一种聚合物膜材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种聚合物膜材料及其制备方法，包括：疏水性聚合物层和亲水性聚合物层；所述亲水性聚合物层上设置有亲水性粘附区，所述亲水性粘附区内设置有功能物质，所述功能物质上固定有粘连蛋白；所述亲水性聚合物层上设置有通孔，所述通孔与所述疏水性聚合物层形成疏水性粘附区；所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。本发明采用表面接枝和利用光掩膜板可控辐照相结合的方法，在聚合物膜表面形成疏水性粘附区和亲水性粘附区，并在亲水性粘附区键接红细胞粘附蛋白，得到用于从血液中分离单个红细胞和单个血小板的聚合物膜材料。
【专利说明】 一种聚合物膜材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于膜材料【技术领域】，具体涉及一种聚合物膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在上世纪20年代，由于石油工业的发展促进了三大合成材料品种的不断增多，聚合物膜材料的应用范围也在逐渐扩大，对聚合物膜材料的研究也逐渐成为业内的研发方向之一。在30年代研究人员已经将纤维膜应用于超滤分离，40年代出现了离子交换膜和点渗析分离法，50年代出现了反渗透法膜分离技术，60年代加拿大和美国的学者又成功制造出了高效能膜和超过滤膜。近年来，随着科学技术的发展以及各行业日益严格的要求，聚合物膜材料技术的汇总及应用范围在不断扩大，其中用量最大的是选择性分离功能膜，如离子交换膜、微孔过滤膜、超过滤膜、液膜、液晶膜等。目前已应用的领域有核燃料及金属提炼、气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器、医药、食品农药、化工等各个方面。
[0003]在医药应用领域中，聚合物膜材料在微量检测技术中可实现对微量样品高精度检测，在元素分析、生物领域和血液检测中具有广泛的应用。血液检测常需要将血液成分以及血细胞分离，再检验每种细胞的功能和状态。红细胞和血小板是血液细胞重要的组成部分。将红细胞和血小板从全血中直接分离并粘附在基体表面，能够提高检测的准确率和效率。
[0004]现有技术中主要采用表面图案化和胶束技术(Advanced functional Materials,2010，20，2396)，将全血中的血小板直接分离并粘附在基体上，聚合物膜材料表面图案化是细胞图案化技术的重要方法之一，其基本原理是:设计聚合物膜材料表面结构，使膜表面的某些区域抗细胞粘附，其他区域诱发细胞粘附。目前调控聚合物膜材料表面图案化的主要手段是具有较高精确度的紫外光刻技术。其是在膜材料表面接枝可聚合单体，形成抗细胞粘附层，然后在抗细胞粘附层表面放置光掩模板，再利用紫外光辐照，将曝露部分的抗细胞粘附层刻蚀掉，随后将某些特定蛋白质通过抗体物理吸附或化学键合到刻蚀区域，形成利于细胞粘附的区域，这样细胞能够选择性粘附在光掩模板的曝光部分。该方法将特定蛋白质与膜材料表面的刻蚀区域结合，提高了细胞粘附的效率。
[0005]但从全血中同时分离红细胞和血小板还没有合适的材料和方法，而且在现有的分离过程中还经常会造成血细胞的破坏和激活，影响检测结果。因此，找到一种合适的方法制备聚合物膜材料，将血液分离和检测在同一基底上完成，将是血液微量检测技术的重要进
止/J/ O
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚合物膜材料的制备方法，本发明提供的制备方法制备的聚合物膜材料，能够实现从全血中粘附和分离单个红细胞和血小板的功能。
[0007]本发明提供了一种聚合物膜材料，其特征在于，包括:
[0008]疏水性聚合物层；[0009]复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层，所述亲水性聚合物层上设置有亲水性粘附区，所述亲水性粘附区内设置有功能物质，所述功能物质上固定有粘连蛋白；
[0010]所述亲水性聚合物层上设置有通孔；
[0011]所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。
[0012]优选的，所述通孔的个数为一个或多个，每个通孔的面积为7?16μπι2，所述亲水性粘附区的个数为一个或多个，每个亲水性粘附区的面积为28?100 μ m2。
[0013]本发明还提供了一种聚合物膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]A)在光引发剂的作用下，将亲水性物质在疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜，所述聚合物膜包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层；
[0015]B)在光掩膜板的作用下，将所述聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成通孔，在聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成亲水性粘附区；
