TW201803948A - 一種抗生物分子沾黏材料及其製造方法 - Google Patents

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本發明提供一種抗生物分子沾黏材料及其製造方法，該抗生物分子沾黏材料包含一基材和一塗佈層，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物。其次，本發明亦提供該抗生物分子沾黏材料的製造方法。

Description

一種抗生物分子沾黏材料及其製造方法
本發明係關於一種抗生物分子沾黏材料及其製造方法，特別是關於一種由一基材和一塗佈層所構成的抗生物分子沾黏材料，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面上，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物。其次，本發明亦提供該抗生物分子沾黏材料的製造方法。
在材料領域，生醫材料的抗生物分子沾黏特性是一重要的課題。然而，習知技術通常是使用如聚乙二醇(PEG)的聚合物以物理性的吸附方式使生醫材料表面暫時具有抗生物分子沾黏的效果。但是由於生醫材料材質的多樣性和表面化學惰性的特質，因而導致物理性吸附的抗生物分子沾黏效果無法達到產業的要求且安定性不佳。因此，在目前的生醫材料領域缺乏一個具有高效率且能夠全面性將各類生醫材料進行改質的抗生物分子沾黏技術。
綜上所述，對於開發一種抗生物分子沾黏材料及其製造方法，該抗生物分子沾黏材料所使用的原始基材是各類多樣性的材質且製造方法可全面性的在各類多樣性的材質表面形成抗分子沾黏結構界面是亟需突破和具有極大潛力的技術，上述技術特別是應用在新穎的生醫材料領域。但是，在目前的產業技術領域仍欠缺相關的材料設計和技術，以克服解決目前相關產業上所面臨的問題。
鑒於上述之發明背景，為了符合產業上之要求，本發明之目的之一在於提供一種抗生物分子沾黏材料，特別是關於一種由一基材和一塗佈層所構成的抗生物分子沾黏材料，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面上，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物。其次，本發明亦提供該抗生物分子沾黏材的製造方法。
本發明之第一目的在於提供一種抗生物分子沾黏材料，該抗生物分子沾黏材料包含一基材和一塗佈層，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物，且該共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間。
於一實施例，上述之具有環氧基的單體包含：烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
於一實施例，上述之之具有雙離子官能基的單體包含：磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
於一較佳實施例，上述之共聚物的平均分子量是在11kDa~30kDa之間，該共聚物可達到更好的抗生物分子沾黏效果。
於一較佳實施例，上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))。
於一較佳實施例，上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35；於一更佳實施例，當上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.2~0.3時，本發明之抗生物分子沾黏材料具有更好的抗生物分子沾黏 效果。
本發明之第二目的在於提供一種抗生物分子沾黏材料製造方法，該製造方法包括：提供一基材；進行一活化程序在該基材表面導入一官能基，該官能基包含：羥基、胺基和硫醇基；提供一共聚物，該共聚物係由一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成，且上述之共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間；和進行一反應使上述之共聚物和上述基材表面之官能基產生共價鍵而形成一抗生物分子沾黏材料，其中上述之反應是在酸鹼值1~5或8~11的環境下進行。
於一實施例，上述之基材包含玻璃、金屬、金屬氧化物、陶瓷、矽晶圓和塑膠。
於一實施例，上述之活化程序包含：表面電漿處理程序、臭氧處理程序、化學改質程序和紫外線照射程序。
於一實施例，上述之具有環氧基的單體包含：烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
於一實施例，上述之具有雙離子官能基的單體包含：磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸 酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
於一較佳實施例，上述之共聚物的平均分子量在11kDa~30kDa之間，該共聚物可達到更好的抗生物分子沾黏效果。
於一實施例，上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))，且該聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35。
於一較佳實施例，上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.2~0.3時，本發明之抗生物分子沾黏材料具有更好的抗生物分子沾黏效果。
