[发明专利]硅基材料表面生物功能化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基材料表面生物功能化的方法及应用，尤其涉及一种基于天然生物分子对无机硅材料表面生物活性与惰性功能化的方法及其应用。

技术背景

硅基材料作为一种价格低，种类多，用途广，稳定性高，可加工性强的材料，在我们日常生活和科研中随处可见，如单晶硅，玻璃，光纤等，被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。另一方面，硅基材料在生理条件下有良好稳定性和生物相容性，使其在细胞培养、生物芯片、药物输送、抗垢材料等生物医药领域发展出广泛的应用。

在生物医药领域的应用中，通常需要对硅基材料进行生物修饰，使其具备应用所需的生物功能。常用的生物修饰方法主要包括两种，一种是通过氨基硅烷改性后用丁二酸酐引入羧基，利用琥珀酰亚胺活化羧基引入生物分子，但是这种方法仅适用于含有氨基的生物分子，且生物分子偶联率低。另一种方法是通过特定的硅烷偶联试剂，如卤代硅烷偶联剂，环氧基硅烷偶联剂等引入一定的化学官能团，实现生物分子固定，但是这种方法反应专一性高，而且反应过程中需要加热或者加入金属催化剂，可能造成生物分子失活。因此一种反应条件温和、具有广谱适用性的硅基材料生物功能化方法对于硅基材料在生物医药领域的应用有着很大的推动作用。

近些年研究发现乙烯基砜基团在温和条件下能与巯基、氨基和羟基反应，是一种很有潜力的生物分子偶联剂。硅基材料的硅烷偶联剂改性作为一种常用的硅基材料表面改性方法已经被广泛使用，选用两端均含有乙烯基砜基团的分子即可以将生物分子与硅基材料偶联，实现生物分子的化学固定，从而实现硅基材料的生物功能化。

发明内容

本发明旨在提供一种硅基材料表面生物功能化的方法以及由所述方法制得的表面功能化硅基材料，所述的方法是以二乙烯基砜连接由巯基/氨基硅烷偶联剂表面改性的羟基化硅基材料与生物分子的方法。

本发明利用乙烯基砜基团在一定条件下能与巯基、氨基和羟基反应的特性，以二乙烯基砜为偶联剂，在巯基/氨基改性的硅基材料表面引入生物分子，实现材料的生物活性或惰性功能化。该方法使用商业化的巯基/氨基硅烷偶联剂和二乙烯基砜为偶联试剂，无需前处理，可操作性强、重现性高、适用性广；乙烯基砜可以和巯基、氨基、羟基反应，适用生物分子具有广谱性；涉及的反应均在水溶液中进行，条件温和、环境友好；是一种潜力巨大的广谱性硅基材料表面生物功能化方法。

附图说明

本发明附图5幅，其中：

图1：HCG功能化光纤探针对不同浓度HCG抗体与BSA溶液的响应情况。

图2：BSA-HRP和PNA-HRP在乳糖糖基化和未处理玻璃片上的吸附情况。

图3.BSA-HRP和PNA-HRP在乳糖糖基化和未处理玻璃微载体上的吸附情况。

图4.BSA-HRP在半胱氨酸功能化和未处理硅片上的吸附情况。

图5.赖氨酸功能化硅纳米球(●)和未处理硅纳米球(■)在BSA(a)和NBS(b)溶液中水力学直径的变化。

具体实施方式

本发明公开一种以二乙烯基砜连接由巯基/氨基硅烷偶联剂表面改性的羟基化硅基材料与生物分子的硅基材料表面生物功能化的方法。

本发明的硅基材料表面生物功能化的方法中，所述的生物分子是含有巯基、氨基和/或羟基的生物分子；优选含有巯基和/或氨基的生物分子。所述的生物分子选自氨基酸，多肽，蛋白质或糖。优选氨基酸，多肽和蛋白质。更为优选的，本发明所述的生物分子选自含有巯基和/或氨基的氨基酸，多肽或蛋白质。

本发明的硅基材料表面生物功能化的方法中，所述的硅基材料是无机硅材料。具体是指具有硅或氧化硅材料表面，包括但不限于硅片，光纤，玻璃，硅纳米材料，以及以硅或氧化硅材料为包层的材料。

较为具体地，本发明的硅基材料表面生物功能化的方法可描述为：二乙烯基砜反应单元先与硅基材料反应单元和生物分子反应单元中之一反应，所得反应物再与其余一种进行反应；所述的二乙烯基砜反应单元是体积浓度为1～20％(优选5～15％)的二乙烯基砜溶液，溶剂为水或体积浓度5～20％的丙酮-水溶液；所述的硅基材料反应单元是巯基/氨基硅烷偶联剂改性的羟基化硅基材料；所述的生物分子反应单元是生物分子的水溶液。

具体的实施方式之一，所述的方法包括如下步骤：

(1)以巯基/氨基硅烷偶联剂对羟基化硅基材料进行表面改性。

(2)将表面改性的羟基化硅基材料置于二乙烯基砜溶液中，0～40℃保持1～16小时后取出，用水和乙醇清洗；