CN1578702A - 多层涂布的多孔材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种多层涂布材料及其制造方法。在一种特定实施方案中，多孔聚合物基材经预活化并浸泡在聚电解质溶液中形成具有电荷和至少一个官能团的第一层。涂布的材料接着浸泡在第二溶液中，其中的材料具有与第一层相反的电荷，从而提供一种双层涂层。该方法可重复进行，结果在多孔基材上形成多层涂层。

Description

多层涂布的多孔材料及其制造方法
1.相关申请
本申请要求美国临时专利申请号60/315,043和60/315,044的优先权，两篇皆在2001-08-28提交，在此将其内容收作参考。
2.技术领域
本申请部分地涉及多层涂布的基材，优选多孔聚合物基材，其中涂层由至少两层组成，还涉及其制造方法。
3.背景技术
多孔材料，包括金属、陶瓷、玻璃和聚合物材料，越来越多地应用于各种不同领域，例如，过滤、充气、芯吸和植入以及其他生物医学器件。例如，多孔聚合物材料可用于作为代用血管、合成和眼(内)透镜、电极、导管和体外附加器件如连接到身体上以辅助手术或透析等医疗器件中。多孔聚合物材料也可用作过滤器将血液分离为其组分血细胞和血浆，作为微过滤器以从血液中除掉微生物，作为眼透镜用涂层以防止植入后的内皮损伤。多孔材料还被用于诊断装置，例如，侧流器件、流通器件和其他免疫检测装置。
多孔材料的表面性质常常需要改性，因为多孔材料的应用常常受到其缺乏化学官能团和/或其疏水性的限制，这在诸如液体过滤、萃取、分离，以及小分子、聚合物或大生物分子的固定应用领域是不利的。例如，蛋白质当置于与疏水材料接触时常常变性，以及疏水多孔材料不能芯吸水溶液。隐形眼镜、植入物和紧密接触身体的相关器件必须具有生物相容的亲水表面。
为改进多孔材料虽进行了各种尝试，但仍存在这样或那样的不足。例如，美国专利4,250,029公开一种制造离子排斥膜的方法，包括将带不同电荷的聚电解质涂布到膜表面，形成两层电解质中间夹着中性聚合物层。然而，该专利仅涉及离子排斥膜。
美国专利4,619,897宣称，塑料表面的物理和/或化学性质可通过在其上粘附或粘合不同材料来改变。
美国专利4,845,132公开一种采用等离子体和亲水单体生产亲水多孔膜的方法。然而，按此法制成的聚合物膜不稳定；并且亲水单体或聚合物趋于渗出。
美国专利5,540,837公开一种通过将带电聚电解质络合物涂布到氟聚合物顶面生产永久亲水氟聚合物的方法。然而，该专利的应用局限于氟化聚合物膜而且聚电解质络合物与氟化聚合物基材之间的附着力很差，因为聚电解质络合物与氟化膜之间缺乏强相互作用。
美国专利5,695,640公开一种生产亲水多孔制品的方法，包括以聚酰胺和氯化钙甲醇溶液的混合物处理多孔制品。然而，用此法获得的亲水性的稳定性很差。
美国专利5,700,559、5,807,636和5,837,377公开一种以等离子体和PEI溶液顺序处理给塑料表面改性的方法，旨在给塑料提供亲水性。该方法据称提供相对稳定的亲水塑料。然而，该塑料的芯吸速率在贮存期间发生退化。
美国专利5,856,246公开一种用水溶性聚阳离子和长链表面活性剂或烷基取代的聚阴离子对材料进行表面改性的方法，以使纤维、纺织品、聚合物和膜变得永久疏水或疏油。然而，其中所公开的方法仅适合带电材料，不适合中性聚合物如聚烯烃。
美国专利5,914,182和5,916,585公开一种通过以聚合物表面活性剂溶液处理多孔膜来改进多孔膜的生物材料结合性能的方法。该聚合物表面活性剂借助疏水相互作用结合到载体材料上。然后，用化学试剂使第一层交联。将膜浸渍到亲水聚合物溶液中从而在膜上产生第二亲水层。该亲水聚合物涂层据称可改善生物分子的结合并与第一层形成共价键。然而，该方法仅对超薄膜有效。再者，聚合物表面活性剂与膜基材之间的结合很弱，因为其结合力基于疏水相互作用。另外，其中使用的交联试剂戊二醛为高毒性。
美国专利6,020,175公开一种在实心基材上生成多层官能薄膜(例如，蛋白质和染料)的方法，包括：将带电实心基材浸渍在具有净相反电荷的混合聚合物离子-官能分子溶液中。重复该步骤可形成多层膜。该专利涉及的是实心无孔材料。
美国专利6,060,410公开一种以溶液形式的非化学计量聚电解质络合物涂布疏水聚合物基材的方法。
因此，目前依然需要这样的材料，特别是多孔材料，它具有可控和稳定的芯吸速率、低渗出速率和/或能提升材料在过滤、分离、诊断和医疗器件等领域应用潜力的官能团。更具体地说，目前需要提供具有可控芯吸速率、生物分子结合能力、化学反应性和离子选择能力的多孔聚合物材料。
4.发明概述
本发明提供多层涂布材料及其制造方法。具体的方法顺序地采用聚电解质溶液进行溶液处理。
本发明的材料可用于各种各样领域，如过滤器、薄膜、侧流膜、结合垫、萃取材料和血液分离材料。本发明的材料可经济和/或均一地生产并可表现出一种或多种下列性能：永久亲水性或疏水性；高密度官能团；有限的渗出；对各种试剂如蛋白质或其他生物分子的强和/或特异性结合能力；可控和/或狭窄的孔隙率分布；可控和宽的芯吸速率；用于不同领域的挠曲强度。
本发明一个方面提供一种包含基材、第一层和第二层的多层涂布材料。基材包含烧结多孔聚合物材料；第一层包含通过共价键、静电相互作用或其组合结合在基材表面的分子；第二层包含通过共价键、静电相互作用或其组合结合在第一层上的分子。
在一种具体实施方案中，该聚合物材料是聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚砜或尼龙。在另一种具体实施方案中，聚烯烃是乙烯/醋酸乙烯酯、乙烯/丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚1-丁烯、聚苯乙烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯；聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚醋酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其混合物。
在一种实施方案中，多层涂布材料的第一层和第二层的分子独立地选自聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子或其组合。
具体的聚电解质包括但不限于，磷酸盐、聚乙烯酰亚胺、聚(乙烯基咪唑啉)、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚乙烯基胺、聚烯丙基胺、壳聚糖、聚赖氨酸、聚(丙烯酸三烷基铵盐酯)、纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(苯乙烯硫酸)、聚(乙烯基磺酸)、聚(甲苯硫酸)、聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸)、聚谷氨酸、表面活性剂、葡聚糖硫酸酯、透明质酸、肝素、海藻酸、己二酸、化学染料、蛋白质、酶、核酸、肽及其盐、酯和共聚物。
具体中性聚合物包括但不限于，异氰酸酯封端的聚合物、环氧化物-封端的聚合物或羟基琥珀酰亚胺封端的聚合物。更具体地，中性聚合物的例子包括聚氨酯、聚乙二醇和聚硅氧烷。
具体的小分子包括但不限于，十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、磷酸盐、磺酸盐、溴酸盐、磺酸盐、染料、脂类、金属离子或含氟表面活性剂。
具体的生物分子包括但不限于，蛋白质、酶、脂类、荷尔蒙、肽、核酸、低聚核酸、DNA、RNA、糖或多糖。
在本发明多层涂布材料的另一种具体实施方案中，第一层包含聚乙烯酰亚胺的分子，而第二层包含聚丙烯酸、含聚丙烯酸的共聚物或表面活性剂如氟化表面活性剂的分子。替代地，第一层包含聚烯丙基氯化铵的分子，而第二层包含聚乙烯基硫酸盐的分子。
在另一种实施方案中，基材还涂以一个或多个附加层，后者通过共价键、静电相互作用或其组合结合在第二或附加层之一上。例如，基材可涂以3层，其中第一层包含聚乙烯酰亚胺的分子，第二层包含聚烯丙基胺的分子，而第三层包含聚乙烯酰亚胺、聚乙烯基胺或表面活性剂的分子。
本发明另一个方面提供一种生产多层涂布材料的方法。该方法包括通过共价键、静电相互作用或其组合在基材表面上涂布第一层分子；以及通过共价键、静电相互作用或其组合在所述第一层上涂布第二层分子。
在一种具体实施方案中，该方法还包括采用，例如但不限于，化学处理、等离子体放电、电晕放电、电子束及其组合来表面活化该基材。
可用作该方法的基材的具体材料包括但不限于，金属、合金、陶瓷材料、玻璃、碳、硅和聚合物。基材可以是实心或多孔的。具体的基材材料是烧结多孔聚合物。
