本发明专利技术涉及N-羟甲基丙烯酰胺亲水性聚合物刷的制备方法，属聚合物合成技术领域。该方法可在全水相、室温、对生物分子安全等环境友好的条件下，在固体支撑物表面上合成具有端基易于功能化修饰、高亲水性、高抗蛋白吸附能力和良好的生物相容性、易于生物分子检测探针修饰的多羟基聚合物刷。其制备过程包括：基片的表面处理、氨基硅烷偶联剂的组装、引发剂的修饰、N-羟甲基丙烯酰胺聚合物刷修饰的基片的制备、聚合物术端的活性卤素原子的功能化修饰。本发明专利技术不但解决了引发剂卤化物有毒的问题，同时增加了功能基团或功能化反应位点；用无毒的氨基硅烷为配体，与卤化亚铜配位作为该反应的催化剂，以解决催化剂配体成本高有毒的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属聚合物合成
技术介绍
在合成材料表丽，无法控制的、非特异性吸附的蛋白质会引起一系列意外事件的发生，包括凝固、补体激活、血小板粘附和激活、免疫反应和生物不相容性。最近的理论和实验的发展表明，用表面引发 接枝功能性单体合成的高密度高亲水聚合物刷，由于大分子的熵的排斥作用，可以有效抵抗非特异性蛋白吸附，蛋白质吸附量不足5ng/cm2，仅是聚苯乙烯、玻璃等传统材料蛋白质吸附量的三百分之一。各种亲水性材料，如聚乙二醇和寡聚乙二醇(OEG)，葡聚糖、甘露醇和甘油的枝状物以及两性离子材料，如 poly (sulfobetaine methacrylate) > poly (carboxybetaine methacrylate)和poly(2-methacryloyloxyethyl phosphoryl choline)都证明可以降低非特异性蛋白吸附、细胞/细菌粘附和生物膜的形成。原子转移自由基聚合(ATRP)是实现活性自由基聚合，获得可控聚合物的有效方法。采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP),可通过表面引发聚合(graft from)的方式在材料表面合成高密度、聚合物分子量大小可控、分子量分布窄，聚合工艺简单的聚合物刷，并可通过功能性单体或功能性引发剂实现ATRP的功能性聚合。虽然含有乙二醇单体的聚合物刷具有很高的亲水性、良好的生物相容性、较低的毒性和无免疫性等优点，并且使用这类聚合物刷对医学高分子材料的表面进行修饰已成为目前极为普遍的研究方法，但是在阻止长期的生物薄膜的形成方面受到一定的限制。据文献报道，在活的有机体中，该类聚合物刷能够在酶的作用下发生氧化，从而失去良好的抗蛋白质吸附作用。聚N-乙烯吡咯烷酮(PVP)，由于其良好的水溶性、生物相容性、化学稳定性、生物惰性和很好的抗蛋白质吸附，而引起了相当广泛的关注。但是，PVP聚合物刷不含有特殊的功能基团，不能够和含有特殊基团的物质进行进一步反应，也就不具有功能化作用，限制了这种聚合物刷的应用。据文献报道(A.Halperin, G. Fragneto, A. Schollier, M. Sferrazza, Langmuir2007，23，10603-10617 ； J. Satulovsky, M. A. Carignano, I.Szleifer, Pro.Nat. Acad.Sci. 2000，97，9037-9041 ；W. Feng, S. Zhu, K. Ishihara, J. L Brash, Biointerphases 2006，1，50)，使用ATRP合成的具有三维结构的丙烯酸聚合物刷具有很强的结合蛋白质分子的能力。把蛋白质共价键的固载到聚内烯酸聚合物刷的表面上需要通过I-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)进行活化，再进一步与蛋白质上的氨基发生反应。但是制备丙烯酸聚合物刷的步骤比较多，而且该聚合物刷修饰的表面的水接触角不是太小，亲水性不好，抗蛋白质吸附性能不强。因此，这种聚合物刷的使用也受到了一定的限制。N-羟甲基内烯酰胺分子中含有极性较大的酰胺基和羟基，氧原子和氮原子是典型的配位原子，能够和某些物质发生反应生成络合物，与极性分子有较强的亲和力，具有良好的生理相容性，而且不参与人体的新陈代谢，对皮肤、粘膜和眼等部位及器官不造成任何明显的刺激。因此，研究更安全、环保、生物相容性好的N-羟甲基丙烯酰胺高亲水性聚合物刷的制备方法具有十分的重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种，通过表面引发原子转移自由基聚合，在室温、纯水、对生物分子安 全等环境友好的条件下，在固体支撑物表面上合成具有良好抗蛋白吸附能力的、易于生物分子检测探针修饰的N-羟甲基丙烯酰胺亲水聚合物刷，以满足生物医学检测传感器(芯片)制备的需求。为实现这一目的，本专利技术使用原子转移自由基聚合的方法将N-羟甲基丙烯酰胺单体聚合到单品硅、玻璃、石英基片的表面，研究N-羟甲基丙烯酰胺聚合物刷修饰的表面在抗蛋白质吸附和荧光信号放大方面的应用。