蒸馏水淋洗，室温晾干后，即得双仿生聚合物涂层。

进一步，所述聚合物-多巴胺弱碱性水溶液，仿生聚合物溶液和多巴胺盐酸盐的质量浓度均为0.5～8mg/mL。

进一步，所述基材为玻璃、不锈钢、硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚(二甲基硅氧烷)材料中的一种。

进一步，所得双仿生聚合物涂层透光率接近100％，涂层表面水接触角为30～70°，涂层改性高分子基材表面非特异性蛋白质吸附量降低不少于90％，细菌粘附量降低不少于98％；涂层表面水接触角变化≤5°。

本发明制备的双仿生聚合物涂层在医用设备、诊疗器械、植入体、药物递送系统及透光率高的不同形状和材质的隐形眼镜、角膜塑形镜、护目镜表面修饰中应用。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.本发明采用自由基共聚合反应制备侧基含侧基含两性离子、氨基盐酸盐和季铵阳离子的(甲基)丙烯酸酯类仿生聚合物，制备方法简便易行，所得聚合物结构明确，各功能单体单元组成比例可根据投料比灵活调控，使耐久性双仿生涂层表面两性离子和季铵阳离子功能基团含量具有可控性；

2.本发明利用侧基含侧基含两性离子、氨基盐酸盐和季铵阳离子的(甲基)丙烯酸酯类共聚物与多巴胺弱碱性水溶液的一步浸涂工艺，制备兼具抗生物污染和杀菌功能的耐久性双仿生聚合物涂层，此法操作工艺简单，反应条件绿色温和，基材通用型强，适于大规模工业化生产；

3.本发明所的涂层形貌均一，透明性接近100％，涂层稳定性显著提高，抗生物污染性能和杀菌性能良好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为共聚物1的¹H NMR谱图；

图2为涂层1改性PP片基的透光率和静态接触角示意图；

图3为涂层1的稳定性对照图；

图4为涂层2改性PC片基前后的透光率变化情况(聚多巴胺和PMPC的共沉积涂层为对照涂层)；

图5为涂层3改性载玻片前后的透光率变化情况示意图；

图6为涂层4改性PTFE前后抗绿脓杆菌黏附和杀菌情况示意图；

图7为涂层5改性不同基材表面异硫氰酸荧光素标记牛血清白蛋白(BSA-FITC)吸附情况示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的耐久性双仿生聚合物涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备仿生聚合物：

A1:按照摩尔百分比为(1～90)：(9～60)：(1～70)将分别含两性离子基团W、氨基盐酸盐S和季铵阳离子基团T的(甲基)丙烯酸酯单体溶于溶剂中，(甲基)丙烯酸酯单体与溶剂的质量百分比为(4～20)：(80～96)，得到单体混合液；

B1：按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比(0.1～5.0)：(95.0～99.9)将引发剂溶解在溶剂中，得到引发剂溶液；

C1：将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比为(70～95)：(5～30)混合均匀，转入恒压滴液漏斗中，在氮气条件下，以20％～50％/小时的加料速度滴加到反应瓶中，持续反应、纯化后得所述仿生聚合物。

其中，含碳原子链连接的两性离子基团W为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(SBMA)或羧酸甜菜碱(甲基)丙烯酸酯(CBMA)中的一种。含碳原子链连接的氨基盐酸盐S为2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐(AEMA)、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐酸盐(DPMA)中的一种。含碳原子链连接的季铵阳离子基团T为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMA)、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(BDA)、甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基氯化铵(ODA)中的一种。溶剂为为水、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、或其与水的混合溶剂中的一种。引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰中的一种。

其中，含磷酰胆碱基团可聚合单体甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)是商业化产品；含不同碳原子链连接的磷酰胆碱基可聚合单体参考文献(Ishihara et al.Polym.J,1990，22(5):355-360；Umeda et al.Makromol.Chem.1982,3:457-459,ZL201110194495.2)报导的方法合成，合成路线下所示。

羧酸甜菜碱(甲基)丙烯酸酯(CBMA)参照文献(Biomolecules,2012,13,4164-4170)报道的方法制备：将55mol N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺或(甲基)丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯溶解在100mL干燥四氢呋喃(THF)中，冷却至-20℃，并加入少量1,1-二苯-2-苦基肼为阻聚剂；将69mmolβ-丙内酯溶解在40mL干燥THF中，氮气氛围下，逐滴加入上述反应体系中，0℃左右反应24h，产物为白色沉淀。

甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基氯化铵(ODA)制备方法如下：将3.14g(0.02mol)甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)与3.27g(0.02mol)1-氯辛烷溶解于30mL无水乙腈/无水氯仿(2:1，v/v)的混合溶剂中，50℃搅拌下反应48h后，旋蒸除掉大部分溶剂，将剩余反应液沉淀到无水乙醚中，反复沉淀3-4次除去未反应的原料，最后真空干燥48h，得到白色粉末状产物即为ODA。

步骤2，制备耐久性双仿生聚合物涂层：

S1:将仿生聚合物溶于蒸馏水或Tris-HCl缓冲溶液中，得到仿生聚合物溶液；

S2：按照溶质质量百分比(20～80)：(80～20)将多巴胺盐酸盐溶于步骤S1得到的仿生聚合物溶液中，调节pH至7.5～9.0，形成聚合物-多巴胺弱碱性水溶液；

S3：在10～50℃、空气氛围和磁力搅拌条件下，将不同基材置于步骤S2得到的聚合物-多巴胺弱碱性水溶液中5～48h，用去离子水或蒸馏水淋洗，室温晾干后，即得双仿生聚合物涂层。

其中聚合物-多巴胺弱碱性水溶液中，仿生聚合物和多巴胺盐酸盐的质量浓度均为0.5～8mg/mL。基材为玻璃、不锈钢、硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚(二甲基硅氧烷)等材料中的一种。

下面给出不同的具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1：

侧基含磷酰胆碱两性离子离子基团W、含碳原子链连接的氨基盐酸盐S和含碳原子链连接的季铵阳离子基团T的(甲基)丙烯酸酯类共聚物(1)的制备：

以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐(AEMA)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMA)为单体，过硫酸钾(K₂S₂O₈)为自由基引发剂；按照MPC、AEMA和TMA摩尔百分比投料比50:30:20分别称取5.31g(18mmol)MPC、1.85g(11mmol)AEMA和1.48g(7mmol)TMA，然后按照质量百分比为4：96将三种(甲基)丙烯酸酯单体溶于去离子水中，获得单体混合液；按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为1.0:99.0称取0.08541g过硫酸钾，溶于去离子水中，获得引发剂溶液；将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比80:20混合均匀，转移至恒压滴液漏斗中。在装有温度计和恒压滴液漏斗的三颈瓶中，加入20mL去离子水，通氮气30min后，升温至50℃，搅拌状态下，缓慢向其中滴加上述单体和引发剂的混合溶液，3h滴完，继续反应24h后结束反应；将反应液用旋转蒸发仪除去大部分溶剂，浓缩液转移至截留分子量为3500Da的透析袋中，以蒸馏水为透析外液进行透析，直至透析外液与蒸馏水电导率基本一致，将透析产物冷冻干燥后，即为仿生聚合物(1)(图1)。用¹HNMR确定聚合物链中MPC、AEMA和DMAQ单体单元的摩尔百分比组成为52.3％、28.2％和19.5％。

实施例2：

采用与实施例1相同的聚合方法，以MPC、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐酸盐(DPMA)和甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(BDA)为单体，制备侧基含磷酰胆碱两性离子、氨基盐酸盐和二甲基苄基氯化铵阳离子的(甲基)丙烯酸酯类仿生聚合物(2)，只是MPC、DPMA和BDA摩尔百分比投料比90:9:1，投料量分别为5.38g(18mmol)MPC、0.36g(1.8mmol)DPMA和0.06g(0.2mmol)BDA，然后按照质量百分比为20：80将三种(甲基)丙烯酸酯单体溶于乙醇中,获得单体混合液；按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为0.1:99.9称取0.0064g偶氮二异丁腈，溶于乙醇中，获得引发剂溶液；将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比70:30混合均匀，转移至恒压滴液漏斗中。在装有温度计和恒压滴液漏斗的三颈瓶中，70℃条件下，氮气氛围中，缓慢向反应瓶中滴加上述单体和引发剂的混合溶液，4h滴完，继续反应12h，经透析纯化。用¹HNMR确定聚合物链中MPC、DPMA和BDA单体单元的摩尔百分比组成为90.3％、8.2％和1.5％。

