含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法技术领域
本发明属于材料表面科学和生物医用高分子材料技术领域，具体涉及一种含有醛
基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法。
背景技术
壳聚糖具有可降解性、抗菌性、无毒、无刺激、pH响应性等优点(Carbohydrate
Polymers 2010,79:724-730)，已经被广泛应用于生物医学等领域。越来越多的研究表明：
壳聚糖及其衍生物材料可以用于血液净化。壳聚糖分子上的氨基有助于对血液中多种毒素
的吸附，可以用于血液灌流材料(高等学校化学学报2002,23:75-77；Journal of
Microencapsulation 1993,10:475-486)。壳聚糖膜具有高的透析率，选择性和强度，可以
用作血液透析材料(Journal of Applied Polymer Science 1992,46:255-261；263-269)。
虽然壳聚糖及其衍生物作为血液净化材料具有许多优点，但是也存在着蛋白质吸附，血小
板黏附，最终导致凝血，形成血栓等问题，所以提高壳聚糖及其衍生物材料的血液相容性迫
在眉睫(Applied Surface Science 2005,241:485-492；Biomaterials 2002,23:2561-
2568；Biomaterials 2003,24:3213-3220)。
磷酰胆碱(phosphorylcholine，PC)是组成细胞膜基本单元卵磷脂的亲水端基，是
细胞外层膜中的外层官能团，同时带有正、负异种电荷，具有较强的结合水的能力和亲水性
能，这种结构和组成的表面与生理环境相互作用不仅不会吸附和沉积蛋白质，也不会引发
血小板激活、导致凝血等不良反应，具有良好生物相容性。近几年来的研究表明，采用磷酰
胆碱基团及其聚合物在材料表面构建具有仿细胞外层膜结构，可以显著改善材料的血液相
容性。
近年来，采用接枝磷酰胆碱小分子的途径(Carbohydrate Polymers 2007，70:82-
88；Biomacromolecules 2007,8:3169-3176；Biomacromolecules 2006,7:3151-3156；
Journal of Applied Polymer Science 2003,88:489-493；Polymer International
2003,52:81-85；Journal of biomaterials science,Polymer edition2002,13:501-510；
Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 2009,71:268-274)改性壳聚糖，使得壳聚糖的
血液相容性显著提高。但是，这些方式往往在材料表面的磷酰胆碱基团的密度不高，限制了
其在生物医用材料改性领域的应用和血液相容性的进一步提高。
为此，将含有磷酰胆碱基团的甲基丙烯酸-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱二元共聚
物(PMA)聚阴离子，与壳聚糖(聚阳离子)进行层层静电自组装，获得了具有仿细胞外层膜结
构的涂层表面(Colloids and Surfaces B:Biointerfaces 2011,85:48-55)。蛋白质吸附
和血小板黏附的实验结果表明：改性后表面的血液相容性有了显著提高。鉴于这种改性方
法的种种优势，必将为提升生物医用材料的血液相容性提供技术支撑。然而，以物理吸附方
式结合在移植器件表面的仿细胞外层膜结构聚合物涂层，在体内复杂环境中难免发生溶
解、脱落。为此，Lewis和徐建平等(Biomaterials 2001,22:99-111；Biomaterials 2004,
25:3099-3108；European Polymer Journal 2004,40:291-298)分别对含有三甲氧基硅基
团和磷酰胆碱基团的聚合物涂层进行了研究。结果表明，涂层中聚合物分子链上三甲氧基
硅基团遇水会发生水解、交联，也可与基材表面的活性基团形成共价键，从而使磷酰胆碱类
聚合物涂层的稳定性得到显著提高。由此可见，聚合物之间的交联及其与基材表面官能团
的反应，是提高磷酰胆碱类聚合物涂层稳定性的关键因素。然而，该聚合物在合成过程中可
交联基团易水解、交联，使得其合成过程条件过于苛刻、难以保存，致使其应用范围受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种含有醛基的
磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法。该方法将含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多
巴胺溶于极性溶剂中，涂覆在需要改性的材料表面，晾干后置于pH8.5的水溶液中加热处
理，使多巴胺中氨基及壳聚糖膜表面氨基与磷酰胆碱聚合物中醛基反应的同时多巴胺交
联，依靠磷酰胆碱聚合物中醛基与壳聚糖膜表面氨基的席夫碱反应以及多巴胺的粘附将磷
酰胆碱基团固定在壳聚糖膜表面，即可制备具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种含有醛基的磷酰胆碱聚合
物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在氮气保护下，将含有醛基的乙烯基单体和含有磷酰胆碱的乙烯基单体
在引发剂的作用下进行自由基聚合反应，得到含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于极性溶剂中得到
混合溶液，然后将所述混合溶液涂覆于待改性材料表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的待改性材料置于pH值为8～9的碱性水溶液中，在40
℃～90℃条件下加热处理2h～12h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤一中所述含有醛基的乙烯基单体为甲基丙烯醛，所述含有磷酰胆碱的乙烯基单体为2-
甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤一中所述含有磷酰胆碱的乙烯基单体的摩尔量为含有醛基的乙烯基单体和含有磷酰