[0016]C)在紫外光辐照下，将功能单体加入所述亲水性粘附区中，形成功能物质，然后再将粘连蛋白固定在上述功能物质上，得到聚合物膜材料；
[0017]所述亲水性物质为亲水性聚合单体和/或亲水性聚合物；
[0018]所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。
[0019]优选的，所述步骤A)具体为:
[0020]Al)将聚合物薄膜置于光引发剂中吸附光引发剂；
[0021]A2)将亲水性物质在上述吸附了光引发剂的疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜。
[0022]优选的，所述光掩模板为上下两层，所述上下层光掩模板在同一位置设置有透光小孔，所述下层光掩模板还设置有透光大孔。
[0023]优选的，所述步骤B)具体为:
[0024]BI)将上下层光掩模板置于步骤A)得到的聚合物膜表面，在紫外光辐照下，透光小孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合层被完全刻蚀形成通孔；
[0025]B2)去掉上层光掩模板，在紫外光辐照下，下层光掩模板的透光大孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合物层被部分刻蚀，在所述聚合物膜的亲水性聚合物层上形成亲水性粘附区。
[0026]优选的，所述亲水性聚合单体为丙烯酸酯类单体、磷酸胆碱类单体、磺酸甜菜碱类单体或N-乙烯基吡咯烷酮单体；
[0027]所述亲水性聚合物为聚乙二醇及其衍生物、磷酸胆碱类聚合物、甜菜碱类聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇。
[0028]优选的，所述功能单体为含有醛基、环氧基或羧基的烯类单体。
[0029]优选的，所述光引发剂为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰类化合物、烷基苯酮类化合物、酰基磷氧化物、二苯甲酮类化合物或硫杂蒽酮类化合物。
[0030]优选的，所述疏水性聚合物薄膜是由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅、聚乙烯基吡咯烷酮、胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂和褐藻胶中的一种或多种制成。
[0031]优选的，所述得到疏水性粘附区的紫外光辐照时间为10?30min ;所述形成亲水性粘附区的紫外光辐照时间为30?60s。
[0032]本发明在光引发剂的作用下，将亲水性物质在疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜，所述聚合物膜包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层，然后在光掩膜板的作用下，将所述聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成通孔，即疏水性粘附区，在聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成亲水性粘附区，最后在紫外光辐照下，将功能单体加入所述亲水性粘附区中，形成功能物质，然后再将粘连蛋白固定在上述功能物质上，得到聚合物膜材料。本发明提供的聚合物膜材料，包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层，所述亲水性聚合物层上设置有亲水性粘附区，所述亲水性粘附区内设置有功能物质，所述功能物质上固定有粘连蛋白，所述亲水性聚合物层上设置有通孔，所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。与现有技术相比，本发明基于红细胞与血小板的粘附能力差别，血小板粘附力较强，可以直接粘附在疏水表面(水接触角大于90° ),却不在亲水表面粘附(水接触角小于90° ),而红细胞粘附能力较弱，在材料表面通常较难粘附，需要与特定的粘附蛋白作用，才能实现红细胞粘附。本发明采用表面接枝和利用光掩膜板可控辐照相结合的方法，在聚合物膜表面形成疏水性粘附区和亲水性粘附区，并在亲水性粘附区键接红细胞粘附蛋白，得到用于从血液中分离红细胞和血小板的聚合物膜材料。进一步的，基于红细胞和血小板的尺度的不同，血液中的红细胞直径为6?9μπι，血小板直径为2?4μπι，本发明通过控制单个疏水性粘附区和单个亲水性粘附区的面积，从而实现从全血中粘附和分离单个红细胞和血小板的功能。实验结果表明，通过扫描电子显微镜观察，采用本发明提供的制备方法得到的聚合物膜材料，能够实现在血液中粘附和分离单个红细胞和血小板。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例1中的组合模板拆分示意图；
[0034]图2为本发明实施例1制备聚合物膜材料的实验流程示意图；
[0035]图3为本发明实施例1制备的聚合物膜材料从富含血小板的血浆中分离单个血小板的扫描电镜照片；
[0036]图4为本发明实施例1制备的聚合物膜材料从新鲜血液中分离单个红细胞和血小板的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0037]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
