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CN114601970A - 一种具有修饰蛋白涂层材料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种具有修饰蛋白涂层材料、其制备方法及应用 Download PDF

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CN114601970A
CN114601970A CN202210310992.2A CN202210310992A CN114601970A CN 114601970 A CN114601970 A CN 114601970A CN 202210310992 A CN202210310992 A CN 202210310992A CN 114601970 A CN114601970 A CN 114601970A
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solution
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carboxyl
modified
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CN202210310992.2A
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杨志禄
牟小辉
施杰源
杜泽煜
王颖
张文泰
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Dongguan Peoples Hospital
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Abstract

本发明公开了一种具有修饰蛋白涂层材料、其制备方法及应用，涉及生物材料技术领域。具有修饰蛋白涂层材料的制备方法：将含羧基的生物功能修饰分子进行羧基活化之后再与蛋白质中的氨基反应，发生有效偶联形成多功能的修饰蛋白；在氧化剂的诱导下，蛋白分子中维持分子结构稳定的二硫键发生断裂氧化形成稳定的中间硫化物，蛋白结构伸展，侧链暴露使表面疏水性增加，分子间聚集程度增大，同时热稳定性增强，逐渐沉积在基底表面形成自组装涂层。该方法获得的修饰蛋白质涂层具有优异的稳定性能和多种生物活性，并且工艺简单，条件温和。

Description

一种具有修饰蛋白涂层材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，具体而言，涉及一种具有修饰蛋白涂层材料、其制备方法及应用。
背景技术
生物材料是构成现代医学基础的生物医学工程和生物技术的重要基础，作为材料科学与多学科的交叉领域，生物材料应用生物学和工程学的原理，对材料定向地组建成具有特定性状和功能的用于生物体的功能材料，应用于诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进组织器官功能，保障了亿万人的生命健康，提高了人类生命质量，病延长了人类寿命。
自90年代后期以来，世界生物材料科学和技术迅速发展，医用金属和合金、医用高分子、生物陶瓷、生物组织衍生材料、医用复合材料等被广泛应用在生物材料领域。而随着人口老龄化和中青年创伤的增加，对生物医学材料和制品的需求和要求持续增长，传统的常规材料已不能满足临床应用要求。
在推进医学进展和满足患者需求的驱动下现在生物材料的发展已进入一个崭新的阶段。现代生物材料要求在传统材料的基础上与生物技术结合，在满足生物相容性的同时赋予材料生物结构或生物功能。而生物功能性和生物相容性是生物材料的两大核心，生物功能性聚焦于实现特定生物功能，而生物相容性可概括为材料和机体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性，要求材料具有无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等。实现材料的生物功能性和生物相容性的关键既基于新材料的研究与合成，也基于传统生物材料的改进和提高。而生物材料与机体间相互作用总是通过材料与机体间的表面界面发生。生物材料表面界强烈地影响材料的生物学性能，是材料生物相容性研究的核心，通过控制材料表界面分子及分子行为，可设计具有特定生物学功能和生物相容的材料。
生物材料与机体会产生复杂的宿主反应与材料反应，有时生物材料需要同时拥有多种功能以满足临床的需求。比如：血管支架既需要有良好的支撑力学性能，也需要有良好的血液相容性，诱导内皮化，抑制平滑肌增生；中心静脉导管既需要有良好的血液相容性，也需要有一定的抗菌性能避免引发感染和炎症；骨材料既需要有良好的力学性能，也需要有良好的血液/组织相容性。
总之，随着生物材料的发展已进入崭新的阶段，多样化的功能需求和临床实践要求生物材料在满足生物相容性的同时具备多种生物学功能。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有修饰蛋白涂层材料及其制备方法，旨在将蛋白质引入涂层中，制备得到具有多种生物功能的材料。
本发明的第二目的在于提供具有修饰蛋白涂层材料在制备血液接触类器件中的应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，包括：
将含羧基的生物功能修饰分子先进行羧基活化，然后与蛋白质混合反应得到修饰蛋白溶液；
将基材与修饰蛋白溶液在氧化剂存在的条件下反应，以形成修饰蛋白涂层。
第二方面，本发明提供一种具有修饰蛋白涂层材料，通过上述制备方法制备而得。
第三方面，本发明提供上述具有修饰蛋白涂层材料在制备血液接触类器件中的应用。