胆碱的乙烯基单体总摩尔量的70％～95％。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤一中所述自由基聚合反应的溶剂为甲醇和四氢呋喃按照(3～5):1的体积比混合的混
合溶剂。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤一中所述引发剂为偶氮二异丁腈。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤二中所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.1mg/mL～0.5mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物
的浓度为0.2mg/mL～5mg/mL。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤二中所述极性溶剂为甲醇或乙醇。
上述的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，其特征在于，
步骤二中所述待改性材料为壳聚糖。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明将含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺溶于极性溶剂中，涂覆在需要改
性的材料表面，晾干后置于pH8.5的水溶液中加热处理，使多巴胺中氨基及壳聚糖膜表面氨
基与磷酰胆碱聚合物中醛基反应的同时多巴胺交联，依靠磷酰胆碱聚合物中醛基与壳聚糖
膜表面氨基的席夫碱反应以及多巴胺的粘附将磷酰胆碱基团固定在壳聚糖膜表面，即可制
备具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
2、本发明的制备方法简单、操作方便，为获得稳定的具有仿细胞外层膜结构的交
联粘附仿生涂层表面提供了一种新的途径。
3、本发明制备的涂层将在血液净化，体内植入材料，组织工程，药物缓释及生物传
感器等领域具有广阔的应用前景。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
附图说明
图1为壳聚糖材料与本发明实施例1制备的涂层的后退角和前进角的柱状图。
图2为壳聚糖材料与本发明实施例1制备的涂层的表面精细能谱图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取16mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和4mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照4:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后用截留分子量为7000的透析袋透析，
然后在-50℃下冷冻干燥，得到含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.25mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为1mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8.5的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)中，在60℃条件下加热处理5h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂
层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
如图1所示，本实施例制备的具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层(即图中
所示改性壳聚糖)与壳聚糖材料相比，制备的具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层
的前进角和后退角均有所降低，这是因为亲水性好的磷酰胆碱聚合物通过醛基与壳聚糖表
面以及多巴胺中氨基的反应，将磷酰胆碱基团粘附固定在壳聚糖的表面，获得具有仿细胞
外层膜结构的表面，使得其亲水性显著提高，前进角和后退角明显降低。此外，多巴胺的存
在增加了改性壳聚糖的亲水性，前进角和后退角都降低。这说明多巴胺增加了壳聚糖膜表
面磷酰胆碱基团的含量。
如图2所示，本实施例制备的具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层(即图中
所示改性壳聚糖)与未经涂层处理的壳聚糖材料相比，经改性处理的壳聚糖膜表面有磷酰
胆碱基团上N和P特征吸收峰，这说明亲水性好的磷酰胆碱基团被固定在壳聚糖膜表面。多
巴胺中氨基及壳聚糖膜表面氨基与磷酰胆碱聚合物中醛基反应的同时多巴胺交联，依靠磷
酰胆碱聚合物中醛基与壳聚糖膜表面氨基的席夫碱反应以及多巴胺的粘附将磷酰胆碱基
团固定在壳聚糖膜表面，可制备具有仿细胞外层膜结构的表面，使得其亲水性显著提高，出
现磷酰胆碱基团上N和P特征吸收峰。
实施例2
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取14mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和6mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照5:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.5mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为2mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8.5的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在40℃条件下加热处理12h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂
层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
实施例3
