一种具有一氧化氮(no)催化活性的涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备具有一氧化氮催化活性涂层的制备技术。
【背景技术】
[0002]诺贝尔奖获得者Murad和Ignairo等人早在30多年前就发现，细胞信号因子NO是维持心血管系统平衡的关键因素。NO主要是由内皮细胞通过其分泌的一氧化氮合酶与精氨酸作用产生，持续释放的NO是维持心血管体内平衡和调节血管舒张的重要因素。除此之外，研宄者还发现NO具有许多重要的生物学效应，如:抑制血小板激活、平滑肌增殖和白血球激活。在免疫反应、抗癌、抗菌和动脉粥样硬化治疗方面也有着重要的生物学功能。值得一提的是，研宄发现，NO在内皮祖细胞(EPCs)动员、分化和功能中同样有着重要的作用。NO在心血管系统中特有的优点使其成为设计心血管疾病治疗药物、心血管器械(如:血管支架、下腔静脉滤器、血液透析袋、体外循环导管、封堵器等)、抗菌材料、血液诊断材料以及抗癌材料的理想分子；
[0003]在过去的20多年里，基于NO设计的材料主要归纳为NO-释放型和NO-催化型两大类。对于NO-释放型材料，其缺点主要在于:用于产生NO的供体(RSNO)半衰期短；N0释放不稳定，存在突释现象，体内应用局部释放大量的NO易引起细胞或组织毒性，成为限制其商业化使用的主要因素。此外，NO释放周期短，不能满足血管支架长期治疗心血管等疾病的需求。谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)是机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。GPx的活性中心是砸半胱氨酸，血液中硫醇存在的条件下，它能催化内源性NO供体S-亚硝基硫醇(RSNO)如:S-亚硝基谷胱甘肽(GSNO)、S-亚硝基半胱氨酸(CysNO)、S-亚硝基白蛋白(AlbSNO)和S-亚硝基乙酰青霉胺(SNAP)分解。有机砸化合物如砸代胱胺(SeCA)、3，3’ - 二砸代二丙酸(SeDPA)，有机硫化物如胱胺、半胱氨酸和二价铜盐等具有类GPx的催化活性，可通过特定的催化反应分解RSNO产生NO，这为设计具有NO催化活性材料提供可能。然而，目前报道的NO催化活性材料在应用上存在着许多缺点如:(I)具有类GPx的催化活性物质通常采用表面接枝的方式，其接枝量受限，导致其催化释放的NO量小，难以应用于大剂量NO需求的环境；(2)由于合成的NO催化活性材料与材料基底无牢固的结合位点，导致其稳定性差，进而难以维持长期的NO催化释放。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的以上不足，为了实现具有与块材表面牢固结合强度且具有可调具有类GPx的催化活性物质量的NO催化活性材料，我们提出邻酚结构的化合物、黄酮类化合物、黄酮醇类化合物或双氢黄酮化合物等粘附分子与有机砸化合物、有机硫化物或二价铜盐等具有类GPx的催化活性作为原材料，通过调控反应物质的摩尔比，合成具有可调控、长期的NO催化能力的粘附聚合物。本发明的目的是通过以下的手段实现的。
[0005]一种具有一氧化氮(NO)催化活性的涂层的制备方法，依赖于邻酚结构的化合物与有机砸或有机硫化物和铜离子的化学偶联、配位反应和自组装聚合形成一种复合材料。由如下步骤获得:
[0006]A、将待改性的材料浸泡于pH = 2-14的缓冲溶液中，然后向缓冲体系中加入浓度为0.1ng/mL-lOOmg/mL的具有邻酚结构的化合物、黄酮类化合物、黄酮醇类化合物或双氢黄酮化合物中的一种和浓度为0.1ng/mL-lOOmg/mL的具有类谷胱甘肽过氧化物酶的NO催化活性的二硫键、二砸键、单硫键和单砸键化合物当中的一种或一种以上以及浓度为Omg/mL-100mg/mL的可溶性铜盐于0-200 °C下反应I秒-10天；
[0007]B、将A步骤所得样品一次进行清洗、干燥，即得目标改性材料。
[0008]本发明所述邻酚结构的化合物包括但不限于黄酮类化合物、黄酮醇类化合物、双氢黄酮化合物。
[0009]所述铜离子为二价铜离子、一价铜离子或铜纳米/微米颗粒。
[0010]所述具有邻酚结构的化合物为邻苯二酚及其衍生物、焦掊酸(PG)、表儿茶素(EC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素(EGC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、多巴胺、去甲肾上腺素、左旋多巴、右旋多巴、没食子酸(GA)及其衍生物、单宁酸(TA)当中的一种或一种以上；所述具有黄酮类化合物为白杨素、杨芽黄素、刺槐素、芹菜素、柳穿钱素当中的一种或一种以上；所述具有黄酮醇类化合物为良姜素、高良姜素、鼠李素、异鼠李素、鼠李柠檬素、山奈素、岳桦素、槲皮素及其衍生物等一种；所述具有双氢黄酮类为乔松素、松球素、樱花素、异樱花素、柚皮素当中的一种或一种以上。
[0011]所述二硫键或二砸键或单硫键或单砸键化合物为依布砸啉、胱胺及其衍生物、砸代胱胺及其衍生物、砸代胱氨酸、胱氨酸、L-砸代胱胺基乙酸、半胱氨酸及其衍生物、砸代半胱氨酸、乙酰半胱氨酸、L-砸代蛋氨酸、砸代甲硫氨酸、S-甲基半胱氨酸、S-乙基半胱氨酸、S-烯丙基半胱氨酸、S-烯丙基巯基半胱氨酸、Y-谷氨酸胺半胱氨等物质当中的一种或一种以上。
