專利名稱：一種表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提供一種金屬表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物 的方法，以及其在生物醫(yī)學領域的應用。
背景技術：
金屬生物材料是指能植入生物體內或能與生物組織相結合的材料，主要用于對人 體某些組織和器官的加固、修復和替代。迄今為止，除醫(yī)用貴金屬、醫(yī)用鈦、袒、鋸、鉛等單質 金屬外，其他生物醫(yī)用金屬材料都是合金，其中應用較多的有不銹鋼、鈷基合金、鈦合金、 鎳鈦形狀記憶合金和磁性合金等。生物醫(yī)用金屬材料以其優(yōu)良的力學性能、易加工性和可 靠性在臨床醫(yī)學中獲得了廣泛的應用，其重要性與生物醫(yī)用高分子材料并駕齊驅，在整個 生物醫(yī)用材料應用中各占45%左右。在將金屬生物材料植入生物體內時，金屬生物材料除了具有較好的力學性能和功 能特性外，還應滿足生物相容性的要求，避免生物體對材料產生排斥反應，以及材料對生物 體產生不良反應。但是由于金屬材料在組成上與人體組織成分相距甚遠，金屬材料很難與 生物組織產生親合，一般不具有生物活性，因此可對金屬材料進行表面改性，使材料的金屬 特性與表層生物活性更好地結合起來，為金屬生物材料的應用打下良好的基礎。聚乙二醇無毒、無刺激性，具有良好的水溶性，并與許多有機物組份有良好的相溶 性。它們具有優(yōu)良的潤滑性、保濕性、分散性、粘接劑、抗靜電劑及柔軟劑等，在化妝品、制 藥、化纖、橡膠、塑料、造紙、油漆、電鍍、農藥、金屬加工及食品加工等行業(yè)中均有著極為廣 泛的應用。當其應用在抗凝血材料的制備中，以往的研究表明，海藻狀的鏈結構具有優(yōu)異 的抗蛋白吸附能力，可以增加材料的不凝血性。磷銨兩性離子是一類不會觸發(fā)血液凝固的 表面分子結構。因為在熱力學上磷銨兩性離子的分子結構與血液接觸時，既不易進入血漿 蛋白及血細胞高級結構的內部，干擾其生物大分子主鏈與側基間的協(xié)同作用，又會減少與 它們表面正/負離子的相互作用，從而有利于它們天然構象以及自然狀態(tài)的維持。本發(fā)明通過化學途徑將巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物穩(wěn)定構建到金屬 材料表面，得到一種有效提高金屬材料表面生物相容性的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合 物的金屬材料，及其制備方法和應用。本發(fā)明所說的表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料， 是在金屬材料表面鍵合有復合物，金屬表面鍵合的復合物結構為分子鏈結構的一個端基 為巰基(該巰基與金屬表面以“_硫-金屬-(-S-Metal-)”化學鍵方式鍵合)，另外一端是 磷銨兩性離子結構；分子主鏈為-CH2CH2O-。上述所說的表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料的制備如圖1反應路線圖所示，首先將金屬材料與巰基化聚乙二醇的乙醇溶液反應， 得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金屬材料(產物1)，然后該金屬材料(產物1)與 2-氯-2-氧-1，3，2- 二氧磷雜環(huán)戊烷(COP)反應得產物2，最后將產物2與三甲基胺發(fā)生 開環(huán)反應，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬表面(產 物3)。本發(fā)明具體工藝途徑為(1)在含有巰基化聚乙二醇(HS-PEG，其中PEG分子 量從200-10000)的乙醇溶液中加入金屬材料(金屬材料材質為金、銀、鈷鉻合金、鈦合金、鈷 合金、鎳合金、不銹鋼)浸泡，進行反應，反應結束后取出金屬材料，用乙醇洗滌去除金屬表 面未發(fā)生化學鍵合的巰基化聚乙二醇，晾干，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金 屬材料(產物1) ;(2)將表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金屬材料(產物1)完全放入無水 四氫呋喃和三乙胺的混合液中，再緩慢滴入COP和無水四氫呋喃的混合液，攪拌2-48小時， 過濾，取濾液，旋轉蒸發(fā)，除去溶劑無水四氫呋喃(THF)和三乙胺；將金屬材料用干燥的乙 酸乙酯洗滌兩次，取出金屬材料(產物2)，晾干后放入抗壓反應釜中，并加入乙腈和三甲胺， 20-90攝氏度下油浴，反應10-60小時，旋轉蒸發(fā)除去溶劑乙腈后，將金屬材料用丙酮洗滌， 再抽干即得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料(產物3)。