专利名称：疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法
技术领域：
本发明涉及的是一种疏水性医用高分子材料表面生物功能化修饰方法，属于 生物医用材料领域。
背景技术：
在组织工程中，生物材料被广泛用于支架制作。这些支架不仅为细胞提供机械支 撑和3D结构，同时还提供诱导组织形成的信号。材料的结构，形态，降解和生物活性位点 的提供都是重要设计参数，它们都可能影响细胞的增殖分化。材料表面也可以修饰特殊的 生物活性物质以提高其生物相容性。如在生物材料表面连接上精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸 (RGD)短肽来促进细胞的粘附。RGD短肽广泛存在于细胞外基质蛋白(如纤连蛋白，胶原蛋 白及玻璃粘连蛋白等)中，可特异识别细胞膜上整联蛋白位点从而将细胞锚定连接到细胞 外基质上。整联蛋白连接到RGD短肽上后会引起细胞内信号通路的变化从而影响细胞的增 殖，分化等行为。此外，材料表面还可以通过修饰肝素、聚乙二醇(PEG)等来提高其抗非特 异性蛋白吸附能力，进而减少炎症发生和血栓形成，此方法被广泛应用于血管修复等植入 性材料的表面修饰。聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)是一种良好的医用高分子材料，具有生 物可降解性，无抗原性且无毒，无致癌性，近年来受到广泛关注。然而，和多数高分子聚合物 材料一样，PHBV材料表面疏水且缺少细胞识别位点。为了进一步提高PHBV的生物相容性， 就需要改变其表面特性，引入生物活性分子，从而达到促进细胞粘附，增殖并增加其抗非特 异性蛋白吸附能力的目的。这种方法可同样应用于其它疏水性医用高分子材料的表面改性 以提高生物相容性。
发明内容
技术问题本发明的目的在于提供一种疏水性医用高分子材料的表面修饰方 法，以提高材料的生物相容性。技术方案本发明提供的疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法为 首先，选取了医用高分子材料聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV，其表面疏水且无反应活性
位点；其次，通过等离子体处理或修饰多巴胺，在PHBV表面引入氨基，通过表面氨基进行后 续反应，依次修饰上双官能团PEG和含RGD短肽，在增加表面细胞活性的同时减少非特异性 蛋白的吸附，改善PHBV的生物相容性。在PHBV表面引入氨基的方法为通过氨等离子体处理或修饰多巴胺实现；PHBV膜 在等离子清洗机中抽真空至7 1 后通入氨气至50 Pa，在60 W强度下处理120 sec，在表 面引入氨基；或，将PHBV膜于室温下浸泡在2 mg/mL多巴胺溶液中M h，在表面引入氨基。在聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV修饰上双官能团PEG的方法是将修饰有氨基后的 PHBV于室温下浸泡在2 mM双官能团PEG反应溶液中1 h，将双官能团PEG共价连接到表 在双官能团PEG上修饰含RGD短肽的方法是将修饰双官能团PEG后的PHBV膜于
3室温下浸泡在50 μ g/mL RGD短肽溶液中5 h，将RGD短肽共价连接到表面。有益效果本发明的优点在于通过简便的方法在疏水性医用高分子材料表面 引入活性官能团，进而通过该官能团依次修饰上具有抗非特异性蛋白吸附的PEG分子
及可促进细胞生长的RGD短肽，从而显著改善原材料的生物相容性。
图1为PHBV膜制备及表面生物功能化方法的示意图。图2为修饰前后PHBV膜表面细胞活性的比较。图3为修饰前后PHBV膜表面抗纤维蛋白原吸附能力的比较。图4为修饰前后PHBV膜表面抗血清蛋白吸附能力的比较。
具体实施例方式1)以旋涂法制备PHBV膜；PHBV溶于氯仿，浓度为10 (w/v)%，通过磁力搅 拌器搅拌均勻。用旋涂法在玻片表面制备PHBV膜将洁净玻片(Φ 10 mm)置于勻胶机中， 取60 μ L PHBV溶液滴至玻片表面，以4000 rpm旋涂30 sec。然后将旋涂有PHBV膜的玻 片放入真空干燥箱中60 °C真空干燥过夜，除去残余氯仿。2)在PHBV膜表面修饰氨基(a)通过氨等离子体法处理表面引入氨基 将制备好的PHBV膜放入等离子清洗机中，抽真空至7 Pa，通入氨气至50 Pa, 60 W处理120 sec。或者(b)通过多巴胺在表面引入氨基取40 mg多巴胺溶于20 mL 10 mM Tris-HCl 缓冲液(pH 8. 