无污、抗菌、抗血栓形成的接出型接枝复合体
阅读：509发布：2020-08-26
专利汇可以提供无污、抗菌、抗血栓形成的接出型接枝复合体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文描述了具有接出型接枝一种或多种无污材料的基质，其任选地涂有底涂层。无污聚合材料可从各种基质材料上接枝，尤其是 聚合物 基质和/或聚合物底涂层。相对于接入型接枝形成方法，本文中所述接出型接枝技术可生成更高的无污材料表面 密度 。接出型接枝方法可用于生产共价系链的聚合物。本文中所述 复合体 高度抵抗 蛋白质 吸附 ，特别是在复杂介质中，并且长期保持高度的无污活性。本文中所述复合体还可证明抗菌和/或抗血栓形成活性。可从基质、或者任选地从基质上的底涂层接枝无污材料，优选不显著影响基质材料的机械和/或物理性质。，下面是无污、抗菌、抗血栓形成的接出型接枝复合体专利的具体信息内容。
1.一种复合体，包含基质，其任选地包含固定在基质上的底涂层，具有与基质或底涂层共价连接的无污聚合物材料，其中聚合物材料是从基质或当存在时的底涂层内接出，其中所述复合体包含吸收入基质中或者当存在时的底涂层中的聚合引发剂。
2.权利要求1的复合体，其中基质选自金属材料、陶瓷、聚合物、纺织材料、无纺材料、硅，及其组合。
3.权利要求2的复合体，其中金属材料选自钛及其合金、不锈钢、钽、钯、锆、铌、钼、镍铬合金、钴或其合金，及其组合。
4.权利要求2的复合体，其中陶瓷选自过渡金属元素或非金属元素的氧化物、碳化物或氮化物。
5.权利要求2的复合体，其中聚合物选自聚苯乙烯和被取代的聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酰胺、聚酯、聚硅氧烷、聚醚、聚碳酸酯、聚碳氟化合物、PEEK、环氧树脂、聚酰胺及其共聚物、酚醛树脂、聚烯烃、聚砜、聚丙烯腈、多糖，及其组合。
6.权利要求2的复合体，其中聚合物选自聚原酸酯、特氟隆、PTFE、尼龙和聚链烯烃。
7.权利要求5的复合体，其中聚合物为聚氨酯或基于聚碳酸酯的聚氨酯。
8.权利要求1的复合体，其中基质不是金或玻璃。
9.权利要求1-8任一项的复合体，其中基质表面包含底涂层，以形成具有均一的化学组成的表面。
10.权利要求9的复合体，其中底涂层为聚氨酯。
11.权利要求1的复合体，其中基质为经过氧化物处理的基质。
12.权利要求1的复合体，其中基质不含硫醇。
13.权利要求1的复合体，其中无污聚合物材料为两性离子性聚合物。
14.权利要求13的复合体，其中两性离子性聚合物为包含一种或多种具有如下结构式的单体的均聚物或共聚物：
其中B选自以下基团：
其中R选自氢、取代的烷基或未取代的烷基；
E选自取代的烷基、未取代的烷基、-(CH2)yC(O)O-和-(CH2)yC(O)NR2；
Y为0-12的整数；
L不存在或者为直链或支链的烷基，任选地含有一个或多个氧原子；
ZI是两性离子基团；以及
X是3-1000的整数。
15.权利要求14的复合体，其中ZI选自：
其中R3和R4独立地选自氢和取代或未取代的烷基；
R5选自取代或未取代的烷基、苯基和聚醚基团；以及
M是1-7的整数。
16.权利要求14或15的复合体，其中x为10到500。
17.权利要求15的复合体，其中两性离子性聚合物为磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)或磺基甜菜碱丙烯酰胺的均聚物。
18.权利要求15的复合体，其中两性离子性聚合物为包含磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)或磺基甜菜碱丙烯酰胺的共聚物。
19.权利要求13的复合体，其中两性离子性聚合物具有如下结构：
其中B1和B2独立地选自：
R选自氢和取代或未取代的烷基；
2
E选自取代或未取代的链烯基、-(CH2)pC(O)O-、和-(CH2)pC(O)NR-，其中p为0到12的整数，
2
R 选自氢和取代或未取代的烷基；
L为直链或支链的链烯基，任选地含有一个或多个氧原子；
P1为荷正电基团；
P2为荷负电基团；
m为3到1000的整数；以及
n为3到1000的整数。
20.权利要求13的复合体，其中聚合物包含一种或多种选自下式的单体：
其中R选自取代或未取代的烷基；
L1、L2和L3独立地为直链或支链链烯基，任选地含有一个或多个氧原子；以及n是3到1000的整数；以及
N1是荷负电基团。