在上述反應中，無水四氫呋喃、三乙胺和乙腈是反應的溶劑，本領域技術人員能夠 理解，溶劑不參與反應，反應物和溶劑的比例沒有特別的要求，對于無水四氫呋喃和三乙胺 的混合液，兩者的用量也沒有特別的要求。本發(fā)明所述的表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料， 具有良好的生物相容性。并用此金屬材料與血細胞、血小板、蛋白質接觸實驗，發(fā)現(xiàn)無粘附 行為，可實現(xiàn)作為生物醫(yī)用金屬材料的用途。


圖1金屬表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的反應路線圖。圖2金片材料表面鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物衰減全反射紅外譜 圖。圖3是金片材料表面鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物化學分析電子能 譜譜圖。圖4表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的鈷鉻合金材料的血 細胞黏附實驗掃描電鏡圖。圖5表面無修飾普通鈷鉻合金材料的血細胞黏附實驗掃描電鏡圖。圖6表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的銀合金材料的血細胞 黏附實驗掃描電鏡圖。圖7表面無修飾普通銀合金材料的血細胞黏附實驗掃描電鏡圖。
具體實施例方式在本發(fā)明中所使用的術語，除非有另外說明，一般具有本領域普通技術人員通常 理解的含義。下面結合具體的制備實施例和應用實施例，并參照數(shù)據(jù)進一步詳細地描述本發(fā)明。應理解，這些實施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在 以下的實施例中，未詳細描述的各種過程和方法是本領域中公知的常規(guī)方法。所用試劑的 來源、商品名以及有必要列出其組成成分者，均在首次出現(xiàn)時標明，其后所用相同試劑如無 特殊說明，均以首次標明的內容相同。實施例1、金片材料表面鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物
潔凈燒杯中加入含有巰基化聚乙二醇(HS-PEG，其中PEG分子量為200)的乙醇溶液，隨 即加入金片浸泡，10分鐘后取出，然后用潔凈乙醇洗滌去除金片表面未發(fā)生化學鍵合的巰 基化聚乙二醇，晾干，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金片。(2)準備一個干燥的 四頸圓底燒瓶上裝置攪拌器、溫度計、氯化鈣干燥管及注射系統(tǒng)(注射器和滴液漏斗裝置均 可)。加入50mL無水四氫呋喃和Ig三乙胺的混合液，然后將表面化學鍵合巰基化聚乙二 醇的金片完全放入上述混合液中，再用注射器在10-100分鐘內緩慢滴入COP (0. 05-2g)和 細1無水四氫呋喃的混合液，攪拌2小時。過濾，取濾液。旋轉蒸發(fā)，除去溶劑。將金片用 干燥的乙酸乙酯洗滌兩次，取出金片，晾干后放入抗壓反應釜中，并加入5mL乙腈和ImL三 甲胺，20攝氏度下油浴，反應10小時。旋轉蒸發(fā)出去溶劑。將金片用丙酮洗滌三次，再抽 干即得到即得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金片。金片表面鍵 合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物衰減全反射紅外譜圖如圖2所示紅外譜圖解釋 在1364 CnT1附近有吸收峰，該峰分別為-CH3的對稱彎曲振動吸收譜帶；1469 cnT1處可能 為-CH2-CH2-的對稱彎曲振動譜帶，也可能為-CH3的反對稱振動吸收譜帶；29284857 cnT1 處寬而復雜的多重譜帶為叔胺N (CH3)3形成內鹽后的譜帶與C-H伸縮振動重疊的結果； 1241,1104 cnT1 處為(P)-O-C 的吸收峰；771 cnT1 處為 P_0_ (C)的吸收峰；1387 cnT1 處為 P=O的吸收峰；與136^1^-0 的對稱彎曲振動吸收峰重合；在1236 cnT1處為-0P0-的吸 收峰，與1241CHT1處(P)-O-C的吸收峰重合，這些特征峰與金片材料表面鍵合的巰基化聚乙 二醇-磷銨兩性離子復合物的結構是吻合的。