[0012]所述可溶性铜盐为氯化铜(CuC12)、氯化亚铜(CuCl)、溴化铜(CuBr)、溴化亚铜(CuBr2)、碘化铜(CuI)、碘化亚铜(CuI2)、硫酸铜(CuS04)、硫酸亚铜(Cu2S04)、硝酸铜(CuN04)、碳酸铜(CuC03)、柠檬酸铜(C6H6Cu07)、酒石酸铜(C4H4Cu06.3H20)、丙酸铜(Cu (C02CH3CH2) 2)和醋酸铜(Cu (C02CH3) 2)当中的一种或一种以上。
[0013]所述NO催化涂层可应用于人类所知的任何几何形状和材质的基质材料表面改性；所述基质包括但不限于金属材料: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、锌及其合金等；无机材料:氧化钛及其纳米管、碳素材料(C)、硅、二氧化硅、羟基磷灰石和磷酸钙氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、硅铝酸盐(Na20.A1203.Si02)、钙铝系(Ca0.A1203)、生物玻璃(Si02.Ca0.Na20.P205)、、羟基磷灰石和磷酸钙、氮化钛等无机材料等；高分子材料: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)和聚三亚甲基碳酸酯(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(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)等高分子材料等；生物医用微纳米粒子: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)、氧化锌纳米粒子(量子点)等；天然生物材料: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、甲壳素及其衍生物等多糖、动物来源的脱细胞组织和器官(血管、瓣膜、心脏、骨、肺、韧带、膀胱、粘膜、角膜等)；人工合成多肽类水凝胶材料:聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等；以及上述材料的复合材料。
[0014]本发明方法制备的NO催化活性材料不仅具有可调控和长期NO催化功能，能应用于任何类型和几何形状材料改性，与材料具有牢固结合力，能作为控释系统的装填材料。该技术制备的NO催化活性材料能广泛应用于各类与血液接触的植入/介入器械、磁性纳米粒子和介孔纳米材料表面改性，用于提高其抗凝血、促进内皮细胞粘附、抑制平滑肌细胞增殖、治疗动脉粥样硬化、疾病诊断和药物控释。此外，因其具有优异的抗菌和骨诱导形成作用，也适用于牙种植体材料和骨诱导材料的表面改性。该类NO催化活性材料的广谱适用性，显示其在生物医疗领域特别是在心血管支架、人工血管、牙种植体材料和骨诱导材料上的巨大应用前景。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0016]1、选用的邻酚结构的化合物(或黄酮类化合物、黄酮醇类化合物或双氢黄酮化合物)，通过静电自组装、共价反应(迈克尔加成和西佛碱反应)和配位反应能有效且牢固的螯合含胺基/巯基的有机砸化合物/有机硫化物以及铜离子，形成一个稳定的复合聚合物。
[0017]2、邻位酚羟基化合物中的邻位酚羟基的存在，使得制备的NO催化活性涂层材料能牢固的结合在任何材质和几何形状的材料表面，形成厚度可控的聚合物薄膜和微球囊。
[0018]3、NO催化活性涂层的制备，其原材料邻酚结构的化合物(或黄酮类化合物、黄酮醇类化合物或双氢黄酮化合物)、含胺基/巯基的有机砸化合物/有机硫化合物以及铜盐的投料比可以调控，从而可以实现NO催化释放速率的调控；材料中含有的双砸键、双硫键和酚羟基的引入使得NO催化活性材料同时还具有优异的自由基清除功能；材料中含有的砸键、硫键以及螯合的铜离子同时还具有还原性谷胱甘肽(GSH)响应功能。此外，涂层中含有的铜离子还具有抗菌功能。
[0019]4、NO催化活性涂层的合成步骤简单，仅仅涉及到一步反应，且反应只需在温和的缓冲液中进行。合成的原材料来源丰富，价格低廉，且实验无需昂贵的专用设备，制备成本低。
[0020]5、N0催化活性涂层中铜离子的引入，使其不仅仅可用于NO催化释放，同时也可作为抗癌材料、抗凝血材料、抗菌材料、抗炎症反应、抗免疫原性和骨诱导材料的广泛使用。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0023]A、将浓度为lmg/mL的多巴(Dopa)，lmg/mL的砸代胱胺和浓度为lmg/mL的氯化铜溶解于PH = 5-12的PBS缓冲溶液。
[0024]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)(分别，以下同))加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应1-48小时。