21.权 利 要求 19或20的 复 合 体，其 中 荷 负电 的 基 团 选自 羧 酸 酯 基团、-SO3-、-OSO3-、-PO3-和-OPO3-基团。
22.权利要求19的复合体，其中荷正电基团为含有季氮或阳离子磷的基团。
23.权利要求19或20任一项的复合体，其中x、m和n为10到500。
24.权利要求1的复合体，其中无污聚合物材料为非两性离子性聚合物，选自聚醚、多糖、聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙基酯、丙烯腈-丙烯酰胺共聚物、肝素。
25.权利要求24的复合体，其中非两性离子性聚合物选自混合的荷电聚合物。
26.权利要求24的复合体，其中非两性离子性聚合物选自含有氢键接受基团的聚合物。
27.权利要求1的复合体，其中聚合物材料由UV引发的自由基聚合反应形成。
28.权利要求1的复合体，其中聚合物材料由氧化还原引发的自由基聚合反应形成。
29.权利要求28的复合体，其中无污聚合物材料由存在于基质和/或底涂层中的基团聚合。
30.权利要求28的复合体，其中基团由包含过氧化物和金属盐的氧化还原对形成。
31.权利要求30的复合体，其中过氧化物吸收到基质中。
32.权利要求30的复合体，其中过氧化物为过氧化二枯基，金属盐为葡萄糖酸Fe(II)。
33.权利要求1的复合体，其中无污聚合材料末端连接到基质上形成刷状结构。
34.权利要求1的复合体，其中无污聚合材料通过系链从基质或底涂层接出。
35.权利要求1的复合体，其中无污聚合材料、基质、底涂层、或其组合已经在其上固定了一种或多种生物活性剂。
36.权利要求35的复合体，其中一种或多种生物活性剂共价或非共价地固定到无污材料、基质、底涂层、或其组合上。
37.权利要求35或36的复合体，其中一种或多种生物活性剂通过系链固定到无污材料、基质、底涂层、或其组合上。
38.权利要求1的复合体，其中与未涂覆的基质相比，在磷酸盐缓冲液(PBS)、培养基、血清中或在体内于37℃下贮存至少7天后，该复合体减少超过50％的污染。
39.权利要求1的复合体，其中复合体为生物相容的。
40.权利要求39的复合体，其中复合体是非溶血的且无细胞毒性的。
41.权利要求1的复合体，其中复合体是抗菌的。
42.权利要求1的复合体，其中复合体是抗血栓形成的。
43.权利要求1的复合体，其中在PBS、培养基、血清或在体内7天的时间，该复合体保持其原始材料性质的至少25％。
44.权利要求1的复合体，其中复合体为医用装置的形式。
45.权利要求44的复合体，其中医用装置选自：纤维；外科、内科或牙科仪器；药物递送装置；管；移植物；分流器；可植入传感器；用具或者其他用在身体之内或者与身体接触的医疗装置。
46.权利要求44的复合体，其中医用装置选自：血充氧器；通气机；泵；线；电极；避孕用具；妇女卫生用品；内窥镜；支架；支架移植物；起搏器；可植入的心律转变器-去纤颤器；心脏再同步治疗仪；心血管装置导线；心室辅助仪器和动力传动体系；腔静脉过滤器；
血管内线圈；导管；导管连接件和阀；静脉内输送线路以及歧管；创伤排液管；透析膜；输液口；耳蜗植入物；气管内插管；气管造口术用管；通气呼吸管及回路；导丝；流体收集袋；
药物递送袋和管；眼科装置；整形外科装置；牙科植入物；牙周植入物；乳房植入物；阴茎植入物；上颌面植入物；化妆植入物；瓣膜；工作架；缝合材料；针；疝气修复网；无张力阴道带和阴道悬带；神经学修复装置；组织再生和细胞培养装置。
47.根据权利要求44的复合体，其中医用装置为心脏瓣膜。
48.权利要求45的复合体，其中装置含有内腔、空隙、多孔结构、或其组合。
49.权利要求48的复合体，其中装置为脉管式插入的导管，选自外插中央导管(PICC)、中央静脉导管(CVC)和血液透析导管。
50.权利要求1的复合体，其中其抗张强度、模量、器件尺寸或其组合的差异在未涂覆的基质的抗张强度、模量、器件尺寸或其组合的20％以内。
51.制备权利要求1-50任一项的复合体的方法，包括从基质、底涂层或这二者之内和/或其表面接枝无污聚合材料。
52.权利要求51的方法，其中采用一种或多种自由基引发剂从基质、底涂层或这二者之内和/或其表面接枝无污聚合材料。
53.权利要求52的方法，其中一种或多种引发剂为紫外光(UV)引发剂。
54.权利要求52的方法，其中一种或多种引发剂为氧化还原对。
55.权利要求53或54的方法，其中将一种或多种自由基引发剂吸收入基质、底涂层或其组合中。
56.权利要求54的方法，其中氧化还原引发剂包含疏水-亲水氧化还原引发剂对。
57.权利要求56的方法，其中氧化还原引发剂体系包含过氧化物和金属盐。
