专利名称：单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物及其制备方法和用途。
背景技术：
对生物医学仪器、生物化学过程和生物诊断来说，蛋白质和其它生物分子在材料表面的非特异性吸附是一个普遍问题，尤其是当涉及金属或玻璃材料时，因为蛋白质和其它生物分子会因静电吸附而在这些物质表面吸附成多层膜。目前抑制这种吸附的方法是使用吸附抑制剂——长链硅烷或聚乙二醇。前者通过长链硅烷与玻璃或金属表面氧化物的共价作用，在表面形成一长链烷基分子膜，掩蔽了基底材料与生物分子之间的静电作用，从而抑制了两者间的物理吸附。但是，这个表面的表面自由能(γSL＝50mN/m)还是相对较高的，仍能吸附约一个生物分子厚的膜层。后者聚乙二醇分子(PEG)链的亲水性、柔性和电中性能够有效抑制生物分子在无机材料表面的物理吸附，因此在表面键合PEG链是一种有效的抑制生物分子非特异吸附的手段。通常，键合PEG链的方法包括PEG和聚合物的接枝共聚以及聚乙二醇通过偶联反应和表面偶联。接枝共聚法使PEG链成为聚合物材料的高分子片段，但不适用于金属材料、玻璃材料等非高分子材料。而将PEG链和表面直接偶联虽然是操纵表面性质的有效方法，但是该方法在偶联时常常需要经过复杂过程才能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的吸附抑制剂抑制生物分子在材料表面的非特异性吸附时，抑制作用不强、处理过程复杂等缺陷，从而提供一种对生物分子在材料表面非特异性吸附的抑制效果明显、处理过程简单方便的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，及其制备方法和用途。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供一种由下述结构式I表示的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，(R1O)zR2(3-z)Si(CH2)nA(CH2CH2O)mCH3(结构式I)其中，R1，R2各自独立表示含有1～10个碳原子的直链或支链烷基，芳烷基或芳基；优选1～4个碳原子的直链烷基；更为优选的是甲基或乙基；A是氧原子或硫原子；优选为硫原子；z是1，2或3；优选的是3；n是介于1到12之间的整数；优选3到10之间的整数；m是介于1到50之间的整数；优选1到18之间的整数；更为优选的是3到8之间的整数。
本发明提供一种所述单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其为将聚乙二醇分子末端不对称功能化，包括如下步骤1)单甲氧基聚乙二醇的末端羟基进行官能团转化按如下的(反应式1)进行反应，在冰盐浴冷却下，将单甲氧基聚乙二醇分子和有机胺溶于二氯甲烷中，再加入对甲苯磺酰氯，加入的单甲氧基聚乙二醇分子有机胺对甲苯磺酰氯的摩尔比为10∶10～15∶10～15，然后将混合液在室温下至少反应20小时，除去不溶物，将得到的混合液浓缩后，以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到结构式II所示的单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯；所述有机胺为吡啶或三乙胺；(反应式1)(结构式II)其中，m是介于1到50之间的整数；优选1到18之间的整数；更为优选的是3到8之间的整数；2)与烷氧基硅烷反应按如下的(反应式2)进行反应，把具有结构式III的烷氧基硅烷化合物和醇钠在对应的醇溶剂中回流反应3小时，冷却至室温，以非质子溶剂溶解步骤1)得到的单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯后，加入到反应体系中，室温反应两天；所述的烷氧基硅烷化合物∶醇钠∶单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯的摩尔比为10～13∶10～13∶10；所述非质子溶剂为四氢呋喃(THF)或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)；过滤除去不溶物，将得到的混合液浓缩，以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到本发明的结构式I所示的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物。
(反应式2)(结构式III) (结构式I)其中，结构式III所示的烷氧基硅烷中，R1，R2各自独立表示含有1～10个碳原子的直链或支链烷基，芳烷基或芳基；优选1～4个碳原子的直链烷基；更为优选的是甲基或乙基；A是氧原子或硫原子；优选为硫原子；z是1，2或3；优选的是3；n是介于1到12之间的整数；优选3到10之间的整数。
整个合成中所用的原料都经提纯和无水处理，所用溶剂都经无水处理。整个合成中的反应都是在惰性气氛下进行，都是无水操作。
