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氟化丙烯酸酯嵌段共聚物表面结构与蛋白质吸附行为的关系研究

作　者: 叶秀云
导　师: 王新平
学　校: 浙江理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 氟化嵌段共聚物气液界面表面结构蛋白质吸附
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无论在生物医学材料领域,还是抗海洋生物污染涂层材料领域,了解和控制材料表面与蛋白质的相互作用相当关键。含氟共聚物的低表面能特性理论上能够减少蛋白质的吸附,但也有与之相反的实验结果被报道。这可能是由于对含氟共聚物表面表征不够精确和含氟共聚物表面结构与蛋白质吸附关系缺乏系统的研究造成的。本论文用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯(PFMA)的二嵌段、三嵌段氟化共聚物。利用表面张力和具有准单分子层灵敏度的和频振动光谱(SFG)等表征手段对共聚物溶液的气液界面进行了研究。研究了气液界面结构对固化后膜表面性质的影响,在此基础上利用各种调控表面的手段构筑了性质各异的氟化共聚物表面。在不同性质的氟化共聚物表面上进行了蛋白质吸附实验,试图找出含氟共聚物表面蛋白质吸附的规律。得到以下结论:(1)二嵌段共聚物PMMAm-b-PFMAn在环己酮溶液中的表面张力和PMMA均聚物一致,没有体现出氟化组分的表面活性。研究表明PMMA吸附在共聚物溶液表面。这可能是由于共聚物在溶液中形成了稳定的胶束,阻止了PFMA向表面吸附造成的。(2)三嵌段共聚物PFMAy-b-PMMAx-b-PFMAy环己酮溶液,当PFMA段或PMMA段较短时,共聚物溶液表面张力比PMMA均聚物溶液表面张力低得多。研究表明PFMA吸附在共聚物溶液表面。当PFMA或PMMA段较长时,共聚物表面张力与PMMA均聚物一样,没有体现出氟化组分的表面活性。研究表明PMMA吸附在共聚物溶液表面。这一现象与共聚物在环己酮溶液中形成胶束的稳定性密切相关。(3)研究发现以甲苯为溶剂时,其表面张力的情况与环己酮溶液不同。二嵌段共聚物PMMAm-b-PFMAn(除了PFMA段和PMMA段较长的PMMA920 -b-PFMAn(n≈1)和PMMA430-b-PFMA22.0)和三嵌段共聚物PFMA10.1- b-PMMA430-b-PFMA10.1(y≈1)在甲苯溶液中的表面张力都比PMMA均聚物的甲苯溶液低,体现出了含氟共聚物的表面活性。研究表明此时PFMA吸附在共聚物的气液界面。溶剂性质对共聚物气液界面结构的影响主要与共聚物在溶剂中形成胶束的稳定性有关。甲苯对PMMA段和PFMA段的亲和力更强,在甲苯中不容易形成稳定的胶束。(4)氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物溶液的气液界面结构决定了其旋涂膜的表面性质。这是由于旋涂成膜时溶剂挥发较快,分子链被很快冻结造成的。气液界面被PFMA占据的共聚物溶液其旋涂膜表面表面氟化组分含量较高;气液界面被PMMA吸附的共聚物溶液旋涂膜表面被PMMA占据,含氟组分含量较低。(5)气液界面结构对浇铸膜表面性质没有太大影响。浇铸成膜时溶剂挥发较慢,含氟组分有足够的时间向表面离析,二嵌段共聚物PMMAm-b-PFMA(nn≈1)和三嵌段共聚物PFMAy-b-PMMAx-b-PFMAy(y≈1)浇铸膜表面PFMA含量都较高,表面水接触角均能达到120°左右。当PMMA段长度为430左右时,共聚物膜表面和本体稳定性最好,其表面环境稳定性最好,这可能是由于PMMA段长对氟化组分向表面富集的自由能影响不同造成的。(6)共聚物表面有含氟组分存在时,能减少蛋白质的吸附量。表面含氟量越高,蛋白质吸附量越少。含氟共聚物表面在蛋白质溶液中的重构行为会影响其抗蛋白质吸附能力。表面重构导致含氟共聚物的优异性能丧失,表面抗蛋白质吸附能力减弱。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-29
  1.1 引言  12
  1.2 亲水性材料表面的蛋白质吸附  12-13
  1.3 疏水性材料表面的蛋白质吸附  13-19
    1.3.1 有机硅类聚合物表面的防污性能研究  15
    1.3.2 含氟聚合物表面的防污性能研究  15-19
  1.4 与蛋白质吸附能力密切相关的氟化聚合物表面性质的影响因素  19-28
    1.4.1 氟化共聚物的结构对表面性质的影响  19-24