58.权利要求57的方法，其中过氧化物是过氧化二枯基，金属盐是葡萄糖酸Fe(II)。
59.权利要求51的方法，其中接出型接枝聚合反应无需光线。
60.权利要求51的方法，其中基质、底涂层或其组合不用等离子体或臭氧处理来生成自由基以引发聚合反应。
61.权利要求51的方法，其中接出型接枝聚合反应在一种或多种氧清除剂存在下进行。
无污、抗菌、抗血栓形成的接出型接枝复合体
发明领域
[0001] 本发明属于固定的无污(non-fouling)涂层领域，尤其是抵御生物材料的附着并且是通过接出型接枝(graft from)方法连接于基质表面的涂层。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请要求享有如下优先权：U.S.S.N.61/120,285，标题为“SyntheticAnticoagulant and Antithromogenie Polymers”，于2008年12月5日由Zheng Zhang，William Shannan O ′ Shaughnessy，Michael Hencke，Trevor Squier和 Christopher Loose提交；U.S.S.N.61/120,292，标题为“Presentation of Immobilized Molecules”，于
2008年12月5日由William Shannan O′Shaughnessy，Victoria E.Wagner Sinha，Zheng Zhang，Michael Hencke，Trevor Squier和Christopher Loose提交；U.S.S.N.61/120,312标题为“Non-Fouling，Antithrombotic Graft Coatings”，于2008年12月5日由Trevor Squier，Zheng Zhang，William Shannan O ′ Shaughnessy，Michael Hencke，Michael Bouchard和Christopher Loose提交；以及U.S.S.N.61/231,346，标题为“Non-Fouling，Antithrombotic Graft Coatings”，于2009年8月5日由Trevor Squier，Zheng Zhang，William Shannan O′Shaughnessy，Michael Hencke，Michael Bouchard和Christopher Loose提交。
2008年12月5日由William Shannan O′Shaughnessy，Victoria E.Wagner Sinha，Zheng Zhang，Michael Hencke，Trevor Squier和Christopher Loose提交；U.S.S.N.61/120,312标题为“Non-Fouling，Antithrombotic Graft Coatings”，于2008年12月5日由Trevor Squier，Zheng Zhang，William Shannan O ′ Shaughnessy，Michael Hencke，Michael Bouchard和Christopher Loose提交；以及U.S.S.N.61/231,346，标题为“Non-Fouling，Antithrombotic Graft Coatings”，于2009年8月5日由Trevor Squier，Zheng Zhang，William Shannan O′Shaughnessy，Michael Hencke，Michael Bouchard和Christopher Loose提交。
[0004] 发明背景
[0005] 已研究了许多不同的材料以使之抵御非特异性的蛋白质的吸附。可用于该目的的化学物质包括但不限于：聚醚(例如聚乙二醇)；多糖，如右旋糖苷；亲水聚合物，如聚乙烯吡咯烷酮或甲基丙烯酸羟乙酯、肝素、分子内两性离子或混合的带电材料；以及氢键接受基团，如US专利7,276,286中描述的那些。这些材料在阻止蛋白质吸附中的能力在化学物质之间变化巨大。这些材料中，只有极少的材料能够抵抗污染到短期活体应用所需的程度。然而，这些适于短期应用的少数材料当长期用于复杂介质或在体内时，表现出显著的污染或者材料降解，使得它们不适于长期应用。此外，涂布了在体内抗降解材料的表面常常很敏感，耐污性随时间显著降低。
