TWI789109B - 抗生物沾黏共聚物及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

一種抗生物沾黏共聚物，包含：式(I)所示的結構單元，及式(II)所示的結構單元。其中，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例範圍為20：80至40：60；
Figure 01_image001
式(I)
Figure 01_image003
式(II) R 1及R 2為氫或甲基； X為O或NH； Z為-N +(CH 3) 2-(CH 2) 3-SO 3¯。

Description

抗生物沾黏共聚物及其製備方法
本發明是有關於一種共聚物及其製備方法，特別是指一種抗生物沾黏共聚物及其製備方法。
中華民國專利公告第629320B揭示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基材及藉由共價鍵結固定在該基材的表面的塗佈層。該基材為玻璃、金屬、金屬氧化物、陶瓷、矽晶圓或塑膠。該塗佈層包含共聚物，且該共聚物由具有環氧基的單體和具有雙離子官能基的單體所聚合構成，其中，該雙離子官能基為磺基甜菜鹼基或羧基甜菜鹼基。該生物分子例如纖維蛋白元、血小板、紅血球、組織細胞或大腸桿菌。
該抗生物分子沾黏材料的製造方法包括步驟(1)，提供基材；步驟(2)，進行活化程序，在該基材表面導入官能基，該官能基包含羥基、胺基和硫醇基；步驟(3)，提供共聚物，該共聚物由具有環氧基的單體和具有雙離子官能基的單體所聚合構成；及，步驟(4)，進行反應，使該共聚物和該基材表面的官能基產生共價鍵，形成抗生物分子沾黏材料，其中，該反應是在酸鹼值1~5或8~11的環境下進行。
雖然該共聚物能夠賦予該基材具有抗生物分子沾黏的優點，然而，該共聚物中的環氧基為不穩定的基團，致使該共聚物易發生自交聯反應，而使得該共聚物與該基材的表面官能基的接枝效果不佳，進而影響該抗生物分子沾黏材料的抗生物分子沾黏性。此外，因該共聚物發生自交聯反應，導致有團聚的黏著塊狀物產生，而不利於該共聚物的操作性，致使較難均勻地接枝在該基材上。基於上述，而有必要對該共聚物進行改善。
因此，本發明的第一目的，即在提供一種抗生物沾黏共聚物。
於是，本發明抗生物沾黏共聚物，包含：式(I)所示的結構單元，及式(II)所示的結構單元。其中，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例範圍為20：80至40：60；
Figure 02_image001
式(I)
Figure 02_image003
式(II) R 1及R 2為氫或甲基； X為O或NH； Z為-N +(CH 3) 2-(CH 2) 3-SO 3¯。
本發明的第二目的，即在提供一種抗生物沾黏共聚物的製備方法。
於是，本發明抗生物沾黏共聚物的製備方法，包含以下步驟：使式(a)所示的化合物的雙鍵與式(b)所示的化合物的雙鍵進行反應，
Figure 02_image007
式(a)
Figure 02_image009
式(b) R 3及R 4為氫或甲基； X 1為O或NH； Z 1為-N +(CH 3) 2-(CH 2) 3-SO 3¯； 其中，該式(a)所示的化合物與該式(b)所示的化合物的莫耳比例範圍為20：80至40：60。
本發明的功效在於：透過該式(I)所示的結構單元及該式(II)所示的結構單元，本發明抗生物沾黏共聚物的醛基具有穩定性而不易產生自交聯反應，從而有利於接枝於表面具有胺基的基材上，以至於賦予該基材具有良好的抗生物沾黏性。
以下將就本發明進行詳細說明。
[抗生物沾黏共聚物]
該抗生物沾黏共聚物包含式(I)所示的結構單元及式(II)所示的結構單元。其中，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例範圍為20：80至40：60；
Figure 02_image001
式(I)
Figure 02_image003
式(II) R 1及R 2為氫或甲基；X為O或NH； Z為-N +(CH 3) 2-(CH 2) 3-SO 3¯。
在本發明的一些實施態樣中，該R 1及該R 2為甲基。
在本發明的一些實施態樣中，該X為O。
在本發明的一些實施態樣中，較佳地，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例為20：80。
[抗生物沾黏共聚物的製備方法]
該抗生物沾黏共聚物的製備方法，包含以下步驟：使式(a)所示的化合物的雙鍵與式(b)所示的化合物的雙鍵進行反應，
Figure 02_image012
式(a)
Figure 02_image014
式(b) R 3及R 4為氫或甲基；X 1為O或NH； Z 1為-N +(CH 3) 2-(CH 2) 3-SO 3¯； 其中，該式(a)所示的化合物與該式(b)所示的化合物的莫耳比例範圍為20：80至40：60。
在本發明的一些實施態樣中，該式(a)所示的化合物為CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H。在本發明的一些實施態樣中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的製備方法是使甲基丙烯酸羥乙酯的羥基經氧化反應轉變為醛基而製得。在本發明的一些實施態樣中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的製備方法是使甲基丙烯酸縮水甘油酯的環氧基經氧化反應轉變為醛基而製得。