於一實施例，上述反應之酸鹼值8~11是藉由加入一三級胺調整，該三級胺包含三乙基胺。
根據本發明上述之目的，本發明係提供一種抗生物分子沾黏材料，特別是關於一種由一基材和一塗佈層所構成 的抗生物分子沾黏材料，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面上，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物。其次，本發明亦提供一種上述之抗生物分子沾黏材料的製造方法，該方法是使上述塗佈層之環氧基和一經由活化程序產生特定官能基的基材表面產生共價鍵，該方法係為一抗生物沾黏接枝法，可全面的在各類多樣性的基材形成雙離子結構界面，因而有極大的潛力應用在各種高級材料的抗生物分子沾黏，特別是生醫材料的表面雙離子化改質技術。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發明的施行並未限定於該領域之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的組成或步驟並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。
根據本發明的第一實施例，本發明提供一種抗生物 分子沾黏材料，該抗生物分子沾黏材料包含一基材和一塗佈層，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物，且該共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間。
於一實施例，該抗生物分子沾黏材料的水接觸角小於30度，較佳地，上述之抗生物分子沾黏材料的水接觸角小於10度。
於一實施例，上述之具有環氧基的單體包含烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
於一實施例，上述之之具有雙離子官能基的單體包含磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
於一較佳實施例，上述之共聚物的平均分子量是在11kDa~30kDa之間，該共聚物可達到更好的抗生物分子沾黏效果。
於一較佳實施例，上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetainemethacrylate))。
於一較佳實施例，上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35；於一更佳實施例，當上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.2~0.3時，本發明之抗生物分子沾黏材料具有更好的抗生物分子沾黏效果。
上述之抗生物分子沾黏材料可廣泛的應用在醫療器材領域。於一具體實施例，上述之醫療器材係為一牙科醫療器具，該牙科醫療器具的基材係為一金屬或金屬氧化物，該抗生物分子塗佈層所包含之共聚物係為聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))，該共聚物藉由共價鍵結固定在上述之金屬或金屬氧化物的表面且該共聚物的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.23±0.04，同時，該上述共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))的平均分子量是24.9kDa。本具體實施例所述 之牙科醫療器具在相對的纖維蛋白元吸附百分比(Relative fibrinogen adsorption)小於5%；而其他非本發明的金屬類材料，其相對的纖維蛋白元吸附百分比(Relative fibrinogen adsorption)皆大於20%。據此，本發明的抗生物分子沾黏材料相較於習知技術和相關材料具有無法預期之功效。
本發明之第二目的在於提供一種抗生物分子沾黏材料的製造方法，該製造方法包括以下步驟：提供一基材；進行一活化程序在該基材表面導入一官能基，該官能基包含羥基、胺基和硫醇基；提供一共聚物，該共聚物係由一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成，且上述之共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間；和進行一反應使上述之共聚物和上述基材表面之官能基產生共價鍵結而形成一抗生物分子沾黏材料，其中上述之反應是在酸鹼值1~5或8~11的環境下進行。
於一實施例，上述之基材包含玻璃、金屬、金屬氧化物、陶瓷、矽晶圓和塑膠。
於一實施例，上述之活化程序包含：表面電漿處理程序、臭氧處理程序、化學改質程序和紫外線照射程序。
上述之活化程序的目的是在基材的表面上導入一官 能基，特別是在表面為化學惰性的基材，如聚四氟乙烯或聚苯乙烯。本發明方法所提供的活化程序可在基材的表面導入不同的官能基。
於一實施例，該基材表面藉由臭氧處理程序或紫外線照射程序導入羥基。
於另一實施例，上述之基材表面可藉由化學改質程序導入胺基或是硫醇基。
於一實施例，上述之具有環氧基的單體包含：烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
於一實施例，上述之具有雙離子官能基的單體包含：磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
於一較佳實施例，上述之共聚物的平均分子量在11kDa~30kDa之間，該共聚物可達到更好的抗生物分子沾黏效果。