本发明具有以下有益效果：将含羧基的生物功能修饰分子进行羧基活化之后再与蛋白质中的氨基反应，发生有效偶联形成多功能的修饰蛋白；在氧化剂的诱导下，蛋白分子中维持分子结构稳定的二硫键发生断裂氧化形成稳定的中间硫化物，蛋白结构伸展，侧链暴露使表面疏水性增加，分子间聚集程度增大，同时热稳定性增强，逐渐沉积在基底表面形成自组装涂层。该方法获得的修饰蛋白质涂层具有优异的稳定性能和多种生物活性，能选取不同的含羧基的生物功能修饰分子与蛋白质共价结合，并采用氧化的方式将其固定在材料表面，并且工艺简单，条件温和。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为对比例1，对比例2和实施例1的扫描电镜照片；
图2为对比例1，对比例2和实施例1抗菌实验结果及材料表面扫描电镜照片，实验根据抗菌塑料制品抗菌性能试验方法测定；
图3为对比例1和实施例1抗血小板黏附和激活实验结果扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，包括：
S1、羧基活化
将含羧基的生物功能修饰分子先进行羧基活化，以便后续与蛋白质中的伯氨基基团反应。
具体地，含羧基的生物功能修饰分子的具体结构不限，含有羧基并且能够赋予材料某些生物功能即可。活化剂的种类也不限，可以为常规的羧基活化试剂，能够促进羧基和白质中的伯氨基基团反应即可。
在一些实施例中，含羧基的生物功能修饰分子选自NHS化的聚乙二醇、肝素、透明质酸、咖啡酸、没食子酸及其衍生物、壳聚糖、水蛭素、小分子羧基化合物、左旋多巴、右旋多巴、含有羧基的大环多胺、多肽、多肽适配子、核酸适配子、阿司匹林、非甾体芳烷酸类药物。以上生物功能修饰分子均适合于本发明实施例所提供的方法，以上原料均为市购原料，可以为一种，也可以为多种。
在一些实施例中，活化剂为碳二亚胺类活化剂，1H-苯并三唑类偶联剂和酰卤试剂；碳二亚胺类活化剂选自二环己基碳二亚胺及其衍生物(DCC)、N,N-二异丙基碳二亚胺及其衍生物(DIC)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其衍生物(EDC)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其衍生物(EDCI)中的至少一种。1H-苯并三唑类偶联剂选自尿鎓盐/铵盐、膦盐、亚胺盐中的至少一种；酰卤试剂选自三嗪类试剂、卤代脲鎓盐、卤代硫鎓盐、卤代磷鎓盐、卤代噻唑鎓盐、卤代吡啶鎓盐中的至少一种。活化剂可以从以上几种原料中进行选择，可以为一种，也可以为几种。
以EDC为例说明反应原理：EDC是一种零长度交联剂，它能使羧酸(-COOH)与伯胺(-NH2)直接偶联，因为蛋白含有多个氨基，EDC介导的交联通常会造成蛋白质与含羧基分子的随机偶联。EDC交联在酸性(pH＝4.5)条件下最有效，而NHS的加入可生成稳定的中间体从而提高偶联效率。反应过程中EDC与羧酸基团反应形成活性O-酰基异脲中间体，在NHS的存在下EDC使NHS与羧基偶联，形成比O-酰基异脲中间体稳定许多的具有氨基反应性的NHS酯中间体，该中间体易于被蛋白质中伯氨基团的亲核攻击并取代，发生有效偶联形成多功能的修饰蛋白。
在实际操作过程中，将含羧基的生物功能修饰分子进行羧基活化的过程包括：将活化剂与含羧基的生物功能修饰分子混合之后，在pH值为2-8、4-50℃的条件下孵育5-180min。羧基活化的反应是在MES缓冲溶液中进行，即将含羧基的生物功能修饰分子和活化剂溶解于MES缓冲溶液中进行反应，控制所述含羧基的生物功能修饰分子的浓度为0.1-20mg/mL。
具体地，反应的pH值可以为2、3、4、5、6、7、8等，也可以为以上相邻pH值之间的任意值；反应温度可以为4℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等，也可以为以上相邻温度值之间的任意值；孵育时间可以为0.5h、1h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h、75h、80h、85h、90h、95h、96h等，也可以为以上相邻时间值之间的任意值。
在优选的实施例中，活化剂与含羧基的生物功能修饰分子的摩尔比为0.01-100:1，反应的pH值为5-6.8，反应温度为20-40℃，孵育时间为10-45min；更优选地，活化剂与含羧基的生物功能修饰分子的摩尔比为0.1-10:1。通过进一步优化原料用量、反应温度和时间能够更好地活化生物功能修饰分子上的羧基，促进与蛋白质的反应，提高蛋白质的引入量。
具体地，活化剂与含羧基的生物功能修饰分子的摩尔比可以为0.01:1、0.1:1、1:1、10:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、100:1等，也可以为以上相邻比例值之间的任意值。
S2、修饰蛋白溶液的制备
将羧基活化后的溶液与蛋白质混合反应得到修饰蛋白溶液，羧基活化后产生的中间体与蛋白质中的伯氨基团进行亲核攻击并取代，发生有效偶联形成多功能的修饰蛋白。
在实际操作过程中，将羧基活化后的溶液与蛋白质混合溶解，在4-50℃的条件下反应0.5-96h；优选地，羧基活化后的溶液与蛋白质的反应温度为20-40℃，反应时间为2-48h，在反应完成之后，进行分离得到修饰蛋白溶液。通过进一步优化反应温度和时间，有利于增加蛋白的引入量。
具体地，反应温度可以为4℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等，也可以为以上相邻温度值之间的任意值；反应时间可以为0.5h、1h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h、75h、80h、85h、90h、95h、96h等，也可以为以上相邻时间值之间的任意值。
蛋白质的种类不限，可以根据需要选择合适的蛋白质引入。
在一些实施例中，蛋白质选自纤维蛋白、乳清蛋白质、酪蛋白、胶原蛋白、血浆蛋白、白蛋白、胃蛋白、胰岛素、球蛋白、角蛋白、乳铁蛋白、纤维蛋白原和酶中的至少一种，可以为一种，也可以为多种。
S3、修饰蛋白涂层的制备
