CN112745508B - 一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，所述硅橡胶包括有硅橡胶基体以及通过共价键修饰在硅橡胶基体表面的功能大分子，其中功能大分子具有双层结构，靠近硅橡胶基体一侧为聚氨基酸，远离硅橡胶基体一侧为聚乙二醇。硅橡胶表面靠近橡胶基体一侧的聚氨基酸亲水性良好，且分子间具有氢键，吸水后可形成水合层，赋予硅橡胶表面优良的亲水性能；远离基体一侧的聚乙二醇防污大分子刷则可以抗细菌和蛋白的粘附，使得硅橡胶兼具亲水、抗菌和抗蛋白粘附的性能。同时，该硅橡胶生物相容性良好，对皮肤和组织无刺激，在制作硅胶导尿管、硅胶造瘘管、硅胶呼吸导管等医用材料方面具有广泛的应用前景。

Description

一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医学材料领域。更具体地，涉及一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶是一种高分子量的橡胶弹性体，分子链中主链为硅氧键，侧链为烷基、苯基等疏水基团，化学性质稳定，耐高温，耐生物老化，无毒，对人体组织刺激反应小，不易对周围的组织产生炎症反应，具有良好的生物学惰性和优良的生物相容性，可满足多种灭菌工艺。因此，硅橡胶广泛被用于医用植入材料和各种医疗制品，如作为植入材料用于硅胶海绵、硅胶鼻尖鼻梁假体、乳房填充物等，作为介入类导管用于导尿管、胃管、静脉导管、透析管、内窥镜玻璃纤维保护套管、导液管、造瘘管等，再如作为药物释放的载体用于长效避孕药环等。然而，由于硅橡胶的分子链构型为螺旋型，非极性的侧链基团存在于螺旋型分子链的外侧，将主链上硅氧键的极性削弱或抵消，使得分子链的极性很低，导致硅橡胶表面惰性强，有很强的疏水性，植入后与人体的亲合力差。尤其是硅橡胶作为植入材料或介入材料与人体组织相接触后，材料与组织的亲和力差，易于组织摩擦形成损伤，而且组织会在其周围形成包膜。此外，硅橡胶用于介入类产品时，硅橡胶作为“桥梁”将组织与外界联通，细菌易粘附在硅橡胶表面并向组织迁移，而引发感染，尤其是在医院的特殊环境中，细菌感染存在更大的危险性。所以对于硅橡胶表面进行亲水和抗细菌粘附具有重大的意义。
当前，硅橡胶表面亲水改性主要通过在硅橡胶混合炼胶时加入亲水功能单体或在硅橡胶表面直接涂覆亲水类聚合物来实现。如中国专利CN 109553971 A将亲水型聚醚改性硅油加入至硅油单体中，再聚合交联得到大分子硅橡胶。再如中国专利CN 109575610 A将氢基硅油加入硅胶单体中，聚合形成大分子后，再利用硅氢键将亲水类聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯等)接枝到硅橡胶表面。然而，同时赋予硅橡胶表面亲水、抗菌和抗蛋白粘附仍是一个挑战。
因此，需要提供一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，该硅橡胶的表面修饰有双层结构的功能大分子，其中的聚氨基酸具有超亲水性能，同时聚乙二醇层可防止细菌和蛋白粘附，具有防污效果。
本发明的另一个目的在于提供一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，所述硅橡胶包括有硅橡胶基体以及通过共价键修饰在硅橡胶基体表面的功能大分子，其中功能大分子具有双层结构，靠近硅橡胶基体一侧为聚氨基酸，远离硅橡胶基体一侧为聚乙二醇。
优选地，所述聚乙二醇防污大分子刷中聚乙二醇的平均分子量为2000至20000；优选地，所述聚氨基酸的聚合度为20～200。
优选地，所述聚氨基酸的结构单元包括谷氨酸、天冬氨酸中的至少一种；优选地，所述聚氨基酸的结构单元还包括有丝氨酸或/和苏氨酸，优选地，所述谷氨酸和天冬氨酸结构单元数之和在聚氨基酸中所有氨基酸结构单元总数的占比不低于5％。
本发明中硅橡胶的表面修饰有功能大分子，功能大分子具有双层结构，其中靠近硅橡胶基体一侧的是聚氨基酸，其可吸收水分子并在聚氨基酸分子间形成氢键，最终形成水合层，赋予硅橡胶表面亲水性能；远离基体一侧的聚乙二醇防污大分子刷可以抗细菌和蛋白的粘附，赋予硅橡胶同时兼具亲水、抗菌和抗蛋白粘附的性能。同时功能大分子的羧基位点是通过共价键修饰在硅橡胶基体表面的，结合牢固，稳定性好。
一种如上所述亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氨基酸N-羧基环内酸酐加入至浓度为0.01～0.1M的冰碳酸氢钠或碳酸氢钾的溶液中，加入PEG n-NH2(2000≤n≤20000)，冰水浴中反应2-6h，然后在室温下继续反应12h，透析反应液，冻干得到产物；取冻干产物溶于二氯甲烷中，接着加入三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷(体积与S1中冻干产物的质量比为0.3～0.5mL/g)，在40～60℃下反应6-12h，将反应液倒入正己烷或甲叔醚中沉淀、抽滤、洗涤，得功能大分子；
S2：将硅橡胶基体浸没在氨基硅烷的醇溶液中，20～60℃下振荡反应4～10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3：将表面氨基化的硅橡胶基体浸没至功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5-8.5，然后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，反应1～10h，清洗、干燥得亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
优选地，S1中氨基酸N-羧基环内酸酐与PEG n-NH2的物质的量之比为100:0.5-5；PEG n-NH2为大分子引发剂，在适宜的碱溶液中，引发氨基酸N-羧基环内酸酐快速开环氨解并聚合至PEG分子链的一端，合适的PEG与氨基酸N-羧基环内酸酐的比例决定了聚合物的链段在适宜的长度。
S1中PEG n-NH2在纯水相中可引发氨基酸N-羧基环内酸酐开环聚合，冻干得到聚合物，聚合和提纯过程均无需使用有机溶剂，环保绿色。
