环状拓扑聚合物分子刷构建生物相容性材料表面及其生物功能化设计

Biological incompatibility of most materials widely restricts the further development of synthetic polymer in biomedical areas. Hence, how to create biomaterial surfaces with excellent biocompatibility plays a very important role in biomaterial researching areas. This project concerns the combination of the advantages of polyvinylpyrrolidone (PVP) and tightly confined topological structural features of cyclic polymer, which has outstanding biocompatibility and ability in resisting nonspecific protein adsorption. The catechol cyclic PVP homopolymer and active ester cyclic PVP block copolymer will be firstly prepared by the combination of “living” controlled polymerization and “click” chemistry, and then covalently be attached on substrates. After that, we try to establish the theoretical model of cyclic PVP polymer brushes in repelling non-specific protein adsorption by systematically investigating the influence of ring size and grafting density of the grafted cyclic PVP homopolymer on protein adsorption behaviors. The outcome will provide a theoretical foundation for designing superior biocompatible material surface. Meanwhile, further researches will be focused on the impact of active ester cyclic PVP block copolymer brushes on surface bio-funtionality after linking bioactive molecules. This study may provide experimental evidence for constructing novel multi-functional biomedical polymer materials.

材料的生物不相容性严重制约着合成高分子在生物医用材料上的深入发展。因此，如何构建优异生物相容性材料表面是生物材料领域十分重要的研究课题。在本申请中我们拟利用聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）优异生物相容性和可有效阻止非特异性蛋白吸附性能优势，并结合环状聚合物紧密受限的拓扑结构特点，通过“活性”可控聚合与“点击”化学的有机结合，设计制备出含邻苯二酚官能团的环状PVP均聚物和含活性酯的环状PVP嵌段共聚物，并将其链接在材料表面。在系统研究接枝环状均聚物环的大小及接枝密度对蛋白质吸附影响的基础上，尝试建立环状PVP分子刷排斥非特异性蛋白吸附的理论模型，为具有优异生物相容性材料的表面设计提供新的理论依据。同时，我们还将进一步系统研究含活性酯环状PVP嵌段共聚物分子刷链接生物活性分子对材料表面生物功能性的影响，为构筑新型多功能医用高分子材料提供研究基础。

材料的生物不相容性严重制约着合成高分子在生物医用材料上的深入发展。因此，如何构建优异生物相容性材料表面是生物材料领域十分重要的研究课题。本研究利用聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）优异生物相容性和可有效阻止非特异性蛋白吸附性能优势，并结合环状聚合物紧密受限的拓扑结构特点，首先探索研究了基于磺酰氟官能团新型硫(VI)–氟交换（SuFEx）“点击”反应制备功能化材料表面的可行性。而后，合成了系列新型含邻苯二酚官能团及磺酰氟官能团的光引发剂，探索研究了基于这些光引发剂制备PVP多功能改性材料表面的可行性。最后，发展了基于可逆加成–断裂链转移（RAFT）“活性”可控聚合与SuFEx“点击”化学相结合制备环状PVP聚合物的新方法，并在详细研究环状聚合物接枝材料表面对血浆蛋白吸附、细菌粘附等生物功能性影响的基础上，进一步实现了特定生物功能性材料表面。上述内容的研究不仅为具有优异生物相容性材料的表面设计提供新的理论基础，也为构筑新型多功能医用高分子材料提了供实验依据。