CN115418031B - 一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法及应用 - Google Patents

一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法及应用，其特征在于，制备步骤为：将阳离子聚合物与负电性小分子溶解，得到共混溶液，所述的阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:0.05～1:10；将得到的共混溶液制成凝胶或膜，或将共混溶液对基材进行改性，制备得到蛋白差异性黏附材料；所述的蛋白差异性黏附材料可以对蛋白进行差异性黏附。通过负电性小分子调控基材表面阳离子聚合物的正电性，以调控正电性对负电蛋白的黏附作用力，实现对蛋白黏附量的调控及不同蛋白的差异性黏附。

Description

一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材 料的制备方法及应用
技术领域
本发明属于医用材料的制备技术领域，涉及一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法及应用。
背景技术
在组织工程领域，材料表面的细胞选择性黏附具有十分重要的意义，这种选择性黏附有利于模仿/重塑机体原有复杂组织中多类型细胞有序组合的组织结构。然而，现有材料制备技术中，细胞选择性黏附多依赖于制备生物功能分子修饰的材料表面(如RGD、VEGF等，Noel S.,et al.Acta Biomater.2016,37,69)，作用机制在于生物功能分子可以介导与不同细胞表面蛋白受体的差异性黏附，但这种方法不仅依赖于价格昂贵的生物功能分子制备以及不利于规模化生产的生物功能分子表面固定过程，还只能解决靶点明确的少数细胞的选择性黏附。与此同时，高分子材料由于结构设计灵活多样，在组织工程、药物载体等多领域研究广泛，通过精细的结构设计可以实现蛋白差异性黏附、也有望进一步优化材料结构、进而实现细胞的选择性黏附。但是目前高分子材料制备技术主要集中于阳离子聚合物(广谱性增强蛋白/细胞黏附)，以及聚乙二醇、负电性聚合物、两性离子聚合物(显著降低蛋白/细胞黏附)这两类材料的研究。因此，仍然缺乏可以简便制备蛋白差异性黏附材料的制备技术，严重制约了组织工程领域中细胞选择性黏附材料的开发。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法及应用。具体提供如下技术方案：
一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料的制备方法，制备步骤为：
1)将阳离子聚合物与负电性小分子溶解，得到共混溶液，所述的阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:0.05～1:10；
2)将步骤1)得到的共混溶液制成凝胶或膜，或将共混溶液对基材进行改性，制备得到蛋白差异性黏附材料；所述的蛋白差异性黏附材料可以对蛋白进行差异性黏附。
进一步，步骤1)所述的阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:0.1～1:4。
进一步，步骤1)所述的阳离子聚合物为聚赖氨酸、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚六亚甲基双胍盐酸盐、聚六亚甲基胍盐酸盐、季铵化淀粉的一种或多种混合。
进一步，步骤1)所述的阳离子聚合物为聚赖氨酸。
进一步，步骤1)所述的负电性小分子为甲基硫酸钠、甲基磺酸钠、N-环己基氨基磺酸钠、吗啉乙磺酸钠盐一水合物、3-N(-吗啉基)丙磺酸钠、3-吗啉-2-羟基丙磺酸钠、葡萄糖酸的一种或多种混合。
进一步，步骤1)所述的共混溶液为水溶液或水与甲醇、乙醇、乙酸乙酯、异丙醇形成的混合溶液；所述的水溶液为葡萄糖溶液，葡萄糖的浓度为5％～10％。
进一步，步骤1)所述的阳离子聚合物在溶液中的浓度为0.1～3mg/mL。
进一步，步骤2)所述的共混溶液制成凝胶的制备方法为：将亲水性不带电荷聚合物加入步骤1)得到的共混溶液中，得到混合凝胶，所述亲水性不带电荷聚合物为泊洛沙姆、聚丙交酯-乙交酯-聚乙二醇-聚丙交酯-乙交酯、聚(N-异丙基丙烯酰胺)温敏亲水性聚合物一种或多种混合；
步骤2)所述的共混溶液制成膜的制备方法为：将亲水性不带电荷聚合物加入步骤1)得到的共混溶液中，得到的混合溶液高温干燥，制成膜，所述的亲水性不带电荷聚合物为羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素亲水性纤维素衍生物的一种或多种混合；
步骤2)所述的共混溶液对基材改性方法为：利用步骤1)得到的共混溶液对基材进行浸泡，然后取出基材进行干燥，所选的基材为纱布、明胶海绵、海藻酸无纺布高分子医用材料。
进一步，所述的共混溶液制成凝胶的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1～3mg/mL、负电性小分子，加入泊洛沙姆使其在溶液中的浓度范围为100～400mg/mL；所述的共混溶液对基材进行改性的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1～3mg/mL和负电性小分子，将阳离子聚合物和负电性小分子的混合溶液充分浸透基材。