5)配成反应液，将PHBV膜放入反应液中，室温下反应M h,后用大量超纯水 冲洗表面并用氮气吹干。3)在修饰有氨基的PHBV膜表面修饰NHS-PEG-MAL 将NHS-PEG-MAL溶于 HEPES-NaCl缓冲液(10 mM HEPES，150 mM NaCl,pH 7. 2)，配成浓度为2 mM的反应液；将修 饰有氨基的PHBV膜浸入反应液中，室温下反应1 h，后用超纯水洗去未反应的NHS-PEG-MAL 溶液。4)在修饰 NHS-PEG-MAL 后弓丨入 GRGDSPC 将 GRGDSPC 溶于 HEPES-NaCl-EDTA缓冲液(10 mM HEPES，150 mM NaCl, 5 mM EDTA，pH 6. 8)，浓度为 50 μ g/ mL ；将修饰NHS-PEG-MAL后的PHBV膜浸入该溶液中，于室温下反应5 h，后用超纯水洗去未 反应上的GRGDSPC。5)各步反应后通过接触角，XPS检测证明PHBV表面成功修饰上氨基， NHS-PEG-MAL和GRGDSPC，且在浸泡3天后，表面基团稳定。从NIH 3T3细胞培养实验及非 特异性蛋白吸附实验可证明在修饰R⑶后表面细胞活性明显较未修饰的表面增强(图2)； 修饰NHS-PEG-MAL后表面抗非特异性蛋白吸附能力明显增强，在引入RGD后，表面仍具有这 一特性(图3，图4)。故通过该方法修饰后，PHBV的生物相容性得到显著改善。
权利要求
1.一种疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法，其特征在于首先，选取了医 用高分子材料聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV，其表面疏水且无反应活性位点；其次，通过等 离子体处理或修饰多巴胺，在PHBV表面引入氨基，通过表面氨基进行后续反应，依次修饰 上双官能团PEG和含R⑶短肽，在增加表面细胞活性的同时减少非特异性蛋白的吸附，改善 PHBV的生物相容性。
2.根据权利要求1所述的疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法，其特征在于 在PHBV表面引入氨基的方法为通过氨等离子体处理或修饰多巴胺实现；PHBV膜在等离子 清洗机中抽真空至7 1 后通入氨气至50 Pa，在60 W强度下处理120 sec，在表面引入氨 基；或，将PHBV膜于室温下浸泡在2 mg/mL多巴胺溶液中M h，在表面引入氨基。
3.根据权利要求1所述的疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法，其特征在于 在聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV修饰上双官能团PEG的方法是将修饰有氨基后的PHBV于 室温下浸泡在2 mM双官能团PEG反应溶液中1 h，将双官能团PEG共价连接到表面。
4.根据权利要求3所述的疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法，其特征在于 在双官能团PEG上修饰含RGD短肽的方法是将修饰双官能团PEG后的PHBV膜于室温下浸 泡在50 μ g/mL RGD短肽溶液中5 h，将RGD短肽共价连接到表面。
全文摘要
医用高分子材料中有很大一部分是疏水性的且无生物活性，因此对其表面进行生物功能化改性以提高材料的生物相容性非常必要。我们以一种可降解且无免疫原性的生物材料聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)为例，提出了一类疏水性医用高分子材料的表面生物功能化方法，通过氨等离子体处理或修饰多巴胺可在PHBV表面引入氨基，进而可以在表面依次修饰上末端具有不同官能团的聚乙二醇分子(NHS-PEG-MAL)和含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列的短肽。经体外细胞实验及蛋白吸附实验证实，改性后PHBV的生物相容性得到显著改善。引入的RGD短肽可促进细胞在材料表面生长，同时，PEG分子具有抗非特异性蛋白吸附的能力，从而减少炎症发生和血栓形成。
文档编号C08J7/12GK102108130SQ20111003760
公开日2011年6月29日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者吕兰欣, 汪燕艳, 黄宁平 申请人:东南大学