一种表面多功能化涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种表面多功能化涂层及其制备方法与应用。本发明专利技术表面多功能化涂层包括基底、多羟基化合物、桥联分子、探针分子和去活化分子连接而成；基底上修饰多羟基化合物；多羟基化合物和探针分子通过桥联分子连接；与多羟基化合物和探针分子连接后的桥联分子剩余的反应位点与去活化分子连接。其制备方法包括如下步骤：在基底上修饰多羟基化合物；然后与桥联分子发生亲核取代反应；反应后的桥联分子与探针分子发生亲核取代反应；最后加入去活化分子反应，即得到表面多功能化涂层。本发明专利技术具有操作简单，控制容易、灵活，修饰成本低，所得功能化层具有效果显著、稳定性良好且对生物分子识别干扰小的特点。

Surface multifunctional coating and preparation method and application thereof

The invention discloses a surface multifunctional coating and a preparation method and an application thereof. The present invention comprises a substrate surface functional coating, polyhydroxy compounds, bridged molecules, and probe molecules to connect activated molecules into; substrate modified polyhydroxy compounds; polyhydroxy compounds and probe molecules connected by bridging molecules; reaction sites and the remaining bridging molecule of polyhydroxy compounds and probe molecules connected with the connection to activated molecule. The preparation method comprises the following steps: modification of polyhydroxy compounds on the substrate; and then bridging molecule nucleophilic substitution reaction; bridging molecules and probe molecules after the reaction of nucleophilic substitution reaction; finally adding to the activation of molecular reaction, namely surface functional coating. The invention has the advantages of simple operation, easy and flexible control, low decoration cost and remarkable function, good stability and small interference to biological molecular recognition.

【技术实现步骤摘要】
一种表面多功能化涂层及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种表面多功能化涂层及其制备方法与应用，属于分析化学领域。
技术介绍
传感芯片表面通常需要进行功能化修饰以用于探针分子的固定。然而，传感芯片如SPRi的金膜等，其单位面积可固载的目标分子的位点是固定、有限的并与被固定分子的尺寸有关。以小分子甘露糖的固定为例，若将甘露糖分子约化为正方体，则其边长模拟值约为每平方纳米表面上最多可铺满约为3个分子。其结果是SPR或SPRi测定的灵敏度严重不足，通常测不到信号。为了提高检测灵敏度，需要增加单位面积上的探针固载量。这就需要借助芯片表面上方的空间，来提高单位面积上的探针固载量。文献(Vaisocherova,H.；Sevcu,V.；Adam,P.；Spackova,B.；Hegnerova,K.；Pereira,A.d.l.S.；Rodriguez-Emmenegger,C.