[0025]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗，然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0026]实施例2
[0027]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0028]A、将浓度为2mg/mL的多巴胺(Dopamine)，2mg/mL的砸代胱胺和浓度为2mg/mL的氯化铜溶解于pH = 5-14的Tris缓冲溶液。
[0029]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应24小时。
[0030]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗。然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0031]实施例3
[0032]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0033]A、将浓度为10mg/mL的去甲肾上腺素，10mg/mL的砸代胱胺和浓度为10mg/mL的氯化铜溶解于PH = 5-12的PBS缓冲溶液。
[0034]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应1-48小时。
[0035]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗，然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0036]实施例4
[0037]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0038]A、将浓度为0.lmg/mL的表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)，0.lmg/mL的砸代胱胺和浓度为0.lmg/mL的氯化铜溶解于pH = 5-14的Tris缓冲溶液。
[0039]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应24小时。
[0040]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗。然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0041]实施例5
[0042]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0043]A、将浓度为lmg/mL的邻苯二酸，lmg/mL的砸代胱胺和浓度为lmg/mL的氯化铜溶解于pH = 5-12的PBS缓冲溶液。
[0044]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应1-48小时。
[0045]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗，然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0046]实施例6
[0047]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0048]A、将浓度为2mg/mL的焦掊酸(PG)，2mg/mL的砸代胱胺和浓度为2mg/mL的氯化铜溶解于PH = 5-14的Tris缓冲溶液。
[0049]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)、氧化锌纳米粒子(量子点)加入A步骤所得的聚合体系中，于室温下反应24小时。
[0050]C、对B步骤所得样品，用蒸馏水充分清洗。然后在N2条件下干燥，即得目标材料。
[0051]实施例7
[0052]一种具有一氧化氮(NO)催化活性涂层的制备方法，其步骤为:
[0053]A、将浓度为5mg/mL的表儿茶素(EC)，5mg/mL的砸代胱胺和浓度为5mg/mL的氯化铜溶解于PH = 5-12的PBS缓冲溶液。
[0054]B、将待表面改性的不锈钢、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、锌及其合金、氧化钛及其纳米管、各向同性热解碳(LTIC)、硅、二氧化硅、氧化钛、氮化钛、羟基磷灰石和磷酸钙、涤纶(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(TO)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、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)