实施例3：

采用与实施例1相同的聚合方法，以3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(SBMA)、2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐(AEMA)和甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基氯化铵(ODA)为单体，制备侧基含磺酸甜菜碱两性离子、氨基盐酸盐和二甲基辛基氯化铵阳离子的(甲基)丙烯酸酯类仿生聚合物(3)，只是SBMA、AEMA和ODA的摩尔百分比投料比28:60:12，投料量分别为2.75g(9.8mmol)SBMA、3.61g(21.5mmol)AEMA和1.35g(4.3mmol)ODA，然后按照质量百分比为16：84将三种(甲基)丙烯酸酯单体溶于异丙醇中，获得单体混合液；按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为5.0:95.0称取0.3860g偶氮二异庚腈，溶于乙醇中，获得引发剂溶液；将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比95:5混合均匀，转移至恒压滴液漏斗中。在装有温度计和恒压滴液漏斗的三颈瓶中，60℃条件下，氮气氛围中，缓慢向反应瓶中滴加上述单体和引发剂的混合溶液，3h滴完，继续反应48h，经透析纯化。用¹HNMR确定聚合物链中MPC、DPMA和BDA单体单元的摩尔百分比组成为27.3％、58.1％和14.6％。

实施例4：

采用与实施例1相同的聚合方法，以羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(CBMA)、2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐(AEMA)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMA)为单体，制备侧基含羧酸甜菜碱两性离子、氨基盐酸盐和三甲基氯化铵的仿生聚合物(4)，只是CBMA、AEMA和TMA的摩尔百分比投料比30:20:50，投料量分别为2.26g(9.7mmol)CBMA、1.09g(6.3mmol)AEMA和3.35g(15.9mmol)ODA，然后按照质量百分比为10：90将三种(甲基)丙烯酸酯单体溶于二甲基亚砜中，获得单体混合液；按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为2.0:98.0称取0.1308g过氧化苯甲酰，溶于二甲基亚砜中，获得引发剂溶液；将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比90:10混合均匀，转移至恒压滴液漏斗中。在装有温度计和恒压滴液漏斗的三颈瓶中，65℃条件下，氮气氛围中，缓慢向反应瓶中滴加上述单体和引发剂的混合溶液，3.5h滴完，继续反应36h，经透析纯化。用¹HNMR确定聚合物链中MPC、DPMA和BDA单体单元的摩尔百分比组成为32.6％、18.4％和49.0％。

实施例5：

采用与实施例1相同的聚合方法，以MPC、AEMA和TMA为单体，制备侧基含磷酰胆碱菜碱两性离子、氨基盐酸盐和三甲基氯化铵共聚物(5)，只是MPC、AEMA和TMA的摩尔百分比投料比1:29:70，投料量分别为0.091g(0.03mmol)MPC、1.27g(7.5mmol)AEMA和3.76g(18.1mmol)TMA，然后按照质量百分比为15：85将三种(甲基)丙烯酸酯单体溶于N，N-二甲基甲酰胺与去离子水混合液中，获得单体混合液；按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为3.0:97.0称取0.1501g过硫酸铵，溶于去离子水中，获得引发剂溶液；将单体混合液和引发剂溶液按照质量百分比85:15混合均匀，转移至恒压滴液漏斗中。在装有温度计和恒压滴液漏斗的三颈瓶中，50℃条件下，氮气氛围中，缓慢向反应瓶中滴加上述单体和引发剂的混合溶液，3h滴完，继续反应20h，经透析纯化。用¹HNMR确定聚合物链中MPC、DPMA和BDA单体单元的摩尔百分比组成为2.4％、31.5％和66.1％。

实施例6：

称取0.4059g实施例1中的仿生共聚物(1)和0.4074g多巴胺溶于200mL pH 8.5的Tris-HCl缓冲溶液中(仿生聚合物与多巴胺质量百分比为50:50)，形成pH为9.0、浓度均为2mg/mL的弱碱性水溶液；20℃、空气氛围中、磁力搅拌条件下，将表面洁净的聚丙烯(PP)片基置于2mg/mL的弱碱性水溶液中浸涂12h，用蒸馏水淋洗干净，自然晾干后得耐久性双仿生聚合物涂层(1)。以两性离子均聚物PMPC为对照物，采用相同步骤，制备聚多巴胺(PDA)和PMPC的共沉积涂层(即为对照涂层)，图2为涂层1改性PP片基的透光率和静态接触角示意图；与对照涂层相比，双仿生聚合物涂层(1)改性表面的透光率明显提升(图3)，涂层表面静态水接触角(WCA)由109±1°降到39±1°。将涂层在乙醇中超声处理(超声功率：100W)6h，涂层的WCA为41±3°。将涂层分别浸于pH 7.4 PBS溶液中和1％十二烷基磺酸钠(SDS)溶液中，于37℃条件下震荡处理90天，涂层的WCA均为40±2°，涂层稳定性显著增强(图4)。

