高分子接枝TEMPO介导酶催化含伯醇生物材料的表面氧化
结题报告
批准号:
21805229
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.7 万元
负责人:
邓旭东
依托单位:
学科分类:
B0511.特种功能材料化学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈耀、张托弟、刘雅丽、张熙、陈婧婕
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中文摘要
表面氧化是一种常用的高分子生物材料表面改性方法,可提升表面的亲水性和生物相容性,并为材料的后续功能化修饰提供活化位点。以TEMPO为代表的氮氧自由基作为电子传递剂可介导水相中的催化氧化反应,通过将TEMPO固定于水溶性高分子载体,并使用漆酶作为催化剂,可实现对含伯醇生物材料表面的选择性氧化,所生成的醛基或羧基可作为后续表面功能化修饰的起点。本项目基于申请人前期工作基础,将TEMPO以不同比例接枝于不同带电性、分子量的水溶性高分子上,拟利用“漆酶/高分子接枝TEMPO/氧气”体系对聚甲基丙烯酸羟乙酯和聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯)等含伯醇生物材料进行表面氧化,探索该反应电子传递机理,明确反应速率的控制步骤,寻找反应条件与氧化产物间的规律,并考察催化体系循环利用的可行性。此类新型表面氧化反应的机理、规律与方法,可为高分子生物材料的表面修饰、活化与功能拓展提供新途径。
英文摘要
Surface oxidation is a commonly used surface modification method for macromolecular biomaterials, which can increase the surface hydrophilicity and biocompatibility, and provide active sites for subsequent functional modifications. The nitroxyl radical, as represented by TEMPO, could act as an electron transfer mediator in the catalytic oxidation reaction in the aqueous phase. By immobilizing TEMPO on a water-soluble polymer carrier and using laccase as a catalyst, the surface of biomaterials containing primary alcohol can be selectively oxidized. The resulting aldehyde or carboxyl groups can be used as a starting point for subsequent functional modifications of the surface. Based on the previous work of the applicant, this project plans to graft TEMPO onto differently charged water soluble polymers with different molecular weight and different degrees of substitution. The laccase/TEMPO-grafted polymer/oxygen system is employed for the surface oxidation of poly(2-hydroxyethyl methacrylate) and poly[poly(ethylene glycol) methacrylate]. We will explore the electron transfer mechanism of the reaction, clarify the control step of reaction rate, find the laws between reaction conditions and oxidation products, and investigate the feasibility of recycling the catalytic system. The mechanism, rules and methods found in this novel surface oxidation reaction can provide new ways for the modification, activation and function expansion for the surface of polymeric biomaterials.
本项目开拓了一种含伯醇高分子生物材料表面氧化及表面功能化修饰的新方法,解决了水凝胶材料难以进行亲水性表面化学修饰的问题。本项目的特点在于设计了一种新型的表面催化氧化体系,利用“漆酶/高分子接枝TEMPO”氧化体系对聚甲基丙烯酸羟乙酯(pHEMA)水凝胶材料进行了温和的表面氧化,生成表面醛基活性位点,随后进行了透明质酸功能化涂层修饰。本项目的主要结论如下:.(1)通过酰胺化反应合成了基于聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯胺(PVAm)两种水溶性高分子主链的TEMPO接枝高分子电子传递剂。水溶性高分子主链分子量、所带电荷性质以及TEMPO的接枝率可通过实验设计进行选择和控制,为考察不同“漆酶/高分子接枝TEMPO”复合物体系的氧化效果提供了实验基础;.(2)采用多种“漆酶/高分子接枝TEMPO/氧气”氧化体系在常温、弱酸性条件下对pHEMA水凝胶材料实现了可控的表面催化氧化,在材料表面生成醛基活性基团。由于漆酶的生物大分子属性以及高分子接枝对TEMPO分子自由度的限制,该氧化反应仅发生在材料表面部位,对水凝胶材料本体无影响,材料内部未被氧化; .(3)材料经表面氧化产生的活性位点醛基,可通过“点击化学”反应进一步接枝功能化的透明质酸涂层。在pHEMA水凝胶材料表面形成均匀连续的透明质酸涂层,既提升了水凝胶材料亲水保湿和抗蛋白吸附能力,也未影响材料本体的光学性质;.(4)本方法在温和条件下对pHEMA水凝胶材料进行化学改性,可实现对水凝胶界面性质的调控,后续接枝实现了功能化修饰,使pHEMA水凝胶材料性能得到较大提升。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Biocompatible self-healing hydrogels based on boronic acid-functionalized polymer and laponite nanocomposite for water pollutant removal
基于硼酸功能化聚合物和合成锂皂石纳米复合材料的生物相容性自修复水凝胶,用于去除水污染物
DOI:10.1007/s10311-021-01350-4
发表时间:2021-07
期刊:Environmental Chemistry Letters
影响因子:15.7
作者:Wang Xue-Ting;Deng Xudong;Zhang Tuo-Di;Zhang Xi;Shi Wen-Pu;Lai Jialiang;Zhou Hongwei;Ye Ya-Jing;Zhang Chen-Yan;Yin Da-Chuan
通讯作者:Yin Da-Chuan
Formation of beta-Lactoglobulin Self-Assemblies via Liquid-Liquid Phase Separation for Applications beyond the Biological Functions
通过液-液相分离形成 β-乳球蛋白自组装体,用于超越生物功能的应用
DOI:10.1021/acsami.1c14634
发表时间:2021
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Zhang Tuo-Di;Deng Xudong;Wang Meng-Ying;Chen Liang-Liang;Wang Xue-Ting;Li Chen-Yuan;Shi Wen-Pu;Lin Wen-Juan;Li Qiang;Pan Weichun;Ni Xiaodan;Pan Tiezheng;Yin Da-Chuan
通讯作者:Yin Da-Chuan
Comparison of the Quality of Protein Crystals Grown by CLPC Seeds Method
CLPC晶种法生长的蛋白质晶体质量比较
DOI:10.3390/cryst9100501
发表时间:2019-09
期刊:Crystals
影响因子:2.7
作者:Li Jin;Yan Er-Kai;Liu Yue;Wu Zi-Qing;Liu Ya-Li;Hou Hai;Zhang Chen-Yan;Lu Qin-Qin;Deng Xu-Dong;Yin Da-Chuan
通讯作者:Yin Da-Chuan
Laccase-catalyzed surface oxidation of poly(2-hydroxyethyl methacrylate) contact lens hydrogel using polyvinylamine-graft-TEMPO as mediator
以聚乙烯胺接枝-TEMPO为介体的漆酶催化聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)隐形眼镜水凝胶的表面氧化
DOI:10.1016/j.colcom.2021.100581
发表时间:2022-01
期刊:Colloid and Interface Science Communications
影响因子:4.5
作者:Xudong Deng;Xi Zhang;Cong He;Jie Zhang;Qiang Fu;Tuo-Di Zhang;Xue-Ting Wang;Xianglong Wu;Da-Chuan Yin
通讯作者:Da-Chuan Yin
DOI:10.1039/c9py01440c
发表时间:2020
期刊:Polymer Chemistry
影响因子:4.6
作者:Song Xin;Deng Xudong;Wang Qinghua;Tian Jinjin;He Feng-Li;Hu Hai-Yu;Tian Wei
通讯作者:Tian Wei
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