CN112442179B - 一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物及其制备方法和用途，所述双亲性聚合物通过引入亲水性成分和疏水性成分，克服了嵌段双亲性聚合物的局限性，所述双亲性聚合物具有如下优势：使用双亲功能高分子仅需要对疏水材料一步覆盖，即可获得稳定的生物功能性化表面，实现生物功能化材料的高效制备。双亲性功能高分子能够通过侧链修饰灵活调节亲水性基团、疏水性基团的数量和种类，满足对不同性质基材进行生物功能化的需要。还能够通过双亲性功能高分子的侧链修饰，引入不同的生物功能性基团，实现对基材生物功能化的多样性，拓展不同生物医学应用。

Description

一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物及其制备方法和 用途
技术领域
本发明属于聚合物领域，具体涉及一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物及其制备方法和用途。
背景技术
生物医学材料已广泛用于生物分析、医疗诊断、器官组织的修复和替换。膜基生物医学材料在生物检测芯片(包括蛋白质芯片、DNA芯片)和生物微流控器件中得到使用。各种二维和三维生物医学材料已用于再生医学组织工程，形成了巨大的医疗技术市场。生物医学材料在各方面的应用对其生物相容性(biocompatibility，即保持生物分子的活性和低的细胞毒性)和生物功能化(biofunctionality)提出了多样化的要求。生物功能化是在生物相容性基材上固载具有生理活性的功能单元，使材料具有生物功能性。这些功能单元包括有机小分子化合物、糖类分子、核糖核酸或脱氧核糖核酸、以及蛋白质等。其中，蛋白质是生命活动的中心物质，是生物医学材料生物功能化的重点。蛋白质极不均匀的微观性质(包括局部正负电荷特性、亲疏水性、成氢键性能等)，使其易被各种固相基底材料(如玻璃、金属、金属氧化物、半导体、塑料等)非特异性吸附。当材料与生物体系接触时，蛋白质自发吸附于材料表面形成蛋白冠，引起蛋白质三级结构坍塌，使蛋白质功能失活。当蛋白质吸附于纳米材料时，引起其表面性质的改变，使纳米材料如纳米颗粒在组织器官中聚集，产生生物毒性。因此，生物医学材料迫切需要解决蛋白质在基材上非特异性吸附失活的问题。
表面改性被认为是一种获得力学及理化性能可控的生物医学材料的有效途径，它在不改动材料本体性质的前提下，通过表面修饰而获得生物相容性优良的基材，并且制备出多样化的生物功能性材料。
为获得稳定的生物相容性保护层，可以用化学方法将亲水性的功能基团共价连接到基材表面。常用羧酸与胺基、羟基的偶联反应将聚乙二醇二胺(分子量1-10kDa)或粘多糖磺酸酯(分子量5-30kDa)共价连接到基材表面。具体方式有N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物(EDC)或异氰酸酯(NCO)偶联反应、炔基-叠氮化物“点击化学”偶联、巯基-马来酰亚胺偶联、光致巯基-烯烃偶联以及蛋白质与等离子活化表面的偶联，也可以对基材表面原位进行聚合反应修饰，其他还包括基于贻贝粘附蛋白的多巴胺修饰、和使用高分子覆盖等方式。对于疏水性的基底材料，常用人工高分子(如
Figure BDA0002191656760000021
F-127)和天然生物大分子如白蛋白对表面进行覆盖的方式进行生物相容性改造。
Figure BDA0002191656760000022
F-127代表了一类聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)三嵌段聚合物材料，其中聚环氧丙烷(PPO)相对于聚环氧乙烷(PEO)更具疏水性，用以覆盖疏水性表面。使用双亲性嵌段聚合物对疏水性基材进行生物功能化具有其局限性：(1)合成不同嵌段共聚物时需要从头设定各嵌段的比例，对共聚比例的任何调整需要重新合成；(2)嵌段部分的种类固定，难以根据基材的性质进行灵活更改；(3)嵌段共聚反应的条件比较苛刻，通常使用高纯度有机溶剂和高温反应条件。为避免生物功能化基元的官能团参与并干扰嵌段反应，需要对引入的生物功能化基元进行保护，聚合完成后再脱保护。这些不足限制了嵌段聚合物对表面疏水性基材进行多样性生物功能化的应用。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物及用其对表面疏水性固体材料进行表面生物功能化处理获得的制品，所述双亲性聚合物含有生物功能性基团，其能够有效保持生物分子特别是蛋白质的活性，并具有低的细胞毒性，满足生物医学材料生物功能化多样性的需求。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种双亲性聚合物，所述聚合物由如下原料制备得到：
侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物、化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、任选地一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇；
其中，Y1与Y2能够发生反应，使连有生物功能性基团的聚乙二醇以及任选的连有反应惰性基团R2的聚乙二醇连接到聚合物的侧链上；X1与X2发生反应，使R基团连接到聚合物的侧链上。
根据本发明，所述生物功能性基团为能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、DNA、RNA等生物分子结合的结合子。
根据本发明，所述结合子包括：通过螯合金属离子与寡聚组氨酸链结合的次氮基三乙酸(NTA)及其衍生物，如二次氮基三乙酸、三次氮基三乙酸、四次氮基三乙酸，或亚氨基二乙酸(IDA)及其衍生物；与亲和素结合的生物素；与HaloTag蛋白结合的连接子(HaloTagLigand(HTL))，如6-氯代正己烷；与SNAP蛋白结合的连接子，如苄基鸟嘌呤(Benzylguanine,BG)；与CLIP蛋白结合的连接子，如苄基胞嘧啶(Benzylcytosine,BC)；
根据本发明，所述结合子还包括：DNA链段、RNA链段以及能与蛋白质结合的氨基酸序列，如能与抗体结合的流感病毒血凝素HA氨基酸序列、FLAG氨基酸序列；所述DNA、RNA链段为能够与待检测生物分子互补的核苷酸或脱氧核苷酸序列，本发明所述DNA和RNA链段还可以是能与蛋白质结合的核酸适配体序列。
根据本发明，所述双亲性聚合物可以通过一锅法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、以及任选地一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
根据本发明，所述双亲性聚合物可以通过两步法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2，进行反应，再将上述产物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、以及任选地一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物；
或者，将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、以及任选地一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，再将上述产物与化合物R-X2进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
根据本发明，所述反应性基团X1、X2、Y1、Y2例如选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基。其中，反应性基团X1与X2、Y1与Y2互为反应性基团，可以发生反应。
例如，氨基与羧基缩合反应得到酰胺连接基团，或者氨基与醛基或酮基反应得到希夫碱连接基团，或者羟基与羧基缩合反应得到酯连接基团，或者羟基与羟基脱水进行缩合反应得到醚连接基团，或者马来酰亚胺与巯基进行加成反应，或者巯基与α-卤代羰基发生的取代反应，或者氨基与酯基反应得到酰胺连接基团，或者炔基与叠氮基发生点击反应得到连接基团，或者烯基与四嗪基发生点击反应得到连接基团。
其中，炔基与叠氮基发生点击反应是本领域中已知的反应，例如：由金属离子(例如Cu(I))催化的叠氮化物-炔环加成反应(Sharpless反应，炔基一般在端基)，或者，环张力催化的叠氮化物-炔环加成反应(SPAAC反应，炔基位于张力环的中间)。烯基与四嗪基发生点击反应是本领域中已知的反应，例如环烯烃与四嗪基发生环加成反应。
示例性地，当X1为氨基时，X2为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种；当X1为羟基时，X2为羧基、羟基中的至少一种；当X1为巯基时，X2为马来酰亚胺、α-卤代羰基中的至少一种；当X1为炔基时，X2为叠氮基；当X1为烯基时，X2为四嗪基。反之也成立，例如当X2为氨基时，X1为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种。
