專利名稱：一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電層層自組裝技術(shù)，更具體地說，涉及基于多巴胺改性的層層自主裝方法，主要用于生物醫(yī)用材料的表面改性，如功能性金屬離子負(fù)載、載藥控釋、生長因子投遞等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
層層自組裝技術(shù)是一種基于聚電解質(zhì)陰陽離子的超分子自組裝技術(shù)，具有操作簡單、無基底形狀要求、膜層穩(wěn)定等特點(diǎn)。但靜電層層組裝技術(shù)首先需要一個帶電荷的基底，基底上的電荷分布與存在方式直接影響膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如何將不帶電的基底處理帶電，是層層組裝技術(shù)的關(guān)鍵問題。目前的基底處理，主要包括聚電解質(zhì)吸附(如PEI在石英表面的吸附)、化學(xué)反應(yīng)等方法。不同的材料往往需要不同的基底預(yù)處理，因此使得層層組裝技術(shù)的簡易性及普適性大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無需進(jìn)行基底處理便可以在多種不同基底上實(shí)現(xiàn)靜電層層自主裝的方法，操作簡便，具有較好的推廣應(yīng)用價值。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，按照下述步驟進(jìn)行步驟(I)，將多巴胺與帶有羧基的聚電解質(zhì)通過碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺催化反應(yīng)體系(EDS/NHS)避光反應(yīng)生成主鏈羧基部分被鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)；步驟(2)利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，并與帶有相反電荷的聚電解質(zhì)交替沉積進(jìn)行靜電自組裝，并形成多層膜。其中所述帶有羧基的聚電解質(zhì)可選擇為明膠或者透明質(zhì)酸或者海藻酸鈉。所述步驟⑴中，多巴胺的用量為過量，可選擇反應(yīng)摩爾比例為多巴胺帶羧基的聚電解質(zhì)EDC : NHS = I : I : I : I ;整個反應(yīng)過程中，壓力為常壓、溫度為室溫(20-25°C )，時間為至少12h，優(yōu)選12-24h，為使盡量多的多巴胺與聚電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可適當(dāng)延長反應(yīng)時間，但是在整個反應(yīng)過程中需要時時監(jiān)測反應(yīng)體系的pH值,并通過滴加酸或者堿予以維持。例如選擇磷酸鹽緩沖溶液(PBS)為反應(yīng)提供溶液氛圍，可先根據(jù)聚電解質(zhì)的等電點(diǎn)調(diào)整溶液氛圍的PH并通過滴加酸或者堿予以維持，以使聚電解質(zhì)所帶電荷不發(fā)生變化，并盡量保持穩(wěn)定，例如可將PH值保證在4 5. 5之間。 所述步驟⑵中，帶有相反電荷的聚電解質(zhì)為殼聚糖；在交替沉積進(jìn)行靜電自組裝的過程中，首先配置鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)和帶有相反電荷的聚電解質(zhì)的水溶液，然后將基底材料置于鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)的水溶液中，以利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，靜止浸泡時間選擇至少12h，優(yōu)選12_24h ;經(jīng)過清洗之后再將材料置于帶有相反電荷的聚電解質(zhì)的水溶液中，利用靜電作用實(shí)現(xiàn)自組裝，靜止浸泡時間至少30min,優(yōu)選30_60min ;再將經(jīng)過清洗之后的材料置于鄰二苯酹官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)的水溶液中，利用靜電作用實(shí)現(xiàn)自組裝，靜止浸泡時間至少30min，優(yōu)選30-60min ;如此交替進(jìn)行靜電自組裝，并形成多層膜。本發(fā)明的技術(shù)方案中利用多巴胺能在金屬、無機(jī)、高分子等材料表面通過鄰二苯酚官能團(tuán)結(jié)合的性質(zhì)，在不破壞聚電解質(zhì)本身所帶電荷的前提下，將多巴胺與聚電解質(zhì)接枝，利用多巴胺的鄰二苯酚官能團(tuán)與基底結(jié)合，進(jìn)而在基底表面構(gòu)建自組裝層，這樣以來可免去基底處理，與基底結(jié)合強(qiáng)度高，不受基底材料種類及形狀的影響，操作簡便；此外，鄰二苯酚、羧基等官能團(tuán)可以和金屬離子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在基底表面的功能離子負(fù)載，拓寬層層組裝的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖I本發(fā)明的層層自組裝方法示意圖。