在本發明的一些實施態樣中，該式(b)所示的化合物為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯(sulfobetaine methacrylate)。
在本發明的一些實施態樣中，較佳地，該式(a)所示的化合物與該式(b)所示的化合物的莫耳比例為20：80。
在本發明的一些實施態樣中，該反應是在氮氣環境下進行。在本發明的一些實施態樣中，該反應的溫度為60℃。在本發明的一些實施態樣中，該反應的時間為6小時。
本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
實施例1
將0.3121克(2.44mmol)的CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H、0.02克的偶氮二異丁腈及11.377克的甲醇混合，形成第一溶液。將2.722克(9.74mmol)的磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯及3.792克的水混合，形成第二溶液。接著，將該第一溶液與該第二溶液混合，且於氮氣環境下加熱至60℃，並在300rpm的攪拌速率下進行6小時的反應，形成包含抗生物沾黏共聚物的第一混合物。將該混合物置於0℃的冰水浴中10分鐘以終止反應，得到一第二混合物，其中，該第二混合物包含黏稠物及未反應的溶液，且該黏稠物包括該抗生物沾黏共聚物。自該第二混合物中去除該未反應的溶液，接著，加入甲醇，使該抗生物沾黏共聚物自該黏稠物中析出，然後，進行過濾，獲得該抗生物沾黏共聚物。依序利用一台真空烘箱及一台冷凍乾燥機，對該抗生物沾黏共聚物進行乾燥處理。
實施例2至實施例3
實施例2至實施例3的製備方法與實施例1大致相同，差別主要在於：在該實施例2中，使用0.4681克(3.654mmol)的CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H及2.382克(8.526mmol)的磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯，其中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H與該磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的莫耳比例為30：70；在該實施例3中，使用0.6242克(4.872mmol)的CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H及2.041克(7.308mmol)的磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯，其中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H與該磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的莫耳比例為40：60。
結構分析：利用紅外線光譜儀及核磁共振光譜儀，對實施例1或/及實施例3的抗生物沾黏共聚物進行量測，結果如圖1及圖2所示。
參閱圖1，於波數為1047cm -1處的訊號峰為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的磺酸基(-SO 3H)、於波數為1648cm -1處的訊號峰為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的四級胺、於波數為1700cm -1處的訊號峰為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的酯基的羰基(-C=O)、於波數為2989cm -1處的訊號峰為CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的醛基的C-H、於波數為1776cm -1處的訊號峰為CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的醛基的羰基(-C=O)，及於波數為1719cm -1處的訊號峰為CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的酯基的羰基(-C=O)，此表示本發明抗生物沾黏共聚物確實被獲得。
參閱圖2，於δ=4.55ppm處的訊號峰為CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H的CH 2=訊號，而於δ=3.09ppm處的訊號峰為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的-N +(CH 3) 2的氫，此表示本發明抗生物沾黏共聚物確實被獲得。
比較例1至比較例2