[0038]本发明所有原料，对其来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的制备方法制备或在市场上购买的即可。
[0039]本发明提供了一种聚合物膜材料，其特征在于，包括:疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层；所述亲水性聚合物层上设置有亲水性粘附区，所述亲水性粘附区内设置有功能物质，所述功能物质上固定有粘连蛋白；所述亲水性聚合物层上设置有通孔；所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。
[0040]本发明所述疏水性聚合物层，即疏水性基体膜，其材质为疏水性的合成高分子聚合物或疏水性的天然高分子聚合物，所述疏水性的合成高分子聚合物优选为由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种，更优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅或聚乙烯基吡咯烷酮，最优选为氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、聚丙烯、聚乳酸或聚氨酯。所述天然高分子聚合物优选为胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂和褐藻胶中的一种或多种，更优选为胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂或褐藻胶。
[0041]本发明所述亲水性聚合物层，由亲水性聚合物组成，或由亲水性聚合单体聚合得至IJ，所述亲水性聚合物优选为聚乙二醇及其衍生物、磷酸胆碱类聚合物、甜菜碱类聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇，更优选为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯；所述亲水性聚合单体优选为丙烯酸酯类单体、磷酸胆碱类单体、磺酸甜菜碱类单体或N-乙烯基吡咯烷酮单体，更优选为2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱或N-乙烯基吡咯烷酮。
[0042]所述功能物质优选为功能单体和/或功能单体的聚合物，所述功能单体优选为含有醛基、环氧基或羧基的烯类单体，更优选为含有醛基或羧基的烯类单体，最优选为丙烯酸、2-甲基-2-丁烯醛或甲基丙烯酸缩水甘油酯；本发明对所述粘连蛋白没有特别限制，以本领域技术人员熟知的粘连用蛋白即可，优选为整合蛋白或神经氨酸酶，更优选为粘连蛋白⑶46、粘连蛋白⑶47、粘连蛋白⑶48、神经氨酸酶或血红蛋白。
[0043]所述亲水性聚合物层上设置有通孔，所述通孔的底面为疏水性聚合物层，因而形成疏水性粘附区；所述通孔的个数优选为一个或多个，每个通孔的面积优选为7?16 μ m2，更优选为6?15 μ m2 ;本发明对所述通孔的形状没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规形状即可，本发明优选为圆形或正方形，所述通孔为圆形时，其直径优选为3?4μπι，更优选为3.2?3.8 μ m，所述通孔为正方形时，其边长优选为3?4 μ m，更优选为3.2?
3.8 μ m ;本发明对所述通孔的个数和排练方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规个数和排练方式即可。
[0044]所述亲水性粘附区的个数为一个或多个，每个亲水性粘附区的面积优选为28?100 μ m2，更优选为30?95 μ m2 ;本发明对所述亲水性粘附区的形状没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规形状即可，本发明优选为圆形或正方形，所述亲水性粘附区为圆形时，其直径优选为6?10 μ m，更优选为7?9 μ m，所述亲水性粘附区为正方形时，其边长优选为6?10 μ m，更优选为7?9 μ m，本发明对所述亲水性粘附区的个数和排练方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规个数和排练方式即可，本发明优选为规整的阵列式排布。
[0045]本发明还提供了一种上述聚合物膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0046]A)在光引发剂的作用下，将亲水性物质在疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜，所述聚合物膜包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层；
[0047]B)在光掩膜板的作用下，将所述聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成通孔，在聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成亲水性粘附区；