示例性地，当Y1为氨基时，Y2为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种；当Y1为羟基时，Y2为羧基、羟基中的至少一种；当Y1为巯基时，Y2为马来酰亚胺、α-卤代羰基中的至少一种；当Y1为炔基时，Y2为叠氮基；当Y1为烯基时，Y2为四嗪基。反之也成立，例如当Y2为氨基时，Y1为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种。
在一个实施方式中，所述聚乙二醇为链状聚乙二醇，优选的，重复单元数为1-600之间的整数，优选为2-300，进一步优选为4-200。
作为一个实例，所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇可以商购，也可以采用本领域的常规方法进行制备，例如通过如下方法制备得到：
将一端具有反应性基团Y2另一端具有反应性基团Z1的聚乙二醇与一端具有反应性基团Z2另一端具有生物功能性基团的物质进行反应，制备得到所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇；其中，Z1与Z2发生反应，使聚乙二醇与生物功能性基团相连。
其中，所述一端具有反应性基团Y2另一端具有反应性基团Z1的聚乙二醇可以商购，也可以采用本领域的常规方法进行制备。
在聚乙二醇与反应性基团Y2、Z1之间可以直接连接，即作为封端基团，也可以通过任意的间隔基团进行连接，这依赖于采用的本领域的常规方法将反应性基团Y2、Z1引入到聚乙二醇的两端。在聚乙二醇与反应性基团Y2、Z1之间的间隔基团可以是任意的，只要不影响制备本发明双亲性聚合物，所述间隔基团例如为C1-12烷基、酯基、酰胺基、酮基等。
根据本发明，所述反应性基团Z1、Z2例如选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基。其中，反应性基团Z1与Z2互为反应性基团，可以发生反应。
例如，氨基与羧基缩合反应得到酰胺连接基团，或者氨基与醛基或酮基反应得到希夫碱连接基团，或者羟基与羧基缩合反应得到酯连接基团，或者羟基与羟基脱水进行缩合反应得到醚连接基团，或者马来酰亚胺与巯基进行加成反应，或者巯基与α-卤代羰基发生的取代反应，或者氨基与酯基反应得到酰胺连接基团，或者炔基与叠氮基发生点击反应得到连接基团，或者烯基与四嗪基发生点击反应得到连接基团。
示例性地，当Z1为氨基时，Z2为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种；当Z1为羟基时，Z2为羧基、羟基中的至少一种；当Z1为巯基时，Z2为马来酰亚胺、α-卤代羰基中的至少一种；当Z1为炔基时，Z2为叠氮基；当Z1为烯基时，Z2为四嗪基。反之也成立，例如当Z2为氨基时，Z1为羧基、醛基、酮基、酯基中的至少一种。
在一个实施方式中，一端具有反应性基团Z2另一端具有生物功能性基团的物质可以为一端具有反应性基团Z2另一端具有生物功能性基团的寡聚乙二醇，如二聚乙二醇。
在一个实施方式中，所述一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇可以商购，也可以采用本领域的常规方法进行制备。在聚乙二醇与反应性基团Y2、反应惰性基团R2之间可以直接连接，即作为封端基团，也可以通过任意的间隔基团进行连接，这依赖于采用的本领域的常规方法将反应性基团Y2、反应惰性基团R2引入到聚乙二醇的两端。在聚乙二醇与反应性基团Y2、反应惰性基团R2之间的间隔基团可以是任意的，只要不影响制备本发明双亲性聚合物。
在一个实施方式中，所述反应惰性基团R2可以为C1-6烷氧基，例如甲氧基、乙氧基。
在一个实施方式中，所述疏水基团R为C4-25烷基、C4-25烯基、C4-25炔基、C6-36芳基。
在一个实施方式中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物具有主链和侧链，所述主链包括碳原子和至少一种杂原子，所述杂原子例如为氧、氮、硫、硅等；所述侧链包括反应性基团Y1和X1，优选侧链的端基包括反应性基团Y1和X1。所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物例如为：具有反应性基团Y1和X1的聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶、聚硅橡胶-聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚氨基酸等；作为实例，所述聚氨基酸为多聚左旋赖氨酸，以及人工合成的多聚右旋赖氨酸等。
根据本发明，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物的主链重复单元数为2-2000之间的整数，优选2-1000之间的整数，更优选2-500之间的整数。
根据本发明，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物侧链上的反应性基团X1、Y1相同或不同。当所述反应性基团X1、Y1相同时，上述反应性基团部分与具有反应性基团的聚乙二醇反应，部分与化合物R-X2反应。当所述反应性基团X1、Y1不同时，可以使其中一种反应性基团与具有反应性基团的聚乙二醇反应，使另一种反应性基团与化合物R-X2反应。
在一个实施方式中，所述双亲性聚合物的主链即是反应物(具有反应性基团Y1和X1的聚合物)的主链，所述双亲性聚合物的侧链包括如下四类侧链：
1)含有未发生反应的反应性基团Y1和X1的侧链，即为侧链1，
2)含有基团R的侧链，即为侧链2，
3)含有一端为生物功能性基团的聚乙二醇(-聚乙二醇-生物功能性基团)的侧链，即为侧链3，
4)含有一端为反应惰性基团R2的聚乙二醇(-聚乙二醇-R2)的的侧链，即为侧链4。
在一个实施方式中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为0.1％-100％，优选1％-100％，更优选10％-100％。
在一个实施方式中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为2％-98％，优选5％-90％，更优选10％-80％。
在一个实施方式中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为2％-98％，优选5％-90％，更优选10％-80％。
在一个实施方式中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为5％-100％，优选20％-100％，更优选40％-100％。
根据本发明，上述步骤中，所述反应均为本领域的常规反应步骤，示例性地，所述反应的温度为10-40℃。
根据本发明，所述X1与X2进行反应时，或者所述Y1与Y2进行反应时，或者所述Z1与Z2进行反应时，例如可以在偶联剂促进下进行。例如氨基与羧基在偶联剂存在下缩合反应得到酰胺连接基团，或者羟基与羧基在偶联剂存在下缩合反应得到酯连接基团。所述偶联剂例如为碳二亚胺衍生物，选自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，或N,N-二环己基碳二亚胺，加入量与反应物的摩尔比为1至1000，优选1至500，更优选1至100。
本发明还提供一种双亲性聚合物的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物、与化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、任选地一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应；其中，Y1与Y2能够发生反应，使连有生物功能性基团聚乙二醇以及任选的连有反应惰性基团R2的聚乙二醇连接到聚合物的侧链上；X1与X2发生反应，使R基团连接到聚合物的侧链上。
根据本发明的方法，所述方法可以将上述原料一锅反应，也可以分成两步进行反应。
本发明还提供一种双亲性聚合物，其中，所述聚合物的结构如式I所示：
Figure BDA0002191656760000081
所述聚合物含有主链和侧链，所述主链含有碳原子和至少一种杂原子，所述侧链中至少部分侧链分别含有A基团、和B基团，以及任选的D基团；
所述A基团为-X-R，其中X为连接基团，R为疏水基团；
所述B基团为-Y-L1-PEG-L2-Z-R1，所述D基团为-Y-L1-PEG-L2-R2，其中，Y为连接基团，PEG为聚乙二醇链段，R1为生物功能性基团，L1、L2为直键或间隔基团，R2为反应惰性基团，Z为连接基团或不存在。
在一个实施方式中，所述X或Y中为如下基团：
-CO-NH-、-O-、-CO-O-、-S-S-、-R3R4C＝N-、
Figure BDA0002191656760000091