可用作该方法的基材的具体材料包括但不限于，聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚砜或尼龙。聚烯烃的具体例子包括但不限于，乙烯/醋酸乙烯酯、乙烯/丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚1-丁烯、聚苯乙烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯；聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚醋酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其混合物。
在该方法的另一种具体实施方案中，第一层和第二层的分子独立地是聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子及其组合。在另一种实施方案中，该方法还包括通过共价键、静电相互作用或其组合在第二或附加层上涂布一个或多个附加层分子。
5.附图简述
为更好地理解本发明的各个具体创新方面，可参见下面所描述的附图：
图1提供具有两层涂层的本发明各种不同实施方案的一般示意图，其中构成涂层的分子由圆圈标出，不带加减号的圆圈指的是中性分子，带有“+”的圆圈指阳离子分子或含阳离子部分的分子，而带“-”的圆圈则指阴离子分子或含阴离子部分的分子；
图2画出以不同聚电解质处理的多孔材料的芯吸速率；
图3画出经不同洗涤的以PEI/PAA处理的多孔材料的渗出量；
图4画出以PEI/PAA处理的多孔材料在PBS(磷酸缓冲盐水)和纯水中的渗出量；
图5画出以不同方式处理的多孔材料在不同pH值(在0.01M PBS)的IgG结合量；
图6画出以不同方式处理的多孔材料在不同离子强度下的IgG结合量；
图7画出IgG在各种PEI/PAA处理的多孔材料上的结合量；以及
图8画出IgG在以不同聚电解质处理的多孔材料上的结合量。
6.详细描述
本发明部分地涉及具有多层涂层的材料，特别是具有多层涂层的多孔材料。本发明还涉及制造此种材料的方法以及对多孔和实心材料的表面性质进行改性的方法。本发明的特定材料耐久，具有控制的芯吸性能和独特物理和化学表面性质。
本发明材料可用作过滤器、薄膜、侧流膜、结合垫、萃取材料和血液分离材料。因此，本发明材料的应用领域包括但不限于，过滤和萃取装置、色谱装置如薄层色谱装置、侧流装置、流通器件、快速筛选装置、组合化学矩阵、微流体器件和细胞培养材料。
本发明的特殊材料可经济和/或一致地生产且可表现出一项或多项下列性质：永久亲水性或疏水性；高密度官能团；有限的渗出；对各种试剂如蛋白质或其他生物分子的强和/或特异性结合能力；可控和/或狭窄的孔隙率分布；可控和宽的芯吸速率；用于不同领域的挠曲强度。
本发明材料可制成各种不同厚度和形状的片材或膜。在一种具体实施方案中，该材料的厚度介于约1μm～约10mm。在另一种实施方案中，厚度介于约1μm～约1mm。更具体地说，厚度介于约10μm～约500μm。本发明材料还可根据要求的具体装置和检验项目制成各种不同形状。
在另一种具体实施方案中，本发明材料具有低表面张力，例如，低于约50dyn/cm，更典型地低于约40dyn/cm。在另一些具体实施方案中，该材料包含润湿剂或者经过表面活化，然后涂以一个或多个聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子或其组合的层。官能团可附着到本发明特殊材料的表面，于是可借助共价和/或静电作用将其他分子(例如，目标分子)结合到该表面上。目标分子的例子包括但不限于，酶、蛋白质、细胞、核酸、肽、配体、DNA和RNA。
本发明一种实施方案涵盖的材料表示在图1中。该材料包含一种多孔基材，其至少一个表面涂布了多层涂层。多层涂层的每个层可以是中性(例如，如图1A所示)或者可含有局部和/或净阳离子或阴离子电荷(例如，如图1B、1C、1D、1E和1F所示)。这些层可依靠共价键和/或静电相互作用附着到基材表面并彼此附着。例如，形成直接接触基材的层(第一层)的分子可共价地键合在基材表面，而形成第二表面(第二层)的分子可借助静电相互作用附着到第一表面(例如，如图1B所示)。其他情况包括第一层静电相互作用/第二层共价键合；第一层共价键合/第二层共价键合；第一层静电相互作用/第二层静电相互作用；以及第一和第二层都依靠混合的共价键和静电相互作用。由于形成每层的分子都可借助多个共价和/或静电相互作用粘合在它下面的材料上，故典型的本发明材料具有抗脱层和/或离解的高度稳定涂层。
6.1材料
本发明材料，包括基材和多层涂层，可采用这里描述的方法由例如但不限于下面所讨论的那些材料制成。
6.1.1基材
可用于提供本发明材料的基材可以是实心或多孔的，并以各种各样形状和形式中的任何一种供应。例如，基材可以是块状、薄膜、模塑件、管材、纤维和片材。优选的多孔基材具有约0.001μm～约1000μm，更优选约0.01μm～约500μm，最优选约0.1μm～约200μm的平均孔隙尺寸。
实心和多孔基材可由各种各样的材料制成，例如但不限于：金属(例如，铜、银、金、铝、锌和铁)；合金；玻璃；陶瓷；碳黑；二氧化硅；硅；和聚合材料或塑料。这里所使用的术语“多孔材料”或“多孔基材”是指这样的材料或基材，它具有带有一个或多个孔的表面或具有不平、波浪起伏，或者不光滑或平坦的表面，例如，织物、非织造布、压缩的、穿孔的，或腐蚀的材料或基材。
一种本发明具体基材是烧结的多孔聚合物或塑料。多孔聚合物材料通常可由各种不同热塑性和热固性材料利用本领域已知的方法，例如但不限于，烧结和流延制成。按照本发明，多孔聚合物材料通过烧结方法制成，正如本文将讨论的。因此，适合作基材的聚合物是可烧结形成片材或膜状多孔材料的那些。适宜热塑性或热固性材料的例子包括但不限于，聚烯烃、尼龙、聚碳酸酯、硝基纤维素、玻璃纤维和聚醚砜。
适合本发明的聚烯烃的例子包括但不限于，乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)；乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)；聚乙烯，例如但不限于，低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)以及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)；聚丙烯；乙丙橡胶；三元乙丙橡胶；聚苯乙烯；聚1-丁烯；聚2-丁烯；聚1-戊烯；聚2-戊烯；聚(3-甲基-1-戊烯)；聚(4-甲基-1-戊烯)；1，2-聚-1，3-丁二烯；1，4-聚-1，3-丁二烯；聚异戊二烯；聚氯丁二烯；聚醋酸乙烯酯；聚偏二氯乙烯；聚偏二氟乙烯；聚四氟乙烯；及其混合物和衍生物。
具体的EVA材料包括但不限于，Equistar(休斯敦，德克萨斯)制造的Microthene MU和Microthene FE系列中的那些，例如，Microthene MU763-00(9％醋酸乙烯酯)和Microthene FE532-00(9％醋酸乙烯酯)。具体的EMA材料包括但不限于，埃克森化学公司(BatonRouge，路易斯安纳)制造的Optema TC系列中的那些，例如，OptemaTC-110(21.5％丙烯酸甲酯)。具体的聚乙烯材料包括但不限于，埃克森化学公司制造的Exact系列中的那些，例如，Exact SLX-9090、Exact3024、Exact 3030、Exact 3033、Exact 4011、Exact 4041、ExactSLP-9053、Exact SLP-9072和Exact SLP-9095。LDPE的具体例子包括但不限于，杜邦公司(Wilmington，特拉华)制造的20系列中的那些，例如，20系列20、20系列20-6064、20系列2005、20系列2010和20系列2020T。LLDPE的具体例子包括但不限于，埃克森化学公司制造的Exact系列中的那些，例如，Exact 3022和Exact 4006。HDPE的具体例子包括但不限于，埃克森化学公司制造的Escorene HX系列中的那些，例如，Escorene HX-0358。
超高分子量聚乙烯包括但不限于分子量大于约1,000,000的UHMWPE。就典型而言，UHMWPE在正常试验程序中不显示可测定的流动速率。参见美国专利3,954,927。超高分子量聚乙烯与其他聚乙烯相比还趋于具有较高的机械性能，包括但不限于耐磨、耐冲击和韧性。重均分子量1,000,000或更高的属于所谓UHMWPE一类的聚乙烯通常具有等于或大于约8的特性粘度。UHMWPE的具体例子包括但不限于，Ticona公司(League City，德克萨斯)出售的Hostalen GUR。
