[发明专利]一种在材料表面构建聚合物刷的方法

说明书

本发明提供一种在材料表面构建聚合物刷的方法，包括以下步骤：利用多巴胺溶液对材料表面进行改性构建聚多巴胺介导层；利用ATRP引发剂溶液通过浸涂或喷涂方法在所述含有聚多巴胺介导层的材料上形成引发剂涂层；将所述含有引发剂涂层的材料浸入含有烯基单体、L‑抗坏血酸、CuX₂和2,2‑联吡啶的溶液中，在30～70℃下反应10～24h，即可在材料表面形成聚合物刷涂层，本发明所述构建聚合物刷的方法能够在空气条件下进行，无需脱除氧的步骤，铜盐用量极少，仅为传统ATRP聚合的万分之几，克服了传统ATRP聚合产物潜在的毒性问题，而且能够在任何材料表面形成聚合物刷，简便、普适性强。

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，具体是一种在材料表面构建聚合物刷的方法。

背景技术

材料表面的生物污染几乎是所有生物材料及分离材料应用过程中所面临的主要问题，而表面改性是提高材料表面抗污染的有效方法之一。在材料表面引入卤素引发基团，就可以在催化剂的作用下在材料表面引发这些分子的ATRP聚合。与将聚合物链直接接枝到材料表面相比，表面引发接枝聚合大大提高了材料表面抗生物污染分子的密度以及链的长度，提高了材料表面的抗生物污染特性。

将抗污染材料如聚乙二醇、磷酸胆碱、磺基甜菜碱和羧基甜菜碱通过表面引发原子转移自由基聚合引入到基材表面，可以容易得到具有可控厚度及密集的聚合物刷，并由此实现超低污染表面。然而，传统的ATRP的聚合反应表面改性方法的局限性较大：(1)需要大量的重金属铜盐作催化剂，这不具有成本效益，并且在生物医学应用中具有潜在的毒性问题；(2)ATRP聚合条件包括在无氧条件下密封反应器中复杂的除氧步骤；(3)ATRP引发剂需要固定在改性的材料表面，而大多数材料表面没有可发生化学反应的基团。因此，传统的ATRP方法改性材料较为困难，特别是对于尺寸较大的样品难以实现。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种在材料表面构建聚合物刷的方法，所述方法无需脱氧，铜盐用量少，能在任何材料表面形成聚合物刷。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种在材料表面构建聚合物刷的方法，包括以下步骤：

(1)利用多巴胺溶液对材料表面进行改性构建聚多巴胺介导层；

(2)利用ATRP引发剂溶液通过浸涂或喷涂方法在所述含有聚多巴胺介导层的材料上形成引发剂涂层；

(3)将所述含有引发剂涂层的材料浸入含有烯基单体、L-抗坏血酸、CuX₂和2,2-联吡啶的溶液中，在30～70℃下反应10～24h，即可在材料表面形成聚合物刷涂层；所述X＝Br或Cl。

本发明所述的在材料表面构建聚合物刷的方法利用聚多巴胺的万能粘附特性，能够在任何材料表面形成聚多巴胺介导层，进而在聚多巴胺介导层上修饰ATRP引发剂，用于进行ATRP聚合，由此实现在任何材料表面形成聚合物刷，简便、普适性强；本发明所述方法中利用L-抗坏血酸原位还原Cu²⁺进行ATRP聚合，聚合过程能够在空气条件下进行，无需脱除氧的步骤，而且铜盐用量极少，仅为传统ATRP聚合的万分之几，克服了传统ATRP聚合潜在的毒性问题。

优选的，步骤(1)中所述多巴胺溶液的浓度为0.2～8mg/mL。

优选的，步骤(2)中所述ATRP引发剂为2-溴-2-甲基丙酸(3-三甲氧基硅基)丙酯；所述ATRP引发剂溶液中的溶剂为pH缓冲液、醇类或其混合液，所述醇类为甲醇或乙醇。

优选的，所述混合液中pH缓冲液和醇类的体积比为1：1。

优选的，所述ATRP引发剂溶液中还含有多巴胺。

使形成的引发剂涂层中ATRP引发剂的浓度梯度增加，以此增强ATRP引发剂涂层在聚多巴胺介导层上的结合强度。