金片材料表面鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物化學分析電子能譜譜 圖如圖3所示由金片材料表面鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物化學分析電子 能譜譜圖，可以看到金片表面有了新的元素(磷P、硫S、氮N、氧0)，這些元素均來自金片表 面化學鍵合的巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物。這也驗證了本發(fā)明所設計的化學鍵 合方法的有效性。實施例2、表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的鈷鉻合金材料 阻止血細胞的黏附
潔凈燒杯中加入含有巰基化聚乙二醇(HS-PEG，其中PEG分子量為10000)的乙醇溶液， 隨即加入鈷鉻合金材料浸泡1小時，然后取出鈷鉻合金材料，用潔凈乙醇洗滌去除表面未 發(fā)生化學鍵合的巰基化聚乙二醇，晾干，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的鈷鉻合 金材料。準備一個干燥的四頸圓底燒瓶上裝置攪拌器、溫度計、氯化鈣干燥管及注射系統(tǒng) (注射器和滴液漏斗裝置均可)。加入50mL無水四氫呋喃和Ig三乙胺的混合液，然后將表 面化學鍵合巰基化聚乙二醇的鈷鉻合金材料完全放入上述混合液中，再用注射器在30分 鐘內緩慢滴入COP (0. 05-2g)和細1無水四氫呋喃的混合液，攪拌48小時。過濾，取濾液。 旋轉蒸發(fā)，除去溶劑。將鈷鉻合金材料用干燥的乙酸乙酯洗滌兩次，取出鈷鉻合金材料，晾 干后放入抗壓反應釜中，并加入5mL乙腈和ImL三甲胺，70攝氏度下油浴，反應60小時。旋轉蒸發(fā)出去溶劑。將鈷鉻合金材料用丙酮洗滌三次，再抽干即得到即得到表面化學鍵合巰 基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的鈷鉻合金材料。將表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的鈷鉻合金材料在37°C 的新鮮人血中浸泡30分鐘，將樣品用生理鹽水漂洗3次后，在2. 5%戊二醛溶液中浸泡M 小時，固定黏附在材料表面上的血細胞，取出樣品，依次在體積分數(shù)為陽％，70 %，80 %， 90%,95%, 100%乙醇溶液中浸泡30分鐘，進行逐級脫水。通過掃描電鏡觀測，材料表面無 血細胞黏附現(xiàn)象，其掃描電鏡圖如圖4所示。在同樣的實驗條件下，普通鈷鉻合金材料(表面無任何化學修飾)接觸新鮮人血后 的掃描電鏡圖如圖5所示，有大量的血細胞黏附。實施例3、表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的銀合金材料阻 止血小板黏附
潔凈燒杯中加入含有巰基化聚乙二醇(HS-PEG，其中PEG分子量為10000)的乙醇溶液， 隨即加入銀合金材料浸泡1小時，然后取出銀合金材料，用潔凈乙醇洗滌去除表面未發(fā)生 化學鍵合的巰基化聚乙二醇，晾干，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的銀合金材料。 準備一個干燥的四頸圓底燒瓶上裝置攪拌器、溫度計、氯化鈣干燥管及注射系統(tǒng)(注射器和 滴液漏斗裝置均可)。加入50mL無水四氫呋喃和Ig三乙胺的混合液，然后將表面化學鍵合 巰基化聚乙二醇的銀合金材料完全放入上述混合液中，再用注射器在30分鐘內緩慢滴入 COP (0.05-28)和細1無水四氫呋喃的混合液，攪拌48小時。過濾，取濾液。旋轉蒸發(fā)，除 去溶劑。將銀合金材料用干燥的乙酸乙酯洗滌兩次，取出銀合金材料，晾干后放入抗壓反應 釜中，并加入5mL乙腈和ImL三甲胺，20-90攝氏度下油浴，反應10-60小時。旋轉蒸發(fā)出 去溶劑。將銀合金材料用丙酮洗滌三次，再抽干即得到即得到表面化學鍵合巰基化聚乙二 醇-磷銨兩性離子復合物的銀合金材料。