聚丙烯包括但不限于，Shulman公司(Akron，俄亥俄)制造的Polyfort系列，例如，FPP 2320E、2321E、2322E、2345E、PP2130和PP2258；BP Amoco公司(亚特兰大，佐治亚)制造的Acctuf系列，例如，Acctuf 3045、Amoco 6014和Amoco 6015；Aristech化学公司(匹兹堡，PA)制造的Aristech系列，例如，D-007-2、LP-230-S和TI-4007-A；BASF热塑性材料(圣保罗，明尼苏达)制造的Borealis系列，例如，BA101E、BA110E、BA122B、BA204E、BA202E和BA124B；Chisso(美国)公司(Schaumburg，伊利诺依)制造的Polypro系列，例如，F1177和F3020；三菱石化公司(东京，日本)制造的Noblen系列，例如，MA8；Montel USA公司(Wilmington，特拉华)制造的Astryn系列，例如，68F4-4和PD451；Montel USA公司(Wilmington，特拉华)制造的Moplen系列，例如，D 50S、D 60P和D78PJ；以及Montel USA公司(Wilmington，特拉华)制造的Pro-fax系列，例如，6723、6823和6824。
一种本发明具体的基材材料是烧结的多孔聚合物材料，它可进行表面活化和/或涂以一个或多个不同材料的层。依制造方法之不同，多孔聚合物材料因此可含有无规和/或准确规定直径和/或各种不同形状和大小的沟道和孔隙的规则排列。
实际上，术语“孔隙”是可具有各种不同含义的人造孔。按照本发明，材料中的孔的平均尺寸、形状和数目可通过截取材料的断面来确定。就本发明目的而言，断面中孔洞和凹陷都视为孔隙。并且，尽管这些孔隙仅有两个维度的尺寸可从断面测定出来，但有关它们第三维度(例如，它们的深度)的信息却可根据垂直于第一维度的第二断面来确定。同样，平均孔隙尺寸、孔容积和/或表面面积可根据利用注汞式孔隙度仪获得的测定结果推算。就本发明目的而言，孔隙尺寸通常指的是它们的平均直径，尽管孔隙本身不一定是球形。
用来形成多孔聚合物材料的孔隙或沟道的具体方法以及所产生的多孔材料的孔隙率(即，平均孔隙尺寸和孔密度)可视最终膜的要求用途而有所不同。也可通过聚合物材料本身来影响要求的基质孔隙率，因为孔隙率可以不同方式影响不同材料的物理性质(例如，抗张强度和耐久性)。
本发明的特定多孔聚合物材料具有介于约0.1μm～约200μm，更具体地约1μm～约50μm，和约1μm～约20μm的平均孔隙尺寸。就本发明目的而言，孔隙尺寸和孔隙密度可采用，例如，注汞式孔隙度仪、扫描电子显微术或原子力显微术来确定。
虽然本发明多孔聚合物材料可由上面所讨论的材料制造，但为此目的也可使用许多其他市售供应的材料。合适的基材可从PorexTechnologies(Fairburn，GA)购得。
6.1.2涂层
本发明多层涂层包含至少两层，其中第一层附着(例如，靠共价键和/或静电作用)在基材表面，而其中第二层则附着(例如，靠共价键和/或静电作用)在第一层上。采用本文所公开的方法和材料，正如本领域技术人员所知，可在第二层顶面及其彼此之间粘附上附加层(例如，靠共价键和/或静电作用)。
本发明基材可涂以一个或多个涂层，从而使材料适合用于多种多样领域，例如，分析检测。在一种具体实施方案中，烧结的多孔塑料基材在涂布前接受表面活化处理，正如本文所讨论的。
可用作第一层、第二层或进一步的附加层的材料例子包括但不限于，带电聚合物或聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子及其组合。某些带电聚合物含有净阳离子或阴离子电荷，或者局部阳离子或阴离子电荷(例如，两性离子)，或者，当附着或沉积在基材和/或涂布基材的层表面时提供净或局部电荷。例如，各层可由有机或无机盐形成。
可用来形成本发明涂层的有机材料包括但不限于，有机聚合物、单体和生物分子。优选的有机材料含有净和/或局部阳离子或阴离子电荷。优选直接附着在基材表面的有机材料是聚合物，例如但不限于，单一和共聚物(例如，无规、接枝和嵌段共聚物)。本发明涂层中使用的聚合物的分子量介于约100～约5M，优选约10,000～约2M。
用于形成第一、第二和附加层的具体材料例子是含有净阳离子或阴离子电荷或者局部阳离子或阴离子电荷(例如，两性离子)，或者当附着或沉积在基材和/或涂布基材的层上时可提供净或局部电荷的那些材料。例如，各层可由有机或无机盐形成。
可用来直接附着在基材表面的材料包括聚合物，例如但不限于，单一和共聚物(例如，无规、接枝和嵌段共聚物)。本发明涂层中使用的聚合物的分子量介于约100～约5M，优选约10,000～约2M。
在本发明一种具体实施方案中，用于第一层和第二层的材料彼此独立地包括下列材料中的一种或多种：表面活性剂、磷酸盐、聚乙烯酰亚胺(PEI)、聚(乙烯基咪唑啉)、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚乙烯基胺、聚烯丙基胺、壳聚糖、聚赖氨酸、聚(丙烯酸三烷基铵盐酯)、纤维素、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸、聚(苯乙烯硫酸)、聚(乙烯基磺酸)、聚(甲苯硫酸)、聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸)、聚谷氨酸、葡聚糖硫酸酯、透明质酸、肝素、海藻酸、己二酸、化学染料、蛋白质、酶、核酸、肽及其盐或酯。更具体地说，第一层的材料包括聚乙烯酰亚胺、聚(乙烯基吡咯烷酮)或其组合。
含有阳离子电荷的聚合物或共聚物的例子包括含有氮和磷的季化基团的那些、含有伯和仲胺基团的聚合物。这些聚合物在一定pH值范围的溶液内可带电。具体例子包括但不限于，表面活性剂、聚乙烯酰亚胺(PEI)、聚(乙烯基咪唑啉)、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚乙烯基胺、聚烯丙基胺、壳聚糖、聚赖氨酸、聚(丙烯酸三烷基铵盐酯)、纤维素，以及它们的盐。
含有阴离子电荷的聚合物或共聚物的例子包括但不限于，聚丙烯酸(PAA)及其钠盐、聚甲基丙烯酸及其钠盐、聚(苯乙烯磺酸)(PSSA)及其钠盐、含磺酸化或羧酸基团的纤维素、聚乙烯基磺酸、聚甲苯硫酸、聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸)及其酯、聚谷氨酸、葡聚糖硫酸酯、透明质酸、肝素、海藻酸、己二酸、羧甲基纤维素钠(CMC)、阴离子电荷的聚合物表面活性剂以及含有磷酸盐基团的分子。
既含有阳离子又含有阴离子部分的聚合物和共聚物也可用来提供本发明材料。例如，约1～约99％聚合物重复单元可含有阳离子部分，优选约20～80％。两性聚合物(例如，约50％重复单元含有阳离子基团，以及50％含有阴离子基团的聚合物)也可使用。聚合物和共聚物可具有各种不同的电荷密度(即，电荷与重复单元数目之比)。例如，可使用电荷密度为约1～100％，优选约20～约100％的聚合物。
中性聚合物也可用来形成本发明多层涂层，尤其是能与其他层的组分或与基材表面在诸如本文讨论的那些条件下形成共价键的聚合物。此种中性聚合物的例子包括但不限于：异氰酸酯封端的聚合物，包括聚氨酯和聚乙二醇(PEG)；环氧化物-封端的聚合物，包括PEG和聚硅氧烷；以及羟基琥珀酰亚胺封端的聚合物。
小分子也可用来提供本发明的层和涂层。本发明涵盖的具体小分子的分子量介于约10～约10,000。更具体地说，小分子的分子量介于约50～约2,000，和约50～约1,000。优选的小分子带有电荷。小分子的例子包括但不限于，表面活性剂，例如，Zonyl表面活性剂(杜邦)、SURFYNOL(Air Product)、FLUORAD(3M)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、磷酸盐、磺酸盐、溴酸盐、磺酸盐、染料、脂类和金属离子。小分子还包括其他特定表面活性剂如阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂和含氟表面活性剂。
本发明涂层也可由生物分子制成。优选的生物分子含有净或局部电荷。生物分子的例子包括但不限于，蛋白质、酶、脂类、荷尔蒙、肽、核酸、低聚核酸、DNA、RNA、糖以及多糖。蛋白质的例子包括但不限于，免疫球蛋白G(IgGs)，和白蛋白如牛血清白蛋白(BSA)和人血清白蛋白。
6.2材料的制造方法
本发明材料可采用本文所描述的方法轻易地制成。在一种具体方法中，基材的表面利用化学处理、等离子体、电子束(e-束)和/或电晕放电等技术上已知的方法进行活化处理。该活化通过使化学键断裂而形成亲水和/或化学活性部分，例如但不限于，羟基、胺和羧酸基团，来改变表面性质。当然，形成的具体基团将取决于基材表面的化学组成和其活化所采用的方法和条件。经常是，疏水塑料表面的活化将提供一种亲水、带电荷表面。
可用来活化基材表面的各种方法当中，等离子体处理和电晕放电优选用于塑料，特别是多孔塑料表面的活化。可用于提供带负电荷的多孔塑料表面的等离子体包括但不限于，氩、氧、氮、甲醇、环氧乙烷和丙酮的等离子体。可用于提供带正电荷的表面的等离子体包括但不限于，氨和乙二胺。随基材组成、其尺寸，特别是所用等离子体之不同，获得要求表面所需要的时间也将不同。典型的时间可从约1min到约1h。类似地，获得要求等离子体所需要的功率通常将从约50W到约1000W。