於一實施例，上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidylmethacrylate)-co-poly(sulfobetainemethacrylate ))，且該聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35。
於一較佳實施例，上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.2~0.3時，本發明之抗生物分子沾黏材料具有更好的抗生物分子沾黏效果。
於一實施例，上述反應之酸鹼值8~11是藉由加入一三級胺調整，該三級胺包含三乙基胺。
於一具體實施例，上述之抗生物分子沾黏材料的製造方法是用於製造抗生物分子沾黏的聚苯乙烯，該方法包含以下步驟： 提供一聚苯乙烯(polystyrene)製成的基材；藉由臭氧處理程序使該聚苯乙烯(polystyrene)製成的基材的表面產生羥基；提供一聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))，且該聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基 丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.23，且其平均分子量是24.9kDa；和在三乙胺作為催化劑的條件下進行環氧基的開環反應使上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))和表面具有羥基的聚苯乙烯(polystyrene)基材產生共價鍵結，而製成一具有抗生物分子沾黏性質的聚苯乙烯材料。
以下範例係依據上述實施例所述之內容所進行的實驗，並據此做為本發明的詳細說明。
範例一：合成聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))，上述共聚物以Gm-Sn表示，其中m及n分別表示甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)及甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(SBMA)在製備上述共聚物時所使用的莫耳比例，例如G20-S80表示GMA對於SBMA的莫耳比例為20：80。
範例一的反應方程式如下所示：
將不同莫耳比例的GMA和SBMA溶解混合於甲醇和水中並且攪拌均勻形成1M濃度的反應溶液，接著在氮氣下加入起始劑AIBN(Azobisisobutyronitrile)再攪拌升溫至60℃反應6小時後，以冰浴降溫終止反應並且持續攪拌至白色固體沉澱析出，上述之白色固體再溶解於水中並用甲醇純化，最後再經過冷凍乾燥得到白色結晶粉末。
表一是不同莫耳比例的GMA和SBMA所合成的(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))共聚物的各項特性分析；其中平均分子量(Mw)是利用GPC(gel-permeation chromatography)測量，而所合成的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))中聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidylmethacrylate))/PGMA和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetainemethacrylate))/PSBMA的莫耳比值(MA)是利用氫核磁共振圖譜(H1-NMR in D2O)在不同的化學位移(δ)之特徵波峰的相對面積比例進行估算，上述共聚物的氫核磁共振圖譜如第1圖所示，其中聚甲基丙烯酸縮水甘 油酯(poly(glycidyl methacrylate))中的環氧基(epoxide)在該氫核磁共振圖譜之化學位移(δ)2.9和3.6ppm的位置具有兩個特徵波峰；而聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))中的雙離子官能基團中的(CH3)2N+在上述之氫核磁共振圖譜中的化學位移(δ)3.2~3.4ppm的位置具有一個特徵波峰。
a The molar ratio was showed with the relative value between monomers and initiator.The mole of initiator was set as 1 mole compare to monomers.b Average molecular weight of the poly(GMA-co-SBMA)copolymers was estimated by gel permeable chromatography(GPC)and calibrated with polyethyleneoxide(PEO).c Composition of the poly(GMA-co-SBMA)copolymers was estimated by 1H NMR in D2O from the relative peak area of epoxidegroupof the PGMA in the rangeof δ at 2.9 and 3.6ppm and that of(CH3)2N+ proton resonance of the PSBMA side groups in the range of δ at 3.2 and 3.4ppm.
