利用主客体相互作用构建多功能生物活性表面

Multifunctional biomaterials are of great importance in biomedical applications such as biosensors and tissue engineering. The multifunctionality of biomaterials depends largely on the composition of bioactive molecules immobilized on the surfaces. Currently, the methods commonly used for immobilization of bioactive molecules might result in either unstable surface properties or degradation in bioactivity. Alternatively, host-guest chemistry exhibit the potential to build stable, complex and ordered bioactive surfaces with multifunctionality due to its high efficiency and mild conditions. In this project, we intend to carry out study on construction of multifunctional bioactive surfaces by introduction of various bioactive molecules via host-guest interactions. We control the surface density and type of immobilized bioactive molecules by the regulation of the amount of guest molecules on the surface and post-modification of host molecules with different bioactive molecules, respectively. Furthermore, we systematically investigate the effects of type, ratio and quantity of immobilized bioactive molecules on the surface functionality, and thus reveal the relationship between bioactive surfaces with biological system and explore the potential of applications in the field of blood contacting materials. We expect that this project can make contribution on the investigation of multifunctional biomaterials, which has important theoretical and practical value.

多功能生物材料在生物传感和组织工程等领域有着很重要的应用价值。生物材料的多功能性主要取决于其表面生物活性分子的构成。目前常用的固定生物活性分子的方法易造成表面性能不稳定或生物分子活性下降等问题，而主客体化学因其反应条件温和、高效的特点，在构建稳定、复杂、有序的多功能生物活性材料方面具有很大的应用潜力。本项目拟开展利用主客体相互作用在生物材料表面引入多种生物活性分子，构建多功能生物活性表面的研究。通过调节客体分子在材料表面的接枝数量以及控制不同种类生物活性分子在主体分子上的比例，利用主客体相互作用制备具有特定密度、多种生物活性分子共修饰的生物活性表面。系统研究不同种类、比例和数量的生物活性分子的修饰对材料表面功能的影响，揭示多功能生物活性表面与生物体系的作用规律，探索其在血液接触材料等方面的应用潜力。该项目的开展对多功能性生物医用材料的研究具有重要的理论意义和应用价值。

生物功能表面是指一类能够通过调控生物相互作用而具有特殊生物功能的材料表面。生物活性表面在诸多生物医学技术与工程领域有着广泛应用。本课题旨在探索如何简单、高效、普适地对生物材料进行表面改性以构建生物活性表面。具体进展如下：.1. 在本研究中，我们提出了一种在温和反应条件下，通过环糊精与金刚烷的主客体相互作用合成特异性位点蛋白质-聚合物共轭物的新方法。合成了两种不同分子量的聚合物，并将其固定在不同的ppase位点上。为了维持蛋白质活性，聚合物需要具有一定分子量。我们发现聚合物链的长度需要比聚合物的锚定点与蛋白质活性中心之间的距离长。选择合适的改性位点、聚合物类型和分子量，通过主客体结合，蛋白质活性可以得到很好的维持甚至增强。这样，生物活性聚合物就可以很容易地引入蛋白质中，我们相信这将带来新的认识，并拓宽蛋白质结合的应用。.2. 本研究中，我们开发了一种新的、多用途的、广泛适用的策略，利用非共价相互作用作为驱动力的技术来制造具有所需生物功能的生物活性表面的方法。首先，利用层层组装技术，制备了含有Ada基团的聚丙烯酸（P(AA-co-Ada)）和聚烯丙胺（PAH）的聚电解质多层膜。而后以多层膜中的Ada基团作为结合位点，通过主客体相互作用，向表面引入β-CD基多价配体。该方法操作简单，反应条件温和，并可适用于多种具有不同形状、尺寸及化学性质的基材。通过改变多层膜的厚度以及将β-CD基多价配体与未改性的β-CD共混，可以控制表面结合功能性β-CD的数量和密度。通过十二烷基硫酸钠（SDS）洗脱，可以实现表面的循环再生。此外，在材料表面可以同时固定多种β-CD基多价配体，从而实现表面的多功能化。考虑到这些普遍性和多功能性，这项工作可为在生物医学和生物技术领域的多种应用需求的多功能表面工程提供一种方法。