[0048]C)在紫外光辐照下，将功能单体加入所述亲水性粘附区中，形成功能物质，然后再将粘连蛋白固定在上述功能物质上，得到聚合物膜材料；
[0049]所述亲水性物质为亲水性聚合单体和/或亲水性聚合物。
[0050]本发明首先在光引发剂的作用下，将亲水性物质在疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜，所述聚合物膜包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层，所述亲水性物质为亲水性聚合单体和/或亲水性聚合物；本发明对上述聚合物膜的制备过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的聚合物膜的常规制备过程即可，优选按以下步骤进行，先将聚合物薄膜置于光引发剂中吸附光引发剂，然后再将亲水性物质在上述吸附了光引发剂的疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜。
[0051]所述疏水性聚合物层，即疏水性基体膜，其材质优选为疏水性的合成高分子聚合物或疏水性的天然高分子聚合物，所述疏水性的合成高分子聚合物优选为由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种，更优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅或聚乙烯基吡咯烷酮，最优选为氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、聚丙烯、聚乳酸或聚氨酯。所述天然高分子聚合物优选为胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂和褐藻胶中的一种或多种，更优选为胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂或褐藻胶。
[0052]所述亲水性物质优选为亲水性聚合单体和/或亲水性聚合物，更优选为亲水性聚合单体或亲水性聚合物，所述亲水性聚合物优选为聚乙二醇及其衍生物、磷酸胆碱类聚合物、甜菜碱类聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇，更优选为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯；所述亲水性聚合单体优选为丙烯酸酯类单体、磷酸胆碱类单体、磺酸甜菜碱类单体或N-乙烯基吡咯烷酮单体，更优选为2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱或N-乙烯基吡咯烷酮。
[0053]所述光引发剂优选为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰类化合物、烷基苯酮类化合物、酰基磷氧化物、二苯甲酮类化合物或硫杂蒽酮类化合物，更优选为二苯甲酮类化合物，最优选为二苯甲酮。
[0054]本发明对所述聚合物薄膜的制备方法没有特别限制，以本领域技术人员熟知的聚合物薄膜的制备方法即可，本发明优选采用溶液成膜法、熔融成膜法或吹膜法；本发明对所述聚合物薄膜的厚度没有特别限制，优选为IOOnm?0.5cm,更优选为500nm?0.1cm ;本发明对所述吸附的过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的吸附过程即可，本发明优选将聚合物薄膜完全浸泡于光引发剂溶液中进行吸附；本发明对所述光引发剂溶液没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于接枝反应的光引发剂溶液即可，优选为采用丙酮作为溶剂，所述光引发剂溶液的浓度优选为1%?5%，更优选为1.5%?4.5%。
[0055]本发明对所述接枝反应的接枝率没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规接枝率即可，本发明所述接枝反应的接枝率优选为0.1%?10%，更优选为0.5%?8% ;本发明对所述接枝反应的方法没有特别限制，以本领域技术人员熟知的接枝反应的方法即可，优选采用引发剂接枝聚合法、紫外光接枝聚合法、等离子体处理、高能辐射(Y辐射、电子束辐射等)或臭氧引发接枝聚合，更优选采用紫外光接枝聚合法。本发明对所述接枝反应的过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的接枝反应过程即可，当亲水性物质为亲水性聚合单体时，优选将亲水性的聚合物单体或聚合物单体水溶液均匀涂覆在光引发剂浸泡过的疏水性聚合物薄膜的表面，然后用等离子体或紫外辐照引发聚合物单体接枝聚合，形成聚合物膜；所述聚合物单体水溶液的质量浓度优选为0.1%?100%，更优选为0.5%?95% ;所述接枝聚合的时间优选为I?3min,更优选为1.5?2.5min。