[0006] WO 2007/02493描述了采用原子转移自由基聚合反应(ATRP)，从在金基质上的自组装的单层或者从在玻璃基质上的甲硅烷基来接枝磺基甜菜碱(betaine)和羧基甜菜碱。对于许多用于活体的医疗装置而言，金和玻璃都不是适宜的基质。自组装的单层如基于硫醇的单层可能不稳定，因为硫醇基团不能与基质稳定地结合。
[0007] Wang等的U.S.专利6,358,557描述了基质表面的接枝聚合反应，但不是接枝高密度、高度无污的聚合物材料。热引发剂用于引发聚合反应，通常在高于85℃的温度下。这种温度通常不适合许多医疗装置，例如薄壁聚氨酯导管。此外，所述的“盐析”法通常不适合用于接枝聚合物，如两性离子聚合物。
[0008] Jian等的Colloids and Surfaces B：Biointerfaces28，1-9(2003)描述了节段的聚醚氨酯通过接枝磺基铵两性单体进行的表面修饰，但不是接上高密度无污材料。所得的材料不足以无污到可用于医疗装置的应用。
[0009] 因而，本发明的一个目标是为各种基质如聚合物和金属氧化物提供无污聚合物涂层，使它们由于改善的分子结构而在血液蛋白存在下和/或在体内保持活性，并且使被固定的物质与耐蛋白质的化学物质能够共同作用而抵御非特异性蛋白质的吸附。
[0010] 本发明的另一个目标是提供无污复合体(composition)，其含有高密度无污聚合材料和/或其中无污聚合材料的聚合物链间距离减少了污垢分子向无污涂层内的渗透。
[0011] 本发明的又一个实施方案是提供涂覆生物材料构成的表面的接出型接枝方法，其中接枝从生物材料内部引发，以提供具有高密度和稳定性无污聚合物的材料。
[0012] 发明概述
[0013] 本文中描述已经从其接出了一种或多种无污材料的基质，该基质任选地涂有底涂层(undercoating layer)。具有各种连接方式的化学物质或聚合物骨架化学物质的无污涂层为开发高效、高生物相容性、高生物响应性的无污涂层提供了可供选择的途径。在一种实施方案中，该涂层为无浸出的(non-leaching)。传统的抗污或无污的材料及表面涂层随着暴露于复杂介质和/或体内环境中的时间延长而对污垢敏感。
[0014] 采用文中所述的化学物质，可从各种基质材料接枝无污聚合材料，特别是金属或聚合物基质和/或聚合物底涂层。所得聚合物涂层通常比基于自组装的单层涂层厚，因此能更好地覆盖商购的生物材料中的缺损和不规则处，包括聚合物和金属材料，因而无污涂层在复杂介质和/或在体内是有效的。
[0015] 与接入型接枝配方相比，接出型接枝技术可得到更高的无污材料表面密度。可将高浓度的聚合反应引发剂引入基质或底涂层中，例如通过使基质或底涂层在引发剂存在下溶胀。基质和/或底涂层中和/或上的高浓度引发剂可在表面上提供高密度的聚合物链。2 2 2
在一种实施方案中，表面上的聚合物链的密度为约0.5μg/cm 至约5mg/cm，约1μg/cm 至
2 2 2
约100μg/cm，或者约2μg/cm 至约50μg/cm。在一个可选的实施方案中，聚合物链间距离减少了污垢分子向涂层材料内的渗透。
在一种实施方案中，表面上的聚合物链的密度为约0.5μg/cm 至约5mg/cm，约1μg/cm 至
2 2 2
约100μg/cm，或者约2μg/cm 至约50μg/cm。在一个可选的实施方案中，聚合物链间距离减少了污垢分子向涂层材料内的渗透。
[0016] 接出型接枝方法可用于生产共价连接的聚合物，其呈现无污基团的高度统一性，并将表现出最高程度的无污活性。涂层可从各种形状的基质接出，所述基质包括管状和多孔结构。
[0017] 与未涂覆的对照相比，文中所述复合体经1、7、14、21、30、45、60、90、120、180、365或1000天，优选抵御超过50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或99.9％的从溶液、培养基、血清或活体的蛋白质吸附，所述溶液例如含蛋白质的磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
[0018] 文中所述复合体在较长的时期内稳定，对于较长的时期例如至少1、7、14、21、30、45、60、90、120、180、365或1000天，在含蛋白质的PBS中、在培养基、血清或在体内，保持其无污、抗血栓形成、和/或抗菌特性的至少25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、
65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％。