比較例1至比較例2的製備方法與實施例1大致相同，差別主要在於：在該比較例1中，使用0.1561克(1.218mmol)的CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H及3.062克(10.962mmol)的磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯，其中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H與該磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的莫耳比例為10：90；在該比較例2中，使用0.9362克(7.308mmol)的CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H及1.361克(4.872mmol)的磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯，其中，該CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H與該磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯的莫耳比例為60：40。
應用例1
利用丙酮清洗1cm x 1cm的矽晶片，然後，以氮氣吹乾，得到經清洗的矽晶片。利用一台紫外光臭氧機(UV Ozone；廠牌：智果整合；型號：UVC10)照射該經清洗的矽晶片的表面30分鐘，以使該經清洗的矽晶片的表面帶有氫氧基，形成具有氫氧基的矽晶片，接著，將該具有氫氧基的矽晶片浸入含有5mL的甲苯及0.872µL的3-氨基丙基三乙氧基矽烷的溶液中，並於37℃下反應30分鐘，使該具有氫氧基的矽晶片的氫氧基與該3-氨基丙基三乙氧基矽烷反應，形成表面具有胺基的矽晶片。
將3.0毫克的實施例1的抗生物沾黏共聚物及3.0mL的水混合，形成共聚物溶液，其中，在該共聚物溶液中，該抗生物沾黏共聚物的濃度為1.0mg/mL。將該表面具有胺基的矽晶片浸入該共聚物溶液中，然後，置於一台搖擺烘箱中，且於110rpm旋轉速率下在60℃下反應24小時，形成抗生物沾黏矽晶片。
應用例2至應用例3
應用例2至應用例3的製備方法與應用例1大致相同，差別主要在於：在該應用例2中，該抗生物沾黏共聚物為實施例2；在該應用例3中，該抗生物沾黏共聚物為實施例3。
比較應用例1至比較應用例2
比較應用例1至比較應用例2的製備方法與應用例1大致相同，差別主要在於：在該比較應用例1中，該抗生物沾黏共聚物為比較例1；在該比較應用例2中，該抗生物沾黏共聚物為比較例2。
[評價項目]
將應用例1至應用例3的抗生物沾黏矽晶片、比較應用例1至比較應用例2的抗生物沾黏矽晶片，及比較應用例8的表面具有胺基的矽晶片進行以下評價。為了清楚說明，以下評價項目的測試流程以應用例1作為代表進行描述。
相對蛋白質吸附率量測：將應用例1的抗生物沾黏矽晶片置於1.0mL的磷酸鹽緩衝生理鹽水(phosphate buffered saline)中，並置於一台37℃的熱風循環烘箱中靜置30分鐘，接著，將該磷酸鹽緩衝生理鹽水移除，並利用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗該抗生物沾黏矽晶片3次。然後，將該抗生物沾黏矽晶片浸泡於1mL的牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin)溶液中，並放置於一台37℃的熱風循環烘箱中靜置30分鐘，接著，利用定量吸管將該牛血清白蛋白溶液吸出，並利用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗該抗生物沾黏矽晶片3次。然後，將該抗生物沾黏矽晶片浸泡於1mL的二辛可寧酸(bicinchoninc acid，簡稱BCA)顯影液中，並放置於一台37℃的熱風循環烘箱中靜置30分鐘，形成包含牛血清白蛋白的顯影液，接著，利用定量吸管吸取200µL的該包含牛血清白蛋白的顯影液，並將該包含牛血清白蛋白的顯影液置於96孔盤中，然後，利用一台微量盤式分光光譜儀(Microplate Spectrophotometer；廠牌：BMG LABTECH；型號：SPECTROstar Nano)以波長562nm對該包含牛血清白蛋白的顯影液進行量測，且搭配預先建立好的牛血清白蛋白吸附檢量線，從而計算出該抗生物沾黏矽晶片的表面上的相對蛋白質吸附率。
紅血球貼附量量測：對健康的捐血者進行抽血作業，並將血液輸送至含有檸檬酸鈉(Sodium citrate)抗凝血劑的血袋中，獲得血液樣品。利用離心機對該血液樣品進行離心處理，且該離心處理的離心力為130rcf及時間為10分鐘，並取出下層液。將尺寸為1cm 2的應用例1的抗生物沾黏矽晶片放置於24孔盤(well plate)中，接著，於每個孔中加入1mL的磷酸鹽緩衝生理鹽水(phosphate buffered saline)，然後，放入37℃的培養箱中靜置12小時，接著，自每個孔中移除磷酸鹽緩衝生理鹽水，然後，用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，接著，於每個孔中加入1mL的上述的下層液，然後，放入37℃的培養箱中靜置1小時，接著，自每個孔中移除該下層液，並用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，且不可沖洗到該抗生物沾黏矽晶片的表面，以避免將貼附在該抗生物沾黏矽晶片上的血液被沖刷掉，然後，於每個孔中加入1mL的戊二醛溶液(包括戊二醛及磷酸鹽緩衝生理鹽水，且該戊二醛的濃度為2.5wt%)並靜置3小時，接著，自每個孔中移除該戊二醛並用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，然後，利用拭鏡紙擦乾，獲得待測樣品。利用包含倒立相位差螢光顯微鏡(廠牌：Nexcope；型號：NIB410)的倒立式螢光顯微鏡系統模組(廠牌：Mshot Co.；型號：MSG0)對該待測樣品進行觀測及拍照，然後，利用Image J軟體計算紅血球貼附量。