[0056]本发明在得到上述聚合物膜后，在光掩膜板的作用下，将所述聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成通孔，即疏水性粘附区，在聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成亲水性粘附区；所述得到疏水性粘附区的光刻时间，即得到疏水性粘附区的紫外光辐照时间优选为10?30min，更优选为15?25min ;所述形成亲水性粘附区的光刻时间，即形成亲水性粘附区的紫外光辐照时间优选为30?60s，更优选为35?55s。
[0057]本发明对上述形成疏水性粘附区和亲水性粘附区的过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的光刻形成粘附区的过程即可，本发明优选具体按照以下步骤进行:首先将光掩模板优选为上下两层，所述上下层光掩模板优选在同一位置设置有透光小孔，所述下层光掩模板还设置有透光大孔；然后将上下层光掩模板置于上述步骤得到的聚合物膜表面，在紫外光辐照下，透光小孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合层被完全刻蚀形成通孔，即在所述聚合物膜的表面，形成疏水性粘附区；最后去掉上层光掩模板，在紫外光辐照下，下层光掩模板的透光大孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合物层被部分刻蚀，在所述聚合物膜的亲水性聚合物层上形成亲水性粘附区。
[0058]本发明对所述光掩模板没有特别限制，以本领域技术人员熟知的光掩模板即可；本发明为使形成的疏水性粘附区和亲水性粘附区更加规整，优选采用上下两层光掩模板，并在同一位置设置有透光小孔；本发明对所述透光小孔的个数没有特别限制，以满足实际情况需要即可；本发明对所述透光小孔的排列没有特别限制，以满足实际情况需要即可，本发明优选为规整的阵列式排布；本发明对所述单个透光小孔的面积没有特别限制，以满足实际情况需要即可，本发明中优选参照血液中单个血小板的尺度设定，所述单个透光小孔的面积优选为7?16 μ m2，更优选为6?15 μ m2 ;本发明对所述透光小孔的形状没有特别限制，优选为圆形透光小孔或正方形透光小孔，所述圆形透光小孔的直径优选为3?4μ m，更优选为3.2?3.8 μ m,所述正方形透光小孔的边长优选为3?4 μ m,更优选为3.2?
3.8 μ m。
[0059]本发明优选在下层光掩模板上还设置有透光大孔，从而在紫外光辐照下，在所述聚合物膜的亲水性聚合物层上形成亲水性粘附区；本发明对所述透光大孔的个数没有特别限制，以满足实际情况需要即可；本发明对所述透光大孔的排列没有特别限制，以满足实际情况需要即可，本发明优选为规整的阵列式排布；本发明对所述单个透光大孔的面积没有特别限制，以满足实际情况需要即可，本发明中优选参照血液中单个红细胞的尺度设定，所述单个透光大孔的面积优选为28?100 μ m2，更优选为30?95 μ m2 ;本发明对所述透光大孔的形状没有特别限制，优选为圆形透光大孔或正方形透光大孔，所述圆形透光大孔的直径优选为为6?10 μ m,更优选为7?9 μ m,所述正方形透光大孔的边长优选为6?10 μ m,更优选为7?9 μ m。
[0060]本发明对所述下层光掩模板的透光大孔和透光小孔之间的间距没有特别限制，以本领域技术人员熟知的间距设置即可；本发明对所述部分刻蚀没有特别限制，以满足实际情况需要即可，本发明将所述亲水性聚合物层部分刻蚀，以在后续步骤中能够将功能单体接枝在亲水性粘附区；本发明对所述紫外光没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于光刻的紫外光即可；本发明所述疏水性粘附区的个数、面积以及排列方式与透光小孔的相关参数优选方案一致，在此处不再一一赘述；本发明所述亲水性粘附区的个数、面积以及排列方式与透光大孔的相关参数优选方案一致，在此处不再一一赘述。
[0061]本发明最后在紫外光辐照下，将功能单体加入所述亲水性粘附区中，形成功能物质，然后再将粘连蛋白固定在上述功能物质上，得到聚合物膜材料；所述功能单体优选为含有醛基、环氧基或羧基的烯类单体，更优选为含有醛基或羧基的烯类单体，最优选为丙烯酸、2-甲基-2- 丁烯醛或甲基丙烯酸缩水甘油酯；所述功能物质优选为功能单体和/或功能单体的聚合物，更优选为功能单体和功能单体的聚合物；本发明对所述粘连蛋白没有特别限制，以本领域技术人员熟知的粘连用蛋白即可，优选为整合蛋白或神经氨酸酶，更优选为粘连蛋白⑶46、粘连蛋白⑶47、粘连蛋白⑶48、神经氨酸酶或血红蛋白。
[0062]本发明在紫外光辐照下，将功能单体加入亲水性粘附区中，本发明对加入的连接方式没有特别限制，优选为通过接枝反应进行连接，所述功能单体连接到亲水性粘附区后，功能单体不聚合、部分聚合或全部聚合，形成功能单体和/或功能单体的聚合物，即功能物质；本发明对功能单体连接后的状态没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况需要进行调整；本发明为保证功能单体能够更好的连接到亲水性粘附区，优选采用功能单体的溶液，本发明对所述功能单体的溶液的质量浓度没有特别限制，优选为10%?30%，更优选为15%?25%。