将基材与修饰蛋白溶液在氧化剂存在的条件下反应，以形成修饰蛋白涂层。在修饰蛋白溶液中加入氧化剂，在氧自由基诱导下，蛋白分子中维持分子结构稳定的二硫键发生断裂氧化形成稳定的中间硫化物，蛋白结构伸展，侧链暴露使表面疏水性增加，分子间聚集程度增大，同时热稳定性增强，逐渐沉积在基底表面形成自组装涂层。
需要说明的是，蛋白质作为一种重要生物大分子，既是生物体的重要组成部分又是生命活动的主要承担者，其某些氨基酸残基还可以被修饰而发生化学结构的变化，磷酸化、糖基化、脂基化、泛素化和甲基化，接枝功能分子等，极大地增加了蛋白质结构和功能的多样性。由于其丰富的生物功能和良好的生物相容性以及二次修饰性是一种理想的生物材料表面改性涂层。因此，本发明所制备的具有修饰蛋白涂层材料能够将蛋白质引入涂层中，且结构稳定，具有很好的应用前景。
进一步地，将基材置于修饰蛋白溶液和氧化剂溶液形成的混合溶液中，在4-50℃的条件下反应0.5-96h；优选地，基材在混合溶液中的反应温度为20-40℃，反应时间为4-10h。通过控制反应温度和时间，以在基材上形成足够厚度的涂层，保证蛋白质和生物功能修饰分子的引入量。
在一些实施例中，氧化剂在混合溶液中的浓度为0.05-20mg/mL，优选为0.5-2mg/mL；氧化剂选自过硫酸盐、高碘酸盐、重铬酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、无机过氧化物、硝酸盐、高锰酸盐和金属阳离子中的至少一种；其中，无机过氧化物选自Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2、BaO2和H2O2中的至少一种；金属阳离子选自Fe3+和Cu2+中的至少一种。通过对氧化剂的种类和浓度进行控制，有利于形成温度的中间硫化物，使蛋白结构伸展，侧链暴露进而使表面疏水性增加，使分子间聚集程度增大，有利于增加涂层的热稳定性，实现涂层的自组装。
在一些实施例中，在反应完成之后，进行清洗、干燥，以得到表面洁净的产品。
基材的种类和形状均不限，可以根据需要选择合适的材料和形状，在此不做限定。
在一些实施例中，基材选自金属材料、无机非金属材料、高分子材料、生物医用微纳米粒子、天然生物材料和人工合成多肽类水凝胶材料中的至少一种，可以为一种或几种形成的混合物。
其中，金属材料选自不锈钢、钴基合金、钛及其合金、镍钛合金、铂及其合金、镁及其合金、铁及其合金和锌及其合金中的至少一种。
其中，无机非金属材料选自氧化钛及其纳米管、碳素材料(C)、硅、二氧化硅、羟基磷灰石、磷酸钙氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、硅铝酸盐(Na2O·Al2O3·SiO2)、铝酸钙(CaO·Al2O3)、生物玻璃(SiO2·CaO·Na2O·P2O5)、羟基磷灰石、磷酸钙和氮化钛等无机材料中的至少一种。
其中，高分子材料选自涤纶(PET)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVALC)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、碳共聚物(PDC)、聚乙醇酸(PGA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)，聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚酰胺(PA)、聚二(恶)烷酮(PDS)、环氧树脂(Epoxy)、硅橡胶、硅凝胶、聚丙烯酸(PAA)及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯醇(PVA)等高分子材料中的至少一种。
其中，生物医用微纳米粒子选自四氧化三铁纳米粒子、(介孔)二氧化硅纳米粒子(量子点)、氧化钛纳米粒子(量子点)和氧化锌纳米粒子(量子点)中的至少一种。
其中，天然生物材料选自可塑性淀粉基材料(PSM)、明胶(gelatin)、胶原蛋白(collagen)、透明质酸钠(sodium hyaluronate)、纤维蛋白(fibrous protein)、海藻酸钠(sodium alginate)、琼脂糖(agarose)、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素及其衍生物、动物来源的脱细胞组织和动物来源的器官中的至少一种，器官可以为血管、瓣膜、心脏、骨、肺、韧带、膀胱、粘膜、角膜等。
其中，人工合成多肽类水凝胶材料选自聚L-赖氨酸和聚L-谷胺酸中的至少一种，可以为一种，也可以为两种原料形成的复合材料。
本发明实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料，通过上述制备方法制备而得，修饰蛋白涂层具有优异的稳定性能和多种生物活性，可以进一步制备得到血液接触类器件，具有很好的市场应用前景。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在溶菌酶上接枝DOTA@Cu分子，然后形成涂层，利用DOTA@Cu分子催化内源性供体释放一氧化氮的能力，再结合溶菌酶本身的抗菌能力使材料具备抗凝和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为6：6：1的EDC、NHS和DOTA粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使DOTA的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟后加入摩尔量为1.5倍DOTA分子摩尔量的CuCl2粉末，超声3分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制3mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净PVC表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应8小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝抗菌表面的样品。