65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％。
[0019] 无污材料可从基质接枝，或者任选地从基质上的底涂层接枝，而不显著影响基质材料的机械和/或物理性质。在一种实施方案中，被涂覆的基质的抗张强度、模量、器件尺寸或其组合的差异在未涂覆的基质的抗张强度、模量、器件尺寸或其组合的20％以内，优选在10％以内，更优选在5％以内，最优选在1％以内。
[0021] 图1显示了UV羧基甜菜碱涂覆的Tecoflex棒与未涂覆的Tecoflex棒的总的表面血栓量(mg)。
[0022] 发明详述
[0023] I.定义
[0024] “两性离子”或“两性离子材料”是指兼具阳离子和阴离子基团的大分子、材料或部分。大多数情形下，这些荷电基团被平衡，所得材料净电荷为零。两性离子聚合物可以包括聚两性电解质(例如在不同单体单元上带有荷电基团的聚合物)和聚甜菜碱(在相同单体单元上带有阴离子和阳离子基团的聚合物)。
[0025] 本文中所用的“聚合物”包括均聚物和共聚物。共聚物的例子包括但不限于无规共聚物和嵌段共聚物。
[0026] 本文中所用的“抗菌”是指杀死微生物(即杀菌)、抑制微生物生长(抑菌)、和/或防止被微生物污染的分子和组合物，微生物包括细菌、酵母、真菌、支原体、病毒或被病毒感染的细胞、癌细胞和/或原生动物。
[0027] 对细菌的抗菌活性优选采用50％胎牛血清于120RPM、37℃下预培养18-20小时的菌落分析方法测量。预培养之后，将样品放入金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC 25923)中，其已经从在1％胰蛋白胨大豆培养基(TSB)中的过夜培养液稀释至浮游生物浓度为5
1-3×10CFU/mL。样品在37℃搅拌(120rpm)下与细菌培养24-26小时。TSB浓度随所用
生物体而变化。培养后，将样品放入3ml PBS中，于37℃、240RPM下5分钟以除去未牢固附着的细菌。材料上聚集的细菌通过超声处理法转移到新的PBS溶液中，细菌细胞的总数经稀释平板法定量。相对于在对照上的菌落，优选发生至少1、2、3或4个对数级的细菌计数减少。用于评估血小板、细胞或其他材料对表面的附着的类似附着分析方法为本领域已知。
与参照的聚合物相比，其上具有更低细菌计数的表面可称为降低了微生物的增殖。
1-3×10CFU/mL。样品在37℃搅拌(120rpm)下与细菌培养24-26小时。TSB浓度随所用
生物体而变化。培养后，将样品放入3ml PBS中，于37℃、240RPM下5分钟以除去未牢固附着的细菌。材料上聚集的细菌通过超声处理法转移到新的PBS溶液中，细菌细胞的总数经稀释平板法定量。相对于在对照上的菌落，优选发生至少1、2、3或4个对数级的细菌计数减少。用于评估血小板、细胞或其他材料对表面的附着的类似附着分析方法为本领域已知。
与参照的聚合物相比，其上具有更低细菌计数的表面可称为降低了微生物的增殖。
[0028] 本文中所用的“抗血栓形成”是指复合体抵御血栓形成的能力。抗血栓形成活性可采用血栓症的体外流动循环模型测定。简而言之，从单个动物采集鲜血达10升。将该血肝素化以防凝结，过滤除去微粒并添加自体同源的放射性同位素标记的血小板。收获血液后8小时之内，将涂覆或未涂覆的基质放入流动循环环路中，该环路将血从液槽泵送流过基质然后返回液槽。可通过第二蠕动泵连接基质的两端从而为含内腔的基质建立第二内部流动循环环路。以大约2.5L/min的速度在外环路中泵送血液，而以大约200-400ml/min的速度在内环路中泵送血液。两小时后，移出基质，目检血栓的形成并用γ计数器定量附着的血小板。对于不含内腔的样品，仅用外环路测量装置外部的血栓。
[0029] 本文中所用的“附着”是指蛋白质、细胞或其他物质到表面的非共价或共价连接。附着物质的量可以量化，对于蛋白质，采用无污活性的分析方法；对于细菌，采用对于抗菌活性的分析方法或其他相关分析方法。
[0030] “生物活性剂”或“活性剂”或“生物分子”，在本文中同义地使用，是指任何有机或无机的治疗、预防或诊断试剂，其主动地或被动地影响生物体系。例如，生物活性剂可以是氨基酸；抗菌肽；免疫球蛋白；活化分子、信号分子或信号放大分子，包括但不限于蛋白激酶、细胞因子、趋化因子、干扰素、肿瘤坏死因子、生长因子、生长因子抑制剂、激素、酶、受体-靶向的配体、基因沉默剂、双义分子(ambisense)、反义分子、RNA、活细胞、相干素、层粘连蛋白、纤连蛋白、纤维蛋白原、骨钙素、骨桥蛋白或骨保护素。生物活性剂可以是蛋白质、糖蛋白、肽、寡肽、多肽、无机化合物、有机金属化合物、有机化合物，或者任何合成或天然的化学或生物化合物。