6.2.1烧结
本发明的一种具体实施方案采用通过烧结制成的多孔塑料基材。许多制造多孔聚合物的烧结方法可用来成形本发明烧结的多孔聚合物材料。烧结是这样一种过程，它通过加热将分离的颗粒，例如，聚合物颗粒熔结在一起。例如，聚合物颗粒可首先压紧在模具或其他容器或基材中。随后，颗粒被加热到通常仅使颗粒外表面或外壳熔融的温度。然后，颗粒在此温度熔结在一起并冷却到较低温度，例如，室温，结果形成一种烧结产品。
在一种具体实施方案中，聚合物颗粒采用水下造粒制成，例如，公开在美国专利申请号09/447,654，Yao等人，1999-11-23中，在此将其内容收作参考。
按照本发明一种实施方案，首先形成包含聚合物材料(例如，像节6.1中讨论的聚合物颗粒)和其他任选材料(例如，润湿剂和表面活性剂)的混合物。这些材料优选呈粉末形式，并进行混合以保证每种粉末在整个混合物均匀分布。随后，混合物被加热到材料的烧结温度，任选在压力下，结果提供一种烧结的多孔聚合物材料。
本领域技术人员懂得，多孔聚合物材料的平均孔隙尺寸将至少部分地取决于，聚合物材料的平均颗粒尺寸、烧结期间的烧结温度以及施加在混合物上的压力——若加压的话。若其他任选材料的颗粒加入的话，小于多孔材料的平均孔隙尺寸，则它们在烧结过程期间将被困在材料的孔隙内并粘附在这些孔隙的壁上。若其他任选材料的颗粒加入的话，大于多孔材料的平均孔隙尺寸，则它们将作为夹杂物被结合在多孔材料中。
烧结可发生在实心支持体上或在模具内，结果产生一种可裁切成要求形状的最终产品。若该自-密封介质所要求的形状复杂，则优选使用模具。
6.2.2表面活化
为涂布某些基材的表面，优选在施涂之前对表面进行活化处理。
基材表面的活化可采用技术上已知的一种或多种方法，例如但不限于，化学处理、等离子体放电、电子束(e-束)放电和电晕放电。该活化通过使化学键断裂而形成亲水和/或化学活性部分，例如但不限于，羟基、胺和羧酸基团来改变表面性质。正如本领域技术人员所知，形成的特定基团将取决于基材表面的化学组成和其活化所采用的方法和条件。经常是，疏水塑料表面的活化将提供一种亲水、带电荷表面。
可用来活化基材表面的各种方法当中，等离子体处理和电晕放电特别适合本发明基材的活化。可用于提供带负电荷的多孔塑料表面的等离子体包括但不限于，氩、氧、氮、甲醇、环氧乙烷和丙酮的等离子体。可用于提供带正电荷的表面的等离子体包括但不限于，氨和乙二胺。随基材组成、其尺寸，特别是所用等离子体之不同，获得要求表面所需要的时间也将不同。典型的时间可从约1min到约1h。类似地，获得要求等离子体所需要的功率通常将从约50W到约1000W。
6.2.3涂布
本发明基材，不论表面经过活化与否，可涂以各种材料。当基材是一种烧结的多孔聚合物材料时，该基材可能已经含有固体润湿剂，它是在制造/烧结加工期间加入的。适合用于本发明的润湿剂包括但不限于，表面活性剂和亲水聚合物。
润湿剂也可通过溶液涂布方法，例如但不限于，浸涂、喷涂和/或清洗，涂布到基材表面。
具体地说，涂布方法包括将基材浸渍/浸泡在溶液中。正如本领域技术人员所知，涂布方法所采用的装置和时间取决于涉及的具体材料和润湿剂。就典型而言，涂布，例如，浸渍约0.5～约50min的时间已足以提供一个涂层。在某些情况下，涂布时间从约2～约20或约2～约10min就足够了。涂布以后，材料可随后进行干燥和/或清洗，此后，它还可再涂布，若要求的话。
在本发明的一种具体实施方案中，用作基材的烧结多孔聚合物材料被涂以聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子或其组合。更具体地说，聚合物材料在涂布前被表面活化。
表面活化的基材与一种将在基材表面形成第一层的材料的溶液进行接触。具体合适的溶液是阳离子或阴离子聚合物溶液。该溶液可以是水基的，但有机溶剂也可使用。具体例子是水、乙醇、异丙醇及其混合物的溶液。活化表面与溶液之间的接触在足够温度下维持足够时间以便在基材表面形成第一层。具体地说，层的形成靠的是基材表面的官能团与溶液中分子之间的共价键和/或静电相互作用。
基材表面的官能团与溶液中分子之间的相互作用可通过所用溶剂的类型、温度、pH和偶合剂(例如，DCC和EDC)的加入予以调节。例如，高pH和偶合剂浓度可促使基材与第一涂层之间形成共价键。
形成涂层的基材从溶液中取出之后，将它放在超声波浴中洗涤，例如以去离子水。典型的洗涤时间将随着用于形成第一层的溶剂和材料而不同，但通常等于或小于约10min。洗涤、单层涂布的基材可任选地进行干燥(例如，在高温下)。高温促进共价键的形成。
单涂层基材接着与第二溶液接触。优选的是，该第二溶液所含分子带有与形成第一层的分子相反的电荷，因此第二层通过静电相互作用粘附在第一层上。然而，第一层也可由具有官能团的分子形成，该官能团，经过或不经过活化，能与形成第二层所使用的分子上的官能团起反应。形成的双层涂布的基材从第二溶液中取出后，它优选地洗涤和干燥(例如，在高温下)。
用以形成第一和第二层的溶液的具体例子包括但不限于，浓度介于约10ppm～约100,000ppm的聚电解质溶液。正如本领域技术人员所知，任何具体溶液的浓度将取决于用以形成给定层的聚合物分子量、电荷密度和分子类型。较高分子量分子的溶液通常所要求的浓度比较低分子量分子所要求的低。类似地，高离子密度聚合物要求的浓度通常比较低。一般，生物分子在带有相反电荷的表面表现出高固定化，特别是当介质具有低离子强度时。
静电相互作用通常是带不同电荷聚电解质之间最重要的相互作用之一，尤其在络合物生成期间。不同聚电解质还可在其官能团之间生成共价键。例如，PEI中的氨基基团可与PAA中的羧酸基团形成酰胺键。共价键的生成、强度和耐久性也取决于溶剂类型、温度、pH和偶合剂。PEI和PAA以及偶合剂的比例也影响生成共价键的百分率。偶合试剂，例如，二环己基碳二亚胺(DCC)和1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)可用来加速此种反应。
不同涂层情况的例子包括：基材与第一层之间的静电相互作用和第一层与第二层之间的共价键；基材与第一层之间的共价键和第一层与第二层之间的共价键；基材与第一层之间的静电相互作用和第一层与第二层之间的静电相互作用；和第一和第二层都依靠混合的共价键和静电相互作用。由于形成每层的分子都可借助多个共价和/或静电相互作用粘合在它下面的材料上，故典型的本发明材料具有抗脱层和/或离解的高度稳定涂层。另外，本发明多涂层的高稳定性导致涂层的低溶解度并从而提供低渗出的涂层。
在本发明的一种具体实施方案中，其中基材预先经过表面活化处理，并还含有2个顺序涂布的层，第一层含有聚乙烯酰亚胺(PEI)的分子，而第二层含有聚丙烯酸、含聚丙烯酸的共聚物或表面活性剂如含氟表面活性剂的分子。替代地，第一层含有聚烯丙基氯化铵的分子，而第二层含有聚乙烯基硫酸盐的分子。具体表面活性剂包括但不限于，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂和含氟表面活性剂。
表面任选地活化和令其与一种或多种化合物的溶液在足以在该表面形成一个层的条件下接触的过程，可反复进行以获得2个以上的层。于是，不同厚度、密度和均一的多层涂层可附着到各种不同基材的表面。
例如，在本发明一种实施方案中，基材如烧结多孔聚合物材料，经过表面活化，并还含有2个顺序涂布的层。该材料进而涂以一个或多个附加层，它们通过共价键、静电相互作用或其组合粘合在第二或附加层上。在一种具体实施方案中，其中聚合物材料被涂以3层，第一层包含聚乙烯酰亚胺的分子，第二层包含聚丙烯酸的分子，第三层包含聚乙烯酰亚胺、聚乙烯基胺或表面活性剂的分子。
本发明材料的制造常常要求在基材表面形成官能团。然而，许多本发明材料的使用价值也依赖于最终产品表面上的化学部分的数量和类型。本发明的方法可提供具有各种各样化学活性官能团的基材。例如，可引入到塑料(例如，多孔塑料)基材表面上的官能团包括氨基基团(包括伯、仲和叔胺)，可在中性pH值下带正电荷。氨基官能多孔材料可这样制造：在多孔材料上涂布PEI或其他含氨基聚电解质；以等离子体、e-束或电晕放电对材料进行预活化，然后以含氨基聚电解质如PEI和其他含氨基正电荷聚电解质对多孔材料进行溶液处理；或者以含氨基正电荷电解质对已经涂布了带负电荷聚电解质如PAA的多孔材料进行溶液处理。
羧酸基团可通过以PAA或其他含羧酸聚电解质溶液处理带正电荷的多孔材料而引入到多孔材料上。就典型而言，带正电荷的材料或者是已用带正电荷聚电解质处理过，或者是在氨溶液或氨等离子体中经过了活化处理。
硫酸官能团可通过以PSSA或其他含硫酸聚电解质溶液处理带正电荷多孔材料而引入到多孔材料上。就典型而言，带正电荷的材料或者是已用带正电荷聚电解质处理过，或者是已在氨溶液或氨等离子体中经过了活化处理。