实施例2
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在溶菌酶上接枝肝素分子，然后形成涂层，利用肝素的抗凝功能，再结合溶菌酶本身的抗菌能力使材料具备抗凝和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC、NHS和肝素钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使肝素钠的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育10分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应4小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制0.5mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应12小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝抗菌表面的样品。
实施例3
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在白蛋白上接枝没食子酸，然后形成涂层，利用没食子酸的抗氧化功能，再结合白蛋白本身的抗污能力使材料具备抗污和抗氧化的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为1.5：1的DCC和没食子酸粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使没食子酸的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育60分钟。
B.在上述液体中加入牛血清白蛋白粉末溶解完全，牛血清白蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应12小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制5mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应2小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例4
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在溶菌酶上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合白蛋白本身的抗污能力使材料具备抗污和抗氧化的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：1的DIC和5千分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为7000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制8mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例5
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在溶菌酶上胶联笔伐芦定，然后形成涂层，利用比伐泸定的抗凝功能，再结合溶菌酶本身的抗菌能力使材料具备抗凝和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为5：5：1的EDC，NHS和笔伐芦定粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使笔伐芦定的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应10小时。
C.将反应液放入分子量为5000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制3mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝和抗菌表面的样品。
实施例6
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在白蛋白上接枝抗菌多肽，然后形成涂层，利用抗菌多肽的杀菌功能，再结合白蛋白本身的抗污能力使材料具备抗污和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为1.5：1.5：1的EDC，NHS和抗菌多肽粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使抗菌多肽的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育40分钟。
B.在上述液体中加入牛血清白蛋白粉末溶解完全，白蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应10小时。
C.将反应液放入分子量为10000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制30mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗菌表面的样品。
实施例7