进一步，所述的共混溶液制成膜的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1～3mg/mL、负电性小分子，加入羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素使其在溶液中的浓度范围为20～200mg/mL。
本发明的有益效果在于：本发明制备了一种负电性小分子/阳离子聚合物复合的蛋白差异性黏附材料，通过负电性小分子与阳离子聚合物原有抗衡阴离子的竞争作用，将一部分抗衡阴离子(如氢氧根、氯离子等)转变为新引入的负电性小分子，从而调控基材表面阳离子聚合物的强正电性(以及伴随的与负电性蛋白的强结合能力/黏附作用力)，最终实现对蛋白黏附量的调控及不同蛋白的差异性黏附。因此，本发明相对于直接化学合成实现了聚合物结构设计以及蛋白黏附调控，(这些化学合成常常是精细但繁琐的)，提供了一种更简便的制备蛋白差异性黏附材料的方法。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
1)在10％葡萄糖溶液中加入一定量的聚赖氨酸使其浓度为1mg/mL，加入甲基硫酸钠固体使其最终浓度为0.1mg/mL，得到共混溶液L1-M0.1；
2)将一定量的羟丙基纤维素加入共混溶液L1-M0.1中，使其在溶液中的浓度为75mg/mL，取2mL混合溶液充分铺展于4.4×4.4cm2的模具中，60℃烘干6h，得到具有蛋白黏附性的膜X1。
本实施例中，阳离子聚合物是聚赖氨酸，负电性小分子是甲基硫酸钠，阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:0.1。
实施例2
1)在10％葡萄糖溶液中加入一定量的聚赖氨酸使其浓度为1mg/mL，加入甲基硫酸钠固体使其最终浓度为4mg/mL，得到共混溶液L1-M4；
2)将一定量的羟丙基纤维素加入共混溶液L1-M4中，使其在溶液中的浓度为75mg/mL，取2mL混合溶液充分铺展于4.4×4.4cm2的模具中，60℃烘干6h，得到具有蛋白黏附性的膜X2。
本实施例中，阳离子聚合物是聚赖氨酸，负电性小分子是甲基硫酸钠，阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:4。
实施例3
1)在10％葡萄糖溶液中加入一定量的聚赖氨酸使其浓度为1mg/mL，加入甲基硫酸钠固体使其最终浓度为2mg/mL，得到共混溶液L1-M2；
2)将一定量的羟丙基纤维素加入共混溶液L1-M2中，使其在溶液中的浓度为75mg/mL，取2mL混合溶液充分铺展于4.4×4.4cm2的模具中，60℃烘干6h，得到具有蛋白黏附性的膜X3。
本实施例中，阳离子聚合物是聚赖氨酸，负电性小分子是甲基硫酸钠，阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:2。
对比例1
1)在10％葡萄糖溶液中加入一定量的聚赖氨酸使其浓度为1mg/mL，得到溶液L1；
2)将一定量的羟丙基纤维素加入L1溶液，使其在溶液中的浓度为75mg/mL，取2mL混合溶液充分铺展于4.4×4.4cm2的模具中，60℃烘干6h，得到膜Y1。
本实施例中，不加负电性小分子。
对比例2
将羟丙基纤维素用10％葡萄糖溶液配制成浓度为75mg/mL的溶液，取2mL溶液充分铺展于4.4×4.4cm2的模具中，60℃烘干6h，得到膜Y2。
本实施例中，不加任何阳离子聚合物和负电小分子。
测试例1蛋白黏附测试
制备的蛋白差异性黏附表面材料X1～X3，对比例Y1～Y2进行白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原的黏附测试对比实验。
测试方法：以人源白蛋白的测试方法为例，取10mg膜材料加入2mL离心管，将人源白蛋白配制为10mg/mL的PBS溶液，取50μL蛋白溶液加在材料上，37℃的恒温水浴锅中孵育2分钟。吸出多余液体，用50μL PBS溶液轻洗1洗，洗涤液定容至500μL，取50μL洗涤液于2mL离心管中，加入提前配置好的1mL BCA工作液(试剂A：试剂B＝50:1(v/v))，置于37℃的恒温水浴锅中孵育30分钟，取100μL加入96孔板，测试562nm处的吸光度Abs。
空白组为50μL蛋白溶液加入2mL离心管。对照组为材料加50μL PBS。
蛋白黏附率η％＝(1-(Abs样品-Abs对照)/Abs空白)×100％
实施例及对比例的白蛋白黏附率如表1所示：
表1白蛋白黏附率测试结果
样品 X1 X2 Y1
η(％) 24 22 39
实施例及对比例的球蛋白黏附率如表2所示：
表2球蛋白黏附率测试结果
样品 X1 X2 X3 Y1 Y2
η(％) 3 10 8 16 4
实施例及对比例的纤维蛋白原黏附率如表3所示：
表3纤维蛋白原黏附率测试结果
样品 X1 X3 Y1 Y2
η(％) 25 29 15 8
蛋白黏附率是表征材料表面蛋白黏附作用的重要指标，黏附百分率越大，表明材料的蛋白黏附性能越好。