[0063]本发明利用含有醛基的烯类单体与氨基的亲核加成反应、含有环氧基的烯类单体与氨基的开环反应以及含有羧基的烯类单体与氨基缩合反应，将所述粘连蛋白键接在功能物质上，从而固定在亲水性粘附区；本发明对键接的时间没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类反应的时间即可，优选为6?10小时，更优选为7?9小时；本发明为保证粘连蛋白能够更好的固定在亲水性粘附区，优选采用粘连蛋白的溶液，本发明对所述功能单体的溶液的质量浓度没有特别限制，优选为1%?10%，更优选为2%?8%。
[0064]本发明在上述步骤完成后，优选采用磷酸盐缓冲溶液(PBS)进行冲洗，以除去上述步骤中可能存在的过量的反应物，从而最终得到聚合物膜材料。
[0065]本发明通过上述方法制备得到的聚合物膜材料，能够从全血中粘附和分离单个红细胞和血小板。实验结果表明，通过扫描电子显微镜观察，采用本发明提供的制备方法得到的聚合物膜材料，能够实现在血液中粘附和分离单个红细胞和血小板。
[0066]为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的聚合物膜材料的制备方法进行详细描述。
[0067]实施例1
[0068]将氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物SEBS (美国科腾公司生产，牌号1650)作为疏水性聚合物膜基体材料。首先将5wt%的氯仿溶液，采用滴膜法制备面积为3*3cm2，厚度为IOOum的疏水性聚合物薄膜，然后将上述疏水性聚合物薄膜放入2wt%的二苯甲酮的丙酮溶液中，浸泡30分钟，再将薄膜放置在石英板上，并将亲水性聚合单体2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(日本生产，南京汇哲贸易有限公司销售)配成20wt%的水溶液，均匀的滴加在上述疏水性聚合物薄膜的表面，滴加量为10mL。再在紫外灯下辐照I?3min后，用大量PBS缓冲溶液冲洗，得到聚合物膜。
[0069]准备由上层光掩模板和下层光掩模板组成的组合模板，参见图1，图1为本发明实施例I中的组合模板拆分示意图，其中上层光掩模板含有3?4um的圆孔形阵列，每两排阵列中间相隔50um ;下层光掩模板在对应位置含有同样的3?4um的圆孔形阵列，并在此阵列中间有6?IOum的圆孔形阵列。
[0070]然后将上述聚合物膜放在石英板上，并将由上述组合模板置于薄膜上。再将带有组合模板的薄膜置于紫外灯下辐照20min，使透光区域的亲水性聚合物层，即亲水高分子层，完全刻蚀，形成一系列3?4um的圆孔形阵列疏水性粘附区。
[0071]再取走上层光掩模板，将带有下层光掩模板的薄膜置于紫外灯下辐照30?60s，使新曝光区域的亲水性聚合物层中的亲水高分子部分降解，亲水性略微降低，并产生活化基团。滴加5ml浓度为20wt%的功能单体丙烯酸(分析纯，天津开发区乐泰化工有限公司)的溶液，继续用紫外灯福照I?3min,使功能单体丙烯酸接枝到部分降解的亲水高分子链上形成功能物质。然后，滴加Iml浓度为5wt%的粘连蛋白CD48(北京普博斯生物科技有限公司)溶液，再将上述步骤处理的聚合物膜放在温度为37°C的恒温容器中，6?10小时后取出并用大量水和PBS缓冲溶液冲洗，最后得到聚合物膜材料。
[0072]上述制备聚合物膜材料的实验流程，参见图2，图2为本发明实施例1制备聚合物膜材料的实验流程示意图。
[0073]将上述方法制备的聚合物膜材料放置在48孔板的小孔中，取20 μ L富含血小板的血浆滴加在膜中心，并在温度为37°C的条件下培养60分钟，随后用PBS缓冲溶液(pH=7.4)冲洗3次，再用浓度为2.5wt%的戊二醛的PBS溶液，在温度为4°C的条件下静置10小时后，再使用PBS缓冲溶液冲洗，并用不同浓度的乙醇水溶液脱水。
[0074]最后将经过上述血浆粘附后的聚合物膜材料表面经过电子显微镜观察，结果表明，实现了血小板粘附，形成了血小板阵列，参见图3，图3本发明实施例1制备的聚合物膜材料从富含血小板的血浆中分离单个血小板的扫描电镜照片
[0075]将上述方法制备的聚合物膜材料放置在48孔板的小孔中，从志愿者身上抽取Iml血液，取20 μ L全血滴加在膜中心，并在温度为37°C的条件下培养60分钟，随后用PBS缓冲溶液(pH=7.4)冲洗3次，再用浓度为2.5wt%的戊二醛的PBS溶液，在温度为4°C的条件下静置10小时后，再使用PBS缓冲溶液冲洗，并用不同浓度的乙醇水溶液脱水。
[0076]最后将经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面经过电子显微镜观察，结果表明，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成了红细胞阵列和血小板阵列，参见图4，图4为本发明实施例1制备的聚合物膜材料从新鲜血液中分离单个红细胞和血小板的扫描电镜照片。
[0077]实施例2
[0078]改变疏水性聚合物基体材料，基体材料使用聚丙烯(PP)，采用吹膜法制备。其余步骤按实施例1所述实施。
[0079]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0080]实施例3
[0081]改变疏水性聚合物基体材料，基体材料使用聚乳酸(PLA)，采用熔融压膜法制备。其余步骤按实施例1所述实施。
[0082]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0083]实施例4