本发明提供一种上述单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的用途，其作为吸附抑制剂，抑制生物分子在无机材料表面的非特异性吸附。
本发明提供的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物在分子中引入了烷氧基硅烷片段。烷氧基硅烷通过OR基团的水解，和材料表面的羟基形成氢键，经脱水反应，和材料以共价键连接。整个过程条件温和，操作简单快速。把聚乙二醇对生物分子的抑制作用和烷氧基硅烷对材料表面的共价连接作用结合起来使用，解决了抑制生物分子吸附时出现的抑制作用不强、处理过程复杂等问题。这种衍生物能明显抑制生物分子在材料表面的非特异性吸附，使用条件温和，处理过程简单，是一种有效的生物分子吸附抑制剂。
图1为蛋白质在经实施例4制备的单甲氧基聚乙二醇-800硅烷衍生物4修饰的硅片表面的吸附，其中，“-●-”代表偶联在硅片上的细胞色素c(12KD，球状，直径34)；“-■-”代表偶联在硅片上的白蛋白(68KD，球状，直径72)；“-▲-”代表偶联在硅片上的为纤维蛋白(500KD，棒状，长600，宽25)。
图2为蛋白质在经十一烷基硅烷修饰的硅片表面的吸附，其中，“-▲-”代表偶联在硅片上的细胞色素c(12KD，球状，直径34)；“-■-”代表偶联在硅片上的白蛋白(68KD，球状，直径72)；“-●-”代表偶联在硅片上的为纤维蛋白(500KD，棒状，长600，宽25)。
具体实施例方式
整个合成中所用的原料都经提纯和无水处理，所用溶剂都经无水处理。整个合成中的反应都是在惰性气氛下进行，都是无水操作。
实施例1、制备单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物1于150ml二氯甲烷中溶解单甲氧基三甘醇(CH3O(CH2CH2O)3H)6.560g(40mmol)和4.444g(44mmol)三乙胺，冰盐浴冷却。另于50ml二氯甲烷中溶解8.426g(44mmol)对甲苯磺酰氯。电磁搅拌下把对甲苯磺酰氯-二氯甲烷溶液逐滴加入到反应液中。之后撤去冰盐浴，恢复至室温，继续搅拌24小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到9.540g(30mmol)单甲氧基三甘醇对甲苯磺酸酯，产率75％。
在6ml甲醇中溶解897mg(39mmol)金属钠，得到39mmol甲醇钠。之后加入7.644g(39mmol)巯丙基三甲氧基硅烷，电磁搅拌，回流3小时。冷却至室温。于50mlTHF中溶解9.540g(30mmol)单甲氧基三甘醇对甲苯磺酸酯，把该溶液加入反应液中，电磁搅拌48小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到4.446g(13mmol)衍生物1，产率43.3％。
实施例2、制备单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物2使用与实施例1相同的方法。
于120ml二氯甲烷中溶解1.748g(23mmol)单甲氧基乙二醇(CH3OCH2CH2OH)和2.362g(30mmol)吡啶，冰盐浴冷却。另于50ml二氯甲烷中溶解5.745g(30mmol)对甲苯磺酰氯。电磁搅拌下把对甲苯磺酰氯-二氯甲烷溶液逐滴加入到反应液中。之后撤去冰盐浴，恢复至室温，继续搅拌24小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到3.45g(15mmol)单甲氧基乙二醇对甲苯磺酸酯，产率65.2％。
在4ml甲醇中溶解345mg(15mmol)金属钠，得到15mmol甲醇钠。之后加入2.7g(15mmol)甲基巯丙基二甲氧基硅烷，电磁搅拌，回流3小时。冷却至室温。于50mlTHF中溶解3.45g(15mmol)单甲氧基乙二醇对甲苯磺酸酯，把该溶液加入反应液中，电磁搅拌48小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到1.286g(5.4mmol)衍生物2，产率36％。
实施例3、制备单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物3使用与实施例1相同的方法。
于200ml二氯甲烷中溶解1.92g(5mmol)单甲氧基八甘醇(CH3O(CH2CH2O)8H)和5.925g(7.5mmol)吡啶，冰盐浴冷却。另于50ml二氯甲烷中溶解1.436g(7.5mmol)对甲苯磺酰氯。电磁搅拌下把对甲苯磺酰氯-二氯甲烷溶液逐滴加入到反应液中。之后撤去冰盐浴，恢复至室温，继续搅拌24小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到1.668g(3.1mmol)单甲氧基八甘醇对甲苯磺酸酯，产率62％。