      1.4.1.1 含氟单体的化学结构对氟化共聚物表面性质的影响  19-22
      1.4.1.2 含氟共聚物的链构造对表面性质的影响  22-24
    1.4.2 氟化共聚物的溶液性质及固化方式对表面性质的影响  24-28
  1.5 课题的提出  28-29
第二章氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物的合成与表征  29-39
  2.1 实验部分  29-34
    2.1.1 实验试剂  29-30
    2.1.2 试剂纯化与预处理  30-31
    2.1.3 氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物的制备  31-33
    2.1.4 氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物的表征  33-34
  2.2 结果与讨论  34-37
    2.2.1 氟化聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段共聚物（PMMAm-b-PFMAn）的合成与表征  34-36
    2.2.2 氟化聚甲基丙烯酸甲酯三嵌段共聚物（PFMAy-b-PMMAx-b-PFMAy）的合成与表征  36-37
  2.3 本章小结  37-39
第三章氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物气液界面结构与其固化后表面结构的关系  39-98
  3.1 实验部分  39-42
    3.1.1 实验材料  39-40
    3.1.2 样品的制备  40
    3.1.3 性能测试与表征  40-42
  3.2 结果与讨论  42-96
    3.2.1 氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物气液界面结构  42-71
      3.2.1.1 PMMA 及PFMA 链长对共聚物环己酮溶液气液界面结构的影响  42-60
        （1） PMMA 链长对共聚物环己酮溶液气液界面结构的影响  42-52
        （2） PFMA 链长对共聚物环己酮溶液气液界面结构的影响  52-60
      3.2.1.2 PMMA 及PFMA 链长对共聚物甲苯溶液气液界面结构的影响  60-71
        （1）溶剂性质对气液界面结构的影响  60-62
        （2） PMMA 链长对共聚物甲苯溶液气液界面结构的影响  62-66
        （3） PFMA 链长对共聚物甲苯溶液气液界面结构的影响  66-71
    3.2.2 氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物表面结构的构筑  71-96
      3.2.2.1 利用旋涂固化法构筑不同性质的氟化共聚物表面  71-83
        （1）气液界面结构对旋涂固化膜表面的影响  71-74
        （2）利用PMMA 段长构筑不同性质的氟化共聚物表面  74-80
        （3）利用PFMA 段长构筑不同性质的氟化共聚物表面  80-83
      3.2.2.2 热处理对旋涂膜表面的影响  83-84
      3.2.2.3 利用浇铸固化法构筑不同性质的氟化共聚物表面  84-96
  3.3 结论  96-98
第四章氟化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物表面结构与蛋白质吸附的关系研究  98-110
  4.1 实验部分  98-100
    4.1.1 实验材料及处理  98-99
    4.1.2 样品的制备  99
    4.1.3 性能测试与表征  99-100
  4.2 结果讨论与分析  100-109
    4.2.1 共聚物表面化学组成对蛋白质吸附的影响  100-106
    4.2.2 表面物理形貌对生物吸附的影响  106-109
  4.3 本章小结  109-110
参考文献  110-120
攻读学位期间的研究成果  120-121
致谢  121

氟化丙烯酸酯嵌段共聚物表面结构与蛋白质吸附行为的关系研究

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