叠氮基与炔基发生点击反应得到的连接基团、四嗪与双键发生点击反应得到的连接基团中的任意一种，上述基团的顺序可颠倒，例如-CO-NH-代表-CO-NH-或-NH-CO-；其中，R3、R4相同或不同，彼此独立地选自H、C1-6烷基；
其中，所述叠氮基与炔基发生点击反应得到的连接基团为***基，例如
Figure BDA0002191656760000092
其中，R5选自H、C1-6烷基，虚线代表C3-10碳环；
其中，四嗪与双键发生点击反应得到的连接基团为二氮杂环，例如
Figure BDA0002191656760000093
其中，虚线代表C3-12碳环，该碳环可存在也可不存在。
在一个实施方式中，所述X通过如下方法形成，将聚合物侧链上的反应性基团X1与化合物R-X2中的反应性基团X2进行反应。所述反应性基团X1、X2例如选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基中的至少一种。例如将聚合物侧链上的氨基与R-COOH反应得到-NH-CO-。
在一个实施方式中，所述Y通过如下方法形成，将聚合物侧链上的反应性基团Y1与一端具有反应性基团Y2的聚乙二醇进行反应，所述反应性基团Y1、Y2例如选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基中的至少一种。例如将聚合物侧链上的氨基与一端为琥珀酰亚胺酯基的聚乙二醇反应得到-NH-CO-。
所述PEG为聚乙二醇链段，其重复单元数为1-600之间的整数，优选为2-300之间的整数，更进一步优选4-200之间的整数；
在一个实施方式中，所述生物功能性基团为能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、DNA、RNA等生物分子结合的结合子。
在一个实施方式中，所述结合子包括：通过螯合金属离子与寡聚组氨酸链结合的次氮基三乙酸(NTA)及其衍生物，如二次氮基三乙酸、三次氮基三乙酸、四次氮基三乙酸，或亚氨基二乙酸(IDA)及其衍生物；与亲和素结合的生物素；与HaloTag蛋白结合的连接子(HaloTag Ligand(HTL))，如6-氯代正己烷；与SNAP蛋白连接的连接子，如苄基鸟嘌呤(Benzylguanine,BG)；与CLIP蛋白连接的连接子，如苄基胞嘧啶(Benzylcytosine,BC)；
在一个实施方式中，所述结合子还包括：DNA链段、RNA链段以及能与蛋白质结合的氨基酸序列，如能与抗体结合的流感病毒血凝素HA氨基酸序列、FLAG氨基酸序列；所述DNA、RNA链段为能够与待检测生物分子互补的核苷酸或脱氧核苷酸序列，本发明所述DNA和RNA链段还可以是能与蛋白质结合的核酸适配体序列。
在一个实施方式中，所述Z为如下基团：
-CO-NH-、-O-、-CO-O-、-S-S-、-R3R4C＝N-、
Figure BDA0002191656760000111
叠氮基与炔基发生点击反应得到的连接基团、四嗪与双键发生点击反应得到的连接基团中的任意一种，上述基团的顺序可颠倒，例如-CO-NH-代表-CO-NH-或-NH-CO-；其中，R3、R4相同或不同，彼此独立地选自H、C1-6烷基；
在一个实施方式中，所述连接基团Z可以通过聚乙二醇一端连接的反应性基团Z1(例如羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基)与一端具有反应性基团Z2(例如羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基)和一端为生物功能性基团的物质进行反应而形成。
在一个实施方式中，L1、L2为直键或任意的可以将反应基团Y2、X1、R1引入聚乙二醇链段的连接基团。
在一个实施方式中，所述R2可以为C1-6烷氧基，例如甲氧基、乙氧基。
在一个实施方式中，所述R为C4-25烷基、C4-25烯基、C4-25炔基，C6-36芳基。
在一个实施方式中，所述聚合物的主链中除碳原子外，还含有氧、氮、硫、硅等至少一种杂原子。所述主链结构中包括例如为：聚醚主链、聚酯主链、聚酰胺主链、聚氨酯主链、聚硫橡胶主链、聚硅橡胶-聚酰胺主链、聚乙烯亚胺主链、聚氨基酸主链等结构的至少一种；
在一个实施方式中，所述聚氨基酸为多聚左旋赖氨酸，以及人工合成的多聚右旋赖氨酸等。
在一个实施方式中，所述聚合物中，含有B基团的侧链占含有B基团和D基团的侧链总量的摩尔百分比为0.1％-100％，优选1％-100％，更优选10％-100％。
在一个实施方式中，所述聚合物中，含有B基团和任选的D基团的侧链数占侧链总量的百分比为2％-98％，优选5％-90％，更优选10％-80％。
在一个实施方式中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数占全部侧链总量的百分比为2％-98％，优选5％-90％，更优选10％-80％。
在一个实施方式中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数与含有B基团和任选地D基团的侧链数之和占全部侧链总量的百分比为5％-100％，优选20％-100％，更优选40％-100％。
本发明还提供上述双亲性聚合物的用途，其用于对表面疏水性基材进行改性和生物功能化处理。
本发明还提供一种对表面疏水性基材进行改性处理的方法，所述方法包括如下步骤：
将待处理的表面疏水性基材与上述的双亲性聚合物接触，实现对表面疏水性基材的改性处理。根据本发明，所述接触例如可以是将待处理的表面疏水性基材与上述的双亲性聚合物的分散液接触。所述分散液可以是改性聚合物的水溶液、有机溶液或有机溶剂和水形成的混合溶液。
根据本发明，所述双亲性聚合物的水溶液、有机溶液或有机溶剂和水形成的混合溶液中双亲性聚合物的浓度为小于1000g/L，优选小于200g/L，更优选小于10g/L。其中，所述混合溶液中，有机溶剂和水的体积比没有特别的限定，例如为1-99:99-1，例如为10-90:90-10。
根据本发明，所述水溶液包括纯水或缓冲盐溶液，所述缓冲盐溶液例如磷酸缓冲盐溶液、HEPES缓冲溶液、柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲液。缓冲盐溶液的pH值为2-12，优选的pH值为7.4。
根据本发明，所述有机溶液为醇、酮、醚、酯、砜、烷基取代酰胺、卤代有机溶剂、芳香性有机溶剂，以及它们烷基衍生物、烯基衍生物、炔基衍生物、芳基和杂芳基衍生物。
本发明还提供上述对表面疏水性基材进行改性处理得到的制品。
根据本发明，所述表面疏水性基材是指基材表面的水接触角大于60°的基材，例如大于90°。
根据本发明，所述表面疏水性基材包括可生物降解材料和非降解材料。
其中，所述可生物降解材料包括聚乳酸、聚酯、聚己内酯、和聚乳酸-聚酯共聚物、聚乳酸-聚己内酯共聚物等。
其中，所述非生物降解材料包括烯类和二烯类聚合物、聚苯乙烯、聚卤代乙烯、聚偏四氟乙烯等，以及聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶、聚硅橡胶和硅烷基聚合物等，如聚二甲基硅氧烷。
根据本发明，所述表面疏水性基材可以通过对亲水性基材的表面改性获得，例如使用带有巯基的化合物在金属上形成疏水性自组装单分子膜，如金、银、不锈钢等；所述带有巯基的化合物为C4-25烷基硫醇、C4-25烯基硫醇、C4-25炔基硫醇和巯基取代的芳基。
根据本发明，所述表面疏水性基材还可以使用硅烷对亲水性的无机材料和有机材料进行表面改性获得，所述无机材料包括：金属氧化物如氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化铝合金、氧化锡等；无机氧化物如石英、玻璃、ITO玻璃等；硅酸盐、铝硅酸盐如云母、碳化硅等；所述有机材料包括经表面氧化处理的聚醚、聚砜、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚偏四氟乙烯和硅烷基聚合物等，如聚二甲基硅氧烷；所述表面氧化处理包括等离子处理和电晕放电处理。
根据本发明，所述硅烷包括甲基硅烷、二甲基硅烷、二乙基硅烷；还可以是氯硅烷，如二甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷；也可以是硅氧烷，如二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷；所述硅烷可选地包含芳香基。
根据本发明，疏水性基材为平面，也可以是二维微米/纳米结构图案、或者三维的微米/纳米结构，例如微珠、纳米颗粒、纳米纤维、纳米二维材料、不规则多孔材料等其中之一或者它们的组合。
[术语和解释]
本发明所述的烷基代表碳原子数为1-12的直链、支链或环状烷基，例如，甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、叔丁基等。
本发明所述的烯基代表碳原子数为2-12的直链、支链或环状烯基，例如，乙烯、丙烯、异丙烯、丁烯等。优选的，双键的数目为1到6的整数。
本发明所述的炔基代表碳原子数为2-12的直链、支链或环状炔基，例如，乙炔、丙炔、丁炔等。优选的，炔键的数目为1到6的整数。
