專利名稱：一種光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法
技術領域：
本發明涉及一種光響應性聚合物自組裝膜的制備以及對蛋白質控制吸附的方法， 特別是涉及在平滑或具有納米結構的粗糙表面上通過層層自組裝的方法，制備光響應性薄膜，并調控蛋白質的吸附及解吸附。
背景技術：
偶氮苯化合物是指分子結構中含有偶氮基團的化合物。偶氮苯化合物存在反式和順式兩種異構體，反式構型是較穩定的結構。在紫外光照射下，反式構型轉變為順式構型； 在可見光照射或熱的作用下，順式構型轉變為反式構型，偶氮苯結構相互轉變過程是可逆的。在光致異構化的過程中，伴隨著偶氮苯偶極矩、以及極性的可逆變化，從而可以引起偶氮苯化合物表面浸潤性的可逆變化。制備功能高分子薄膜是發揮其功能性和實現其應用價值的重要手段。層層自組裝的方法具有操作靈活，設備簡單，薄膜的形狀、厚度可以精確控制，并且組裝的薄膜具有良好的機械和化學穩定性。因此，層層自組裝的方法已成為制備功能高分子薄膜的普遍方法， 在納米顆粒、碳納米管、聚合物膠束以及人造分子領域有重要的應用價值。聚電解質自組裝是層層自組裝中的一部分，利用帶相反電荷的聚電解質(聚陽離子和聚陰離子)間的相互作用，來實現聚電解質的自組裝。蛋白質吸附是材料與蛋白質接觸所引起的一種反應，決定著細胞、血小板的黏附行為，從而決定著材料的生物相容性。蛋白質吸附行為研究具有巨大的科學價值和應用前景，已引起國內外科研工作者廣泛關注。一方面，預防、降低由于蛋白質吸附造成的生物污染及生物薄膜，是船舶制造、生物制藥、食品加工等產業密切關注的問題；另一方面，在醫療移植材料如骨骼、牙齒、皮膚或組織的移植過程中，又要求所選擇的蛋白質具有優異的黏附性能，才能保證移植物與肌體有良好的生物相容性，并最大程度的恢復移植物的生理功能。蛋白質吸附與浸潤性關系
蛋白質的吸附行為與接觸表面的化學結構密切相關。Whitesides等在金表面通過分子自組裝技術制備了寡聚乙二醇分子與烷烴分子復合的單層膜，發現按一定比例復合的分子膜在室溫及37° C下對蛋白質的吸附性能不同37° C下比在室溫下能吸附更多的蛋白質分子。Grimze等發現這種吸附性能的溫度依賴性與表面浸潤性變化相一致，溫度高于 32° C時分子具有疏水結構，溫度低于32° C時分子具有親水結構。Benhabbour等在樹枝狀分子表面修飾了聚乙二醇PEG，研究了 PEG分子量與樹枝狀分子代數對蛋白質分子吸附能力的影響，發現疏水性強的表面能吸附更多的蛋白質分子。由于胰島素蛋白質分子的疏水片段與高分子Teflon的強疏水表面的相互吸引作用，可使蛋白質分子在高分子表面形成強烈吸附。除了材料表面的化學組成，其表面的納米拓撲結構也會影響蛋白質的吸附行為。納米拓撲結構影響因素在近幾年才受到科研工作者的關注。材料表面的粗糙度、彎曲表面的曲面曲率、表面的特定幾何形狀如凹凸結構、金字塔形結構都會對蛋白質的吸附產生影響。如Rechendorff 等研究發現，增大表面粗糙度可大大提高蛋白質的吸附量。在特殊功能分子表面，賦予其一定的納米拓撲結構，必將對蛋白質的吸附性能產生重要影響。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有光響應的偶氮苯聚合物自組裝膜，并且該自組裝膜可以通過光場的變化調控對蛋白質的吸附以及解吸附在紫外光照射下蛋白質從自組裝膜解吸附、脫落；在可見光照射下蛋白質重新吸附于自組裝膜上。且所制備的自組裝膜具有良好的機械和化學穩定性，薄膜的組成和厚度可以控制等諸多優點。本發明的光響應性偶氮苯聚合物自組裝膜有聚陽離子和聚陰離子組成，所述的聚陽離子是聚二烯丙基二甲基氯化銨；所訴的聚陰離子由偶氮苯聚合物或二氧化硅納米小球組成。將組裝完的自組裝膜浸入到蛋白質溶液中，以達到對蛋白質吸附的調控，所述蛋白質為牛血清蛋白，細胞色素C，溶菌酶或胰島素。本發明的技術方案是一種光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法， 具體包括以下步驟
1.將基片在濃度為98%的濃硫酸和濃度為30%的H2A以體積比為2:1混合溶液中浸泡 2小時，然后用超純凈水反復清洗，接著再將基片浸入40/ /濃氨水的混合溶液中浸泡2 小時，最后，取出基片反復清洗，用N2吹干，備用；其中，Η20/Η202/濃氨水的體積比為5:4:2 ；
2.將經過步驟1處理的基片首先浸入pH為5 7、濃度為100 IOOOmg/500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中5 30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡1-5分鐘；取出并吹干；接著再浸入pH為5 7的聚陰離子溶液中5 30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡1-5 分鐘；取出并吹干；反復進行上述過程得到多層的偶氮苯光響應性自組裝膜，備用；
3.對蛋白質進行吸附
將步驟2制備得到的多層偶氮苯光響應性自組裝膜浸入到pH為5 7的蛋白質溶液中5 60分鐘，然后取出用超純凈水反復清洗并吹干，蛋白質溶液吸附到多層自組裝膜表
4.對蛋白質進行解吸附
將步驟2制備得到的多層自組裝膜先用強度為5 lOOmW/cm2的紫外光照射5_30分鐘，再浸入牛血清蛋白溶液中5 60分鐘，然后取出用超純凈水反復清洗并吹干，蛋白質很少吸附到多層自組裝膜表面。進一步，所述的聚陰離子溶液為濃度為10 100 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液或二氧化硅納米小球的水溶液。進一步，所述的蛋白質溶液為濃度為1 lOOmg/lOOml的牛血清蛋白，細胞色素C， 溶菌酶或胰島素的水溶液。進一步，所述基片為包括石英片、玻璃片或硅片。本發明具有以下特點
1.本發明中采用層層自組裝的方法組裝膜，該膜具有良好的機械和化學穩定性，薄膜的組成和厚度可以控制。2.組裝膜中的偶氮苯聚合物具有順-反兩種異構體，通過紫外光和可見光照射， 實現了在反式結構和順式結構的可逆轉化，從而實現對蛋白質的吸附及解吸附。3.自組裝膜中的二氧化硅納米小球帶負電荷，可以通過靜電吸附均勻的組裝到膜上，形成具有表面粗糙度的組裝膜，提高了膜表面的浸潤性。