；Riedel,T.；Houska,M.；Brynda,E.；Homola,J.Biosensors&bioelectronics2014,51,150-157.)报道，具有良好抗非特异性吸附性能的多羟基聚合物聚甲基丙烯酸羟乙酯(pHEMA)经N，N’-二琥珀酰亚胺及碳酸酯(DSC)/4-二甲基氨基吡啶(DMAP)功能化后用于蛋白固定，再经去活化(封闭)步骤，其抗非特异吸附性能会遭受严重破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种表面多功能化涂层及其制备方法与应用；本专利技术具有操作简单，控制容易、灵活，修饰成本低，所得功能化层具有效果显著、稳定性良好且对生物分子识别干扰小的特点。本专利技术提供的表面多功能化涂层，它包括基底、多羟基化合物、桥联分子、探针分子和去活化分子连接而成；所述基底上修饰所述多羟基化合物；所述多羟基化合物和所述探针分子通过所述桥联分子连接；与所述多羟基化合物和所述探针分子连接后的所述桥联分子剩余的反应位点与所述去活化分子连接。本专利技术中，所述多羟基化合物具有不易被水解和被生物分子识别的特点；所述桥联分子具有不改变表面亲疏水性质且具有可自由旋转的刚性骨架结构的特点；所述去活化分子能与剩余的所述桥联分子反应位点反应且不引入干扰基团。上述的表面多功能化涂层中，所述多羟基化合物包括聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯与甲基丙烯酸羟丙酯的混聚产物、甲基丙烯酸羟乙酯与甲基丙烯酸寡聚乙二醇的混聚产物、甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸寡聚乙二醇的混聚产物、甲基丙烯酸羟乙酯与硫代甜菜碱丙烯酸甲酯的混聚产物和甲基丙烯酸羟丙酯与硫代甜菜碱丙烯酸甲酯的混聚产物中的至少一种；所述多羟基化合物的分子量可为1500～300,000，具体可为30,000、30,000～300,000、1500～30,000或3000～200,000；所述探针分子包括含羟基的分子和/或含氨基的分子。上述的表面多功能化涂层中，所述含羟基的分子包括单糖、寡糖和多糖中的至少一种，具体可为葡萄糖；所述含氨基的分子包括氨基酸、多肽和蛋白质中的至少一种，具体可为鸡卵蛋白。上述的表面多功能化涂层中，所述桥联分子包括三聚氰氯(英文名称CyanuricChloride,简称CC)；当所述桥联分子为三聚氰氯时，所述三聚氰氯上未与含羟基或含氨基的所述探针分子反应的N-Cl键，Cl能被所述去活化分子亲核取代，且不会引入干扰基团；所述去活化分子包括H2O、乙二醇、乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种。上述的表面多功能化涂层中，所述基底包括金、银、二氧化硅和玻璃中至少一种。本专利技术中，所述基底的厚度为本领域人员公知的厚度即可。上述的表面多功能化涂层中，所述多羟基化合物中所含羟基与所述桥联分子、所述探针分子、所述去活化分子的物质的量之比可为1：0.001～1：0.001～1：0.01～1，具体可为12.6：0.1：0.1：1，且所述探针分子的量不为零。本专利技术还提供了上述的表面多功能化涂层的制备方法，包括如下步骤：1)在所述基底上修饰所述多羟基化合物；2)修饰于所述基底表面的所述多羟基化合物与所述桥联分子发生亲核取代反应；3)将步骤2)中反应后的所述桥联分子与所述探针分子发生亲核取代反应；4)上述步骤3)反应后加入所述去活化分子反应，即得到所述表面多功能化涂层。上述的制备方法中，步骤1)具体包括对所述基底修饰引发剂，然后加入所述多羟基化合物的单体原位引发生成所述多羟基化合物步骤：(a)所述引发剂通过取代反应原位共价修饰于所述基底表面，室温条件下反应时间：10～120min，反应溶剂为四氢呋喃、二甲基甲酰胺、吡啶和乙腈中的至少一种；所述引发剂包括2-溴异丁酰溴、α-溴代异丁腈、N,N,N-三乙基(2-(2-溴-2甲基丙酰氧基))己基溴化铵、N-氯代丁二酰胺、1-溴乙基苯和α-溴代异丁酸乙酯中的至少一种；(b)原位引发多羟基化合物生成：表面固定的所述引发剂在催化剂存在下引发所述多羟基化合物的单体聚合；室温条件下反应时间：10～240min；溶剂：甲醇、乙醇、水、甲醇水溶液、乙醇水溶液，反应在惰性气体中进行，所述惰性气体包括氮气或氩气；所述催化剂包括CuBr、CuCl或CuI；所述引发剂、所述催化剂与所述多羟基化合物的单体的物质的量之比为0.01～0.3：0.01～0.1：1，具体可为0.067:0.025:1。