优选地，S1中三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷的体积与冻干产物的质量比为0.3～0.5mL/g。
优选地，S1中氨基酸N-羧基环内酸酐为L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、L-苏氨酸N-羧基环内酸酐、L-丝氨酸N-羧基环内酸酐中的至少一种；
优选地，L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐的物质的量的总和在全部氨基酸N-羧基环内酸酐中的占比至少为5％。以上氨基酸环内酸酐均为酸性氨基酸的环内酸酐，聚合至PEG分子链一端后，脱除羧基保护基后获得侧链含羧基的PEG-聚氨基酸功能大分子，进而与硅橡胶表面发生化学反应，接枝到硅橡胶表面。
优选地，S2中硅橡胶基体的表面积与氨基硅烷的醇溶液的体积比为1cm2：1～10mL；用氨基硅烷对硅橡胶基体处理前，硅橡胶基体的表面需进行活化处理，包括但不限于如下方法：
如使用氩、氦、碳、氮、氧、氢或H2O等离子体对硅橡胶基体表面进行活化，在硅橡胶基体表面键合碳自由基、氧自由基或氮自由基。
如将硅橡胶浸泡在硫酸、双氧水、高锰酸钾、高碘酸、次氯酸等氧化剂或它们的混合溶液中0-30min，取出硅橡胶基体后用去离子水冲洗并晾干。
优选地，氨基硅烷与醇溶液的体积比为0.1-20:100，其中醇溶液为95％乙醇、乙醇、95％甲醇、甲醇中的一种。
优选地，所述氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、N-苯氨基甲基三乙氧基硅烷、4-氨基-3，3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、N-(正丁基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选地，S3中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐后，还包括加入N-羟基琥珀酰亚胺或N-羟基磺酸琥珀酰亚胺的步骤；
优选地，加入N-羟基琥珀酰亚胺或N-羟基磺酸琥珀酰亚胺的质量为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的1-2倍。
本发明的有益效果如下：
本发明中的硅橡胶表面修饰有具有双层结构的功能大分子，靠近橡胶基体一侧的聚氨基酸亲水性良好，且分子链间可形成大量的氢键，有利于吸水形成水合层，赋予硅橡胶表面优良的亲水性能；远离基体一侧的聚乙二醇防污大分子刷则可以抗细菌和蛋白的粘附，使得硅橡胶兼具亲水、抗菌和抗蛋白粘附的性能。同时，功能大分子的羧基位点是通过共价键修饰在硅橡胶基体表面的，结合牢固，稳定性好，且生物相容性良好，对皮肤和组织无刺激。因此，本发明中的硅橡胶在制作硅胶导尿管、硅胶造瘘管、硅胶呼吸导管等医用材料方面具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出普通未改性硅橡胶基体(a)和实施例2中硅橡胶(b)表面细菌的数目。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
实施例1
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐加入至250mL浓度为0.01M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG 2000-NH2(摩尔数为L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐摩尔数的0.5％)，在冰水浴中反应2h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入10mL三甲基碘硅烷，在40℃下反应6h，然后将反应液倒入600mL正己烷中沉淀并抽滤，再用200mL正己烷冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至250mL 10％γ-氨丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中，在60℃下振荡反应4h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含1％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5，然后加入2g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，反应10h，取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例1中得到的硅橡胶进行细胞毒性、皮内反应测试，发现其细胞毒性为1级，皮内反应评分为0.1，生物相容性良好。对普通未改性的硅橡胶基体和实施例1中的硅橡胶进行接触角测试，其接触角分别为121.7°和46.5°，表明改性后的硅橡胶亲水性大大提高。
实施例2
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐加入至250mL浓度为0.01M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG 2000-NH2(摩尔数为L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐摩尔数的5％)，在冰水浴中反应6h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入6mL三甲基溴硅烷，在40℃下反应12h，然后将反应液倒入600mL正己烷中沉淀并抽滤，再用200mL正己烷冲洗沉淀3次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至50mL 1％γ-氨丙基三甲氧基硅烷的95％乙醇溶液中，在20℃下振荡反应10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含5％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5，然后加入10g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，10g N-羟基琥珀酰亚胺反应10h，取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例2中得到的硅橡胶进行细胞毒性、皮内反应测试，发现其细胞毒性为1级，皮内反应评分为0.2，生物相容性良好。