[0031] 本文中所用的“无污”是指相对于到粘附到参照聚合物如聚氨酯上的粘附量，复合体减少或防止蛋白质粘附到基质上的粘附量，蛋白质包括血蛋白、血浆、细胞、组织和/或微生物。优选地，在人血存在下，装置表面基本上无污。优选相对于参照聚合物，粘附量减少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％。
[0032] 对蛋白质的无污活性，也称为“耐蛋白性”，可以采用ELISA分析进行测量。例如，复合体防止血蛋白粘附的能力可通过经ELISA测量纤维蛋白原的吸附来评价。纤维蛋白原是一种常用于评定无污表面抗吸附能力的血蛋白，基于其在调节血小板和其他细胞粘附中的重要作用。简要地说，将样品在1mg/mL来自人类血浆的纤维蛋白原中于37℃下培养90分钟，然后用1X的PBS清洗三次并转到干净孔中。将样品在10％(v/v)胎牛血清中于37℃下再培养90分钟，以封闭未被纤维蛋白原占据的区域。将试样清洗、转入干净的孔中，并用10％(v/v)胎牛血清中的5.5ug/mL辣根过氧化物酶偶联的抗纤维蛋白原孵育1小时。再
将样品清洗并转入干净孔，其含有1mg/mL邻苯二胺的色素原和0.02％(v/v)过氧化氢的
0.1M的磷酸盐-柠檬酸盐缓冲液。在37℃下培养20分钟产生酶引发的显色反应，通过添加
2.0N的硫酸终止。然后可用微板读数器测量光强度的吸光率，以确定相对于对照的蛋白质吸附。优选相对于参照聚合物，粘附量被降低至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、
55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％。对于蛋白质混合溶液，如全血浆，可以采用表面胞质团共振(SPR)或光波长引导的光模光谱法(OWLS)来测量表面蛋白质吸附，而无需被迫对溶液中存在的每种蛋白质使用各自的抗原。此外，用放射性同位素示踪的蛋白质可从一种蛋白质或复杂的混合物吸附后的表面上确定数量。
将样品清洗并转入干净孔，其含有1mg/mL邻苯二胺的色素原和0.02％(v/v)过氧化氢的
0.1M的磷酸盐-柠檬酸盐缓冲液。在37℃下培养20分钟产生酶引发的显色反应，通过添加
2.0N的硫酸终止。然后可用微板读数器测量光强度的吸光率，以确定相对于对照的蛋白质吸附。优选相对于参照聚合物，粘附量被降低至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、
55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％。对于蛋白质混合溶液，如全血浆，可以采用表面胞质团共振(SPR)或光波长引导的光模光谱法(OWLS)来测量表面蛋白质吸附，而无需被迫对溶液中存在的每种蛋白质使用各自的抗原。此外，用放射性同位素示踪的蛋白质可从一种蛋白质或复杂的混合物吸附后的表面上确定数量。
[0033] “生物相容性”是材料对于适宜的宿主在特定的境况下执行响应的能力。可采用国际标准ISO 10993来评价。文中所述生物相容的复合体优选基本上无毒。本文中所用的“基本上无毒”是指基本上血相容的且基本上无细胞毒性的表面。
[0034] “基本上无细胞毒性”，如文中所述是指这样的复合体：其改变与该复合体的表面接触的哺乳动物细胞的代谢、增殖或存活。这些改变可以通过国际标准ISO 10993-5测量，该标准方法定义了三种主要测试以评价材料的细胞毒性，包括提取物测试、直接接触测试和间接接触测试。
[0035] 本文中所用的“基本上血相容”是指当采用如ISO 10993-4中所述的对血栓作用、血凝作用和补体活化作用的适宜选择的分析方法进行测定时，复合体是基本上非溶血的，而且是非血栓形成性的和非免疫原性的。
[0036] 本文中所用的“基本上非溶血的表面”是指当采用以下分析方法时，该复合体不会使50％、优选20％、更优选10％、进一步优选5％、最优选1％的人类红细胞溶解：将10％的清洗过的库藏的红细胞储备液(Rockland Immunochemicals Inc，Gilbertsville，PA)用150mM NaCl与10mM Tris、pH为7.0的溶血缓冲液稀释到0.25％。用0.75ml 0.25％的红