上述的制备方法中，步骤1)中，修饰的温度为室温，时间为20～360min；步骤2)中，所述亲核取代反应的温度可为0～5℃，具体可为4℃、0～4℃或4～5℃，时间可为6～8h，具体可为8h或7～8h；步骤3)中，所述亲核取代反应的温度可为20～25℃，具体可为25℃，时间可为8～12h，具体可为8h或8～10h；步骤4)中，所述反应的温度可为20～100℃，具体可为20～25℃、90～100℃，时间为0.5～3h，具体可为3h。本专利技术中，上述室温指的是本领域人员公知的常识，为10～30℃，具体可为25℃。上述的制备方法中，步骤1)中反应溶剂选自水、乙醇、甲醇、四氢呋喃和二甲基甲酰胺中的至少一种；步骤2)中反应溶剂选自冰水、丙酮、氯仿、苯、乙醚、乙腈和四氯化碳中的至少一种；步骤3)和4)中反应溶剂为水、磷酸缓冲溶液、Tris-HCl缓冲溶液、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲苯、苯、氯仿、二氯甲烷和四氯化碳中的至少一种；本专利技术制备生物样品点阵芯片时，采用水、磷酸缓冲溶液、和Tris-HCl缓冲溶液中的至少一种作用溶剂。本专利技术中，步骤1)-4)中反应得后处理均为本领域人员公知的常见操作。本专利技术所述表面多功能化涂层在如下材料中的应用：1)表面等离子体共振和成像的传感芯片；2)高通量点阵芯片；3)荧光成像分析材料。本专利技术中，所述表面等离子体共振和成像的传感芯片用于分子间相互作用的直接检测。本专利技术所述表面多功能化涂层在应用时，按照本领域常规的用法即可。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术通用性好，可实现多类分子(含氨基和羟基的分子)同时固定，可用于包含有多类探针的高通量点阵芯片制作；(2)稳定性好，分子骨架较天然葡聚糖对酸碱环境、微生物分解作用具有更强的耐受性；(3)对生物识别干扰小，经桥联分子固载的探针分子能完好的保持识别活性，天然葡聚糖为骨架的功能化层会干扰与葡聚糖有相互作用的分子识别研究；(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面多功能化涂层，其特征在于：它包括基底、多羟基化合物、桥联分子、探针分子和去活化分子连接而成；所述基底上修饰所述多羟基化合物；所述多羟基化合物和所述探针分子通过所述桥联分子连接；与所述多羟基化合物和所述探针分子连接后的所述桥联分子剩余的反应位点与所述去活化分子连接。

【技术特征摘要】
1.一种表面多功能化涂层，其特征在于：它包括基底、多羟基化合物、桥联分子、探针分子和去活化分子连接而成；所述基底上修饰所述多羟基化合物；所述多羟基化合物和所述探针分子通过所述桥联分子连接；与所述多羟基化合物和所述探针分子连接后的所述桥联分子剩余的反应位点与所述去活化分子连接。2.根据权利要求1所述的表面多功能化涂层，其特征在于：所述多羟基化合物包括聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯与甲基丙烯酸羟丙酯的混聚产物、甲基丙烯酸羟乙酯与甲基丙烯酸寡聚乙二醇的混聚产物、甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸寡聚乙二醇的混聚产物、甲基丙烯酸羟乙酯与硫代甜菜碱丙烯酸甲酯的混聚产物和甲基丙烯酸羟丙酯与硫代甜菜碱丙烯酸甲酯的混聚产物中的至少一种；所述多羟基化合物的分子量为1500～300,000；所述探针分子包括含羟基的分子和/或含氨基的分子。3.根据权利要求2所述的表面多功能化涂层，其特征在于：所述含羟基的分子包括单糖、寡糖和多糖中的至少一种；所述含氨基的分子包括氨基酸、多肽和、蛋白质中的至少一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的表面多功能化涂层，其特征在于：所述桥联分子包括三聚氰氯；所述去活化分子包括H2O、乙二醇、乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种。5.根据权利要求1-4中任一项所述的表面多功能化涂层，其特征在于：所述基底包括金、银、二氧化硅和玻璃中至少一种。6.根据权利要求1-5中任一项所述的表面多功能化涂层，特其征在于：所述多羟基化合物与所述桥联分子、所述探针...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义，刘婵娟，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11