血小板貼附量量測：對健康的捐血者進行抽血作業，並將血液輸送至含有檸檬酸鈉(Sodium citrate)抗凝血劑的血袋中，獲得血液樣品。利用離心機對該血液樣品進行離心處理，且該離心處理的離心力為1500rcf及時間為10分鐘，並取出包含濃度為1×10 4count/μL以上的血小板的上層液。將尺寸為1cm 2的應用例1的抗生物沾黏矽晶片放置於24孔盤(well plate)中，接著，於每個孔中加入1mL的磷酸鹽緩衝生理鹽水(phosphate buffered saline)，然後，放入37℃的培養箱中靜置12小時，接著，自每個孔中移除磷酸鹽緩衝生理鹽水，然後，用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，接著，於每個孔中加入1mL的上述的上層液，然後，放入37℃的培養箱中靜置1小時，接著，自每個孔中移除該上層液，並用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，且不可沖洗到該抗生物沾黏矽晶片的表面，以避免將貼附在該抗生物沾黏矽晶片上的血液被沖刷掉，然後，於每個孔中加入1mL的戊二醛溶液(包括戊二醛及磷酸鹽緩衝生理鹽水，且該戊二醛的濃度為2.5wt%)並靜置3小時，接著，自每個孔中移除該戊二醛並用磷酸鹽緩衝生理鹽水潤洗三次，然後，利用拭鏡紙擦乾，獲得待測樣品。利用包含倒立相位差螢光顯微鏡(廠牌：Nexcope；型號：NIB410)的倒立式螢光顯微鏡系統模組(廠牌：Mshot Co.；型號：MSG0)對該待測樣品進行觀測及拍照，然後，利用Image J軟體計算血小板貼附量。
水接觸角量測：將2μL的去離子水滴在應用例1的抗生物沾黏矽晶片的表面，然後，利用表面接觸角測量儀(廠牌：FIRST TEN ANGSTROMS；型號：FTA125)測量出水與該抗生物沾黏矽晶片的表面的夾角。
表1
  抗生物沾黏共聚物 表面具有胺基的矽晶片與共聚物溶液的反應
實施例 比較例 CH 2=C(CH 3)-C(O)-O-CH 2-C(O)H與磺基甜菜鹼丙烯酸酯的莫耳比例 分子量(kDa) 濃度(mg/mL) 溫度(℃) 時間 (小時)
應用例 1 1 -- 20：80 46.8 1.0 60 24
2 2 -- 30：70 38.3 1.0 60 24
3 3 -- 40：60 35.0 1.0 60 24
比較應用例 1 -- 1 10：90 32.6 1.0 60 24
2 -- 2 60：40 43.2 1.0 60 24
表2
  相對蛋白質吸附率(%) 水接觸角(度) 紅血球貼附量 (10 4cells/cm 2) 血小板貼附量 (10 4cells/cm 2)
應用例 1 18.24 19.63 1.2 1.7
2 25.99 24.52 1.4 5.2
3 24.27 26.55 2.1 5.5
比較應用例 1 56.11 24.92 4.8 8.9
2 68.35 25.00 3.6 6.8
綜上所述，透過該式(I)所示的結構單元及該式(II)所示的結構單元，本發明抗生物沾黏共聚物的醛基具有穩定性而不易產生自交聯反應，從而有利於接枝於表面具有胺基的基材上，以至於賦予該基材具有良好的抗生物沾黏性，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一紅外線光譜圖，說明本發明實施例1及實施例3的抗生物沾黏共聚物的結構；及 圖2是一核磁共振圖譜，說明本發明實施例1的抗生物沾黏共聚物的結構。

Claims (8)

  1. 一種抗生物沾黏共聚物，包含：式(I)所示的結構單元；及式(II)所示的結構單元，其中，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例範圍為20：80至40：60；
    Figure 110141885-A0305-02-0018-1
     R1及R2為氫或甲基；X為O或NH；Z為-N+(CH3)2-(CH2)3-SO3 -。
  2. 如請求項1所述的抗生物沾黏共聚物，其中，該R1及該R2為甲基。
  3. 如請求項1所述的抗生物沾黏共聚物，其中，該X為O。
  4. 如請求項1所述的抗生物沾黏共聚物，其中，該式(I)所示的結構單元與式(II)所示的結構單元的莫耳比例為20：80。
  5. 一種抗生物沾黏共聚物的製備方法，包含以下步驟：使式(a)所示的化合物的碳碳雙鍵與式(b)所示的化合物的碳碳雙鍵進行反應，
    Figure 110141885-A0305-02-0019-2
     R3及R4為氫或甲基；X1為O或NH；Z1為-N+(CH3)2-(CH2)3-SO3 -；其中，該式(a)所示的化合物與該式(b)所示的化合物的莫耳比例範圍為20：80至40：60。
  6. 如請求項5所述的抗生物沾黏共聚物的製備方法，其中，該式(a)所示的化合物與該式(b)所示的化合物的莫耳比例為20：80。
  7. 如請求項5所述的抗生物沾黏共聚物的製備方法，其中，該式(a)所示的化合物為CH2=C(CH3)-C(O)-O-CH2-C(O)H。
  8. 如請求項5所述的抗生物沾黏共聚物的製備方法，其中，該式(b)所示的化合物為磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯。
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