从表1-3的数据可以看出，以12％蛋白黏附率作为中等/合格蛋白黏附性能看，本发明制备得到的膜X1实现了对纤维蛋白原和白蛋白的高黏附，同时对球蛋白的黏附较低；膜X2实现了对白蛋白高黏附，同时对球蛋白的黏附较低；膜X3实现了对纤维蛋白原的高黏附，同时对球蛋白的黏附较低。
由此可见，采用本发明的制备方法，通过浸泡不同浓度的负电性小分子，可有效调节阳离子聚合物的正电性，通过调控正电性对负电蛋白的强黏附作用力，实现对蛋白黏附量的调控以及不同蛋白的选择性黏附。具体分析如下：
对比例1是只加入阳离子聚合物(聚赖氨酸)，相比于对比例2(纯HPC膜，不加任何阳离子聚合物和负电小分子)，对三种蛋白的黏附率都提高，表明是阳离子由于正电性黏附了负电蛋白，对比例得到的膜Y1(只有阳离子，没有负电性分子)对蛋白是广谱性高黏附，没有选择性。
从本发明实施例1-3以及对比例1(添加阳离子聚合物的HPC膜)的蛋白黏附率数据可以看出，当加入负电性小分子、形成复合体系后，膜X1和膜X2对白蛋白黏附率变低了(黏附率从39％分别降低到24％和22％)，对球蛋白的黏附率变低了(黏附率从16％分别降低到3％和10％)；膜X3对球蛋白的黏附率也变低(黏附率从16％降低到10％)；膜X1和膜X3对纤维蛋白原的黏附率变高了(黏附率从15％分别升高到25％和29％)。由此可见，本发明制备的膜实现了对蛋白的差异性黏附。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，材料的制备步骤为：
1）将阳离子聚合物与负电性小分子溶解，得到共混溶液；
2）将步骤1）得到的共混溶液制成凝胶或膜，或将共混溶液对基材进行改性，制备得到蛋白差异性黏附材料；
所述的蛋白差异性黏附材料可以应用于对蛋白进行差异性黏附；
步骤1）所述的负电性小分子为甲基硫酸钠、甲基磺酸钠、N-环己基氨基磺酸钠、吗啉乙磺酸钠盐一水合物、3-N（-吗啉基）丙磺酸钠、3-吗啉-2-羟基丙磺酸钠、葡萄糖酸的一种或多种混合；
步骤1）所述的阳离子聚合物为聚赖氨酸、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚六亚甲基双胍盐酸盐、聚六亚甲基胍盐酸盐、季铵化淀粉的一种或多种混合；
步骤1）所述的阳离子聚合物与负电性小分子的质量比为1:0.1~1:4。
2.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，步骤1）所述的阳离子聚合物为聚赖氨酸，所述的负电性小分子为甲基硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，步骤1）所述的共混溶液为水溶液或水与甲醇、乙醇、乙酸乙酯、异丙醇形成的混合溶液；所述的水溶液为葡萄糖溶液，葡萄糖的浓度为5%~10%。
4.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，步骤1）所述的阳离子聚合物在溶液中的浓度为0.1~3 mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于：
步骤2）所述的共混溶液制成凝胶的制备方法为：将亲水性不带电荷聚合物加入步骤1）得到的共混溶液中，得到混合凝胶，所述亲水性不带电荷聚合物为泊洛沙姆、聚丙交酯-乙交酯-聚乙二醇-聚丙交酯-乙交酯、聚（N- 异丙基丙烯酰胺）温敏亲水性聚合物一种或多种混合；
步骤2）所述的共混溶液制成膜的制备方法为：将亲水性不带电荷聚合物加入步骤1）得到的共混溶液中，得到的混合溶液高温干燥，制成膜，所述的亲水性不带电荷聚合物为羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素亲水性纤维素衍生物的一种或多种混合；
步骤2）所述的共混溶液对基材改性方法为：利用步骤1）得到的共混溶液对基材进行浸泡，然后取出基材进行干燥，所选的基材为纱布、明胶海绵、海藻酸无纺布高分子医用材料。
6.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，所述的共混溶液制成凝胶的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1~3 mg/mL、负电性小分子、加入泊洛沙姆使其在溶液中的浓度范围为100~400 mg/mL；所述的共混溶液对基材进行改性的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1~3 mg/mL和负电性小分子，将阳离子聚合物和负电性小分子的混合溶液充分浸透基材。
7.根据权利要求1所述的一种负电性小分子/阳离子聚合物在制备蛋白差异性黏附材料上的应用，其特征在于，所述的共混溶液制成膜的步骤为：在葡萄糖溶液中，加入阳离子聚合物使其在溶液中的浓度范围为0.1~3 mg/mL、负电性小分子，加入羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素使其在溶液中的浓度范围为20~200 mg/mL。
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