一种高分子材料表面改性方法及其产品和用途技术

本发明专利技术公开了一种高分子材料的表面改性方法及其产品和用途，所述表面改性方法尤其涉及基于等离子体浸没离子注入处理医用高分子材料表面以及在处理后的表面共价接枝生物活性分子以实现其仿生化修饰；其具体包括如下步骤：1） 通过气体等离子体浸没离子注入处理高分子材料；2） 将处理过的高分子材料在含有生物分子的溶液中进行孵育。其中气体等离子体浸没离子注入表面改性的高分子材料稳定性好，即使长期保存在空气中，其接枝能力依然不会显著下降，并且其不使用化学交联剂；整个表面改性工艺过程简单、成本低廉、适用于批量及工业化生产。本发明专利技术的方法及其产品在医用植入材料、功能性材料、生物活性材料等领域具有广泛的应用前景。

Surface modification method of polymer material, product and use thereof

The invention discloses a surface modification method of polymer materials and products and use, the surface modification method especially relates to plasma immersion ion implantation based on polymer surfaces and covalent in the treated surface grafting of bioactive molecules to achieve its biochemical modification; it includes the following steps: 1) treatment polymer materials by gas plasma immersion ion implantation; 2) polymer materials treated were incubated in a solution containing biomolecules in. The gas plasma immersion ion implantation and surface modification of polymer material stability is good, even if stored for a long time in the air, the graft ability is still not significantly decreased, and the use of chemical crosslinking agent; the surface modification process is simple, low cost, suitable for mass production and industrialization. The method and the product of the invention have wide application prospect in the fields of medical implanting material, functional material, biological active material and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子材料表面改性方法及其产品和用途
本专利技术涉及一种高分子材料的表面改性方法及其产品和用途，所述表面改性方法尤其涉及基于等离子体浸没离子注入处理医用高分子材料表面以及在处理后的表面共价接枝生物活性分子以实现其仿生化修饰。
技术介绍
高分子材料也称为聚合物材料，在生物医用领域被广泛应用于生物体组织的修复、替代与再生，以及用作护理及医疗用具等。因其特殊的应用环境(需要直接与人体的体液、血液、器官、组织等接触)，生物医用高分子材料除了必须具有良好的物理机械性能、化学稳定性、无毒性、易加工成型性以外，还必须具有生物相容性、医用功能性等。由于医用高分子材料的生物学性能主要由其表面的物化性质所决定，对其进行表面改性可以在材料自身优点不受影响的前提下提高其生物学性能或者赋予其某些特殊的生物学功能。在众多表面改性方法中，对医用高分子材料进行仿生化修饰，即将具有生物活性的大分子如蛋白质、多糖、多肽、细胞生长因子等，通过共价接枝的方式负载在材料表面，能够使其表面形成一个能与生物环境特异性相互作用的稳定的生物化过渡层，以进一步提高材料的生物学性能或者赋予其特殊的生物学功能。例如，在聚四氟乙烯构建的人工血管表面接枝肝素、水蛭素等能够达到抑制血栓形成的效果，从而大大提高人工血管的远期通畅率(HoshiRA,VanLithR,JenMC,etal.Thebloodandvascularcellcompatibilityofheparin-modifiedePTFEvasculargrafts.Biomaterials2013；34(1):30-41.OnderS,KazmanliK,KokFN.AlterationofPTFEsurfacetoincreaseitsbloodcompatibility.JournalofBiomaterialsScience,PolymerEdition2011；22(11):1443-1457)。然而，现有的进行仿生化修饰的方法一般是通过化学交联(chemicalcrosslinking)的方式将生物大分子接枝在材料表面(KangET,ZhangY.Surfacemodificationoffluoropolymersviamoleculardesign.AdvancedMaterials2000；12(20):1481-1494)。但是，有的高分子材料，比如聚四氟乙烯，具有优良的化学稳定性，因此很难单独通过化学方法对其进行表面改性。在此情况下，一般需要首先通过物理方法在材料表面引入一些功能基团，如氨基、羟基、羧基等，然后再通过化学交联的方式接枝负载生物大分子。另外，采用湿法化学交联技术不仅操作过程相对复杂繁琐，并且会引入具有毒性的有机交联试剂。更重要的是，这种化学方法很难同时在表面接枝多种生物活性分子，而顺序接枝多种生物分子又会使接枝过程极端繁琐甚至难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单可行的高分子材料表面改性仿生化修饰方法及其产品和用途，所述表面改性方法尤其涉及基于气体等离子体浸没离子注入(即气体PIII)处理医用高分子材料表面以及在处理后的表面共价接枝生物活性分子以实现其仿生化修饰。本专利技术提供的改性方法无需使用化学交联剂，首先通过气体等离子体浸没离子注入对医用生物高分子材料进行表面改性和活化，然后将改性过的医用高分子材料浸泡在含有生物分子的溶液中孵育一段时间，即可将具有生物活性的大分子共价接枝负载在高分子材料表面，实现其仿生化表面修饰。