本专利技术的制备过程如下I)基片的表面处理将基片放在浓硫酸与双氧水体积比为7 3的混合溶液中，90°C下处理90分钟后，分别置于丙酮、去离子水中超声10分钟，再用去离子水冲洗，最后用氮气将基片表面吹干，得到羟基化的基片；2)氨基硅烷偶联剂的组装将新制备的表面羟基化的基片置于含I-IOmmol氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液中，加热至80°C下反应24小时后，取出基片，依次用甲苯、甲醇、水、丙酮冲洗三次后，用氮气将基片表面吹干，得氨基硅烷偶联剂修饰的基片。3)引发剂的修饰将表面氨基化的基片置于含有I-IOmmol引发剂的三乙胺和二氯甲烷混合溶液中，三乙胺和二氯甲烷的体积比为I : 15，在室温条件下反应12-24小时。将基片依次用二氯甲烷、水、甲醇、二氯甲烷冲洗三次后，用氮气将基片表面吹干，得到引发剂修饰的基片。4)N-羟甲基内烯酰胺聚合物刷修饰的基片的制备在含有0.5-5mol [1N-羟甲基内烯酰胺单体的水溶液中，加入l_20mol %的催化剂，催化剂的组成为卤化亚铜/氨基硅烷配体，其摩尔比为I : 2-5，混合均匀后，抽真空、充氮气三次，在氮气保护下磁力搅拌半小时，之后在氮气氛围下，将表面用引发剂修饰的基片浸入该反应液中，抽真空，充氮气至少三次，在氮气保护下室温反应1-24小时。取出基片，用甲醇、水、甲醇、丙酮冲洗三次，用氮气吹干，得到N-羟甲基丙烯酰胺聚合物刷修饰的基片，所获得的聚合物的聚合度n =10-100。5)聚合物末端的活性卤素原子的功能化修饰把N-羟甲基丙烯酰胺单体聚合物刷修饰的基片浸入到含有I-IOmmol L—1端基功能化试剂的二氯甲烷溶液中，室温下反应12-16小时，反应结束后取出基片，用二氯甲烷、丙酮、水、丙酮冲洗若干次，最后用氮气吹干，密封保存。上述制备方法，步骤I中所述的基片是硅、玻璃和石英基片，也可为以硅或二氧化硅(SiO2)为表层材料的纳米材料、磁性纳米材料、介(微)孔材料等。上述制备方法，步骤2中所述氨基硅烷偶联剂是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基娃烧。上述制备方法，步骤3中所述引发剂是a-卤代酰卤包括a-氯代丙酰氯、a-氯代丁酰氯、a -氯代异丁酰氯、a -溴代丙酰溴、a _溴代丁酰溴、a _溴代异丁酰溴。上述制备方法，步骤4中所述的卤化亚铜是氯化亚铜、溴化亚铜。上述制备方法，步骤4中所述的氨基硅烷配体是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷，取代有毒的2，2’联吡啶(2，2 ’ -bipyridyl)。上述制备方法，步骤5中所述的端基功能化试剂是I-萘乙酰氯、I-芘丁酰氯、I-萘乙酰肼。本专利技术制备新型N-羟甲基丙烯酰胺高亲水性聚合物刷的方法，可在全水相、室温下操作，工艺简单，无毒环保，所得聚合物刷端基可进行功能化修饰，聚合物含有大量的端羟基，水溶性好，抗蛋白吸附能力强，适宜用于生物、医学、药物、食品安全检测试剂，生物医药载体，异相催化剂的载体，吸水材料等，具有广泛的应用前景。附图说明图I为本专利技术实施例中不同步骤硅基片的水接触角变化图。图中Si-OH表示羟基化的硅基片本文档来自技高网...
【技术保护点】
N?羟甲基丙烯酰胺亲水性聚合物刷的制备方法，其特征在于制备方法如下：1)将基片放在浓硫酸与双氧水体积比为7∶3的混合溶液中，90℃下处理90分钟后，分别置于丙酮、去离子水中超声10分钟，再用去离子水冲洗，最后用氮气将基片表面吹干，得到羟基化的基片；2)将新制备的表面羟基化的基片置于含有1?10mmol氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液中，加热至80℃反应24小时后，取出基片，依次用甲苯、甲醇、去离子水、丙酮冲洗三次后，用氮气将基片表面吹干，得氨基硅烷偶联剂修饰的基片；3)将表面氨基化的基片置于含有1?10mmol引发剂的三乙胺和二氯甲烷混合溶液中，三乙胺和二氯甲烷的体积比为1∶15，在室温条件下反应12?24小时。将基片依次用二氯甲烷、去离子水、甲醇、二氯甲烷冲洗三次后，用氮气将基片表面吹干，得到引发剂修饰的基片；4)在含有0.5?5mol?L?1N?羟甲基丙烯酰胺亲水性聚合单体的水溶液中，加入1?20mo1％的催化剂，催化剂的组成为卤化亚铜/氨基硅烷配体，其摩尔比为1∶2?5，混合均匀后，抽真空、充氮气三次，在氮气保护下磁力搅拌半小时，之后在氮气氛围下，将表面用引发剂修饰的基片浸入该反应液中，抽真空、充氮气至少三次，在氮气保护下室温反应1?24小时，取出基片，用甲醇、去离子水、甲醇、丙酮冲洗三次，用氮气吹干，得到N?羟甲基丙烯酰胺聚合物刷修饰的基片；5)把N?羟甲基丙烯酰胺聚合物刷修饰的基片浸入到含有1?10mmolL?1端基功能化试剂的二氯甲烷溶液中，室温下反应12?16小时，反应结束后取出基片，用二氯甲烷、丙酮、去离子水、丙酮冲洗三次，最后用氮气吹干，密封保存。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李铁生，许文俭，张娜，蔡丽丽，赵娜，付志华，吴养洁，崔学晨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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