一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法和应用。该方法首先利用胆固醇氯甲酸酯对壳聚糖进行疏水改性，得到两亲性胆固醇壳聚糖酯（CHCS）；然后将CHCS溶液均匀旋涂于玻片上，在20～80℃干燥后，得到CHCS抗蛋白质吸附；表征CHCS膜和CHCS单分子膜的物理化学性能；并研究一系列CHCS涂层的抗蛋白质吸附性能。结果表明，涂覆有CSCH膜的基板具有良好的抗蛋白质吸附效果；该抗蛋白质吸附涂层的制备工艺简单、条件易控，且壳聚糖具有很好的生物相容性、血液相容性、安全性、微生物可降解性和成膜性等优良性能，且壳聚糖来源广泛，可降低生产成本，有望成为一种环境友好型防污新材料。

Preparation method and application of two amphiphilic chitosan derivative anti protein adsorption coating

The present invention discloses a preparation method and application of two amphiphilic chitosan derivative anti protein adsorption coating. This method uses the cholesteryl chloroformate of chitosan by hydrophobic modification, two amphiphilic chitosan cholesterol ester (CHCS); then CHCS solution is uniformly spin coated on glass slides in 20 ~ 80 degrees after drying, CHCS anti protein adsorption; physical and chemical properties of CHCS membrane and CHCS membrane molecule the anti protein adsorption properties; and study a series of CHCS coating. The results show that the substrate coated with CSCH membrane has good anti protein adsorption effect; easy to control the anti protein adsorption coating has simple preparation process, conditions, and the chitosan has good biocompatibility, blood compatibility, safety, microbial biodegradability and excellent properties of film, and shell chitosan is a wide range of sources, can reduce the cost of production is expected to become a new environmentally friendly antifouling materials.

【技术实现步骤摘要】
一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法和应用
本专利技术属于生物医用材料和高分子化学领域，具体涉及一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法和应用。
技术介绍
蛋白质是两亲性的大分子物质，在生命体中属于一种不可或缺的物质，有着极其丰富的生物功能。但由于蛋白质表面的亲和性，导致其易吸附在材料表面造成材料的污染，继而影响材料的性能，并产生一系列危害。在非生物方面，海洋生物吸附实质上是蛋白质吸附的问题，海洋生物如藤壶、贻贝、硅藻等分泌物中多含有大量的蛋白质和多糖，其分泌物易在材料的表体上吸附分散，从而污损海洋生物在材料表面上吸附生长且黏着更多的其他污损海洋物。对于海洋运输业来说，生物垢的产生导致船体自重加大，轮船的运输消耗增加且严重的腐蚀船体，降低船只的使用寿命。对于海洋养殖产业，海洋生物的附着易造成网箱养殖中的网眼堵塞，使养殖物缺氧致死，影响产率造成大量的经济损失。而在生物方面，对于生物材料植入人体内后，体内蛋白质开始吸附在材料上，引起体内不同程度的生物学反应，如血浆蛋白质附着在心血管植入物表面导致血管内血栓的形成；药物缓释的纳米粒子在体内循环中会被蛋白质吸附产生蛋白质电晕作用，导致纳米粒子被吞噬到不了靶细胞，药物疗效下降。对于常见的隐形眼镜的使用中，溶菌酶的吸附会导致眼睛的疾病。蛋白质的吸附还会引起生物传感器的测量误差，导致测量数据的不准确。蛋白质吸附性的危害存在于各个方面。