聚乙二醇(PEG)分子可用含有带相反电荷官能团的PEG分子处理带电荷多孔材料而被涂布到带电荷多孔材料上。例如，具有羧酸官能团的PEG分子可涂布到用PEI涂布过的多孔材料上。
生物分子也可涂布到本发明基材上。例如，生物素，即一种可特异地结合到抗生素蛋白和链霉抗生素蛋白上的小生物分子，可通过以含有与多孔材料相反电荷的生物素衍生物处理带电多孔材料而引入到该多孔材料上。
许多多糖含有电荷，并可提供供细胞生长和收获的良好基质。这些带电荷多糖，如肝素、壳聚糖和CMC，可通过以多糖处理带相反电荷多孔材料而引入到该多孔材料上。
氟烷基基团，例如全氟烷基基团，可通过以含有相反电荷的氟烷基分子处理带电荷的多孔材料而被引入到该多孔材料上。
6.3材料的特征和试验
本发明一种优选的实施方案含有基材和至少两个聚合物涂层，其中聚合物之一含有阳离子电荷，而另一种聚合物含有阴离子电荷。例如，PEI和PAA，PEI和PSSA。不拟囿于理论，但据信，第二、带相反电荷的层在第一层上的附着可提供一种涂层，它比单独第一层稳定得多，因为这两层之间存在着大量静电相互作用并且该材料的溶解度低。
本发明还涵盖具有附着在基材(优选多孔塑料基材)表面的3或更多个层组成的多层涂层的材料。此种多层复合材料例如可通过反复施涂带相反电荷的化合物来构筑。此种复合材料包括但不限于：PEI/PAA/PEI/PAA/...，PEI/PAA/聚烯丙基酰胺/聚苯乙烯磺酸盐/...，PEI/蛋白质/PAA/蛋白质/...，以及PEI/生物分子/PAA/生物分子/...(其中“...”代表可能存在附加层)。
视具体材料的用途而定，各种各样小和大分子可用来提供本发明涂层。下面讨论几种类别此类分子的不同效应。
6.3.1金属离子
小金属和有机离子可固定到由基于带电荷聚合物的第一层所提供的基材内。许多金属离子可与PEI或PAA络合，而某些离子(尤其是高度带电的)可固定在本发明材料的层中：此类络合物的例子包括但不限于：PEI/PAA/金属离子/PEI/...和PEI/阴离子离子/PEI/...。
由于大多数聚电解质是重金属离子的优异配体，故本发明材料可包括俘获重金属离子的阳离子或阴离子聚合物的层。无机离子也可用来将不同聚电解质层桥连到多孔材料上。例子包括但不限于：PEI/天然带电离子/PEI/负电荷离子/PEI/和PEI/PAA/正电荷离子/PAA/正电荷离子。表1显示铜离子能对本发明多孔塑料基材料的颜色产生的影响：
表1：铜离子在多孔塑料上的固定
  表面 氧等离子体   PEI   PEI/PAA   PAA   PAA/PEI
  颜色     白   蓝   深蓝   浅蓝   深蓝
6.3.2染料分子
结合到层内或用于形成一个或多个涂层的小分子包括有机或无机染料，特别是带电荷的染料。此种染料可用于提供可用作化学反应、pH和其他环境状态的指示剂的材料。
大多数染料分子是带电荷的分子并具有与聚电解质的强相互作用。染料分子可通过聚电解质涂层固定到多孔材料上。固定后的染料可为多孔材料提供要求的颜色和光学性质。固定在多孔材料上的染料的颜色改变提供将多孔材料用作传感器的应用可能。
表2：在经不同处理的多孔塑料上的染料的Rf值
    Rf     Rf     Rf
表面   尼罗蓝(阳离子) 朱红(阴离子) 吖啶橙(阳离子)
氧等离子体     0     0.8     0
PEI     0.65     0.1     0.5
PEI/PAA     0     0.2     0.2
6.3.3表面活性剂
小带电荷有机表面活性剂也可结合到本发明材料中，并可用于提供疏油多孔材料和控制多孔材料在不同溶剂中的芯吸速率。表面活性剂与带电聚合物的组合可产生渗出性很小的稳定疏油表面。
具有负电荷的小分子表面活性剂可固定到带正电荷的聚电解质涂布的多孔塑料，例如，PEI涂布的多孔材料上。具有正电荷的小分子表面活性剂可固定到负电荷聚电解质涂布的多孔塑料，例如，PAA涂布的多孔材料上。
两性小分子表面活性剂可固定到任何种类聚电解质涂布的多孔塑料，包括，负、正和络合物聚电解质涂层上。
表3：Zonyl表面活性剂处理的多孔塑料的芯吸速率*
表面氧等离子体PEIPEI/PAA         PSN       FS62           PSA          PSK          FSP
  水140120100     乙醇120110110   水120270360     乙醇160270320     水360否否     乙醇140140245 水否80150     乙醇22014090   水否否否     乙醇2601020否
*数值的单位是s/4cm。“No”表示不发生芯吸。
6.3.4.生物分子
生物分子也可用于在实心和多孔基材上形成一个或多个涂层，从而提供可用于，例如但不限于，亲和力结合检验法、PCR底物和给药装置的材料。就本发明意义而言，生物分子包括但不限于，蛋白质、酶、肽、DNA和RNA。优选的生物分子是局部带电生物分子，它们可依靠静电附着到结合在本发明基材上的第一或后续层上。生物分子可吸附在带电第一或后续层表面上(例如，形成本发明材料的最外层)，直接吸附在基材上形成材料的第一层，或者被包夹在两层或更多层之间。当然，正如任何其他可用来提供本发明材料的分子一样，特定生物分子如何以及被结合到材料中的什么部位，则取决于材料的预期用途以及生物分子本身(例如，其尺寸、结构和电荷)。
例如，带负电荷生物分子可直接吸附到带正电荷表面的层上，例如，PEI，并可被另一层聚电解质，例如PAA或PEI进一步稳定化。带负电荷生物分子也可与PAA在本发明基材顶面用于形成第一或后续涂层的溶液中混合。此种混合物可提高形成本发明材料的生物分子的化学和物理(例如，渗出倾向)稳定性。类似地，具有明确阳离子和阴离子封端的生物分子可结合到络合物中，例如但不限于，PEI/生物分子/PAA。
多个以生物分子为基础的层也可利用本发明方法制备。例子包括但不限于：PEI/带负电荷生物分子/PEI/带负电荷生物分子/...以及PEI/PAA/带正电荷生物分子/PAA/带正电荷生物分子。
6.4.应用
本发明材料具有广泛用途。例如，本发明的特定材料表现出稳定和一致的芯吸速率，且在纯水中表现出的渗出很有限。此种材料可用于过滤和其他液体传递装置。
本发明还包括疏油-涂布的材料。例如，多孔塑料可采用本发明方法制备，该材料具有聚电解质(例如，PEI)的第一涂层，和由含电荷氟化表面活性剂构成的带相反电荷的第二涂层。此种材料可用于充气器件以及其他允许空气透过但不让液体透过的器件。
本发明材料还可用于促进各种分子的传递、筛选、萃取、分离或纯化，包括生物分子。例如，多孔塑料基PEI/PAA材料的生物分子结合能力高度依赖于溶液介质，因此可用于从溶液中提取特定生物分子。生物分子从本发明材料中的释放还可利用对周围溶剂条件的依赖性，例如但不限于，对pH和离子强度来控制。因此，本发明材料可用于生物分子的提纯、DAN/RNA提取、生物流体的净化、侧流器件、微流体器件和快速筛选装置。
本发明材料还可在不允许化学渗出和污染的各种不同领域中，包括医用领域中用作过滤器。本发明多孔塑料基PEI/PAA材料在水溶液中表现出有限的渗出。色谱术是本发明材料的另一个可应用的领域。例如，材料可用来制造预处理-柱以除掉HPLC(高压液相色谱)设备和TLC(薄层色谱)板中的杂质和污染物。该材料还可用作离子交换柱。本发明材料可应用的最后一个非限定性例子是任何需要导电多孔塑料的领域。此种塑料可能对化学和生物检验技术特别有用。
7.实例
7.1.实例1：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在0.1％或1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在一定浓度0.1％或1％PAA(Aldrich，523925，MW250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.2.实例2：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以电晕放电(Corotech，Corotreator)在200W条件下预活化2min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在0.1％或1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在一定浓度0.1％或1％PAA(Aldrich，523925，MW250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.3.实例3：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚-DL-天冬氨酸钠盐(Sigma，47789-3，MW 3000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.4.