在4ml乙醇中溶解78mg(3.4mmol)金属钠，得到3.4mmol乙醇钠。之后加入0.809g(3.4mmol)巯丙基三乙氧基硅烷，电磁搅拌，回流3小时。冷却至室温。于50mlDMF中溶解1.668g(3.1mmol)单甲氧基八甘醇对甲苯磺酸酯，把该溶液加入反应液中，电磁搅拌48小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到0.785g(1.3mmol)衍生物3，产率41.9％。
实施例4、制备单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物4使用与实施例1相同的方法。
于100ml二氯甲烷中溶解2.16g(2.6mmol)单甲氧基聚乙二醇-800(CH3O(CH2CH2O)18H)和0.263g(2.6mmol)三乙胺，冰盐浴冷却。另于50ml二氯甲烷中溶解0.498g(2.6mmol)对甲苯磺酰氯。电磁搅拌下把对甲苯磺酰氯-二氯甲烷溶液逐滴加入到反应液中。之后撤去冰盐浴，恢复至室温，继续搅拌24小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到1.512g(1.6mmol)单甲氧基聚乙二醇-800对甲苯磺酸酯，产率63％。
在4ml甲醇中溶解44mg(1.9mmol)金属钠，得到1.9mmol甲醇钠。之后加入0.559g(1.9mmol)巯癸基三甲氧基硅烷，电磁搅拌，回流3小时。冷却至室温。于50mlDMF中溶解1.512g(1.6mmol)单甲氧基聚乙二醇-800对甲苯磺酸酯，把该溶液加入反应液中，电磁搅拌48小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到0.538g(0.5mmol)衍生物4，产率31.2％。
实施例5、制备单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物5使用与实施例1相同的方法。
于200ml二氯甲烷中溶解3.454g(1.7mmol)单甲氧基聚乙二醇-2000和0.150g(1.9mmol]吡啶，冰盐浴冷却。另于50ml二氯甲烷中溶解0.364g(1.9mmol)对甲苯磺酰氯。电磁搅拌下把对甲苯磺酰氯-二氯甲烷溶液逐滴加入到反应液中。之后撤去冰盐浴，恢复至室温，继续搅拌24小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到2.14g(1.0mmol)单甲氧基聚乙二醇-2000对甲苯磺酸酯，产率58.8％。
在4ml甲醇中溶解26mg(1.1mmol)金属钠，得到1.1mmol甲醇钠。之后加入0.337g(1.1mmol)羟十二烷基三甲氧基硅烷，电磁搅拌，回流3小时。冷却至室温。于50mlDMF中溶解2.14g(1.0mmol)单甲氧基聚乙二醇-2000对甲苯磺酸酯，把该溶液加入反应液中，电磁搅拌48小时。过滤，滤液经旋转蒸发浓缩，再以石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到0.7g(0.3mmol)衍生物5，产率30％。
实施例1～5制备的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物1～5的红外吸收峰值列于表1。
表1、单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物1～5的IR峰
实施例6、单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物吸附抑制剂的应用实施例硅片用自来水冲洗后，去污粉水浸泡过夜，再分别用自来水、蒸馏水、丙酮、蒸馏水和二次蒸馏水淋洗，烘干后用Pirahan溶液(V((H2SO4)∶V(H2O2)，70∶30)于100℃下处理1h，用大量二次蒸馏水洗涤后，150℃热处理5min，真空干燥。将活化的硅片迅速浸入新鲜的实施例4制备的单甲氧基聚乙二醇-800的硅烷衍生物溶液中，室温下在氮气流中静置过夜(15-20h)。取出硅片，将其浸入二氯甲烷中，接着在大量的异丙醇中轻摇。之后依次用氯仿、乙醇淋洗，氮气流干燥，得到实施例4制备的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物4修饰的硅片。
另取硅片，经上述相同的清洗后，迅速浸入三甲氧基十一烷基硅烷溶液中，室温下在氮气流中静置过夜(15-20h)。取出硅片，将其浸入二氯甲烷中，接着在大量的异丙醇中轻摇。之后依次用氯仿、乙醇淋洗，氮气流干燥，得到十一烷基硅烷修饰的硅片(作为对照)。
将蛋白质配成1-5μM的磷酸缓冲溶液(含1mM的EDTA，PH＝7.8-8.0)。把上述新鲜处理的硅片浸入，室温下静置4-5h。取出硅片，将其浸入10mM的KCl溶液，反复用磷酸缓冲溶液和去离子水淋洗，氮气流中干燥。
测定蛋白质在经实施例4制备的单甲氧基聚乙二醇-800硅烷衍生物4修饰的硅片上的吸附层厚度δ。比较不同浓度衍生物处理后的硅片对应的δ，其结果如图1所示。
测定蛋白质在经十一烷基硅烷修饰的硅片上的吸附层厚度δ。比较不同浓度十一烷基硅烷处理后的硅片对应的δ，其结果如图2所示。