[0084]改变疏水性聚合物基体材料，基体材料使用聚氨酯(Texin5590，Bayer公司生产)。用二甲苯溶解成膜。其余步骤按实施例1所述实施。
[0085]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0086]实施例5
[0087]改变亲水性聚合物，聚合物为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(Mw=750)，其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0088]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0089]实施例6
[0090]改变亲水性聚合单体，聚合单体为N-乙烯基吡咯烷酮，其余原料、步骤均与实施例I相同。[0091]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0092]实施例7
[0093]改变亲水性聚合单体的接枝方法，采用等离子体引发方法，将SEBS膜用等离子体在氮气气氛中辐照30s，然后，将膜浸入MPC溶液中，加热到50°C，引发接枝反应。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0094]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0095]实施例8
[0096]改变亲水性聚合单体的接枝方法。采用引发剂引发方法，将SEBS膜用HCl/H2SO4(IiI)混合液处理lh，洗净后，将膜浸入MPC溶液中，室温条件下引发接枝反应。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0097]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0098]实施例9
[0099]改变上下层光掩膜板透光区域的形状，用正方形代替圆形。小正方形的边长为
3-4um,大正方形的边长为6-10um。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0100]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0101]实施例10
[0102]改变辐射源刻蚀亲水性聚合物层，使用等离子刻蚀带有组合模板的聚合物膜5?lOmin，将透光区域的亲水性聚合物层完全刻蚀。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0103]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0104]实施例11
[0105]改变辐射源刻蚀亲水性聚合物层。使用电子束刻蚀带有组合模板的高分子膜5?lOmin，将透光区域的亲水性聚合物层完全刻蚀。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0106]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0107]实施例12
[0108]改变用于键合蛋白质的功能单体，使用2-甲基-2-丁烯醛。将2-甲基-2-丁烯醛配成10%的乙醇溶液，滴加在膜表面。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0109]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0110]实施例13
[0111]改变用于键合蛋白质的功能单体，使用甲基丙烯酸缩水甘油酯，将甲基丙烯酸缩水甘油酯配成10%的水溶液，滴加在膜表面。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0112]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。[0113]实施例14
[0114]改变键合蛋白质的种类，使用整合蛋白相关蛋白(CD47)，将CD47的水溶液(5wt%)，滴加在膜表面。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0115]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0116]实施例15
[0117]改变键合蛋白质的种类，使用神经氨酸酶作为红细胞粘附蛋白，将神经氨酸酶的水溶液(5wt%)，滴加在膜表面。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0118]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0119]实施例16
[0120]改变键合蛋白质的种类，使用血红蛋白作为红细胞粘附蛋白，将血红蛋白的水溶液(5wt%)，滴加在膜表面。其余原料、步骤均与实施例1相同。