因此，减少蛋白质的吸附性，研究具有优良的抗蛋白质特性的材料是当今材料、化学、生物等领域的研究重点。壳聚糖又名几丁聚糖，是由几丁质完全或部分脱乙酰化的产物，是第二大生物聚合物，来源广泛。壳聚糖有良好的生物可降解性，易被人类肠道通常存在的细菌菌群降解，其生物降解性随聚合物中乙酰胺基团比例的增加而增加，与几丁质不同，完全脱乙酰壳聚糖几乎不分解。壳聚糖具有丰富的亲水基团氨基和羟基，易进行化学改性，且安全无毒。研究者常在壳聚糖的结构单元上引入有利基团达到理想的化学改性效果，生成具有不同性质的壳聚糖衍生物，使其在化学、生物工程、食品工业、环境治理、皮肤组织修复等许多研究方向得到广泛的关注、研究及应用。但壳聚糖分子具有强亲水性，不溶于碱性及许多有机溶剂，pH使用范围小，易流失等缺点限制了它的广泛使用。目前，所研究的抗蛋白质吸附材料主要有以下几类：(1)基于地形异质性的抗蛋白质吸附材料，可产生具有高水平的地形异质性的超疏水表面，这种具有小突起的独特结构可以带来大量的空气滞留在水下，以减少液体和表面之间的接触面积，使蛋白质不能接近表面，这种超疏水表面最初是在莲花上观察到的，其自清洁性能是众所周知的，其优异的抗粘附能力是基于疏水性的蜡角质层和乳头表面结构。(2)基于两性离子聚合物的抗蛋白质吸附材料，现在，对含有两性离子聚合物材料的研究还处在开始阶段，由于两性离子聚合物的高极性，它只能溶解在高极性溶剂如水或乙醇中，与其它低极性单体共聚非常困难；另一方面，含两性离子聚合物的材料遇水后溶胀从而造成其机械强度降低以及在固体表面不容易固定等问题使得这些材料的性能有待于提高。(3)基于两亲性聚合物的抗蛋白质吸附材料，以两亲性聚合物为代表的具有微观相分离结构的抗蛋白质吸附材料具有抑制血小板吸附、阻止血小板变性、抑制血液凝聚等特点，最有望成为新一代血液相容性材料，目前已成为抗蛋白质吸附材料研究的前沿领域。抗蛋白质吸附材料的制备方法，一般采用物理吸附或共混，表面接枝，形成表面涂层等方法引入抗蛋白质吸附单元。抗蛋白质吸附材料主要应用于(1)生物医用材料：广泛应用于心血管系统，软组织修复，血液净化，药物及生物活性物控制释放和生物传感器等领域；(2)海洋防污材料：海洋微生物在船体或其它海洋设施表面上吸附、生长，并与其它海洋生物不断粘附而形成的生物垢，给海洋运输和海洋资源的勘探、开发、利用等造成巨大的危害，海洋防污实际是一个表面的抗蛋白质吸附问题。两亲性聚合物由于具有亲水性和低表面能以及具有可发生微相分离的两亲性特殊结构所以能够有效地抵抗蛋白质的吸附，作为抗蛋白质吸附材料越来越引起科学研究者的关注。目前报道的两亲性聚合物抗蛋白质材料，作为一种新型的抗生物污染材料展现了其独特的优势，一方面解决了常规的亲水性抗污材料在水环境下的不稳定性，从而不需要通过复杂的化学键结合的方法将分子链固定；另一方面可以通过改性的方法在一些不抗污染的疏水材料表面接枝一段亲水基团，从而扩大了许多材料的使用范围，目前已成为抗蛋白质吸附材料研究的前沿领域。研究两亲性聚合物抗蛋白质防污的专利和文献报道很多，其中两亲性壳聚糖抗蛋白质吸附的文献还未见报道。中国专利技术专利(CN101658484A）公开一种胆固醇甲酰氯修饰的壳聚糖共聚物载药胶束的制备方法，该法利用胆固醇甲酰氯在壳聚糖氨基上链接胆固醇，在水性介质中自组装制备共聚物载药胶束。保护壳聚糖的氨基，在壳聚糖羟基上接上疏水长链得到两亲性壳聚糖，将得到的两亲性壳聚糖用于抗蛋白质研究的文献尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法和应用。该方法首先引入疏水性基团改变壳聚糖的亲水程度，得到两亲性壳聚糖衍生物，削弱其分子间氢键的影响，改变了壳聚糖的生物特性并拓宽了应用范围。对壳聚糖进行疏水改性时，由于壳聚糖分子链上的羟基和氨基均具有反应活性，但是氨基显示出更高的活性，为了保留氨基赋予壳聚糖的特性，必须在反应前对分子链上的氨基进行保护。该方法使用甲磺酸来进行氨基保护，然后壳聚糖羟基与胆固醇氯甲酸酯进行亲核取代得到两亲性的胆固醇壳聚糖酯。调控不同投料比的两亲性物质的亲疏水基团比例，探究最佳抗蛋白质效果。该方法通过引入疏水基团，提高了膜的两亲性能，使其抗蛋白质能力增强。同时实验方法简单，原料易得，有很好的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）胆固醇氯甲酸酯的活化在圆底烧瓶中，按顺序加入胆固醇氯甲酸酯（Chol-Cl）、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC），在一定温度下搅拌一段时间后得到无色澄清溶液A；（2）抗蛋白质的两亲性胆固醇壳聚糖酯（CHCS）的合成在三口烧瓶中，加入壳聚糖（CS），随后加入甲磺酸，通氮气除氧气后封口，搅拌至壳聚糖完全溶解，在氮气保护下，逐滴加入步骤（1）制备的溶液A，反应过程不断有沉淀析出，反应在一定温度条件下搅拌一定时间；反应结束后将上述混合物倒入大量沉淀剂中，产物经离心后洗涤，再将所得的洗涤产物通过溶解-沉淀方式进行提纯后，抽滤，冷冻干燥得到米白色固体状的胆固醇壳聚