实例4：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚(苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)钠盐(Sigma，43455-8，MW 20,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.5.实例5：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚(乙烯基硫酸钠盐)(Sigma，27842-4)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.6.实例6：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.01％羧甲基纤维素钠盐(Sigma，41913-1，MW 250,000)0.01M PBS溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.7.实例7：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在0.01％壳聚糖(Sigma，44887-7)10％乙酸水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.01％羧甲基纤维素钠盐(Sigma，41913-1，MW250,000)0.01M PBS溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.8.实例8：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氨等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PAA(Sigma，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.9.实例9：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(Sigma，40903-0，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚(乙烯基硫酸钠盐)(Sigma，27842-4)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.10.实例10：亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％聚(盐酸烯丙基胺)(Sigma，28322-3，MW 15,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚(乙烯基硫酸钠盐)(Sigma，27842-4)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.11.实例11：多层带正电荷亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在0.1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％PAA(Sigma，MW250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。该PAA涂布的多孔材料浸泡在0.1％PEI(BASF，MW750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.12.实例12：多层带负电荷亲水表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在0.1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％PAA(Sigma，MW250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。该PAA涂布的多孔材料浸泡在0.1％PEI(BASF，MW750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。该PEI涂布的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％PAA(Sigma，MW250,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.13.实例13：疏油表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％FSP(杜邦)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.14.实例14：疏油表面
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％全氟-1-辛烷磺酸的四乙基铵盐(Sigma，36528-9)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.15.实例15：半导体多孔塑料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％聚(苯胺磺酸)(Sigma，52328-3，MW 10,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.16.实例16：共价键合聚电解质络合物
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在一定浓度0.1％PAA(Sigma，MW 250,000)、0.2％二环己基碳二亚胺(DCC)(Sigma，D8000-2)DMF(二甲基甲酰胺)溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.17.实例17：涂以阴离子染料分子的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％阴离子染料，如朱红S钠盐(Sigma，P3504)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.18.实例18：涂以阳离子染料分子的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PAA(Sigma，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。涂布的多孔材料随后浸泡在0.1％阳离子染料，如Acridin Orange(吖啶橙)(Sigma，A6014)乙醇-水溶液中。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.19.实例19：涂以聚乙二醇的材料(离子相互作用)
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PEG-丙酸(Shearwater，2M3T0P01)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.20.实例20：涂以聚乙二醇的材料(共价相互作用)