範例二：製備含有聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))塗佈層的抗生物分子沾黏材料。
在本範例中使用的基材分別為矽晶圓、玻璃、鈦金屬、不鏽鋼和聚苯乙烯。首先，利用紫外線照射或臭氧處理程序在上述基材的表面導入羥基，然後將範例一所合成的共聚物和三乙胺配製成一塗佈水溶液，接著將上述表面已導入羥基的基材浸入上述的塗佈水溶液中並在80℃進行反應24小時，然後取出經過接枝反應處理的基材，該經過接枝反應處理的基材就是本發明所述的抗生物分子沾黏材料。
範例二所製備的抗生物分子沾黏材料之表面特性分析： 本發明之抗生物分子沾黏材料的表面特性分析包括水接觸角測量、X射線光電子光譜法(XPS)表面結構分析、 掃描式電子顯微鏡分析和共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))在抗生物分子沾黏材料上的堆積密度(packing density)分析。
水接觸角(water contact angle)是利用接觸角自動測量儀(Model CA-VP,209 Kyowa Interface Science Co.,Ltd.,Japan)進行測量，其步驟如下：一滴4ul體積的水滴放置在所製備的抗生物分子沾黏材料上，在25℃下以接觸角自動測量儀進行測量。所得之水接觸角測量值是取三個不同位置的測量值，並計算其平均值。以矽晶圓為基材並以不同的共聚物Gm-Sn所製備的抗生物分子沾黏材料的水接觸角數值曲線如第2圖所示。
X射線光電子光譜法(XPS)分析係用以分析材料的表面結構。第3圖是範例二以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料的XPS光譜圖和未經處理的基材的XPS光譜圖，經由比較可明顯看到以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料在束縛能約為402eV時有N1s的特徵峰，且在束縛能約為168eV時有S2p的特徵峰，據此證明共聚物G20-S80確實以共價鍵結固定在基材表面上。
第4圖是以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗 生物分子沾黏材料的掃描式電子顯微鏡圖和未經處理的基材的掃描式電子顯微鏡圖，經由比較可明顯看到以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料的表面結構和未經處理的基材表面不同，進一步經由影像處理軟體計算分析可得到第5圖的表面結構分析結果。
共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))在抗生物分子沾黏材料上的堆積密度(packing density)分析是利用UV-vis吸收光譜測量共聚物中丙烯酸酯官能基在波長220nm的吸收波峰，經由計算得到共聚物塗佈固定在基材上的堆積密度(ng/cm2)。
堆積密度(packing density)=表面溶質重(ng)/單位面積(cm2)
於一範例，當以共聚物G20-S80作為塗佈層，並在三乙胺作為催化劑的條件下分別和經活化程序後的矽、玻璃、鈦、不鏽鋼和聚苯乙烯基材表面進行反應接枝並產生共價鍵結所製備而成的抗生物分子材料的相關實驗分析數據如表二所示，由表二可明顯得知本發明的抗生物分子沾黏材料的水接觸角相較於沒有處理的基材皆大幅減少，同時相對纖維蛋白元的吸附百分比(relative fibrinogen adsorption%)均明顯 降低。
本發明所提供的抗生物分子沾黏材料的製造方法可藉由調整反應中共聚物和三乙胺的濃度進一步優化所製備的抗生物分子沾黏材料的效果。
如第6圖所示，當反應條件中的共聚物G20-S80的濃度是10mg/ml，三乙胺的濃度是100ul/ml時，所製造的抗生物分子沾黏材料可以達到約140ng/cm2的表面覆蓋量，此表面覆蓋量即為共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))在抗生物分 子沾黏材料上的堆積密度(packing density；ng/cm2)。同時上述製造的抗生物分子沾黏材料具有小於10%的相對纖維蛋白元的吸附百分比。
共聚物G20-S80所製備的抗生物分子沾黏材料對於各種生物分子的抗沾黏效果實驗
範例三：纖維蛋白元吸附實驗
首先，準備一具有表面電漿共振功能(surface plasmon resonance)的生物感測器，該生物感測器利用波長的位移測量材料表面的物質吸附量，其中當上述波長的位移是1nm時，材料表面對待測物質(如共聚物或蛋白質)的吸附量約為15ng/cm2。其次，蛋白質的沾黏實驗亦可利用習知技術，如酵素免疫分析法(ELISA)進行分析。
實驗結果如第7圖所示，根據第7圖得知當共聚物G20-S80的濃度是10mg/ml，三乙胺的濃度是100ul/ml時，上述條件所製備的抗生物分子材料的共聚物G20-S80在基材上的表面覆蓋量是201ng/cm2，且纖維蛋白元的表面覆蓋量僅為0.13ng/cm2。相較於沒有使用三乙胺的製程條件所製備的抗生物分子材料，其共聚物G20-S80在基材上的表面覆蓋量僅為92ng/cm2，而纖維蛋白元的表面覆蓋量更高達5.54ng/cm2。根據以上實驗數據，具體證明使用三乙胺在本 發明所提供的抗生物分子材料的製造方法中能大幅降低纖維蛋白元在該抗生物分子材料表面上的沾黏而具有無法預期的效果。
第8圖是在各種不同基材和反應條件下，並以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子材料的相對纖維蛋白元吸附百分比和水接觸角的實驗數據，由第8圖證明使用三乙胺作為催化劑的抗生物分子沾黏材料的製造方法適用於各種不同材質的基材。