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在免疫球蛋白上接枝DOTA@Cu分子，然后形成涂层，利用DOTA@Cu分子催化内源性供体释放一氧化氮的能力，再结合免疫球蛋白本身的抗菌抗病毒能力使材料具备抗凝和抗感染的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为6：6：1的EDC，NHS和DOTA粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使DOTA的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育40分钟后加入摩尔量为1倍DOTA分子摩尔量的CuCl2粉末，超声3分钟。
B.在上述液体中加入免疫球蛋白粉末溶解完全，免疫球蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制3mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应20小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝抗感染表面的样品。
实施例8
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在免疫球蛋白上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合免疫球蛋白本身的抗菌抗病毒能力使材料具备抗污和抗感染的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC，NHS和10万分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育20分钟。
B.在上述液体中加入免疫球蛋白粉末溶解完全，免疫球蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制5mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例9
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在乳铁蛋白上接枝DOTA@Cu分子，然后形成涂层，利用DOTA@Cu分子催化内源性供体释放一氧化氮的能力，再结合乳铁蛋白本身的抗菌能力使材料具备抗凝和抗感染的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为6：6：1的EDC，NHS和DOTA粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使DOTA的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟后加入摩尔量为2倍DOTA分子摩尔量的CuCl2粉末，超声3分钟。
B.在上述液体中加入乳铁蛋白粉末溶解完全，乳铁蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制5mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝抗感染表面的样品。
实施例10
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在乳铁蛋白上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合乳铁蛋白本身的抗菌能力使材料具备抗菌和抗氧化的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC，NHS和5千分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育10分钟。
B.在上述液体中加入乳铁蛋白粉末溶解完全，乳铁蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应12小时。
C.将反应液放入分子量为7000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制3mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应12小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例11
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在乳铁蛋白上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合乳铁蛋白本身的抗菌能力使材料具备抗菌和抗氧化的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC，NHS和5千分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟。
B.在上述液体中加入乳铁蛋白粉末溶解完全，乳铁蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为7000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制5mg/mL的过硫酸钠水溶液。
E.在洁净PVC表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应12小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例12
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在免疫球蛋白上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合免疫球蛋白本身的抗菌抗病毒能力使材料具备抗污和抗感染的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC，NHS和10万分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育35分钟。