将普通未改性的硅橡胶基体和实施例2中的硅橡胶浸没至浓度为107CFU/mL的大肠杆菌菌液48h后，对硅橡胶表面粘附的细菌用戊二醛溶液进行固定，乙醇梯度脱水后，用扫描电子显微镜对硅橡胶表面粘附的细菌观察，如图1所示，与普通未改性的硅橡胶基体相比，改性后的硅橡胶表面粘附的细菌大大减少，可抗细菌粘附。
实施例3
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-谷氨酸-5-叔丁酯-N-羧基环内酸酐和L-苏氨酸N-羧基环内酸酐的混合物(摩尔比为5：5)加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钾溶液中，然后加入PEG 10000-NH2(摩尔数为L-氨基酸-N-羧基环内酸酐摩尔数的5％)，在冰水浴中反应4h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入6mL三甲基溴硅烷，在40℃下反应6h，然后将反应液倒入600mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至50mL 1％γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的95％甲醇溶液中，在20℃下振荡反应10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含10％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5，然后加入20g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，40g N-羟基磺酸琥珀酰亚胺反应10h，取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例3中得到的硅橡胶和普通未改性的硅橡胶基体接触角和牛血清蛋白粘附测试，其接触角分别为39.6°和121.3°。两种硅橡胶在2mg/mL的牛血清蛋白溶液浸泡72h后，粘附的牛血清蛋白分别为2.3μg/cm2和10.2μg/cm2，实施例3中得到的硅橡胶抗蛋白粘附性能良好。
实施例4
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐和L-丝氨酸N-羧基环内酸酐的混合物(摩尔比为5：95)加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG20000-NH2(摩尔数为L-氨基酸-N-羧基环内酸酐摩尔数的2％)，在冰水浴中反应4h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入6mL三甲基溴硅烷，在40℃下反应6h，然后将反应液倒入600mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至50mL 1％N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的甲醇溶液中，在50℃下振荡反应10h；取出硅橡胶并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含5％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至8.5，然后加入20g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗细菌和蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例4中得到的硅橡胶进行细胞毒性和皮内反应测试，其细胞毒性为1级，皮内反应评分为0.1，生物相容性良好。将实施例4中得到的硅橡胶和普通未改性的硅橡胶接触角在2mg/mL的牛血清蛋白溶液浸泡72h后，粘附的牛血清蛋白分别为1.4μg/cm2和10.2μg/cm2，实施例4中得到的硅橡胶抗蛋白粘附性能良好。
实施例5
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐和L-苏氨酸N-羧基环内酸酐的混合物(摩尔比为30：70)加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG6000-NH2(摩尔数为L-氨基酸-N-羧基环内酸酐摩尔数的4％)，在冰水浴中反应6h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入8mL三甲基氯硅烷，在40℃下反应12h，然后将反应液倒入600mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至500mL 5％N-(正丁基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的95％乙醇溶液中，在60℃下振荡反应2h；取出硅橡胶并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶(50cm2)浸没至200mL含2％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至8.5，然后加入20g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗细菌和蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例5中得到的硅橡胶和普通未改性的硅橡胶基体浸没至浓度为107CFU/mL的金黄色葡萄球菌菌液72h后，用生理盐水吐温溶液将粘附的细菌解离下来并用平板计数法对细菌进行菌落计数，两种硅橡胶粘附的菌落数分别为3.8×103CFU/cm2和8.9×104CFU/cm2，实施例5中得到的硅橡胶抗菌性能良好。