將表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的銀合金材料在37°C富 含血小板的血漿中浸泡3小時，將銀合金材料用生理鹽水漂洗3次后，在2. 5%戊二醛溶 液中浸泡M小時，固定黏附在材料表面上的血小板，取出樣品，依次在體積分數(shù)為陽％， 70%,80%,90%,95%,100%乙醇溶液中浸泡30分鐘，進行逐級脫水。通過掃描電鏡觀測， 材料表面無血小板黏附現(xiàn)象，其掃描電鏡圖如圖6所示。在同樣的實驗條件下，普通銀合金材料接觸富含血小板的血漿后的掃描電鏡圖如 圖7所示，材料表面有大量的血小板黏附。
權利要求
1.一種表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料，其特征是， 金屬表面鍵合的復合物結構為分子鏈結構的一個端基為巰基，另外一端是磷銨兩性離子 結構；分子主鏈為-CH2CH2O-。
2.一種制備權利要求1所述表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金 屬材料的方法，其特征為包括以下步驟(1)首先將金屬材料與巰基化聚乙二醇的乙醇溶液反應，得到表面化學鍵合巰基化聚 乙二醇的金屬材料，(2)將步驟(1)得到的產物與2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷雜環(huán)戊烷反應后，再與三甲 基胺發(fā)生開環(huán)反應，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬 材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于聚乙二醇的分子量為200-10000。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于具體是(1)在含有巰基化聚乙二醇的乙醇溶液中加入金屬材料浸泡，進行反應，反應結束后取 出金屬材料，用乙醇洗滌去除金屬表面未發(fā)生化學鍵合的巰基化聚乙二醇，晾干，即可得到 表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金屬材料；(2)將步驟(1)得到的表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金屬材料放入無水四氫呋喃和 三乙胺的混合液中，再緩慢滴入2-氯-2-氧-1，3，2- 二氧磷雜環(huán)戊烷和無水四氫呋喃的混 合液，攪拌2-48小時，過濾，取濾液，旋轉蒸發(fā)，除去溶劑無水四氫呋喃和三乙胺；再將金屬 材料用干燥的乙酸乙酯洗滌，然后取出金屬材料晾干后放入抗壓反應釜中，并加入乙腈和 三甲胺，20-90攝氏度下油浴，反應10-60小時，旋轉蒸發(fā)除去溶劑乙腈后，將金屬材料用丙 酮洗滌，再抽干即得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料。
5.權利要求1所述的表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬材料 作為生物醫(yī)用金屬材料的應用。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬材料表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的方法。首先將金屬材料與巰基化聚乙二醇的乙醇溶液反應，得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇的金屬材料，然后該金屬材料與2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷雜環(huán)戊烷反應，最后將上述兩者的反應產物與三甲基胺發(fā)生開環(huán)反應，即可得到表面化學鍵合巰基化聚乙二醇-磷銨兩性離子復合物的金屬表面。制備路線簡單，為金屬表面改性以及生物應用提供了新思路和新材料。
文檔編號C23C22/03GK102108506SQ20111004381
公開日2011年6月29日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者佟鳳宇, 毛春, 沈健, 王曉波, 趙文波 申請人:南京師范大學