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取19mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和1mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照3:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.4mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为5mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在90℃条件下加热处理2h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
实施例4
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取15mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和5mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照4:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.3mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为4mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为9的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在80℃条件下加热处理4h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
实施例5
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取17mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和3mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照3:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.2mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为3mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8.5的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在70℃条件下加热处理6h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
实施例6
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取18mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和2mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照3:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.1mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为1mg/
mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8.5的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在60℃条件下加热处理8h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
实施例7
本实施例的含有醛基的磷酰胆碱聚合物与多巴胺交联涂层的制备方法，包括以下
步骤：
步骤一、称取14mmol 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和6mmol甲基丙烯醛，以
0.1mmol偶氮二异丁腈为引发剂，甲醇和四氢呋喃按照5:1的体积比混合的混合溶剂作为反
应溶剂，在氮气保护下，70℃聚合反应24h，反应结束后透析，然后在-50℃下冷冻干燥，得到
含醛基的磷酰胆碱聚合物；
步骤二、将多巴胺和步骤一中所述含醛基的磷酰胆碱聚合物溶于甲醇中得到混合
溶液，所述混合溶液中多巴胺的浓度为0.15mg/mL，含醛基的磷酰胆碱聚合物的浓度为
0.2mg/mL，然后将所述混合溶液滴涂在壳聚糖表面，晾干；
步骤三、将步骤二中晾干后的壳聚糖置于pH值为8.5的碱性水溶液(NaOH水溶液或
KOH水溶液)，在50℃条件下加热处理10h，得到具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂
层。
用400MHz核磁共振仪以D2O为溶剂测试本实施例制备的聚合物的氢核磁。在5～
7ppm处未见出峰，表明所得共聚物中没有残余单体，并成功合成了该聚合物，以3.28ppm处
为-N+(CH3)3特征峰，0.9～2.2ppm处为主链上亚甲基和侧链甲基的峰计算聚合物组成，结果
显示，该聚合物组成与投料比基本一致。
测量实施例1至实施例7制备的具有仿细胞外层膜结构的交联粘附仿生涂层的前
进角和后退角，结果见下表：
表1实施例1至实施例7制备的涂层的前进角和后退角
材料
前进角(°)
后退角(°)
未经处理的壳聚糖
84±3
11±1
实施例1
45±2
7±1
实施例2
44±3
6±1
实施例3
46±3
7±1
实施例4
45±3
6±1
实施例5
44±2
7±1
实施例6
47±2
7±1
实施例7
45±3
6±1
由表1可以看出，本发明在壳聚糖表面制备的具有仿细胞外层膜结构的交联粘附
仿生涂层的前进角和后退角均有所降低，这是因为亲水性好的磷酰胆碱聚合物通过醛基与
壳聚糖表面以及多巴胺中氨基的反应，将磷酰胆碱基团粘附固定在壳聚糖的表面，获得具
有仿细胞外层膜结构的表面，使得其亲水性显著提高，前进角和后退角明显降低。此外，多
巴胺的存在增加了改性壳聚糖的亲水性，前进角和后退角都降低。这说明多巴胺增加了壳
聚糖膜表面磷酰胆碱基团的含量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技
术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术
方案的保护范围内。