圖2多巴胺改性透明質(zhì)酸前后的紅外光譜圖，a為改性前、b為改性后。圖3多巴胺改性海藻酸鈉前后的紅外光譜圖，a為改性前、b為改性后。圖4多巴胺改性明膠前后的紅外光譜圖，a為改性前、b為改性后。圖5層層組裝多巴胺改性透明質(zhì)酸/殼聚糖的Zeta電位圖。圖6層層組裝多巴胺改性海藻酸鈉/殼聚糖的Zeta電位圖。圖7層層組裝多巴胺改性明膠/殼聚糖的Zeta電位圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。其中使用的藥品購自Sigma公司，均為化學(xué)純，其中透明質(zhì)酸為40萬 50萬克/摩、殼聚糖5萬 20萬克/摩、海藻酸鈉20萬 25萬克/摩、明膠3萬 5萬克/摩；紅外光譜通過Nicolet 6700傅立葉紅外(FT-IR)光譜儀測得；Zeta電位均用Beckman Coulter公司的Delsa Nano C ZetaPotential Analyzer 儀器測得。實(shí)施例I本實(shí)例為鈦合金表面基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電組裝多層膜，無需在材料表面進(jìn)行預(yù)處理，即材料表面無需預(yù)先帶上電荷。首先合成多巴胺改性透明質(zhì)酸，將O. Ig透明質(zhì)酸溶于IOmL pH = 5. 5的PBS溶液中。將40mg碳二亞胺(EDC)加入溶液中，反應(yīng)15min后加入60mg N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)及50mg多巴胺避光反應(yīng)12h，反應(yīng)過程用IM HCl或IM NaOH維持溶液pH = 5. 5，溶液透析后凍干。其靜電組裝過程包括以下步驟，材料為鈦合金I)將多巴胺改性透明質(zhì)酸溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置濃度為lmg/mL的溶液；2)將殼聚糖溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置成濃度為lmg/mL的溶液；3)將材料放入步驟I制得的溶液中避光浸泡12h ；4)將步驟3中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；5)將步驟4中的材料取出放入步驟2制得的溶液中浸泡30min ；6)將步驟5中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；
7)將步驟6中的材料取出放入步驟I制得的溶液中浸泡30分鐘；8)將步驟7中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；9)重復(fù)步驟5至步驟8多次制備出聚電解質(zhì)的多層膜。從附圖中可以看出，虛方框中b曲線對應(yīng)峰的為酰胺鍵的特征峰，與a曲線比較表明多巴胺接枝成功；經(jīng)層層自組裝的多層膜中，奇數(shù)層為多巴胺改性透明質(zhì)酸層，偶數(shù)層為殼聚糖層。實(shí)施例2本實(shí)例為羥基磷灰石表面基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電組裝多層膜，無需在材料表面進(jìn)行預(yù)處理，即材料表面無需預(yù)先帶上電荷。首先合成多巴胺改性海藻酸納，將O. Ig海藻酸鈉溶于IOmL pH = 5. 5的PBS溶液中。將40mg EDC加入溶液中，反應(yīng)15min后加入60mg NHS及50mg多巴胺避光反應(yīng)20h，反應(yīng)過程用IM HCl或IM NaOH維持溶液pH = 5. 5，透析溶液后凍干。其靜電組裝過程包括以下步驟，材料為羥基磷灰石I)將多巴胺改性海藻酸納溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置濃度為lmg/mL的溶液；2)將殼聚糖溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置濃度為lmg/mL的溶液；3)將材料放入步驟I制得的溶液中避光浸泡20h ；4)將步驟3中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；5)將步驟4中的材料取出放入步驟2制得的溶液中浸泡40min ；6)將步驟5中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；7)將步驟6中的材料取出放入步驟I制得的溶液中浸泡40分鐘；8)將步驟7中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；9)重復(fù)步驟5至步驟8多次制備出聚電解質(zhì)的多層膜從附圖中可以看出，虛方框中b曲線對應(yīng)峰的為酰胺鍵的特征峰，與a曲線比較表明多巴胺接枝成功；經(jīng)層層自組裝的多層膜中，奇數(shù)層為多巴胺改性海藻酸鈉層，偶數(shù)層為殼聚糖層。實(shí)施例3本實(shí)例為聚四氟乙烯表面基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電組裝多層膜，無需在材料表面進(jìn)行預(yù)處理，即材料表面無需預(yù)先帶上電荷。首先合成多巴胺改性明膠，將O. Ig明膠溶于IOmL pH = 5. 5的PBS溶液中。將40mgEDC加入溶液中，反應(yīng)15min后加入60mg NHS及50mg多巴胺避光反應(yīng)24h，反應(yīng)過程用IM HCl或IM NaOH維持溶液pH = 5. 5，透析溶液后凍干。其靜電組裝過程包括以下步驟，材料為聚四氟乙烯、
I)將多巴胺改性明膠溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置濃度為lmg/mL的溶液；2)將殼聚糖溶于pH = 5的NaCl水溶液中，配置濃度為lmg/mL的溶液；3)將材料放入步驟I制得的溶液中避光浸泡24h ；4)將步驟3中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；5)將步驟4中的材料取出放入步驟b制得的溶液中浸泡60min ；6)將步驟5中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；