範例四：血球樣品貼附實驗
血球樣品貼附實驗是將待測材料放入24孔培養皿中，加入1%的磷酸緩衝液(PBS)在37℃培養3小時，再加入血球樣品，然後再於37℃培養2小時後，取出上述之待測材料，經過清洗和固定程序後，使用雷射共軛焦雷射掃瞄式電子顯微鏡(Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM)觀察血球樣品在待測材料表面上的貼附情況，並利用軟體進行不同血球細胞樣品之貼附數目的量化。
實驗結果如第9圖和表三所示，當以共聚物G20-S80作為塗佈層，並在三乙胺作為催化劑的條件下分別和經活化程序後的矽、玻璃、鈦、不鏽鋼和聚苯乙烯基材所製備的材料具有最低的血小板和紅血球貼附量。
範例五：組織細胞貼附實驗
組織細胞貼附實驗是使用人類纖維母細胞(HT-1080)作為測試對象，將待測材料和人類纖維母細胞(HT-1080)一起培養24小時後，取出待測材料經過固定、清洗和標記程序再以螢光顯微鏡觀察人類纖維母細胞(HT-1080)在待測材料上的貼附情況，同時利用軟體進行組織細胞貼附的量化。
實驗結果如第10圖和表四所示，當以共聚物G20-S80作為塗佈層，並在三乙胺作為催化劑的條件下分別和經活化程序後的矽、玻璃、鈦、不鏽鋼和聚苯乙烯(polystyrene)基材所製備的材料具有最低組織細胞貼附量。
範例六：細菌貼附實驗
細菌貼附實驗是以大腸桿菌(E.Coli)做為測試對象，首先進行大腸桿菌的培養，培養到最後的細菌溶液濃度為106cells/mL，取1ml的細菌溶液加入放有待測材料的容器中，經過24小時後，取出待測材料，經過清洗和染色程序，以榮光顯微鏡分析大腸桿菌的貼附量。
實驗結果如第11圖和表五所示，當以共聚物G20-S80作為塗佈層，並在三乙胺作為催化劑的條件下分別和經活化程序後的矽、玻璃、鈦、不鏽鋼和聚苯乙烯基材所製備的材料具有最低大腸桿菌貼附量。
上述的各種生物分子的抗沾黏效果實驗數據皆為6重複的平均數據，同時進行變異數統計分析(ANOVA)和student’s t-test，其信心區間是95%。
醫療器材的實際應用
以共聚物G20-S80作為塗佈層，並在三乙胺作為催化劑的條件下分別和經活化程序後的口腔鏡的鏡面、金屬手術刀表面和聚苯乙烯製的醫療材料進行接枝反應後的醫療器材進行大腸桿菌和血球樣品貼附實驗，其結果如第12圖和表六所示，經上述條件處理後的醫療器材具有明顯的抗生物分子沾黏的效果。
第13圖顯示本發明所提供的抗生物分子沾黏材料的製造方法在反應酸鹼值是1~5或8~11的條件下時所製備的抗生物分子沾黏材料的表面水接觸角皆大幅降低至20度以下，並能降低纖維蛋白元的相對吸附量，據此證明，本發明所提供的抗生物分子沾黏材料的製造方法在特定酸鹼值範圍所製造的抗生物分子沾黏材料具有無法預期的功效。
以上雖以特定範例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
第1圖表示本發明共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))的氫核磁共振圖譜；第2圖表示本發明共聚物Gm-Sn所製備的抗生物分子沾黏材料的水接觸角和相對纖維蛋白元的吸附百分比(relative fibrinogen adsorption%)長條圖；第3圖表示範例二以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料的XPS光譜圖和未經處理的基材的XPS光譜圖；第4圖表示本發明共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料的掃描式電子顯微鏡圖和未經處理的基材的掃描式電子顯微鏡圖；第5圖表示本發明共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子沾黏材料的掃描式電子顯微鏡圖和表面結構分析；第6圖表示本發明共聚物G20-S80的濃度是10mg/ml，三乙胺的濃度是100ul/ml時，所製造的抗生物分子沾黏材料的表面覆蓋量及相對纖維蛋白元的吸附百分比(relative fibrinogen adsorption%)長條圖；第7圖表示本發明共聚物G20-S80的濃度是10mg/ml，三乙胺的濃度是100ul/ml時，所製造的抗生物分子沾黏材料的表面覆蓋量及相對纖維蛋白元的吸附量對處理時間的曲線 圖；第8圖表示本發明以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子材料的相對纖維蛋白元吸附百分比和水接觸角的長條圖；第9圖表示本發明以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子材料的血球貼附實驗的雷射共軛焦雷射掃瞄式電子顯微鏡圖和量化長條圖；第10圖表示本發明以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子材料的組織細胞貼附實驗的螢光顯微鏡圖和量化長條圖；第11圖表示本發明以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的抗生物分子材料的細菌貼附實驗的螢光顯微鏡圖和量化長條圖；第12圖表示本發明以共聚物G20-S80作為塗佈層所製備的醫療器材的抗生物分子沾黏的影像圖和量化長條圖；和第13圖表示本發明抗生物分子沾黏材料的製造方法在不同酸鹼值範圍所製造的抗生物分子沾黏材料的水接觸角和相對纖維蛋白元的吸附百分比(relative fibrinogen adsorption%)長條圖。