B.在上述液体中加入免疫球蛋白粉末溶解完全，免疫球蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应10小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制2mg/mL的高碘酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
实施例13
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在白蛋白上接枝抗菌多肽，然后形成涂层，利用抗菌多肽的杀菌功能，再结合白蛋白本身的抗污能力使材料具备抗污和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为1.5：1.5：1的EDC，NHS和抗菌多肽粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使抗菌多肽的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育20分钟。
B.在上述液体中加入牛血清白蛋白粉末溶解完全，白蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为10000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制3mg/mL的高碘酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应10小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗菌表面的样品。
实施例14
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在溶菌酶上胶联笔伐芦定，然后形成涂层，利用比伐泸定的抗凝功能，再结合溶菌酶本身的抗菌能力使材料具备抗凝和抗菌的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为5：5：1的EDC，NHS和笔伐芦定粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使笔伐芦定的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应10小时。
C.将反应液放入分子量为5000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制2mg/mL的过氧化钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应20小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗凝和抗菌表面的样品。
实施例15
本实施例提供一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，制备原理：本实例是在乳铁蛋白上胶联透明质酸，然后形成涂层，利用透明质酸的抗氧化功能，再结合乳铁蛋白本身的抗菌能力使材料具备抗菌和抗氧化的功能。
具体步骤如下：
A.将摩尔比为10：10：1的EDC，NHS和5千分子量的透明质酸钠粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使透明质酸钠的最终浓度为2mg/mL，在37℃的条件下孵育40分钟。
B.在上述液体中加入乳铁蛋白粉末溶解完全，乳铁蛋白的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应10小时。
C.将反应液放入分子量为7000Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.配制1mg/mL的氯酸钠水溶液。
E.在洁净不锈钢表面加入等体积的氧化剂溶液及修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应12小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得具有抗污和抗氧化表面的样品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：制备过程中不加入氧化剂。具体步骤如下：
A.将摩尔比为6：6：1的EDC、NHS和DOTA粉末混合，加入pH为5.6的MES缓冲溶液使DOTA的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下孵育30分钟后加入摩尔量为1.5倍DOTA分子摩尔量的CuCl2粉末，超声3分钟。
B.在上述液体中加入溶菌酶粉末溶解完全，溶菌酶的最终浓度为1mg/mL，在37℃的条件下反应8小时。
C.将反应液放入分子量为3500Da的透析袋中透析48小时，每12小时换一次水，得到修饰蛋白溶液。
D.在洁净PVC表面加入修饰蛋白溶液，在37℃的条件下反应8小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得对比例1的样品。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：溶菌酶蛋白不经过修饰。具体步骤如下：
A.用UP水配制浓度为1mg/mL的溶菌酶溶液和3mg/mL的过硫酸钠水溶液。
B.在洁净PVC表面加入等体积的过硫酸钠溶液及溶菌酶溶液，在37℃的条件下反应8小时。洗净除去表面残留的蛋白颗粒，用氮气吹干，获得对比例2样品。
试验例1
对比例1，对比例2与实施例1制备得到材料的实验对比，结果如图1、图2和图3所示，具体测试数据如表1所示。结果表明，同对比例相比，实施列1具有更加优异的抗菌性能和抗血小板黏附和激活能力。