本发明所述的芳基指具有6-36个碳原子的单环、或多环稠和芳香性基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基、芘基等。
术语“碳环”、“碳环基”指具有呈单环的3-12个碳原子或呈双环的7-12个碳原子的单价非芳香族、饱和或部分不饱和环。碳环的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、1-环戊-1-烯基、1-环戊-2-烯基、1-环戊-3-烯基、环己基、1-环己-1-烯基、1-环己-2-烯基、1-环己-3-烯基、环己二烯基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基、环十一烷基、环十二烷基等。
本发明所述氨基代表基团-NH2、-NHR6或-NR6 2，其中，R6独立的选自H、烷基、芳基、杂芳基、杂环基。
本发明所述的醚基代表基团-OR7，其中，R7独立的选自C1-6烷基、-(CH2-CH2O)n-CH2-CH3(n大于2)；所述醚基例如为甲基醚、乙基醚、丙基醚、异丙基醚、丁基醚、异丁基醚、叔丁基醚、环氧乙烷数为9-12的聚氧乙烯醚基等。
术语“反应惰性基团”不易与其他基团发生化学偶联反应的基团，例如C1-6烷氧基，例如甲氧基、乙氧基。
术语“反应性基团”也可称为“活性基团”，是指可与另一个“反应性基团”形成化学键的官能团。适合的化学键在本领域中众所周知，例如可以为：羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基。
术语“连接基团”是指将任意两个基团连接起来的基团，其是由两个“反应性基团”反应后形成的基团。
术语“间隔基团”是指通过常规反应将反应性基团或反应惰性基团引入聚乙二醇链端时可能形成的基团。该基团依赖于引入基团时所使用的制备方法。
术语“氨基酸”指自然存在和合成的氨基酸以及以类似于自然存在的氨基酸的方式起作用的氨基酸类似物和氨基酸模拟物。自然存在的氨基酸是遗传密码编码的氨基酸以及后来经修饰的那些氨基酸，例如羟基脯氨酸、γ-羧基谷氨酸、硒代半胱氨酸和O-磷酸丝氨酸。氨基酸类似物指具有与自然存在的氨基酸相同的基本化学结构，即与氢、羧基、氨基和R基团结合的α碳的化合物，例如高丝氨酸、正亮氨酸、甲硫氨酸亚砜、甲硫氨酸甲基锍。此类类似物具有经修饰的R基团(例如，正亮氨酸)或经修饰的肽骨架，但是保持了与自然存在的氨基酸相同的基本化学结构。可特别使用的一种氨基酸为瓜氨酸，这是精氨酸的衍生物并且牵涉于肝脏中尿的形成。氨基酸模拟物指结构与氨基酸的一般化学结构不同，但是以类似于自然存在的氨基酸的方式起作用的化学化合物。术语“非天然氨基酸”旨在表示上述20种自然存在的氨基酸的“D”型立体化学形式。应进一步理解，术语非天然氨基酸包括天然氨基酸的同源物或其D型异构体及天然氨基酸经合成修饰的形式。经合成修饰的形式包括但不限于侧链缩短或加长多达2个碳原子的氨基酸，包含经任选取代的芳基的氨基酸和包含卤化基团，优选卤化烷基和芳基的氨基酸并且还包括经N取代的氨基酸，例如N-甲基-丙氨酸。氨基酸或肽可通过氨基酸或肽的末端胺或末端羧酸与连接子/间隔基或细胞结合剂连接。氨基酸也可通过侧链活性基团，例如但不限于半胱氨酸的硫醇基、赖氨酸的ε胺或丝氨酸或苏氨酸的侧链羟基与连接子/间隔基或细胞结合剂连接。另外，合成修饰的氨基酸还可以从α碳引入反应性基团，例如，叠氮基、炔基、羰基、醛基、烯基、四嗪基的任意一种。
氨基酸和肽可受保护基团保护。保护基团是保护氨基酸或肽的N-端免受非期望反应的原子或化学部分并且可在合成期间使用。保护基团应在整个合成过程中保持与N-端连接，并且可在药物偶联物的合成完成之后通过选择性实现其去除的化学或其它条件去除。
适合N-端保护的保护基团在肽化学领域中众所周知。示例性保护基团包括但不限于甲酯、叔丁酯、9-芴基氨基甲酸甲酯(Fmoc)和苄氧羰基(Cbz)。
术语“肽”是指多个氨基酸的通过氨基和羧基结合形成的氨基酸序列，氨基酸残基数量为2-40的整数。
术语“结合子”是指能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、RNA、DNA等生物分子通过例如共价键、非共价键等方式结合的物质。
术语“连接子”也可称为“配体连接子”，英文为Ligand，是指能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、RNA、DNA等生物分子共价键和的基团。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种用于表面生物功能化的双亲性聚合物，所述双亲性聚合物通过引入亲水性成分和疏水性成分，克服了嵌段双亲性聚合物的局限性，本发明的双亲性聚合物用于对疏水性材料进行一步法表面处理，避免了现有技术多步法的繁琐和低效率，能对各种结构的疏水表面进行高效率的界面修饰。所述双亲性聚合物具有如下优势：(1)使用双亲功能高分子仅需要对疏水材料一步覆盖，即可获得稳定的生物功能性化表面，实现生物功能化材料的高效制备。(2)双亲性功能高分子能够通过侧链修饰灵活调节亲水性基团、疏水性基团的数量和种类，满足对不同性质基材进行生物功能化的需要。(3)还能够通过双亲性功能高分子的侧链修饰，引入不同的生物功能性基团，实现对基材生物功能化的多样性，拓展不同生物医学应用。
附图说明
图1为实施例11使用实施例3制备的生物功能化双亲高分子特异性结合蛋白质的结果。
图2为实施例12使用实施例8制备的生物功能化双亲高分子特异性结合蛋白质的结果。
图3为实施例13使用实施例9制备的生物功能化双亲高分子特异性结合蛋白质的结果。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所使用的HEPES缓冲液为浓度为100mM，pH 7.0的缓冲溶液。
任选表示所述特征存在或不存在，还表示所述特征一定存在，只是具体选择可以随意。
实施例1合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG2k-NTA30
在2毫升离心管中称取8.5mg聚左旋赖氨酸(PLL，平均分子量22500Da，购自上海源叶公司)，将其溶于200μL HEPES缓冲液中得到溶液(一)。
称取24mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯(NHS)和次氮基三乙酸(NTA)的聚乙二醇2000(NHS-PEG2k-NTA，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μLN,N-二甲基甲酰胺(分析纯，北京化工厂)中得到溶液(二)。
用玻璃小瓶量取3.2μL油酸(分子量282.5，购自北京化工厂，化学纯经蒸馏纯化)，置于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(三)。
将上述溶液(一)、溶液(二)与溶液(三)室温下在离心管中混合，立即向所得混合溶液加入28mg 1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC，分子量191.7，购自Sigma-aldrich公司)。使用振荡器振荡均匀，室温下震荡过夜，反应20小时，加入100μL20mM三羟甲基氨基甲烷缓冲液(Tris缓冲液)，继续震荡30分钟用于终止反应。将所得反应液转移至截止分子量为14kDa的半透膜中，用2升去离子水进行透析48小时。所得溶液冷冻处理后置于冻干机中制得19mg冻干粉，-20℃下密封存放。
该冻干粉为25％油酸和30％聚乙二醇2k-次氮基三乙酸接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG2k-NTA30，具体结构式如下所示。
Figure BDA0002191656760000181
其中，未连接其他成分的侧链数用q表示。连接有聚乙二醇的侧链数用n表示，聚乙二醇的重复单元数用s表示，其端基通过共价键合方式连接有生物功能性基团NTA。连接有疏水性成分的侧链数用m表示，R为油酸。
实施例2合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG5k-NTA30
与实施例1类似，不同在于称取60mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯和次氮基三乙酸的聚乙二醇5000(NHS-PEG5k-NTA，聚乙二醇平均分子量5000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(二)。制得37mg白色冻干粉末。
该白色粉末为25％油酸和30％聚乙二醇5k-次氮基三乙酸接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG5k-NTA30。
实施例3合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG2k-OMe15-PEG2k-NTA60