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细胞悬浮液将0.5cm 的抗菌样品在37℃下培养1小时。移出固体样品、6000g涡旋细胞，除去上清，在分光光度计上测量OD414。通过将10％清洗过的库藏的红细胞在无菌去离子水(DI)中稀释到0.25％并在37℃下培养1小时来确定总溶血，采用无固体样品、在溶血缓冲液中0.25％的红细胞混悬液来定义0％溶血。
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细胞悬浮液将0.5cm 的抗菌样品在37℃下培养1小时。移出固体样品、6000g涡旋细胞，除去上清，在分光光度计上测量OD414。通过将10％清洗过的库藏的红细胞在无菌去离子水(DI)中稀释到0.25％并在37℃下培养1小时来确定总溶血，采用无固体样品、在溶血缓冲液中0.25％的红细胞混悬液来定义0％溶血。
[0037] 本文中所用的“复杂介质”是指含蛋白质或生物材料的消化物的生物流体或溶液。其例子包括但不限于：阳离子调节的Mueller Hinton培养基、胰蛋白胨大豆培养基、脑心浸液，或任意数目的复杂介质，以及任何生物流体。
[0039] “刷(brush)”或“聚合物刷”在文中同义使用，是指通常经单点连接与表面结合的聚合物链。聚合物可以是末端接枝的(经末端基团连接)或者经侧链或聚合物链上非末端的位置连接。聚合物可以是直连或支链的。例如，文中所述聚合物链可以包含大量含两性离子基团的侧链。侧链可以由单个无污部分或单体和/或无污低聚物(例如，2-10个单体)或聚合物(例如，＞10个单体)构成。
[0040] “分支”和“支化系链”可以替换使用，是指起始于单个聚合物链、但终止于两个或多个聚合物链的聚合物结构。所述聚合物可以是均聚物或共聚物，支化系链聚合物结构可以是有序的或无规的，可以全部或部分由无污材料构成，可以用于固定一种或多种生物活性剂。在一种实施方案中，该支化系链是树枝状聚合物。可将支化系链直接固定在基质或覆盖基质的底涂层上。
[0042] 本文中所用的“密度”是指基质每单位表面积上固定的材料质量，材料包括但不限于无污材料和生物活性剂。
[0043] 本文中所用的“聚合物链间距离”是指基质或底涂层的表面上无污聚合物链之间的距离。优选该距离能够使无污链减少污垢分子向涂层材料内的渗透。
[0044] 本文中所用的“有效的表面密度”是指适宜于实现期望的表面效果的密度范围，所述效果包括但不限于文中所定义的抗菌或无污活性。
[0045] “亲水”是指对水具有亲合力的聚合物、材料或官能团。这类材料通常包括一种或多种亲水性官能团，如羟基、两性离子基、羧基、氨基、酰胺基团、磷酸盐基、氢键形成基团、和/或醚基。
[0046] 本文中所用的“固定”或“经固定的”是指共价或非共价地直接或间接地与基质连接的材料或生物活性剂。“共固定”是指两种或多种试剂的固定。
[0047] 本文中所用的“不可降解”是指材料复合体在生物环境中并不显著地发生水解、还原、酶促或氧化反应而分裂成较小或较简单的组分。
[0048] 本文中所用的“稳定”是指在含有蛋白质、培养基、血清的PBS中或在体内1、7、14、30、90、365或1000天的时间内，材料保持其原始材料性质如表面接触角、无污、抗血栓形成和/或抗菌活性的至少25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、
85％、90％、95％或99％。
85％、90％、95％或99％。
[0049] 本文中所用的“基质”是指其上涂覆了底涂层和/或无污涂层的材料，或者整体或部分由无污材料形成的材料，或者其上固定有无污和/或抗菌剂的材料。
[0050] 本文中所用的“涂层”是指处理或覆盖表面的任何临时的、半永久或永久性的单层或多层。涂层可以是对基础基质的化学改性，或者也可以包括对基质表面添加新材料。包括任何的基质厚度的增加或基质表面化学组成的改变。涂层可以是气体、蒸气、液体、膏体、半固体或固体。此外，涂层可以以液体涂覆，和固化成固体涂层。
[0051] “底涂层”是指在附加层下的覆盖整个基质表面或其一部分的任何涂层、涂层的组合或功能层。
[0052] “无浸出”或“基本上无浸出”在本文同义使用，是指在含有蛋白质、培养基、血清的PBS中或在体内经历7、14、30、90、365或1000天的时间，复合体保持超过50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的被固定的涂层或生物活性剂。其可以使用放射标记的活性剂来评价。