Claims (18)

  1. 一種抗生物分子沾黏材料，該抗生物分子沾黏材料包含一基材和一塗佈層，該塗佈層藉由一共價鍵結固定在該基材的表面，其中上述之塗佈層包含一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成的一共聚物，且該共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，該抗生物分子沾黏材料的水接觸角小於30度。
  3. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，該基材包含玻璃、金屬、金屬氧化物、陶瓷、矽晶圓和塑膠。
  4. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之具有環氧基的單體包含：烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
  5. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之具有雙離子官能基的單體包含：磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
  6. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之共 聚物的平均分子量在11kDa~30kDa之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物(poly(glycidyl methacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))。
  8. 如申請專利範圍第7項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35。
  9. 如申請專利範圍第8項之抗生物分子沾黏材料，其中上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的莫耳比值是0.2~0.3。
  10. 一種抗生物分子沾黏材料的製造方法，該抗生物分子沾黏材料的製造方法包含：(1).提供一基材；(2).進行一活化程序在該基材表面導入一官能基，該官能基包含：羥基、胺基和硫醇基；(3).提供一共聚物，該共聚物係由一具有環氧基的單體和一具有雙離子官能基的單體所聚合構成，且上述之共聚物的平均分子量在1kDa~3000kDa之間；和(4).進行一反應使上述之共聚物和上述基材表面之官能基產生共價鍵而形成一抗生物分子沾黏材料，其中上述之反應是在酸鹼值1~5或8~11中進行。
  11. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之基材包含玻璃、金屬、金屬氧化物、陶瓷、矽晶圓和塑膠。
  12. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之活化程序包含：表面電漿處理程序、臭氧處理程序、化學改質程序和紫外線照射程序。
  13. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之具有環氧基的單體包含：烷基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸縮水甘油酯。
  14. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之具有雙離子官能基的單體包含磺基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、磺基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸酯、羧基甜菜鹼烷基丙烯酸醯胺和磷酸酯甜菜鹼烷基丙烯酸酯。
  15. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之共聚物的平均分子量在11kDa~30kDa之間。
  16. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之共聚物是聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的共聚物 (poly(glycidylmethacrylate)-co-poly(sulfobetaine methacrylate))，且該聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate))和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼(poly(sulfobetaine methacrylate))的莫耳比值是0.15~1.35。
  17. 如申請專利範圍第16項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之聚甲基丙烯酸縮水甘油酯和聚甲基丙烯酸磺基甜菜鹼的莫耳比值是0.2~0.3。
  18. 如申請專利範圍第10項之抗生物分子沾黏材料的製造方法，其中上述之酸鹼值8~11是藉由加入一三級胺調整，該三級胺包含三乙基胺。
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