表1为对比例1，对比例2和实施例1各项实验量化数据结果
Figure BDA0003567113690000191
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有修饰蛋白涂层材料的制备方法，其特征在于，包括：
将含羧基的生物功能修饰分子先进行羧基活化，然后与蛋白质混合反应得到修饰蛋白溶液；
将基材与所述修饰蛋白溶液在氧化剂存在的条件下反应，以形成修饰蛋白涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述基材置于所述修饰蛋白溶液和所述氧化剂溶液形成的混合溶液中，在4-50℃的条件下反应0.5-96h；
优选地，所述基材在所述混合溶液中的反应温度为20-40℃，反应时间为4-10h；
优选地，在反应完成之后，进行清洗、干燥。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂在所述混合溶液中的浓度为0.05-20mg/mL，优选为0.5-2mg/mL；
优选地，所述氧化剂选自过硫酸盐、高碘酸盐、重铬酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、无机过氧化物、硝酸盐、高锰酸盐和金属阳离子中的至少一种；
更优选地，所述无机过氧化物选自Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2、BaO2和H2O2中的至少一种；
更优选地，所述金属阳离子选自Fe3+和Cu2+中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述含羧基的生物功能修饰分子进行羧基活化的过程包括：将活化剂与所述含羧基的生物功能修饰分子混合之后，在pH值为2-8、4-50℃的条件下孵育5-180min；
优选地，所述活化剂与所述含羧基的生物功能修饰分子的摩尔比为0.01-100:1，反应的pH值为5-6.8，反应温度为20-40℃，孵育时间为15-45min；
优选地，所述活化剂与所述含羧基的生物功能修饰分子的摩尔比为0.1-10:1；
优选地，羧基活化的反应是在MES缓冲溶液中进行，控制所述含羧基的生物功能修饰分子的浓度为0.1-20mg/mL。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含羧基的生物功能修饰分子选自NHS化的聚乙二醇、肝素、透明质酸、咖啡酸、没食子酸及其衍生物、壳聚糖、水蛭素、左旋多巴、右旋多巴、含有羧基的大环多胺、多肽、多肽适配子、核酸适配子、阿司匹林、非甾体芳烷酸类药物。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化剂为碳二亚胺类活化剂、1H-苯并三唑类偶联剂和酰卤试剂；
优选地，所述碳二亚胺类活化剂选自二环己基碳二亚胺及其衍生物、N,N-二异丙基碳二亚胺及其衍生物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其衍生物和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其衍生物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将羧基活化后的溶液与蛋白质混合溶解，在4-50℃的条件下反应0.5-96h；
优选地，所述羧基活化后的溶液与所述蛋白质的反应温度为20-40℃，反应时间为2-12h；
优选地，在反应完成之后，进行分离得到所述修饰蛋白溶液；
优选地，所述蛋白质选自纤维蛋白、乳清蛋白质、酪蛋白、胶原蛋白、血浆蛋白、白蛋白、胃蛋白、胰岛素、球蛋白、角蛋白、乳铁蛋白、纤维蛋白原和酶中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材选自金属材料、无机非金属材料、高分子材料、生物医用微纳米粒子、天然生物材料和人工合成多肽类水凝胶材料中的至少一种；
其中，所述金属材料选自不锈钢、钴基合金、钛及其合金、镍钛合金、铂及其合金、镁及其合金、铁及其合金和锌及其合金中的至少一种；
所述无机非金属材料选自氧化钛及其纳米管、碳素材料、硅、二氧化硅、羟基磷灰石、磷酸钙、氮化硅、碳化硅、硅铝酸盐、铝酸钙、生物玻璃、羟基磷灰石、磷酸钙和氮化钛中的至少一种；
所述高分子材料选自涤纶、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚氨酯、碳共聚物、聚乙醇酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、乙交酯-丙交酯共聚物、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚二(恶)烷酮、环氧树脂、硅橡胶、硅凝胶、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物和聚乙烯醇中的至少一种；
所述生物医用微纳米粒子选自四氧化三铁纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、氧化钛纳米粒子和氧化锌纳米粒子中的至少一种；
所述天然生物材料选自可塑性淀粉基材料、明胶、胶原蛋白、透明质酸钠、纤维蛋白、海藻酸钠、琼脂糖、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素及其衍生物、动物来源的脱细胞组织和动物来源的器官中的至少一种；
所述人工合成多肽类水凝胶材料选自聚L-赖氨酸和聚L-谷胺酸中的至少一种。
9.一种具有修饰蛋白涂层材料，其特征在于，通过权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备而得。
10.权利要求9中所述的具有修饰蛋白涂层材料在制备血液接触类器件中的应用。
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