实施例7：

取0.2315g实施例2中的共聚物和0.1020g多巴胺溶于200mL Tris-HCl缓冲溶液中(共聚物与多巴胺质量百分比为70:30)，形成pH为7.5、聚合物浓度为1.2mg/mL、多巴胺浓度为0.5mg/mL的弱碱性水溶液；35℃、空气氛围中、磁力搅拌条件下，将表面洁净的聚碳酸酯(PC)片基置于弱碱性水溶液中浸涂48h，用蒸馏水淋洗干净，自然晾干后得耐久性双仿生聚合物涂层(2)。双仿生聚合物涂层(2)改性PC表面静态水接触角(WCA)由98±1°降到45±1°，透光率接近于空白PC(图5)。将涂层(2)在乙醇中超声处理(超声功率：100W)5h，涂层的WCA为43±3°。将涂层浸于1％SDS溶液和pH 7.4 PBS溶液中，于37℃条件下震荡处理60天，涂层的WCA水接触角基本上不发生变化。

实施例8：

取0.1031g实施例3的共聚物和0.4008g多巴胺溶于200mL pH 9.0的Tris-HCl缓冲溶液中(共聚物与多巴胺质量比为20:80)，形成pH至8.5、聚合物浓度均为0.5mg/mL、多巴胺浓度为2.0mg/mL的弱碱性水溶液；10℃、空气氛围中、磁力搅拌条件下，将表面洁净的载玻片置于弱碱性水溶液中浸涂48h，用蒸馏水淋洗干净，自然晾干后得耐久性双仿生聚合物涂层(3)。双仿生聚合物涂层(3)改性载玻片表面静态水接触角(WCA)由20±1°升高为42±2°，透光率为92％，几乎与空白载玻片一致(图6)。将涂层(3)在乙醇中超声处理(超声功率：100W)2h，涂层的WCA为42±3°。将涂层浸于1％SDS溶液和pH 7.4 PBS溶液中，于37℃条件下震荡处理60天，涂层的WCA水接触角为基本上不发生变化。

实施例9：

取0.2018g实施例2中的共聚物、1.413g实施例4中的共聚物和0.4017g多巴胺溶于200mL蒸馏水中(共聚物与多巴胺质量比为80:20)，调整pH为8.0，形成pH至7.5、聚合物总浓度为8.0mg/mL、多巴胺浓度为2.0mg/mL的弱碱性水溶液；50℃、空气氛围中、磁力搅拌条件下，将表面洁净的聚四氟乙烯(PTFE)置于弱碱性水溶液中浸涂10h，用蒸馏水淋洗干净，自然晾干后得耐久性双仿生聚合物涂层(4)。双仿生聚合物涂层(4)改性聚四氟乙烯表面静态水接触角(WCA)由121±1°降为44±3°。与空白PTFE相比，涂层4改性PTFE表面绿脓杆菌(P.aeruginosa)粘附量大大降低，而且粘附在改性PTFE表面的绿脓杆菌均被杀死，表现出良好的长期“抗细菌黏附/杀菌”性能。

实施例10：

取0.6022g实施例1中的共聚物、0.4037g实施例5中的共聚物和1.6018g多巴胺溶于200mL pH 8.5的Tris-HCl中(共聚物与多巴胺质量比为39:61)，形成pH至8.5、聚合物总浓度为5.0mg/mL、多巴胺浓度为8.0mg/mL的弱碱性水溶液；10℃、空气氛围中、磁力搅拌条件下，将表面洁净的不锈钢(金属)、载玻片、聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)和硅橡胶分别置于上述弱碱性水溶液中浸涂5h，用蒸馏水淋洗干净，自然晾干后得耐久性双仿生聚合物涂层(5)。双仿生聚合物涂层(5)亲水性和抗蛋白质吸附能力明显改善(图7)，抗生物污染性能明显增强。