与实施例1类似，不同在于称取48mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯和次氮基三乙酸的聚乙二醇2000(NHS-PEG2k-NTA，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，和10mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯和甲氧基的聚乙二醇(NHS-PEG2k-OMe，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺(分析纯，北京化工厂)中得到溶液(二)。制得36mg白色冻干粉末。
该白色粉末为25％油酸、15％聚乙二醇2k-甲氧基以及60％聚乙二醇2k-次氮基三乙酸接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG2k-OMe15-PEG2k-NTA60。
实施例4合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG3.4k-BT30
与实施例1类似，不同在于称取41mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯和生物素的聚乙二醇3400(NHS-PEG3.4k-Biotin，聚乙二醇平均分子量3400Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(二)。制得28mg白色冻干粉末。
该白色粉末为25％油酸和30％聚乙二醇3.4k-生物素接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG3.4k-BT30。
实施例5合成双亲性聚合物OA50-PLL-PEG3.4k-BT 50
与实施例4类似，不同在于称取68mg两端分别修饰琥珀酰亚胺酯和生物素的聚乙二醇3400，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(二)。量取6.4μL油酸，置于100μLN,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(三)。制得白色冻干粉末。
该白色粉末为50％油酸和50％聚乙二醇3.4k-生物素接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA50-PLL-PEG3.4k-BT 50。
实施例6合成双亲性聚合物Py25-PLL-PEG2k-NTA30
与实施例1类似，不同在于用玻璃小瓶称取2.6mg 1-芘丁酸(分子量288.5，购自Sigma-aldrich公司)，置于100μL二甲基甲酰胺中得到溶液(三)。制得冻干粉末。
该冻干粉末为25％芘和30％聚乙二醇2k-次氮基三乙酸接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为Py25-PLL-PEG2k-NTA30。
实施例7合成双亲性聚合物Py25-PLL-PEG2k-NTA75
与实施例6类似，不同在于称取65mg两端分别为琥珀酰亚胺酯和次氮基三乙酸的聚乙二醇2000(NHS-PEG2k-NTA，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(二)。制得冻干粉末。
该冻干粉末为25％芘和75％聚乙二醇2k-次氮基三乙酸接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为Py25-PLL-PEG2k-NTA75。
实施例8合成双亲性聚合物Py25-PLL-PEG2k-OMe70-PEG3.4k-BT5
与实施例6类似，不同在于称取6.8mg两端分别为琥珀酰亚胺酯和生物素的聚乙二醇3400(NHS-PEG3.4k-Biotin，聚乙二醇平均分子量3400Da，购自美国Nanocs公司)，和60mg两端分别为琥珀酰亚胺酯和甲氧基的聚乙二醇(NHS-PEG2k-OMe，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(二)。制得冻干粉末。
该冻干粉末为25％芘、70％聚乙二醇2k-甲氧基和5％聚乙二醇3.4k-生物素接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为Py25-PLL-PEG2k-OMe70-PEG3.4k-BT5。
实施例9合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG3k70-PEG3k-DNA5
在2毫升离心管中称取8.5mg聚左旋赖氨酸(PLL，平均分子量22500Da，购自上海源叶公司)，将其溶于100μL HEPES缓冲液中得到溶液(一)。
称取81mg两端分别为马来酰亚胺和琥珀酰亚胺酯的聚乙二醇(NHS-PEG3k-MAL，平均分子量3000Da，购自Sigma-aldrich公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺(分析纯，购自北京化工厂)中得到溶液(二)。
称取12.1mg 3'-端巯基修饰的DNA序列5'-GATGAATGGTGGGTGAGAGG/TEG-SH/-3'(分子量6743，购自Integrated DNA Technologies公司)，将其溶于100μL HEPES缓冲液中，得到溶液(三)。
用玻璃小瓶量取3.2μL油酸(分子量282.5，购自Sigma-aldrich公司)，置于100μlN,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(四)。
将溶液(二)与溶液(三)室温下混合15分钟，其后将溶液(一)加入到上述混合溶液，使用振荡器振荡均匀，室温下反应4小时，随后加入溶液(四)，并立即向所得混合溶液加入28mg 1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐。震荡过夜12小时，加入100μL10mM半胱氨酸HEPES缓冲液30分钟用于终止反应。将所得反应液转移至截止分子量为14kDa的半透膜中，用2升去离子水进行透析48小时。所得溶液冷冻处理后置于冻干机中制得57mg冻干粉，-20℃下密封存放。
该冻干粉为25％油酸、70％聚乙二醇3k-封端马来酰亚胺和5％聚乙二醇3k-DNA接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG3k70-PEG3k-DNA5。与其对应的互补DNA序列为5'-CCT CTCACC CAC CAT TCA TC-3'。
实施例10合成双亲性聚合物OA25-PLL-PEG2k-OMe30-PEG2k-HTL30
称取96mg两端为双琥珀酰亚胺酯修饰的聚乙二醇(NHS-PEG2k-NHS，平均分子量2000Da，购自Sigma-aldrich公司)和10mg HaloTag蛋白的连接子6-氯代正己烷氨基衍生物(购自Promega公司，商品代码
Figure BDA0002191656760000221
-O2-amineligand)(HTL-PEG2-NH2)，将其溶于无水200μL N,N-二甲基甲酰胺(分析纯，购自北京化工厂)，加入4μL三乙胺(分析纯，购自北京化工厂)，氮气保护室温下反应4小时，加入去离子水30分钟，终止反应。置于真空烘箱中，60℃除去有机溶剂。用G200硅胶层析板分离反应产物，流动相为二氯甲烷：甲醇(95：5体积比)，Rf值0.32处收集产物条带，二氯甲烷洗脱硅胶，蒸干溶剂，得到54mg油状物COOH-PEG2k-HTL，将其溶于200μL N,N-二甲基甲酰胺，-20℃保存备用。
在2毫升离心管中称取7.5mg聚左旋赖氨酸(PLL，平均分子量22500Da，购自上海源叶公司)，将其溶于100μL HEPES缓冲液中(100mM HEPES,pH 7.0)得到溶液(一)。
用玻璃小瓶量称取24mg两端分别为琥珀酰亚胺酯和甲氧基的聚乙二醇(NHS-PEG2k-OMe，聚乙二醇平均分子量2000Da，购自美国Nanocs公司)，将其溶于100μL N,N-二甲基甲酰胺中，加入88μL上述制备的COOH-PEG2k-HTL的N,N-二甲基甲酰胺溶液，得到溶液(二)。
用玻璃小瓶量取3.2μL油酸，置于100μL N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液(三)。
将溶液(一)、(二)、(三)混合，立即向所得混合溶液加入28mg 1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC，分子量191.7，购自Sigma-aldrich公司)。使用振荡器振荡均匀，并震荡过夜12小时，加入100μL去离子水30分钟用于终止反应。将所得反应液转移至截止分子量为14kDa的半透膜中，用2升去离子水进行透析48小时。所得溶液冷冻处理后置于冻干机中制得29mg冻干粉。-20℃下密封存放。