和十一烷基硅烷修饰的硅片相比，经实施例4制备的单甲氧基聚乙二醇-800硅烷衍生物4修饰的硅片能更好地抑制这三种蛋白质的吸附。当衍生物浓度为10％时，对三种蛋白质的吸附抑制作用非常明显。由于这三种蛋白分子的大小和形状已经涵盖了大部分蛋白质的范围，因此可以认为衍生物对大多数的蛋白质都具有明显的吸附抑制作用。
权利要求
1.一种由下述结构式I表示的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，(R1O)zR2(3-z)Si(CH2)nA(CH2CH2O)mCH3(结构式I)其中，R1，R2各自独立表示含有1～10个碳原子的直链或支链烷基，芳烷基或芳基；A是氧原子或硫原子；z是1，2或3；n是介于1到12之间的整数；m是介于1到50之间的整数。
2.如权利要求1所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，其特征在于，所述的R1，R2各自独立表示1～4个碳原子的直链烷基。
3.如权利要求1所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，其特征在于，所述的n是介于3到10之间的整数。
4.如权利要求1所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物，其特征在于，所述的m是介于1到18之间的整数。
5.一种权利要求1所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其为将聚乙二醇分子末端不对称功能化，包括如下步骤1)单甲氧基聚乙二醇的末端羟基进行官能团转化按反应式1进行反应，在冰盐浴冷却下，将单甲氧基聚乙二醇分子和有机胺溶于二氯甲烷中，再加入对甲苯磺酰氯，加入的单甲氧基聚乙二醇分子∶有机胺∶对甲苯磺酰氯的摩尔比为10∶10～15∶10～15，然后将混合液在室温下至少反应20小时，除去不溶物，将得到的混合液浓缩后，以体积比1∶1的石油醚∶乙酸乙酯为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到结构式II所示的单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯TsO(CH2CH2O)mCH3；所述有机胺为吡啶或三乙胺；(反应式1)(结构式II)其中，m是介于1到50之间的整数；2)与烷氧基硅烷反应按反应式2进行反应，把具有结构式III的烷氧基硅烷化合物(R1O)zR2(3-z)Si(CH2)nAH和醇钠在对应的醇溶剂中回流反应3小时，冷却至室温，以非质子溶剂溶解步骤1)得到的单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯后，加入到反应体系中，室温反应两天；所述的烷氧基硅烷化合物∶醇钠∶单甲氧基聚乙二醇对甲苯磺酸酯的摩尔比为10～13∶10～13∶10；所述非质子溶剂为四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺；过滤除去不溶物，将得到的混合液浓缩，以体积比1∶1的石油醚∶乙酸乙酯为洗脱剂，硅胶柱层析分离，得到本发明的结构式I所示的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物；(反应式2)(结构式III) (结构式I)其中，结构式III所示的烷氧基硅烷中，R1，R2各自独立表示含有1～10个碳原子的直链或支链烷基，芳烷基或芳基；A是氧原子或硫原子；z是1，2或3；n是介于1到12之间的整数。
6.如权利要求5所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中m为1到18之间的整数。
7.如权利要求5所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中R1，R2各自独立表示含有1～4个碳原子的直链烷基。
8.如权利要求5所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中A是硫原子。
9.如权利要求5所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中n是介于3到10之间的整数。
10.一种权利要求1所述的单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物作为吸附抑制剂的用途。
全文摘要
本发明涉及一种单甲氧基聚乙二醇硅烷衍生物及其制备方法和用途。该烷氧基硅烷聚乙二醇衍生物如结构式I所示(R
文档编号C07F7/00GK1690063SQ20041000902
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月19日 优先权日2004年4月19日
发明者曾冬冬, 张冬海, 陈运法 申请人:中国科学院过程工程研究所