糖酯（CHCS）；（3）利用Langmuir技术研究CHCS在空气/水界面单分子膜行为用微量进样器移取50-300µL1.0mg/mL的CHCS氯仿溶液，在Langmuir-Blodgett（LB）槽体的正上方缓慢滴加至亚相水面上，使其更好的铺展在水面上；等待5-30min至成膜分子全部扩散且氯仿挥发后，手动归零天平压力，设置滑障速度为10-200cm2/min，压缩滑障，得到有序密集排列的单分子膜的表面压（π）与平均分子面积（A）等温曲线；π-A等温曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)胆固醇氯甲酸酯的活化在圆底烧瓶中，按顺序加入胆固醇氯甲酸酯(Chol‑Cl)、N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)以及1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，在一定温度下搅拌一段时间后得到无色澄清溶液A；(2)抗蛋白质的两亲性胆固醇壳聚糖酯(CHCS)的合成在三口烧瓶中，加入壳聚糖(CS)，随后加入甲磺酸，通氮气除氧气后封口，搅拌至壳聚糖完全溶解，在氮气保护下，逐滴加入步骤(1)制备的溶液A，反应过程不断有沉淀析出，反应在一定温度条件下搅拌一定时间；反应结束后将上述混合物倒入大量沉淀剂中，产物经离心后洗涤，再将所得的洗涤产物通过溶解‑沉淀方式进行提纯后，抽滤，冷冻干燥得到米白色固体状的胆固醇壳聚糖酯(CHCS)；(3)利用Langmuir技术研究CHCS在空气/水界面单分子膜行为用微量进样器移取50‑300μL 1.0mg/mL的CHCS氯仿溶液，在Langmuir‑Blodgett(LB)槽体的正上方缓慢滴加至亚相水面上，使其更好的铺展在水面上；等待5‑30min至成膜分子全部扩散且氯仿挥发后，手动归零天平压力，设置滑障速度为10‑200cm...

【技术特征摘要】
1.一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)胆固醇氯甲酸酯的活化在圆底烧瓶中，按顺序加入胆固醇氯甲酸酯(Chol-Cl)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，在一定温度下搅拌一段时间后得到无色澄清溶液A；(2)抗蛋白质的两亲性胆固醇壳聚糖酯(CHCS)的合成在三口烧瓶中，加入壳聚糖(CS)，随后加入甲磺酸，通氮气除氧气后封口，搅拌至壳聚糖完全溶解，在氮气保护下，逐滴加入步骤(1)制备的溶液A，反应过程不断有沉淀析出，反应在一定温度条件下搅拌一定时间；反应结束后将上述混合物倒入大量沉淀剂中，产物经离心后洗涤，再将所得的洗涤产物通过溶解-沉淀方式进行提纯后，抽滤，冷冻干燥得到米白色固体状的胆固醇壳聚糖酯(CHCS)；(3)利用Langmuir技术研究CHCS在空气/水界面单分子膜行为用微量进样器移取50-300μL1.0mg/mL的CHCS氯仿溶液，在Langmuir-Blodgett(LB)槽体的正上方缓慢滴加至亚相水面上，使其更好的铺展在水面上；等待5-30min至成膜分子全部扩散且氯仿挥发后，手动归零天平压力，设置滑障速度为10-200cm2/min，压缩滑障，得到有序密集排列的单分子膜的表面压(π)与平均分子面积(A)等温曲线；π-A等温曲线显示CHCS单分子膜的压缩过程表面压呈现先缓慢增加到急剧增加，而后下降的变化过程；CHCS单分子膜成膜性能良好，能在水相上稳定存在，从而说明CHCS具有良好的两亲性；(4)抗蛋白质吸附实验将一定量CS或步骤(2)制得的CHCS配制成一定浓度的溶液，利用匀胶机在基板上旋涂膜，干燥并预处理后备用；将预处理后的涂层浸入不同浓度的蛋白质溶液中，在一定条件下，吸附一段时间后，利用BCA法测定吸附前后蛋白质溶液浓度的变化，根据浓度变化值计算出蛋白质的吸附量，进而得出抗蛋白质吸附率。2.根据权利要求1所述的一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的胆固醇氯甲酸酯与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为：1:1～3，N,N-二甲基甲酰胺加入量为50～200mL；步骤(1)中所述的反应条件为25～50℃，搅拌2～6h得到无色澄清溶液A。3.根据权利要求1所述的一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的壳聚糖与甲磺酸溶剂比例为：0.1g:5～100mL；步骤(2)中所述的反应温度为25～80℃，搅拌时间12～120h。4.根据权利要求1所述的一种两亲性壳聚糖衍生物抗蛋白质吸附涂层的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：关怀民，刘玉洁，童跃进，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35