[发明专利]贻贝粘附和细胞膜抗污双仿生多臂PEG及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种贻贝粘附和细胞膜抗污双仿生多臂PEG的制备方法和将其用于各种基材表面构建抗生物污染涂层的应用，属于生物医用高分子材料的表面改性技术领域。

背景技术

近些年来，由于蛋白质、细胞、细菌等生物污染物引起的血栓、炎症、感染等一系列问题严重限制了各种生物材料的临床应用，因此，有效的解决生物材料表面的生物污染问题是至关重要的。目前，常用的简单易行的抗生物污染表面的构建主要是对现有的生物医用材料进行表面改性，即向基底材料表面涂覆有抗污效果的涂层，通过控制界面来实现抗生物污染(Y. Arima, et al.Adv. Polym. Sci. 2012, 247, 167; R. Yang, et al. Soft Matter2012, 8, 31; S. R. Meyers, et al. Chem. Rev. 2012, 112, 1615.)。

在众多的构建抗污涂层的分子中，聚乙二醇(PEG)备受关注。因其具有大的体积排阻效应，柔性的PEG链可自由运动，有效阻止蛋白质等生物污染物直接接触表面；同时可形成超强的水合层，抑制异体反应中蛋白吸附及变性的发生，进而抑制由此引发的一系列问题(M. Heuberger, et al. Biophys. J. 2005, 88, 495.)。但是，PEG的抗生物污染效果与其在基材表面的覆盖密度是密切相关的，直接将传统意义上的单链PEG固定到材料表面难以达到较高的表面覆盖率。这就使得利用多臂PEG进行表面改性的研究越来越多。多臂PEG有诸多优点，首先其支化的结构可实现高的表面密度，有效提高涂层的抗生物污染能力；其次，多个端基提供了更多的反应位点对其进行修饰改性，使其多功能化。

磷酰胆碱是组成细胞膜基本单元的亲水端基，在外层细胞膜中占重要地位。磷酰胆碱同时带有正、负两种电荷，这种两性离子基团可以与水分子形成非常牢固的水合层；在水环境中可自发迁移富集到表面，形成仿细胞外层膜结构的表面。以磷酰胆碱两性离子聚合物类似于细胞外层膜的结构来实现抗生物污染的机理进行类推，磺酸甜菜碱和羧酸甜菜碱两性离子基团也可实现仿细胞外层膜结构的抗污效果。另有研究表明，磷酰胆碱和PEG在抗蛋白质吸附和血小板粘附方面具有协同效应(M. Tanaka, et al. Tetrahedron Lett.2009, 50, 4092; Y. Iwasaki, et al. Biomaterials2003, 24, 3599.)，故在多臂PEG末端引入磷酰胆碱、磺酸甜菜碱及羧酸甜菜碱等两性离子基团有望获得一种抗生污染效果卓越的表面。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可自发粘附于各种材料表面的贻贝粘附和细胞膜抗污双仿生多臂PEG，该多臂PEG支化的结构可有效解决涂层密度低的问题；PEG部分末端的邻苯二酚基团可通过疏水作用、配位作用、氧化聚合等方式与几乎各种基材表面自发结合，使高度亲水的聚合物涂层在材料表面固定下来；部分臂末端接枝的两性离子基团，由于其自身超强的水合性，在水环境下可自发迁移富集到涂层表面，形成类似于细胞外层膜结构的表面，在聚乙二醇的基础上形成对生物污染物的第二层抵抗屏障，形成两性离子和聚乙二醇双重抗生物污染的表面；部分臂末端也可接枝叶酸功能基团，使其更多功能化。

本发明的另一目的是提供上述双仿生多臂PEG的制备方法。

本发明的实现过程如下：

结构通式(Ⅰ)所示的聚合物，

其中，m为1, 1.5或 2，n为20~100的正整数；

R₁~R₄独立地选自结构式（II）所示的邻苯二酚基，结构式（III）所示的磷酰胆碱基、磺酸甜菜碱基、羧酸甜菜碱基，结构通式（Ⅳ）所示的叶酸衍生小分子基团，

，a为1~5的正整数；

x为5~30的正整数，y为1~10的正整数，z为1~6的正整数，其中x单体的摩尔含量为80%~90%，y单体的摩尔含量为10%~20%；

。