该冻干粉为25％油酸和30％聚乙二醇2k-甲氧基以及30％聚乙二醇2k-HaloTag蛋白结合的连接子接枝修饰的功能化双亲性聚合物，该聚合物命名为OA25-PLL-PEG2k-OMe30-PEG2k-HTL30。
实施例11蛋白质在OA25-PLL-PEG2k-OMe15-PEG2k-NTA60修饰疏水性表面上的活性固载
双亲性聚合物在疏水性表面的覆盖及蛋白质活性固载的检测，在GEHealthcare公司的表面等离子共振检测仪Biacore3000中进行。使用传感片HPA，其具有巯基烷烃在金箔上自组装形成的疏水表面，流动相按照GE Healthcare公司HBS-EP缓冲液的标准配制(0.01M HEPES pH7.4，0.15M NaCl，3mM EDTA，0.005％体积比P20)。
将实施例3合成的OA25-PLL-PEG2k-OMe15-PEG2k-NTA60用水：乙醇(体积比90:10)混合溶剂溶解，得到双亲性聚合物溶液，浓度为1mg/mL。在表面疏水的传感片HPA上依次自动注射进样(样品pH值保持为7.5)，图1中进样次序为：(1)1mg/mL双亲性高分子溶液、(2)200mM乙二胺四乙酸(EDTA)、(3)10mM NiCl2、(4)200mM咪唑、(5)500nM六聚组氨酸链重组绿色荧光蛋白(GFP-H6)和(6)200mM咪唑，结果如图1所示。咪唑洗脱显示了六聚组氨酸链重组绿色荧光蛋白的位点特异性固载。
实施例12蛋白质在Py25-PLL-PEG2k-OMe70-PEG3.4k-BT5修饰疏水性表面上的活性固载
检测按照实施例11描述方案进行，用HBS缓冲液将实施例8合成的Py25-PLL-PEG2k-OMe70-PEG3.4k-BT5溶解，得到双亲性聚合物溶液，浓度为1mg/mL。在表面疏水的传感片HPA上依次自动注射进样(样品pH值保持为7.5)，图2中进样次序为：(1)1mg/mL双亲性高分子溶液、(2)100nM链霉亲和素(SAV，购自南京金斯瑞生物科技有限公司)、(3)HBS缓冲液、(4)100nM生物素修饰牛血清蛋白(BSA-BT，购自陕西瑞禧生物科技有限公司)。检测结果如图2所示，显示实施例8的双亲聚合物将疏水性基底生物功能化，能活性固载链霉亲和素以及后续结合生物素修饰的目标蛋白。对照实验中将(3)HBS缓冲液换成了100nM生物素，由于这一步生物素对链霉亲和素的提前覆盖，对照实验中后续的生物素修饰牛血清蛋白物无固载信号，说明双亲高分子上固载的链霉亲和素被100nM生物素将结合位点完全占据，从而失去进一步结合生物素修饰牛血清蛋白的能力。
实施例13DNA分子在OA25-PLL-PEG3k70-PEG3k-DNA5修饰疏水性表面上的重复固载
检测按照实施例11所描述方案进行，用HBS缓冲液溶解实施例9合成的OA25-PLL-PEG3k70-PEG3k-DNA5，得到双亲性聚合物溶液，浓度为1mg/mL。在表面疏水的传感片HPA上依次自动注射进样(样品pH值保持为7.5)，图3中进样次序为：(1)1mg/mL双亲性聚合物溶液、(2)1μM DNA序列5'-CCT CTCACC CAC CAT TCA TC-3'(与实施例9接枝修饰的DNA序列互补)、(3)100mM盐酸、(4)1μM DNA序列5'-CCT CTC ACC CAC CAT TCA TC-3'。结果如图3所示，检测结果显示实施例9的双亲聚合物将疏水性基底生物功能化，能重复固载互补的DNA序列。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (83)

1.一种双亲性聚合物，其中，所述聚合物由如下原料制备得到：
侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物、化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇；
其中，Y1与Y2能够发生反应，使连有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或连有反应惰性基团R2的聚乙二醇连接到聚合物的侧链上；X1与X2发生反应，使R基团连接到聚合物的侧链上；R是疏水基团；
所述生物功能性基团为能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、DNA、RNA结合的结合子。
2.根据权利要求1所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物通过一锅法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
3.根据权利要求1所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物可以通过两步法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2，进行反应，再将上述产物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物；
或者，将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，再将上述产物与化合物R-X2进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇通过如下方法制备得到：
将一端具有反应性基团Y2另一端具有反应性基团Z1的聚乙二醇与一端具有反应性基团Z2另一端具有生物功能性基团的物质进行反应，制备得到所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇；其中，Z1与Z2发生反应，使聚乙二醇与生物功能性基团相连。
5.根据权利要求1所述的双亲性聚合物，其中，所述结合子包括：通过螯合金属离子与寡聚组氨酸链结合的次氮基三乙酸及其衍生物；与亲和素结合的生物素；与HaloTag蛋白结合的连接子；与SNAP蛋白连接的连接子；与CLIP蛋白连接的连接子；
所述结合子还包括：DNA链段、RNA链段以及能与蛋白质结合的氨基酸序列；所述DNA、RNA链段为能够与待检测生物分子互补的核苷酸或脱氧核苷酸序列，或者，所述DNA和RNA链段为能与蛋白质结合的核酸适配体序列。
6.根据权利要求5所述的双亲性聚合物，其中，所述次氮基三乙酸及其衍生物为二次氮基三乙酸、三次氮基三乙酸、四次氮基三乙酸或亚氨基二乙酸及其衍生物；所述与HaloTag蛋白结合的连接子为6-氯代正己烷；所述与SNAP蛋白连接的连接子为苄基鸟嘌呤；所述与CLIP蛋白连接的连接子为苄基胞嘧啶；
所述能与蛋白质结合的氨基酸序列为能与抗体结合的流感病毒血凝素HA氨基酸序列、FLAG氨基酸序列。
7.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述反应性基团X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基中的至少一种；其中，反应性基团X1与X2、Y1与Y2、Z1与Z2互为反应性基团，可以发生反应。
8.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述聚乙二醇为链状聚乙二醇，重复单元数为1-600之间的整数。
9.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述反应惰性基团R2为C1-6烷氧基。
10.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述疏水基团R为C4-25烷基、C4-25烯基、C4-25炔基、C6-36芳基。
11.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物具有主链和侧链，所述主链包括碳原子和至少一种杂原子，所述杂原子为氧、氮、硫或硅；所述侧链包括反应性基团Y1和X1。
12.根据权利要求11所述的双亲性聚合物，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物为：具有反应性基团Y1和X1的聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶、聚硅橡胶-聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚氨基酸。
13.根据权利要求12所述的双亲性聚合物，其中，所述聚氨基酸为多聚左旋赖氨酸或多聚右旋赖氨酸。
14.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物的主链重复单元数为2-2000之间的整数。
15.根据权利要求1-3任一项所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物的侧链包括如下四类侧链：
1）含有未发生反应的反应性基团Y1和X1的侧链，即为侧链1，
2）含有基团R的侧链，即为侧链2，
3）含有一端为生物功能性基团的聚乙二醇（-聚乙二醇-生物功能性基团）的侧链，侧链3，
4）含有一端为反应惰性基团R2的聚乙二醇（-聚乙二醇-R2）的侧链，即为侧链4。