本专利技术中生物分子在医用材料表面的接枝原理为：在使用气体等离子体浸没离子注入技术对高分子材料进行改性的过程中，由注入的高能离子与高分子链的碰撞以及电荷和能量转移而在高分子材料表层产生大量具有长效性和很高活性的自由基(FreeRadical)。这些由高能离子轰击形成的自由基能够长久地保存在离子注入的影响区，并不断地迁移到基体表面。到达表面的自由基与环境中存在的分子进行反应并且最终将分子共价接枝在材料表面。本专利技术所采取的表面改性技术方案可分为两步：1.气体等离子体浸没离子注入处理；2.在含有生物分子溶液中的孵育。1气体等离子体浸没离子注入在进行注入时，所使用的样品盘上所加的是负偏压，这样可以将等离子体中带正电荷的离子加速吸引并最终使其注入到材料表层。气体等离子体浸没离子注入所使用的工艺参数包括：本底真空度为5×10-4～9×10-3Pa，气体引入流量为10～200sccm，样品盘所加负偏压为5～50kV，注入脉宽为10～300微秒，注入脉冲频率为50～2000Hz，射频功率为100～3000W，注入时间为30～300分钟。优选的参数为：本底真空度为1×10-3～9×10-3Pa，气体引入流量为20～100sccm，样品盘所加负偏压为10～30kV，注入脉宽为20～200微秒，注入脉冲频率为50～500Hz，射频功率为100～1000W，注入时间为30～180分钟。最优选的参数为：本底真空度为5×10-3Pa，气体引入流量为30sccm，样品盘所加负偏压为15kV，注入脉宽为20微秒，注入脉冲频率为500Hz，射频功率为1000W，注入时间为60～180分钟。一般而言，所述气体等离子体浸没离子注入中使用的气体无特殊要求，出于本专利技术的应用领域的需要，优选使用无毒的气体。不同的气体可能会在某种程度上影响材料改性以后表面自由基的密度，从而影响接枝的效率，但是一般常见的气体如氧气、氮气、氩气、氨气、氢气等都具有运用于本专利技术的可行性。理论上此方法可以运用于所有能够经受气体PIII技术处理的高分子材料，例如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮(polyetheretherketone，简称PEEK)、聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯、聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚已内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、、聚氯乙烯等。作为一种经FDA测试认可的医用植入材料，聚醚醚酮具有不仅质轻、生物稳定性好且无生物毒性，更重要的是其弹性模量(5-8GPa)比金属骨科植入材料更接近人体骨骼，并且在植入体内后可被X射线透过、核磁共振成像和计算机断层扫描不会产生伪影等诸多生物医用优点。但是，PEEK是一种惰性的生物材料，生物相容性的不足导致其在植入后与相邻骨组织的结合(Osseointegration)不够充分而需要二次手术进行修正。此外，如上所述，聚四氟乙烯，具有优良的化学稳定性，因此很难单独通过化学方法对其进行表面改性。因此，考虑到其在医用高分子材料领用的使用潜力，本专利技术中的高分子材料优选聚四氟乙烯、聚醚醚酮。2含有生物分子溶液中的孵育即，将通过气体等离子体浸没离子注入处理过的高分子材料在含有生物分子的溶液中进行孵育。其中，含有生物分子的溶液为能够使生物分子保持活性的缓冲液体系，比如磷酸盐缓冲液(PBS)或生理盐水等。在含有生物分子的溶液中孵育的温度和时间需保证孵育期间生物分子能够保持生物活性。孵育的温度通常选择在4-37℃；孵育的时间保证接枝完成即可；优选的条件例如在含有生物分子的溶液中于4℃条件下孵育12小时以上。此外，可以通过孵育时所使用的生物溶液的浓度来调节生物分子在高分子材料表面的负载量，所述生物溶液的浓度例如为10-20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过气体等离子体浸没离子注入处理高分子材料；2)将处理过的高分子材料在含有生物分子的溶液中进行孵育；从而将生物分子以共价的形式接枝到高分子材料的表面，其中，所述气体选自无毒的气体；所述高分子材料选自能够经受等离子体浸没离子注入技术处理的高分子材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过气体等离子体浸没离子注入处理高分子材料；2)将处理过的高分子材料在含有生物分子的溶液中进行孵育；从而将生物分子以共价的形式接枝到高分子材料的表面，其中，所述气体选自无毒的气体；所述高分子材料选自能够经受等离子体浸没离子注入技术处理的高分子材料。2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述高分子材料选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯、聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚已内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂。3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述生物分子选自多糖、多肽、蛋白质、细胞因子。4.根据权利要求3所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述多糖选自肝素，多肽选自水蛭素，蛋白质选自辣根过氧化物酶或跨膜糖蛋白CD47，细胞因子选自人基质细胞衍生因子1α。5.根据权利要求1或2所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述等离子体浸没离子注入处理所使用的气体选自氩气、氮气、氨气、氧气、氢气。6.根据权利要求1或2所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述等离子体浸没离子注入处理中本底真空度为1×10-3～9×10-3Pa，气体引入流量为20～100sccm，样品盘所加负偏压为10～30kV。7.根据权利要求6所述的一种基于等离子体浸没离子注入技术的高分子材料表面改性方法，其特征在于，所述等离子体浸没中本底真空度为5×10-3Pa，气体引入流量为30sccm，样品盘所加负偏压为15kV，注入脉宽为20微秒，注入脉冲频率为500Hz，产生等离子体所使用的射频功率为1000W，注入时间为60～180分钟。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怀雨，高昂，朱剑豪，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44