实施例6
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG 12000-NH2(摩尔数为L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐摩尔数的2％)，在冰水浴中反应2h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入10mL三甲基氯硅烷，在50℃下反应12h，然后将反应液倒入600mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至100mL 5％3-二甲基丁基三甲氧基硅烷的95％乙醇溶液中，在60℃下振荡反应6h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶(50cm2)浸没至200mL含4％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至8.5，然后加入20g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，20g N-羟基磺酸琥珀酰亚胺，反应10h取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗细菌和蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例6中得到的硅橡胶进行细胞毒性、皮内反应测试，发现其细胞毒性为1级，皮内反应评分为0.3，生物相容性良好。对普通未改性的硅橡胶基体和实施例6中的硅橡胶进行接触角测试，其接触角分别为121.7°和40.2°，表明改性后的硅橡胶亲水性大大提高。
实施例7
一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐和L-苏氨酸N-羧基环内酸酐的混合物(摩尔比为10:90)加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG5000-NH2(摩尔数为L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐摩尔数的2.5％)，在冰水浴中反应6h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入6mL三甲基氯硅烷，在50℃下反应12h，然后将反应液倒入500mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀2次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至100mL 5％3-二甲基丁基三甲氧基硅烷的95％乙醇溶液中，在60℃下振荡反应6h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体。
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含3％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至8.5，然后加入12g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，18g N-羟基磺酸琥珀酰亚胺，反应10h取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例7中得到的硅橡胶进行细胞毒性测试，发现其细胞毒性为1级。对普通未改性的硅橡胶基体和实施例7中的硅橡胶进行接触角测试，其接触角分别为121.7°和44.3°，表明改性后的硅橡胶亲水性大大提高。
实施例8
一种亲水、抗细菌和蛋白粘附硅橡胶的制备方法，包含如下步骤：
S1、称量25g L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐和L-苏氨酸N-羧基环内酸酐的混合物(摩尔比为20:80)加入至250mL浓度为0.1M的冰碳酸氢钠溶液中，然后加入PEG 8000-NH2(摩尔数为L-氨基酸-N-羧基环内酸酐总摩尔数的2％)，在冰水浴中反应6h，然后转移至室温反应继续反应12h，反应结束后透析反应液，冻干得到产物。取冻干的产物20g溶于200mL二氯甲烷中，加入6mL三甲基碘硅烷，在50℃下反应12h，然后将反应液倒入600mL甲叔醚中沉淀并抽滤，再用200mL甲叔醚冲洗沉淀3次，得到功能大分子。
S2、取表面积为50cm2的硅橡胶基体浸没至200mL 5％N-苯氨基甲基三乙氧基硅烷的95％乙醇溶液中，在40℃下振荡反应10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3、取S2得到的硅橡胶基体(50cm2)浸没至200mL含5％S1中得到的功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至8.5，然后加入20g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，20g N-羟基磺酸琥珀酰亚胺，反应10h取出硅橡胶，清洗干燥得到亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
