【摘要】：蛋白質(zhì)在材料表面吸附會引起細(xì)菌、細(xì)胞和微生物等沉積,在材料表面形成生物膜,誘發(fā)嚴(yán)重的生物污染,影響材料使用壽命及效率�？刂撇牧媳砻媾c蛋白質(zhì)的相互作用,抑制蛋白質(zhì)的吸附有著重要的實(shí)際意義。由于蛋白質(zhì)分子具有雙親性,其與親水或者疏水基團(tuán)都具有一定的親和力,因而單一的親水或者疏水表面并不具備最佳的抗蛋白質(zhì)吸附性能。雙親性表面同時存在親/疏水基團(tuán),能夠產(chǎn)生協(xié)同作用,更大程度弱化蛋白質(zhì)與表面的相互作用力,很大程度上降低蛋白質(zhì)的吸附能力。由于雙親性表面的親/疏水組分不相容,會產(chǎn)生微相分離。近年來,諸多研究工作指出雙親性聚合物表面的微相結(jié)構(gòu)很大程度上影響蛋白質(zhì)在表面的吸附行為。然而,目前尚未有系統(tǒng)地對表面相區(qū)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)分子之間的相互作用機(jī)理做出充分地闡明。本文則以抗蛋白質(zhì)性能優(yōu)異的mPEG110作為親水鏈段,以具有污染釋放性能的氟化聚合物(PMMAn-PFMA5)作為疏水鏈段,并通過“Grafting to”方法制備具有mPEG110臂與PMMAn-PFMA5臂且兩臂高度不相容的雙親性V型聚合物刷體系。同時,可以改變親/疏水組分比例進(jìn)而調(diào)控聚合物刷結(jié)構(gòu),并系統(tǒng)研究了雙親分相聚合物刷表面抗蛋白質(zhì)吸附性能及其機(jī)理。此外,為了對抗蛋白質(zhì)吸附機(jī)理進(jìn)行驗(yàn)證,構(gòu)筑并研究具有mPEG臂與PS臂的雙親性V型聚合物刷體系的蛋白質(zhì)吸附行為。本文主要結(jié)論如下:(1)研究了雙親性V型聚合刷(mPEG110-V-PMMAn-PFMA5)表面結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)親水臂(PEG110)臂長不變的情況下,隨著疏水臂(PMMAn-PFMA5)變長,有利于促進(jìn)氟化組分(PFMA)在表面富集,使表面的含氟組分增大。當(dāng)PMMAn-PFMA5臂中PMMA聚合度(n)小于64時,氟化組分排列較為無序;當(dāng)PMMA聚合度(n)大于64時,V型聚合物刷的含氟組分在表面形成垂直排列的結(jié)晶相。同時,對V型聚合物刷表面相分離結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨著PMMAn-PFMA5臂的變長,V型聚合物刷表面的相分離程度變大。當(dāng)PMMAn-PFMA5臂中PMMA聚合度(n)為82和109時,V型聚合物刷表面的微相結(jié)構(gòu)最為有序,呈現(xiàn)出親/疏水相區(qū)交替排布。V型聚合物刷(mPEG110-V-PMMA82-PFMA5)表面相區(qū)尺寸為27 nm;而V型聚合物刷(mPEG110-V-PMMA109-PFMA5)表面相區(qū)尺寸為81 nm。(2)研究了蛋白質(zhì)在雙親性V型聚合刷(mPEG110-V-PMMAn-PFMA5)的吸附行為。發(fā)現(xiàn)所有的V型聚合物刷的抗蛋白質(zhì)吸附性能都優(yōu)于純的PEG分子刷。同時,V型聚合物刷表面的蛋白質(zhì)吸附量先隨著PMMAn-PFMA5臂長增大而減小,然后再隨著PMMAn-PFMA5臂長增大而增大,存在最低值。牛血清蛋白質(zhì)(BSA)在PMMA聚合度(n)為82的V型聚合物刷表面上吸附量最低。人體纖維蛋白原(HFg)則在PMMA聚合度(n)為109的V型聚合物刷表面上吸附量最低。結(jié)合V型分子刷表面的微相結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),BSA(尺寸為14 nm)在相區(qū)尺寸為27 nm的分子刷上吸附量最低,而HFg(尺寸為46 nm)卻是在相區(qū)尺寸為81 nm的分子刷表面吸附量最低,即相區(qū)為親/疏水組分交替排布且尺寸為2倍蛋白質(zhì)大小的V型聚合刷表面具有最優(yōu)異的抗蛋白質(zhì)吸附性能。(3)基于上面的研究結(jié)果,對雙親性V型聚合刷(mPEG110-V-PMMAn-PFMA5)抗蛋白質(zhì)吸附的機(jī)理進(jìn)行了研究。蛋白質(zhì)的吸附量與蛋白質(zhì)在聚合物刷表面的粘附力和摩擦力成線性關(guān)系,隨著粘附力和摩擦力的降低而降低。其原因可能是由于PEG鏈段在水中具有高度柔順性,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)接近親水鏈段(PEG)時,會壓縮親水鏈段,使體系的熵降低(△S0)。而低表面能的疏水組分(PFMA)與蛋白質(zhì)相互作用弱,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與疏水組分接觸時,使體系的焓值增加(△H0)。因此,蛋白質(zhì)在其表面吸附是不可自發(fā)的過程,即△G0。當(dāng)雙親V型聚合物刷表面形成親疏水相區(qū)交替有序排列的結(jié)構(gòu)時,在水相中,結(jié)晶的疏水相區(qū)能夠防止相區(qū)結(jié)構(gòu)遭到破壞,親水組分(PEG)在水相中鏈段呈舒展?fàn)顟B(tài)并向表面遷移,形成親疏水組分交替表面,提高表面親疏水組分之間的協(xié)同作用,弱化蛋白質(zhì)與V型聚合物刷表面的相互作用。其次,相區(qū)尺寸是蛋白質(zhì)分子大小約為2倍的雙親性表面,可以最大程度上發(fā)揮親疏水鏈段的協(xié)同作用,擾亂蛋白質(zhì)與表面相互作用,使其無法在聚合物刷表面吸附。(4)研究了雙親性V型聚合物刷(mPEGx-V-PSy)的表面結(jié)構(gòu)及其抗蛋白質(zhì)吸附性能。同樣發(fā)現(xiàn)具有親疏水組分交替有序排列微相結(jié)構(gòu)的V型聚合物刷表現(xiàn)出優(yōu)異的抗蛋白質(zhì)吸附性能。當(dāng)相區(qū)尺寸為蛋白質(zhì)尺寸的2倍時,其表面具有最優(yōu)的抗蛋白質(zhì)吸附性能。蛋白質(zhì)的吸附量與蛋白質(zhì)在聚合物刷表面的粘附力和摩擦力也是成線性關(guān)系,隨著粘附力和摩擦力的降低而降低,進(jìn)一步驗(yàn)證了雙親性分相聚合物刷抗蛋白質(zhì)吸附機(jī)理。
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【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O631;O647.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2327923