紫外光交联抗污涂层和紫外光3D打印多孔材料的制备及应用

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光是一种随处可见并且环保清洁的能源。在电磁波谱中,紫外光的波长为10 nm-400 nm,波长短,能量比可见光高。通过紫外光辐照制备聚合物材料有很多的优势:反应速度快、能耗低、环保和温和可控等。目前,很多功能性聚合物材料不断被开发,但是在制备过程也面临一系列问题,例如:对材料表面改性制备聚合物抗污涂层使材料能够抵抗不良生物黏附是一项重要的研究课题,然而一般的涂层制备往往面临着反应时间过长、反应条件不温和、涂层的厚度和空间不可控等问题;聚合物多孔材料由于其具有高的比表面积以及多孔结构的优势,在分离材料和药物缓释材料领域有很大的应用前景,同样的,传统制备多孔材料的反应时间长、难以制备复杂的结构以及反应条件苛刻法也面临着等困扰。基于此,本论文在制备交联抗污涂层和制备聚合物多孔材料两方面使用紫外光辐照作为手段开展了一系列工作。主要方法和结果如下:1、以甲基丙烯酸终止的聚(2-甲基-2-噁唑啉)(PMOXA-MA)和4-乙烯基吡啶(4VP)为原料,通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合合成了一系列不同组成的无规共聚物聚[(2-甲基-2-噁唑啉)-r-4-乙烯基吡啶)](PMOXA-r-4VP),并用1HNMR和凝胶渗透色谱(GPC)对其进行了表征。随后利用紫外光短时间辐照PMOXA-r-4VP,在玻璃片、硅片、金片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)片表面制备了 PMOXA涂层。使用水接触角(WCA)、可变角度椭圆偏正光谱法(VASE)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和ξ电势对涂层进行了详细表征。结果表明,PMOXA-r-4VP可以成功地修饰到玻璃片、硅片、金片和PDMS片表面。同时,所制备的PMOXA涂层具有良好的抗蛋白吸附、抗血小板黏附、以及抗细胞黏附性能,并拥有良好的生物相容性。由稳定性实验可以看出,随着PMOXA-r-4VP中4VP单元的增加,涂层的稳定性相应提高。此外,PMOXA-r1/2-4VP涂层在PBS(pH 7.4)中浸泡28天仍旧对蛋白吸附和细胞黏附表现出良好的抵抗性能。2、使用自由基聚合法合成了一系列无规共聚物聚(苯乙烯-r-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(P(St-r-GMA)),并用1H NMR和GPC对其进行了表征。然后在紫外光辐照下在各种基底表面修饰上交联的P(St-r-GMA)粘结层。随后,通过氨基与环氧基团反应,将氨基终止的PMOXA(PMOXA-NH2)接枝到富含环氧基团的P(St-r-GMA)粘结层上,制备了 PMOXA抗污涂层。VASE、XPS、AFM和WCA结果表明,可以通过紫外光交联P(St-r-GMA)粘结层在基底表面成功制备PMOXA涂层。同时,这种方法得到的PMOXA抗污涂层不仅具有优良的抗污性能,而且在PBS(pH 7.4)中浸泡28天具有很好的厚度稳定性和抗污性能稳定性。此外,通过选择紫外光辐照的位置,可以控制涂层在基底上形成的位置,最终实现在特殊器件上选择性地支持(或抵抗)蛋白质的吸附。3、通过双(2-羟乙基丙基醚)封端的聚二甲基硅氧烷和甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)反应制备了双(甲基丙烯酸酯基)封端的聚甲基硅氧烷大分子单体(MTSM),之后制备了可聚合的MTSM微乳液,最后利用紫外光数字光处理(DLP)3D打印技术打印了 PDMS多孔材料。通过平衡溶胀含水量、收缩率、SEM以及蛋白通过率的研究,发现使用DLP技术制备的多孔材料和直接紫外光聚合制备的多孔材料在性能上没有明显的区别,即由DLP技术制备多孔材料不会影响材料的使用。同时,利用DLP技术打印了形状复杂的胶囊材料,为该多孔材料在生物医学领域(如药物缓释)的应用提供了可能。
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