对实施例8中得到的硅橡胶进行皮内反应测试，其皮内反应评分为0.2。将实施例4中得到的硅橡胶和普通未改性的硅橡胶接触角在2mg/mL的牛血清蛋白溶液浸泡48h后，粘附的牛血清蛋白分别为1.2μg/cm2和8.9μg/cm2，实施例8中得到的硅橡胶抗蛋白粘附性能良好。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，其特征在于，所述硅橡胶包括有硅橡胶基体以及通过共价键修饰在硅橡胶基体表面的功能大分子，其中功能大分子具有双层结构，靠近硅橡胶基体一侧为聚氨基酸，远离硅橡胶基体一侧为聚乙二醇；所述聚氨基酸的结构单元包括谷氨酸、天冬氨酸中的至少一种；
所述硅橡胶包括有硅橡胶基体的制备方法，包括如下步骤：
S1：将氨基酸N-羧基环内酸酐加入至浓度为0.01～0.1M的冰碳酸氢钠或碳酸氢钾的溶液中，加入PEGn-NH2，2000≤n≤20000，冰水浴中反应2-6h，然后在室温下继续反应12h，透析反应液，冻干得到产物；取冻干产物溶于二氯甲烷中，接着加入三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷，三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷的体积与S1中冻干产物的质量比为0.3～0.5mL/g，在40～60℃下反应6-12h，将反应液倒入正己烷或甲叔醚中沉淀、抽滤、洗涤，得功能大分子；
S2：将硅橡胶基体浸没在氨基硅烷的醇溶液中，20～60℃下振荡反应4～10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3：将表面氨基化的硅橡胶基体浸没至功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5-8.5，然后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，反应1～10h，清洗、干燥得亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
2.根据权利要求1所述的亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，其特征在于，所述聚氨基酸的聚合度为20～200。
3.根据权利要求1所述的亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，其特征在于，所述聚氨基酸的结构单元还包括有丝氨酸或/和苏氨酸。
4.根据权利要求1所述的亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶，其特征在于，所述谷氨酸和天冬氨酸结构单元数之和在聚氨基酸中所有结构单元数的占比不低于5％。
5.一种如权利要求1-4任一所述亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氨基酸N-羧基环内酸酐加入至浓度为0.01～0.1M的冰碳酸氢钠或碳酸氢钾的溶液中，加入PEGn-NH2，2000≤n≤20000，冰水浴中反应2-6h，然后在室温下继续反应12h，透析反应液，冻干得到产物；取冻干产物溶于二氯甲烷中，接着加入三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷，三甲基碘硅烷或三甲基溴硅烷或三甲基氯硅烷的体积与S1中冻干产物的质量比为0.3～0.5mL/g，在40～60℃下反应6-12h，将反应液倒入正己烷或甲叔醚中沉淀、抽滤、洗涤，得功能大分子；
S2：将硅橡胶基体浸没在氨基硅烷的醇溶液中，20～60℃下振荡反应4～10h；取出硅橡胶基体并用无水乙醇清洗，晾干，得到表面氨基化的硅橡胶基体；
S3：将表面氨基化的硅橡胶基体浸没至功能大分子水溶液中，用PBS调节溶液pH至6.5-8.5，然后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，反应1～10h，清洗、干燥得亲水、抗菌和抗蛋白粘附的硅橡胶。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中氨基酸N-羧基环内酸酐与PEGn-NH2的摩尔数之比为100:0.5-5。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中氨基酸N-羧基环内酸酐为L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、L-苏氨酸N-羧基环内酸酐、L-丝氨酸N-羧基环内酸酐中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，L-谷氨酸5-苄酯N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-叔丁酯-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐的摩尔数的总和在全部氨基酸N-羧基环内酸酐中的占比不低于5％。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2中硅橡胶基体的表面积与氨基硅烷的醇溶液的体积比为1cm2：1～10mL。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，氨基硅烷与醇溶液的体积比为0.1-20:100。
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S3中1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与功能大分子的质量比为1-5:1。
12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、N-苯氨基甲基三乙氧基硅烷、4-氨基-3，3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、N-(正丁基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
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