圖1 本發明實施例1的偶氮苯自組裝膜紫外-可見吸收光譜示意圖。圖2:本發明實施例1中水滴在紫外光照射前的偶氮苯自組裝膜表面的微觀形貌照片示意圖。圖3 本發明實施例1中水滴在紫外光照射后的偶氮苯自組裝膜表面的微觀形貌照片示意圖。圖4 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜表面在2um范圍內的原子力顯微鏡照片示意圖。圖5 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜表面在Ium范圍內的原子力顯微鏡照片示意圖。圖6 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜吸附牛血清蛋白的熒光光譜示意圖。圖7 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜吸附牛血清蛋白的2um范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖8 :本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜吸附牛血清蛋白的Ium范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖9 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜吸附牛血清蛋白的Ium范圍的三維原子力顯微鏡照片示意圖。圖10 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜經過紫外光照射后吸附牛血清蛋白的 5um范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖11 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜經過紫外光照射后吸附牛血清蛋白的 2um范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖12 本發明實施例1中偶氮苯自組裝膜經過紫外光照射后吸附牛血清蛋白的 2um范圍的三維原子力顯微鏡照片；
圖13 本發明實施例2中偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)吸附牛血清蛋白的熒光光譜示意圖。圖14 本發明實施例2中偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)吸附牛血清蛋白的2um 范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖15 本發明實施例2中偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)吸附牛血清蛋白的5um 范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖16 本發明實施例2中偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)經過紫外光照射后吸附牛血清蛋白的2um范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。圖17 本發明實施例2中偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)經過紫外光照射后吸附牛血清蛋白的5um范圍的原子力顯微鏡照片示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明做進一步闡述，而不是要以此對本發明進行限制。實施例1 1.將基片在濃度為98%的濃硫酸和濃度為30%的H2A以體積比為2:1混合溶液中浸泡 2小時，然后用超純凈水反復清洗，接著再將基片浸入40/ /濃氨水的混合溶液中浸泡2 小時，最后，取出基片反復清洗，用N2吹干，備用；其中，Η20/Η202/濃氨水的體積比為5:4:2 ；
2.(1)將經過處理過的石英片先浸入pH為5、濃度為100 mg/500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，浸入濃度為IOmg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行五次上述過程得到五層組裝膜。2)將上述含五層膜的石英片再次浸入pH為5、濃度為IOOmg /500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，再次浸入濃度為IOmg /IOOmL的二氧化硅水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行十次上述過程得到十五層組裝膜。3)將上述含十五層膜的石英片浸入pH為5、濃度為100 mg/500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，浸入濃度為IOmg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。如此得到多層偶氮苯光響應性自組裝膜。4)將上述多層偶氮苯光響應性自組裝膜浸入50mg/100ml的牛血清蛋白的水溶液中30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。5)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜用強度為llmW/cm2的紫外光照射5分鐘，然后浸入50mg/100ml的牛血清蛋白的水溶液中30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。偶氮苯光響應性自組裝膜的紫外-可見吸收光譜如圖1所示，制備的偶氮苯自組裝膜具有規整的機構。紫外光照射前后，水滴在其表面的微觀形貌照片如圖2和圖3所示，接觸角分別為103°和86°。偶氮苯自組裝膜的原子力顯微鏡照片如圖4和圖5所示， 圖4為2um范圍的原子力顯微鏡照片；圖5為圖4放大的原子力顯微鏡照片，自組裝膜具有規整的結構。偶氮苯光響應性自組裝膜吸附牛血清蛋白后的熒光光譜如圖6所示。圖6A為偶氮苯光響應性自組裝膜紫外光照射前吸附牛血清蛋白的熒光光譜；圖6B為偶氮苯光響應性自組裝膜經過強度為lOmW/cm2的紫外光照射后吸附牛血清蛋白的熒光光譜。偶氮苯自組裝膜吸附牛血清蛋白的原子力顯微鏡照片如圖7、8、9所示，圖7為2um范圍的原子力顯微鏡照片；圖8為圖7放大的原子力顯微鏡照片；圖9為Ium范圍的三維原子力顯微鏡照片。偶氮苯自組裝膜經過強度為lOmW/cm2的紫外光照射后吸附牛血清蛋白的原子力顯微鏡照片如圖10、11、12所示，圖10為5um范圍的原子力顯微鏡照片；圖11為圖10放大的原子力顯微鏡照片；圖12為2um范圍的三維原子力顯微鏡照片。實施例2