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PEG-丙酸(Shearwater，3T3T0F02)、1％二环己基碳二亚胺(DCC)(Sigma，D8000-2)DMF溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.21.实例21：涂以阴离子表面活性剂的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％十二烷基硫酸钠(Aldrich，7 1726F)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.22.实例22：涂以阳离子表面活性剂的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PAA(Sigma，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。涂布的多孔材料随后浸泡在十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)(Aldrich，(26876-3)乙醇-水溶液中。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.23.实例23：涂以生物素的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，30％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％磺基-NHS-LC-LC-生物素(Pierce，21338)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.24.实例24：涂以脂类的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％Fumonisin B1(Sigma，F1147)或L-血溶磷脂酸(Sigma，L7260)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.25.实例25：涂以核酸的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在0.1％乌苷5’-三磷酸钠盐(Sigma，G8877)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.26.实例26：涂以蛋白质的材料
多孔塑料片材，由Porex公司制造(孔隙尺寸7μm，35％孔隙容积)以氧等离子体(EURO PLASMA CD600PC)在100W、120mm汞柱条件下预活化5min。片材变成了亲水的并具有60s/4cm的芯吸速率。该预活化的多孔塑料片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔塑料片材随后浸泡在1％PAA钠盐(Aldrich，523925，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。处理的物料浸泡在室温的0.1％山羊IgG(Sigma，I5256)达2h。随后，该多孔材料以去离子水洗涤1min，3次。最终产品在室温进行干燥。
7.27.实例27：陶瓷多孔材料的亲水表面
多孔陶瓷片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔片材随后浸泡在1％PAA(Aldrich，523925，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.28.实例28：金属多孔材料的亲水表面
多孔金属片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔片材随后浸泡在1％PAA(Aldrich，523925，MW 250,000)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.29.实例29：疏油陶瓷材料
多孔陶瓷片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔片材随后浸泡在1％FSP(杜邦)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.30.实例30：疏油金属材料
多孔金属片材浸泡在1％PEI(BASF，MW 750,000)乙醇-水溶液中达10min。随后，涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下清洗5min。该洗涤程序重复3次。清洗的多孔片材随后浸泡在1％FSP(杜邦)乙醇-水溶液中达10min。涂布的片材以100倍水在超声波浴(VWR)中、室温下洗涤5min。该洗涤程序重复3次。处理的片材在室温进行干燥。
7.31.实例31：芯吸特征
本发明各种多孔材料的亲水性可通过试验它们的芯吸速率来研究。例如，试样(0.5×5cm条)一端浸没到0.5cm深的试验溶液中。可测定特定溶液沿试样条上吸规定长度(例如，4cm)所需要的时间。标准接触角测定法可用来确定不芯吸的材料的疏水性。
系统地试验了PEI/PAA系统处理的T3材料的芯吸速率和稳定性。结果表明，等离子体/PEI/PAA系统处理的T3材料具有比氧等离子体处理以及等离子体/PEI和等离子体/PAA处理的T3材料快的去离子水芯吸速率。最重要的改进来自芯吸速率的稳定性。仅以等离子体处理的T3材料在室温或高温贮存期间变回到疏水性。PEI或PAA单独处理虽将改进T3材料的芯吸稳定性；但是，它们在高温下的芯吸速率仍然部分地下降。PEI/PAA系统处理的T3材料表现出非常稳定的芯吸速率，即便在高温下。
表4：不同陈化处理的多孔材料的芯吸速率
时间(h)    温度(℃)  等离子体  1％PEI    1％PEI-0.1％PAA  0.1％PEI-1％PAA
0          60        38        36        30               40
3          60        240       60        35               35
120        60        不芯吸    54        36               38
240        60        不芯吸    62        35               39
460        60        不芯吸    60        34               39
另外，图2显示以PEI络合的各种聚电解质以s/4cm为单位的芯吸速率测定值。图2中使用的聚电解质是聚(苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)(PSSA-co-MA)、聚(钠-4-苯乙烯磺酸)(PS-4-SS)、聚(苯乙烯-交替-马来酸)、聚(乙烯醇-共聚-醋酸乙烯酯-共聚-衣康酸)(PVA-co-VA-co-IA)、聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸单乙酯)(PMVA-交替-MAME)、聚(乙烯基磺酸)(PVSA)、聚(苯乙烯-共聚-马来酸)(PS-co-MA)以及聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸)(PMVE-交替-MA)。
7.32.实例32：抗渗出
渗出是用于多孔材料的表面改性材料和添加剂常见的现象。涂布分子的渗出将缩短作为过滤器件的使用寿命并限制多孔材料在严格管制的医疗领域以及高度敏感的色谱术领域的应用。不同分子可采用各种各样分析方法定量地测定渗出量。可用于确定渗出的方法例子包括以下方法：
(i)聚电解质：聚电解质和其他分子的定量渗出可采用UV-VIS(紫外-可见光谱)和HPLC方法确定。聚电解质，例如PEI，可与有机染料分子如Bradford试剂形成络合物。此种新络合物可采用UV-VIS分光光度计来定量确定。聚电解质还可采用凝胶渗透色谱术(GPC)或尺寸排阻色谱(SEC)方法定量确定。
(ii)生物分子：生物分子的渗出可采用HPLC、质谱术(MS)确定。还可采用UV-VIS确定生物分子渗出，倘若该生物分子能催化某种化学反应的话。诸如辣根过氧化物酶(HRP)和与四甲基-联苯胺(TMB)的催化化学反应。
(iii)小有机分子和表面活性剂：有机小分子和表面活性剂的渗出通常可采用HPLC或UV-VIS确定，倘若在UV-VIS范围内存在吸收的话。
(iv)无机离子：UV-VIS和ICP-MS方法可测定无机离子的渗出量。
为获得永久亲水多孔塑料，通常将固体形式表面活性剂施涂到多孔塑料上。一般地，超过50％施涂的表面活性剂会被从多孔塑料基质中洗掉。例如，若多孔塑料具有0.15％表面活性剂在其中，则有0.075％表面活性剂将渗出到溶液中，也就是表面活性剂的50％。
PEI、PEI/PAA和PAA/PEI络合物体系的渗出量可采用UV-VIS通过与Bradford试剂起反应来确定。该方法在水溶液中显示亚PPM的灵敏度。一般地，PEI和PEI/PAA络合物的渗出量取决于聚电解质溶液浓度、洗涤方法、洗涤溶液pH值和离子强度。
就PEI和PEI/PAA络合物处理的T3多孔材料而言，PEI和PEI/PAA络合物的渗出对PEI或PAA浓度不敏感，倘若多孔材料进行彻底洗涤的话。
表5：PEI在纯水中的渗出量
   样品       PEI(0.1-1％)  PEI/PAA(0.1-1％)  PAA/PEI(0.1-1％)  表面活性剂(0.15％)渗出量      80μg/g       26μg/g           100μg/g          750μg/g渗出百分率  0.50％        0.15％            0.60％            50％