7)將步驟6中的材料取出放入步驟a制得的溶液中浸泡60分鐘；8)將步驟7中的材料取出放入pH = 5的NaCl溶液中浸泡2min ；重復(fù)步驟5至步驟8多次制備出聚電解質(zhì)的多層膜從附圖中可以看出，虛方框中b曲線對應(yīng)峰的為酰胺鍵的特征峰，與a曲線比較表明多巴胺接枝成功；經(jīng)層層自組裝的多層膜中，奇數(shù)層為多巴胺改性明膠層，偶數(shù)層為殼聚糖層。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換均 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行 步驟(I)，將多巴胺與帶有羧基的聚電解質(zhì)通過碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺催化反應(yīng)體系(EDS/NHS)避光反應(yīng)生成主鏈羧基部分被鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)； 步驟(2)利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，并與帶有相反電荷的聚電解質(zhì)交替沉積進(jìn)行靜電自組裝，并形成多層膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述帶有羧基的聚電解質(zhì)可選擇為明膠或者透明質(zhì)酸或者海藻酸鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(I)中，多巴胺的用量為過量，整個反應(yīng)過程中，壓力為常壓、溫度為20-25°C，時間為至少12h，優(yōu)選12-24h，為使盡量多的多巴胺與聚電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可適當(dāng)延長反應(yīng)時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(I)中，可選擇反應(yīng)摩爾比例為多巴胺帶羧基的聚電解質(zhì)EDC NHS=I : I : I : I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(I)中，在整個反應(yīng)過程中需要時時監(jiān)測反應(yīng)體系的PH值，并通過滴加酸或者堿予以維持，以使聚電解質(zhì)所帶電荷不發(fā)生變化，并盡量保持穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(I)中，在整個反應(yīng)過程中將pH值保證在4 5. 5之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(2)中，帶有相反電荷的聚電解質(zhì)為殼聚糖。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在交替沉積進(jìn)行靜電自組裝的過程中，首先配置鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)和帶有相反電荷的聚電解質(zhì)的水溶液，然后將基底材料置于鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)的水溶液中，以利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，靜止浸泡時間選擇至少12h，優(yōu)選12-24h ;經(jīng)過清洗之后再將材料置于帶有相反電荷的聚電解質(zhì)的水溶液中，利用靜電作用實(shí)現(xiàn)自組裝，靜止浸泡時間至少30min，優(yōu)選30-60min;再將經(jīng)過清洗之后的材料置于鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)的水溶液中，利用靜電作用實(shí)現(xiàn)自組裝，靜止浸泡時間至少30min，優(yōu)選30-60min ;如此交替進(jìn)行靜電自組裝，并形成多層膜。
9.如權(quán)利要求I所述的基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法在基底材料上制備多層膜的應(yīng)用，其特征在于，將多巴胺與帶有羧基的聚電解質(zhì)通過碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺催化反應(yīng)體系避光反應(yīng)生成主鏈羧基部分被鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)；利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，并與帶有相反電荷的聚電解質(zhì)交替沉積進(jìn)行靜電自組裝，并形成多層膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法在基底材料上制備多層膜的應(yīng)用，其特征在于，所述帶有羧基的聚電解質(zhì)可選擇為明膠或者透明質(zhì)酸或者海藻酸鈉；所述帶有相反電荷的聚電解質(zhì)為殼聚糖。全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多巴胺改性聚電解質(zhì)的層層靜電自組裝方法及應(yīng)用，多巴胺與帶有羧基的聚電解質(zhì)通過碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺(EDS/NHS)避光反應(yīng)，生成主鏈羧基部分被鄰二苯酚官能團(tuán)替代的聚電解質(zhì)，利用鄰二苯酚在苯環(huán)上的兩個羥基與材料表面形成緊密結(jié)合，并與帶有相反電荷的聚電解質(zhì)交替沉積組裝成多層膜。與其它的層層組裝技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡便、不受基底材料及形狀影響、無需表面預(yù)處理、與基底結(jié)合強(qiáng)度高，具有較好的推廣應(yīng)用價值。
文檔編號C08B37/04GK102634792SQ20121010142
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者原續(xù)波, 崔振鐸, 張鑫明, 李朝陽, 楊賢金 申請人:天津大學(xué)