[0121]经过上述血液粘附后的聚合物膜材料表面通过电子显微镜观察，红细胞和血小板实现了单细胞分离，分别形成红细胞阵列和血小板阵列。
[0122]实施例17
[0123]将上述实施例1?16制备聚合物膜材料的实验条件和测试结果进行对比，结果参见表1，表I为本发明实施例1?16制备聚合物膜材料的实验条件和测试结果。
[0124]表I实施例1?16制备聚合物膜材料的实验条件和测试结果
[0125]
【权利要求】
1.一种聚合物膜材料，其特征在于，包括: 疏水性聚合物层； 复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层，所述亲水性聚合物层上设置有亲水性粘附区，所述亲水性粘附区内设置有功能物质，所述功能物质上固定有粘连蛋白； 所述亲水性聚合物层上设置有通孔； 所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。
2.根据权利要求1所述的聚合物膜材料，其特征在于，所述通孔的个数为一个或多个，每个通孔的面积为7~16 μ m2，所述亲水性粘附区的个数为一个或多个，每个亲水性粘附区的面积为28~100 μ m2。
3.一种聚合物膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A)在光引发剂的作用下，将亲水性物质在疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜，所述聚合物膜包括疏水性聚合物层和复合在所述疏水性聚合物层上的亲水性聚合物层； B)在光掩膜板的作用下，将所述聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成通孔，在聚合物膜的亲水性聚合物层上光刻形成亲水性粘附区； C)在紫外光辐照下， 将功能单体加入所述亲水性粘附区中，形成功能物质，然后再将粘连蛋白固定在上述功能物质上，得到聚合物膜材料； 所述亲水性物质为亲水性聚合单体和/或亲水性聚合物； 所述功能物质为功能单体和/或功能单体的聚合物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为: Al)将聚合物薄膜置于光引发剂中吸附光引发剂； A2)将亲水性物质在上述吸附了光引发剂的疏水性聚合物薄膜表面进行接枝反应，形成聚合物膜。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光掩模板为上下两层，所述上下层光掩模板在同一位置设置有透光小孔，所述下层光掩模板还设置有透光大孔。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)具体为: BI)将上下层光掩模板置于步骤A)得到的聚合物膜表面，在紫外光辐照下，透光小孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合层被完全刻蚀形成通孔； B2)去掉上层光掩模板，在紫外光辐照下，下层光掩模板的透光大孔下的聚合物膜表面的亲水性聚合物层被部分刻蚀，在所述聚合物膜的亲水性聚合物层上形成亲水性粘附区。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性聚合单体为丙烯酸酯类单体、磷酸胆碱类单体、磺酸甜菜碱类单体或N-乙烯基吡咯烷酮单体； 所述亲水性聚合物为聚乙二醇及其衍生物、磷酸胆碱类聚合物、甜菜碱类聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述功能单体为含有醛基、环氧基或羧基的烯类单体。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为苯偶姻及其衍生物、苯偶酰类化合物、烷基苯酮类化合物、酰基磷氧化物、二苯甲酮类化合物或硫杂蒽酮类化合物。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述疏水性聚合物薄膜是由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、聚苯乙烯、丁二烯和苯二烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酰胺、聚已二酰已二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚苯并咪唑、聚乙烯咔唑、聚(丙烯酸-芘甲醇)、聚乙烯基苯酚、聚丙烯酰胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚二茂铁基二甲基硅、聚乙烯基吡咯烷酮、胶原、蚕丝、壳聚糖、胶原蛋白、阿拉伯树脂、琼脂和褐藻胶中的一种或多种制成。
11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述得到疏水性粘附区的紫外光辐照时间为10~30min ;所述形成亲水性粘附区的紫外光辐照时间为30~60s。
【文档编号】B01D67/00GK103816816SQ201410071882
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】石强, 殷敬华, 侯建文, 叶玮, 杨华伟 申请人:中国科学院长春应用化学研究所