PEI/PAA顺序处理可显著降低PEI的渗出。在1％PEI/1％PAA、1％PEI/0.1％PAA、0.1％PEI/1％PAA和0.1％PEI/0.1％PAA之间观察不到渗出量的显著差异。
PEI/PAA络合物的渗出也依赖于洗涤方法。PEI施涂和PAA施涂以后进行彻底洗涤步骤将显著减少渗出量。图3显示两种不同洗涤的PEI/PAA处理的T3材料的渗出量(微克/克)。样品1是三次振动洗涤；样品2是一次非振动洗涤。如图所示，样品1表现出比样品2显著小的渗出。
PEI/PAA络合物在不同pH值和离子强度下具有不同溶解度。不同表面在不同洗涤溶液条件下表现出不同的渗出。PEI涂布的多孔塑料在纯水中显示高于在PBS中的渗出；PEI/PAA络合物涂布的多孔塑料在PBS中显示较高渗出；而仅涂以PAA的多孔塑料在纯水中表现出较高渗出(PBS，0.01M，0.15M NaCl)(图4)。
PEI/PAA处理的T3材料显示在纯水和PBS缓冲条件下远低于表面活性剂处理的T3的渗出。PEI的总渗出量仅相当于总固定的PEI，也就是50％施涂的表面活性剂的约1～2％。
应当指出，当数量小于0.1ppm时，PEI/PAA的渗出通常是检测不出的。
7.33.实例33：蛋白质的结合
蛋白质的结合是通过将经过不同处理的多孔材料浸泡在蛋白质溶液中进行的，溶液中，一部分蛋白质预先以酶或放射活性同位素做了标记。就酶标记的蛋白质而言，化学底物与酶发生反应并生成具有特定UV吸收带的新化学物质。通过测定新生化学物质在特定波长的吸收可算出多孔材料上的酶活性和数量。就放射活性同位素标记的蛋白质而言，多孔材料上的蛋白质数量可通过测定辐射量来测定。
IgG结合量可利用在经过不同处理的T3多孔材料上的酶标记山羊抗兔IgG来检测。结果表明，经不同处理的T3材料的IgG结合量在不同pH(0.01M PBS，0.15M NaCl)下是不同的。数据指出，未处理的T3的IgG结合量随着pH值的提高而减少，而氧等离子体处理的T3表现出的IgG结合量则不受pH值影响。PEI处理的T3多孔材料在pH7表现出最高IgG结合量。PEI/PAA和PAA处理的T3多孔材料都表现出随pH值提高，IgG结合量降低。PEI/PAA络合物处理的T3多孔材料表现出强的pH依赖的IgG结合能力，这对于蛋白质的提取和分离来说是一项好的性质。结果载于图5，其中表示出未处理(T3)、氧等离子体处理(O2)、PEI处理、PEI-PAA处理和PAA处理的T3材料在不同pH值(即，6、7和8)下的表面IgG结合量。
图6显示经不同处理的T3多孔材料在不同离子强度(去离子水、0.01M PBS缓冲剂、0.1M PBS缓冲剂，分别折合0、0.15和1.5的离子强度)下的IgG结合能力(pH7)。数据表明，未处理的T3多孔材料和氧等离子体处理的T3多孔材料不具有离子强度依赖的IgG结合。PEI处理的T3多孔材料在0.15的离子强度具有最高IgG结合量。PEI/PAA和PAA处理的T3材料显示，从离子强度0到离子强度0.15，显著的IgG结合量下降。然而，在0.15和1.5离子强度之间的差异很小。PEI/PAA络合物处理的T3多孔材料表现出离子强度依赖的IgG结合能力，这对蛋白质提取和分离来说是一项好性质。
图7显示蛋白质(IgG)在经不同处理的材料上的结合情况。该材料的平均孔隙尺寸为10μm，结合能力试验是在pH值为7.18进行的。
图8显示蛋白质(IgG)在经不同聚电解质处理的材料上的结合情况。该材料的平均孔隙尺寸为7μm，结合能力试验是在pH值为7进行的。
正如本领域技术人员很容易理解的，本发明不限于上面提供和附图中画出的细节。替代地，本发明应参考以下权利要求以获得最好的理解。

Claims (25)

1.一种包含基材、第一层和第二层的多层涂布材料，其中基材包含烧结多孔聚合物材料；第一层包含通过共价键、静电相互作用或其组合结合在基材表面的分子；第二层包含通过共价键、静电相互作用或其组合结合在第一层上的分子。
2.权利要求1的材料，其中聚合物材料是聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚砜或尼龙。
3.权利要求2的材料，其中聚烯烃是乙烯/醋酸乙烯酯、乙烯/丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚1-丁烯、聚苯乙烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯；聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚醋酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其混合物。
4.权利要求1的材料，其中第一层和第二层的分子独立地选自聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子或其组合。
5.权利要求4的材料，其中聚电解质是磷酸盐、聚乙烯酰亚胺、聚(乙烯基咪唑啉)、季铵化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚乙烯基胺、聚烯丙基胺、壳聚糖、聚赖氨酸、聚(丙烯酸三烷基铵盐酯)、纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(苯乙烯硫酸)、聚(乙烯基磺酸)、聚(甲苯硫酸)、聚(甲基乙烯基醚-交替-马来酸)、聚谷氨酸、表面活性剂、葡聚糖硫酸酯、透明质酸、肝素、海藻酸、己二酸、化学染料、蛋白质、酶、核酸、肽或其盐、酯和/或共聚物。
6.权利要求5的材料，其中聚电解质是聚乙烯酰亚胺、聚(乙烯基吡咯烷酮)或其共聚物。
7.权利要求4的材料，其中中性聚合物是异氰酸酯封端的聚合物、环氧化物-封端的聚合物或羟基琥珀酰亚胺封端的聚合物。
8.权利要求7的材料，其中中性聚合物是聚氨酯、聚乙二醇或聚硅氧烷。
9.权利要求4的材料，其中小分子是十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、磷酸盐、磺酸盐、溴酸盐、磺酸盐、染料、脂类、金属离子或含氟表面活性剂。
10.权利要求4的材料，其中生物分子是蛋白质、酶、脂类、荷尔蒙、肽、核酸、低聚核酸、DNA、RNA、糖或多糖。
11.权利要求4的材料，其中第一层包含聚乙烯酰亚胺的分子，而第二层包含聚丙烯酸、含聚丙烯酸的共聚物或表面活性剂的分子。
12.权利要求11的材料，其中第二层包含氟化表面活性剂。
13.权利要求4的材料，其中第一层包含聚烯丙基氯化铵的分子，而第二层包含聚乙烯基硫酸盐的分子。
14.权利要求4的材料，其中基材还涂有一个或多个附加层，它们通过共价键、静电相互作用或其组合结合在第二层或附加层之一上。
15.权利要求14的材料，其中基材涂有3层，第一层包含聚乙烯酰亚胺的分子；第二层包含聚烯丙基胺的分子；而第三层包含聚乙烯酰亚胺、聚乙烯基胺或表面活性剂的分子。
16.一种生产多层涂布材料的方法，包括：
通过共价键、静电相互作用或其组合在基材表面上涂布第一层分子；
通过共价键、静电相互作用或其组合在所述第一层上涂布第二层分子。
17.权利要求16的方法，还包括对基材进行表面活化。
18.权利要求17的方法，其中表面活化是借助化学处理、等离子体放电、电晕放电、电子束或其组合实现的。
19.权利要求16的方法，其中基材是多孔的。
20.权利要求16的方法，其中基材是金属、合金、陶瓷材料、玻璃、碳、硅或聚合物。
21.权利要求20的方法，其中聚合物是烧结的多孔聚合物。
22.权利要求20的方法，其中聚合物是聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚砜或尼龙。
23.权利要求22的方法，其中聚烯烃是乙烯/醋酸乙烯酯、乙烯/丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚1-丁烯、聚苯乙烯、聚2-丁烯、聚1-戊烯、聚2-戊烯、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1，2-聚-1，3-丁二烯、1，4-聚-1，3-丁二烯；聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚醋酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其混合物。
24.权利要求16的方法，其中第一层和第二层分子独立地选自聚电解质、表面活性剂、中性聚合物、小分子、生物分子或其组合。
25.权利要求16的方法，还包括通过共价键、静电相互作用或其组合在第二层或附加层上涂布一个或多个附加层分子。
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