16.根据权利要求15所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为0.1%-100%。
17.根据权利要求16所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为1%-100%。
18.根据权利要求17所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为10%-100%。
19.根据权利要求15所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为2%-98%。
20.根据权利要求19所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-90%。
21.根据权利要求20所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为10%-80%。
22.根据权利要求15所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为2%-98%。
23.根据权利要求22所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-90%。
24.根据权利要求23所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为10%-80%。
25.根据权利要求15所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-100%。
26.根据权利要求25所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为20%-100%。
27.根据权利要求26所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为40%-100%。
28.一种权利要求1所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物、与化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应；其中，Y1与Y2能够发生反应，使连有生物功能性基团聚乙二醇、和/或的连有反应惰性基团R2的聚乙二醇连接到聚合物的侧链上；X1与X2发生反应，使R基团连接到聚合物的侧链上。
29.根据权利要求28所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物通过一锅法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2、一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
30.根据权利要求28所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物可以通过两步法进行制备，所述方法包括：
将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与化合物R-X2，进行反应，再将上述产物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，制备得到所述双亲性聚合物；
或者，将侧链具有反应性基团Y1和X1的聚合物与一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇、和/或一端具有反应性基团Y2另一端具有反应惰性基团R2的聚乙二醇进行反应，再将上述产物与化合物R-X2进行反应，制备得到所述双亲性聚合物。
31.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇通过如下方法制备得到：
将一端具有反应性基团Y2另一端具有反应性基团Z1的聚乙二醇与一端具有反应性基团Z2另一端具有生物功能性基团的物质进行反应，制备得到所述一端具有反应性基团Y2另一端具有生物功能性基团的聚乙二醇；其中，Z1与Z2发生反应，使聚乙二醇与生物功能性基团相连。
32.根据权利要求28所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述结合子包括：通过螯合金属离子与寡聚组氨酸链结合的次氮基三乙酸及其衍生物；与亲和素结合的生物素；与HaloTag蛋白结合的连接子；与SNAP蛋白连接的连接子；与CLIP蛋白连接的连接子；
所述结合子还包括：DNA链段、RNA链段以及能与蛋白质结合的氨基酸序列；所述DNA、RNA链段为能够与待检测生物分子互补的核苷酸或脱氧核苷酸序列，或者，所述DNA和RNA链段为能与蛋白质结合的核酸适配体序列。
33.根据权利要求32所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述次氮基三乙酸及其衍生物为二次氮基三乙酸、三次氮基三乙酸、四次氮基三乙酸或亚氨基二乙酸及其衍生物；所述与HaloTag蛋白结合的连接子为6-氯代正己烷；所述与SNAP蛋白连接的连接子为苄基鸟嘌呤；所述与CLIP蛋白连接的连接子为苄基胞嘧啶；
所述能与蛋白质结合的氨基酸序列为能与抗体结合的流感病毒血凝素HA氨基酸序列、FLAG氨基酸序列。
34.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述反应性基团X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2选自羟基、氨基、羧基、醛基、酮基、酯基、巯基、马来酰亚胺、α-卤代羰基、炔基、烯基、叠氮基、四嗪基中的至少一种；其中，反应性基团X1与X2、Y1与Y2、Z1与Z2互为反应性基团，可以发生反应。
35.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述聚乙二醇为链状聚乙二醇，重复单元数为1-600之间的整数。
36.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述反应惰性基团R2为C1-6烷氧基。
37.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述疏水基团R为C4-25烷基、C4-25烯基、C4-25炔基、C6-36芳基。
38.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物具有主链和侧链，所述主链包括碳原子和至少一种杂原子，所述杂原子为氧、氮、硫或硅；所述侧链包括反应性基团Y1和X1。
39.根据权利要求38所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物为：具有反应性基团Y1和X1的聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶、聚硅橡胶-聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚氨基酸。
40.根据权利要求39所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述聚氨基酸为多聚左旋赖氨酸或多聚右旋赖氨酸。
41.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述具有反应性基团Y1和X1的聚合物的主链重复单元数为2-2000之间的整数。
42.根据权利要求28-30任一项所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物的侧链包括如下四类侧链：
1）含有未发生反应的反应性基团Y1和X1的侧链，即为侧链1，
2）含有基团R的侧链，即为侧链2，
3）含有一端为生物功能性基团的聚乙二醇（-聚乙二醇-生物功能性基团）的侧链，侧链3，
4）含有一端为反应惰性基团R2的聚乙二醇（-聚乙二醇-R2）的侧链，即为侧链4。
43.根据权利要求42所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为0.1%-100%。
44.根据权利要求43所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为1%-100%。
45.根据权利要求44所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3占侧链3和侧链4总量的摩尔百分比为10%-100%。
46.根据权利要求42所述的双亲性聚合物，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为2%-98%。
47.根据权利要求46所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-90%。