1)將經過處理過的玻璃片先浸入PH為6、濃度為600mg /500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡3分鐘；取出并吹干，浸入濃度為55mg/IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液中浸泡10分鐘，取出浸入去離子水中浸泡3分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。2)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜浸入濃度為50mg/100ml的牛血清蛋白的水溶液中15分鐘，取出浸入去離子水中浸泡3分鐘，取出并吹干。3)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜用強度為5mW/cm2的紫外光照射15分鐘，然后浸入50mg/100ml的牛血清蛋白的水溶液中30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡3分鐘，取出并吹干。偶氮苯光響應性自組裝膜(偶氮苯單層膜)吸附牛血清蛋白后的熒光光譜如圖13 所示。圖13A為偶氮苯光光響應性單層膜紫外光照射前吸附牛血清蛋白的熒光光譜；圖13B 為偶氮苯光響應性單層膜經過強度為5mW/cm2的紫外光照射后吸附牛血清蛋白的熒光光
■i並曰O偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)吸附牛血清蛋白的原子力顯微鏡照片如圖14和 15所示，圖14為2um范圍的原子力顯微鏡照片；圖15為圖14放大的原子力顯微鏡照片。偶氮苯自組裝膜(偶氮苯單層膜)經過強度為5mW/cm2的紫外光照射后吸附牛血清蛋白的原子力顯微鏡照片如圖16和17所示，圖16為2um范圍的原子力顯微鏡照片；圖17 為圖16放大的原子力顯微鏡照片。施例 3
1)將經過處理過的硅片先浸入PH為7、濃度為IOOOmg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘；取出并吹干，浸入濃度為75mg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液中浸泡25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行五次上述過程得到五層組裝膜。2)將上述含五層膜的硅片再次浸入pH為7、濃度為IOOOmg /500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中浸泡25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘；取出并吹干，浸入濃度為75mg /IOOmL的二氧化硅水溶液中浸泡25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行十次上述過程得到十五層組裝膜。3)將上述含十五層膜的硅片浸入pH為7、濃度為IOOOmg /500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘；取出并吹干，浸入濃度為75mg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液中浸泡25分鐘，取出浸入去離子水中浸泡4分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。如此得到偶氮苯光響應性自組裝膜。4)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜浸入濃度為lOOmg/lOOml的溶菌酶中60分鐘， 取出浸入去離子水中浸泡4分鐘，取出并吹干。5)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜用強度為30mW/cm2的紫外光照射30分鐘，然后浸入濃度為lOOmg/lOOml的溶菌酶中60分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。實施例4:
1)將經過處理過的石英片先浸入PH為7、濃度為800mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液(PDAC)中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，浸入濃度為80 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物水溶液中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘， 取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行五次上述過程得到五層組裝膜。2)將上述含五層膜的石英片浸入pH為7、濃度為800mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，浸入濃度為 80 mg /IOOmL的二氧化硅水溶液中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行十次上述過程得到十五層組裝膜。3)將上述含十五層膜的石英片浸入pH為7、濃度為800mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘；取出并吹干，浸入濃度為80 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物水溶液中浸泡5分鐘，取出浸入去離子水中浸泡2分鐘， 取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。如此得到偶氮苯光響應性自組裝膜。4)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜浸入PH為6、濃度為80mg/100ml的細胞色素 C的水溶液中45分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘，取出并吹干。5)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜用強度為60mW/cm2的紫外光照射10分鐘后浸入PH為6、濃度為80mg/100ml的細胞色素C的水溶液中45分鐘，取出浸入去離子水中浸泡 5分鐘，取出并吹干。實施例5