从上述制备的双仿生聚合物涂层，可以看出其透光率接近100％，涂层表面水接触角为30～70°，涂层改性高分子基材表面非特异性蛋白质吸附量降低不少于90％，细菌粘附量降低不少于98％，且可杀死已经粘附在涂层表面的细菌，兼具抗生物污染和杀菌功能。双仿生聚合物涂层在75％乙醇中耐超声清洗时间不少于6h，震荡条件下，耐磷酸缓冲溶液和1％十二烷基磺酸钠溶液浸泡时间不少于90天，涂层表面水接触角变化≤5°，具有良好涂层耐久性。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种仿生聚合物，其特征在于，该聚合物具有如下所示的结构式(I)：

其中，R₁、R₂为H或CH₃，B为O；

W为2～5个含碳原子链连接的两性离子基团，包括磷酰胆碱、羧酸甜菜碱或磺酸甜菜碱；

S为2～3个含碳原子链连接的氨基盐酸盐；

T为2～5个含碳原子链连接的季铵阳离子基团，其中与季氮相连的一个取代基为1～18碳原子构成的烷烃链或苄基；

x，y，z为各单体单元摩尔百分数。

2.一种仿生聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1:按照摩尔百分比为(1～90)：(9～60)：(1～70)将分别含碳原子链连接的两性离子基团W、含碳原子链连接的氨基盐酸盐S和含碳原子链连接的季铵阳离子基团T的(甲基)丙烯酸酯单体溶于溶剂中，(甲基)丙烯酸酯单体与溶剂的质量百分比为(4～20)：(80～96)，得到单体混合液；

B1：按照引发剂与(甲基)丙烯酸酯单体质量百分比为(0.1～5.0)：(95.0～99.9)将引发剂溶解在溶剂中，得到引发剂溶液；

C1：将步骤A1的单体混合液和步骤B1的引发剂溶液按照质量百分比为(70～95)：(5～30)混合均匀，在氮气条件下，滴加到反应器中，持续反应、纯化后得所述仿生聚合物。

3.根据权利要求2所述的仿生聚合物的制备方法，其特征在于，所述含碳原子链连接的两性离子基团W为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐或羧酸甜菜碱(甲基)丙烯酸酯中的一种；

所述含碳原子链连接的氨基盐酸盐S为2-氨乙基甲基丙烯酸盐酸盐或N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐酸盐中的一种；

所述含碳原子链连接的季铵阳离子基团T为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛基氯化铵中的一种。

4.根据权利要求2所述的仿生聚合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺或其与水的混合溶剂中的一种。

5.根据权利要求2所述的仿生聚合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰中的一种。

6.一种利用权利要求2-5任一项所述方法制备的仿生聚合物制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1:将仿生聚合物溶于蒸馏水或Tris-HCl缓冲溶液中，得到仿生聚合物溶液；

S2：按照溶质质量百分比(20～80)：(80～20)将多巴胺盐酸盐溶于步骤S1得到的仿生聚合物溶液中，调节pH至7.5～9.0，形成聚合物-多巴胺弱碱性水溶液；

S3：在10～50℃、空气氛围和磁力搅拌条件下，将不同基材置于步骤S2得到的聚合物-多巴胺弱碱性水溶液中5～48h，用去离子水或蒸馏水淋洗，室温晾干后，即得双仿生聚合物涂层。

7.根据权利要求6所述的制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，其特征在于，所述聚合物-多巴胺弱碱性水溶液，仿生聚合物和多巴胺盐酸盐的质量浓度均为0.5～8mg/mL。

8.根据权利要求6所述的制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，其特征在于，所述基材为玻璃、不锈钢、硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚(二甲基硅氧烷)材料中的一种。

9.根据权利要求6所述的制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，其特征在于，所得双仿生聚合物涂层透光率接近100％，涂层表面水接触角为30～70°，涂层改性高分子基材表面非特异性蛋白质吸附量降低不少于90％，细菌粘附量降低不少于98％，涂层表面水接触角变化≤5°。

10.根据权利要求6所述的制备耐久性双仿生聚合物涂层的方法，其特征在于，所述双仿生聚合物涂层在医用设备、植入体、药物递送系统及透光率高的不同形状和材质的隐形眼镜、角膜塑形镜、护目镜表面修饰中应用。

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