48.根据权利要求47所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为10%-80%。
49.根据权利要求42所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为2%-98%。
50.根据权利要求49所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-90%。
51.根据权利要求50所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2占全部侧链总量的摩尔百分比为10%-80%。
52.根据权利要求42所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为5%-100%。
53.根据权利要求52所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为20%-100%。
54.根据权利要求53所述的双亲性聚合物的制备方法，其中，所述双亲性聚合物中，侧链2、侧链3和侧链4的总量占全部侧链总量的摩尔百分比为40%-100%。
55.一种权利要求1所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物的结构如式I所示：
Figure 197744DEST_PATH_IMAGE001
式I
所述聚合物含有主链和侧链，所述主链含有碳原子和至少一种杂原子，所述侧链中至少部分侧链分别含有A基团、B基团和/或D基团；
所述A基团为-X-R，其中X为连接基团，R为疏水基团；
所述B基团为-Y-L1-PEG-L2-Z-R1，所述D基团为-Y-L1-PEG-L2-R2，其中，Y为连接基团，PEG为聚乙二醇链段，R1为生物功能性基团，L1、L2为直键或间隔基团，R2为反应惰性基团，Z为连接基团或不存在，所述生物功能性基团为能够与蛋白质、多肽、氨基酸序列、DNA、RNA结合的结合子。
56.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述X、Y为如下基团：
-CO-NH-、-O-、-CO-O-、-S-S-、-R3R4C=N-、
Figure 61795DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 469642DEST_PATH_IMAGE003
、叠氮基与炔基发生点击反应得到的连接基团、四嗪与双键发生点击反应得到的连接基团中的任意一种，上述基团的顺序可颠倒；
其中，R3、R4彼此独立地选自H、C1-6烷基。
57.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚乙二醇的重复单元数为1-600之间的整数。
58.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述结合子包括：通过螯合金属离子与寡聚组氨酸链结合的次氮基三乙酸及其衍生物；与亲和素结合的生物素；与HaloTag蛋白结合的连接子；与SNAP蛋白连接的连接子；与CLIP蛋白连接的连接子；
所述结合子还包括：DNA链段、RNA链段以及能与蛋白质结合的氨基酸序列；所述DNA、RNA链段为能够与待检测生物分子互补的核苷酸或脱氧核苷酸序列，或者，所述DNA和RNA链段为能与蛋白质结合的核酸适配体序列。
59.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述次氮基三乙酸及其衍生物为二次氮基三乙酸、三次氮基三乙酸、四次氮基三乙酸或亚氨基二乙酸及其衍生物；所述与HaloTag蛋白结合的连接子为6-氯代正己烷；所述与SNAP蛋白连接的连接子为苄基鸟嘌呤；所述与CLIP蛋白连接的连接子为苄基胞嘧啶；
所述能与蛋白质结合的氨基酸序列为能与抗体结合的流感病毒血凝素HA氨基酸序列、FLAG氨基酸序列。
60.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，L1、L2为直键或可以将反应基团Y2、X1引入聚乙二醇链段的间隔基团。
61.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述R2为C1-6烷氧基。
62.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述R为C4-25烷基、C4-25烯基、C4-25炔基，C6-36芳基。
63.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物的主链中除碳原子外，还含有氧、氮、硫、硅至少一种杂原子；所述主链结构中包括聚醚主链、聚酯主链、聚酰胺主链、聚氨酯主链、聚硫橡胶主链、聚硅橡胶-聚酰胺主链、聚乙烯亚胺主链、聚氨基酸主链结构的至少一种。
64.根据权利要求63所述的双亲性聚合物，其中，所述聚氨基酸为多聚左旋赖氨酸，以及人工合成的多聚右旋赖氨酸。
65.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团的侧链占含有B基团和D基团的侧链总量的摩尔百分比为0.1%-100%。
66.根据权利要求65所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团的侧链占含有B基团和D基团的侧链总量的摩尔百分比为1%-100%。
67.根据权利要求66所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团的侧链占含有B基团和D基团的侧链总量的摩尔百分比为10%-100%。
68.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团和/或D基团的侧链数占侧链总量的百分比为2%-98%。
69.根据权利要求68所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团和/或D基团的侧链数占侧链总量的百分比为5%-90%。
70.根据权利要求69所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有B基团和/或D基团的侧链数占侧链总量的百分比为10%-80%。
71.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数占全部侧链总量的百分比为2%-98%。
72.根据权利要求71所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数占全部侧链总量的百分比为5%-90%。
73.根据权利要求72所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数占全部侧链总量的百分比为10%-80%。
74.根据权利要求55所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数与含有B基团和/或D基团的侧链数之和占全部侧链总量的百分比为5%-100%。
75.根据权利要求74所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数与含有B基团和/或D基团的侧链数之和占全部侧链总量的百分比为20%-100%。
76.根据权利要求75所述的双亲性聚合物，其中，所述聚合物中，含有A基团的侧链数与含有B基团和/或D基团的侧链数之和占全部侧链总量的百分比为40%-100%。
77.权利要求1-27、55-76中任一项所述的双亲性聚合物的用途，其用于对表面疏水性基材进行改性和生物功能化处理。
78.一种对表面疏水性基材进行改性处理的方法，所述方法包括如下步骤：
将待处理的表面疏水性基材与权利要求1-27、55-76中任一项所述的双亲性聚合物接触，实现对表面疏水性基材的改性处理。
79.根据权利要求78所述的方法，其中，所述接触是将待处理的表面疏水性基材与上述的双亲性聚合物的分散液接触；所述分散液是改性聚合物的水溶液、有机溶液或有机溶剂和水形成的混合溶液。
80.根据权利要求79所述的方法，其中，所述双亲性聚合物的水溶液、有机溶液或有机溶剂和水形成的混合溶液中双亲性聚合物的浓度为小于1000g/L。
81.权利要求78-80任一项所述的对表面疏水性基材进行改性处理得到的制品。
82.根据权利要求81所述的制品，其中，所述表面疏水性基材包括可生物降解材料和非降解材料，所述可生物降解材料包括聚乳酸、聚酯、聚己内酯、聚乳酸-聚酯共聚物、聚乳酸-聚己内酯共聚物；
所述非生物降解材料包括烯类和二烯类聚合物、聚苯乙烯、聚卤代乙烯、聚偏四氟乙烯、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶、聚硅橡胶和硅烷基聚合物。
83.根据权利要求81所述的制品，其中，所述表面疏水性基材通过对亲水性基材的表面改性获得。
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