1)將經過處理過的石英片先浸入PH為6、濃度為300mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液(PDAC)中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘；取出并吹干，浸入濃度為25 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物水溶液中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5 分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行五次上述過程得到五層組裝膜。2)將上述含五層膜的石英片浸入pH為6、濃度為300mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘；取出并吹干，浸入濃度為 25 mg /IOOmL的二氧化硅水溶液中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。反復進行十次上述過程得到十五層組裝膜。3)將上述含十五層膜的石英片浸入pH為6、濃度為300mg /500mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘；取出并吹干，浸入濃度為25 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物水溶液中浸泡30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘，取出并吹干。用紫外一可見光譜儀測定膜的紫外吸收曲線。如此得到偶氮苯光響應性自組裝膜。4)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜浸入PH為6、濃度為10mg/100ml的胰島素的水溶液中45分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5分鐘，取出并吹干。5)將上述偶氮苯光響應性自組裝膜用強度為lOOmW/cm2的紫外光照射10分鐘后浸入PH為6、濃度為10mg/100ml的胰島素的水溶液中45分鐘，取出浸入去離子水中浸泡5 分鐘，取出并吹干。
權利要求
1. 一種光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法，其特征在于，具體包括以下步驟(1).將基片在濃度為98%的濃硫酸和濃度為30%的H2A以體積比為2:1混合溶液中浸泡2小時，然后用超純凈水反復清洗，接著再將基片浸入40/ /濃氨水的混合溶液中浸泡2小時，最后，取出基片反復清洗，用N2吹干，備用；其中，H2CVH2O2/濃氨水的體積比為 5:4:2 ；(2).將經過步驟1處理的基片首先浸入pH為5 7、濃度為100 IOOOmg/500mL聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中5 30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡1-5分鐘；取出并吹干；接著再浸入pH為5 7的聚陰離子溶液中5 30分鐘，取出浸入去離子水中浸泡 1-5分鐘；取出并吹干；反復進行上述過程得到多層的偶氮苯光響應性自組裝膜，備用；對蛋白質進行吸附將步驟2制備得到的多層偶氮苯光響應性自組裝膜浸入到pH為5 7的蛋白質溶液中5 60分鐘，然后取出用超純凈水反復清洗并吹干，蛋白質溶液吸附到多層自組裝膜表對蛋白質進行解吸附將步驟2制備得到的多層自組裝膜先用強度為5 lOOmW/cm2的紫外光照射5_30分鐘，再浸入PH為5-7的蛋白質溶液中5 60分鐘，然后取出用超純凈水反復清洗并吹干， 蛋白質很少吸附到多層自組裝膜表面。
2.如權利要求1所述的光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法，其特征在于，所述的聚陰離子為濃度為10 100 mg /IOOmL的偶氮苯聚合物的水溶液或二氧化硅納米小球的水溶液。
3.如權利要求1所述的光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法，其特征在于所述的蛋白質溶液為濃度為1 lOOmg/lOOml的牛血清蛋白，細胞色素C，溶菌酶或胰島素的水溶液。
4.根據權利要求1所述光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法，其特征在于，所述基片為包括石英片、玻璃片或硅片。
全文摘要
本發明涉及一種光響應性聚合物自組裝膜對蛋白質控制吸附的方法，特別是涉及在平滑或具有納米結構的粗糙表面上通過層層自組裝的方法，本發明的偶氮苯光響應性自組裝膜由聚陽離子和聚陰離子組成，所述的聚陽離子是聚二烯丙基二甲基氯化銨；所述的聚陰離子由偶氮苯聚合物和二氧化硅納米小球組成；可控吸附的蛋白質為牛血清蛋白，細胞色素C，溶菌酶，胰島素等。本發明中采用層層自組裝的方法組裝膜，該膜具有良好的機械和化學穩定性，薄膜的組成和厚度可以控制。用二氧化硅納米小球改變其表面的粗糙度，提高其表面的浸潤性；用偶氮苯聚合物的光致異構化改變其表面的極性，達到對蛋白質分子的不同吸附。
文檔編號C04B41/49GK102351436SQ20111018461
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者張健, 王國杰, 胡特 申請人:北京科技大學