[0053] “系链”或“系链剂”或“链接剂”，在文中同义使用，是指任何用于将一种或多种无污材料、一种或多种生物活性剂、或其组合通过共价固定到材料上的分子、分子组或聚合物，其中该分子保留在此作为最终化学构成的一部分。系链可以是带有一个或多个用于固定生物活性剂的位点的直链或支链。系链可以是任意长度。然而，在一种实施方案中，系链的长度大于3埃。系链可以是无污的，例如单体、低聚体或聚合物或无污的非两性离子材料。系链可被直接固定在基质或聚合物上，这二者都可以是无污的。
[0054] 本文中所用的“非天然存在的氨基酸”是指任何并非在自然界中发现的氨基酸。非天然氨基酸包括任何D-氨基酸、具有并非在自然界中发现的侧链的氨基酸，以及拟肽。拟肽的例子包括但不限于：b-肽、g-肽和d-肽；具有可采取螺旋状或片状构象的骨架的低聚物，诸如：具有利用双嘧啶部分的骨架的化合物，具有利用疏溶剂相互作用的骨架的化合物，具有利用侧链相互作用的骨架的化合物，具有利用氢键结合交互作用的骨架的化合物，以及具有利用金属配位作用的骨架的化合物。人体内的所有氨基酸，除了甘氨酸，都以D型和L型存在。几乎所有天然存在的氨基酸都是L型。D型氨基酸不存在于较高级有机体的蛋白质中，但是存在于一些较低形态的生命中，例如细菌的细胞壁中。它们还存在于一些抗生素中，如链霉素、放射菌素、杆菌肽以及四环素中。这些抗生素可通过干扰存活和繁殖所需的蛋白质的形成来杀死细菌细胞。非天然存在的氨基酸还包括这类残基，其具有抵御非特异性蛋白质吸附的侧链，可以设计成增强抗菌肽在生物流体中的存在；和/或可聚合的侧链，其使得能够用肽中非天然的氨基酸残基作为单体单元合成聚合物刷。
[0055] “多肽”、“肽”和“寡肽”包含由天然氨基酸、合成氨基酸或其混合物经肽键化学连接而构成的有机化合物。肽通常含有3个或更多氨基酸，优选超过9个并少于150个，更优选少于100个，最优选9-51个氨基酸。多肽可以是“外源性的”或“异源性的”，即有机体或细胞内的肽的生成并不天然存在于该有机体或细胞，例如由细菌细胞生成的人体多肽。与由细胞生成的内源性材料相比，外源性的也指并非天然存在于细胞而是添加到细胞中的物质。肽键包括一个氨基酸的羧基(带氧的碳)与第二个氨基酸的氨基氮之间的单价连接。具有小于约10个组分氨基酸的小肽通常称为寡肽，具有多于10个氨基酸的肽则称为多肽。
分子量超过10,000道尔顿(50-100个氨基酸)的化合物通常称为蛋白质。
分子量超过10,000道尔顿(50-100个氨基酸)的化合物通常称为蛋白质。
[0056] 本文中所用的“抗菌肽”(“AmP”)是指杀死微生物(即杀菌)或抑制微生物生长(即抑菌)的寡肽、多肽或拟肽，微生物包括细菌、酵母、真菌、支原体、病毒或病毒感染的细胞和/或原生动物。
[0057] 本文中所用的“偶联剂”是指任何分子或化学物质，其激活例如在生物活性剂上或其将要连接的材料上的化学部分，以使生物活性剂之间形成共价键或非共价键，其中所述物质在连接后并不保留在最终组成中。
[0058] 本文中所用的“半胱氨酸”是指氨基酸半胱氨酸或其合成类似物，其中类似物含有游离的巯基。
[0059] 本文中所用的“膜靶向的抗菌剂”是指任何当固定在基质上时保持其杀菌或抑菌活性并因此能够用于创建固定的抗菌表面的抗菌剂。在一种实施方案中，膜靶向的抗菌剂是抗菌肽；在另一种实施方案中，它是季铵化合物或聚合物。
[0060] 本文中所用的“被固定的杀菌活性”是指接触表面能存活的微生物的减少，微生物包括细菌、酵母、真菌、支原体、病毒或病毒感染的细胞，和/或原生动物。对于细菌靶点，杀菌活性可以定量为基于对固定的抗菌剂的ASTM2149分析方法的可存活细菌的减少，对于小样品，可以如下按比例减小：目标细菌在生长介质如阳离子调节的Mueller Hinton培养基中过夜培养，采用预先校准的在OD600与细胞密度之间的比例，在pH为7.4的磷酸盐缓5 2
冲液中稀释至大约1×10cfu/ml。将0.5cm 经固定的抗菌表面样品添加到0.75ml细菌悬
浮液中。试样应当被液体覆盖并且应当在37℃下培养并进行足量的混合，即保证固体表面旋转穿过液体。培养1小时后，细菌悬浮液的连续稀释液被涂到琼脂平板上并使之过夜生长，用以量化存活的细胞浓度。相对于细菌在无固体样品的磷酸盐缓冲液(PBS)中的对照，优选细菌计数发生至少1、2、3或4个对数级减少。
冲液中稀释至大约1×10cfu/ml。将0.5cm 经固定的抗菌表面样品添加到0.75ml细菌悬
浮液中。试样应当被液体覆盖并且应当在37℃下培养并进行足量的混合，即保证固体表面旋转穿过液体。培养1小时后，细菌悬浮液的连续稀释液被涂到琼脂平板上并使之过夜生长，用以量化存活的细胞浓度。相对于细菌在无固体样品的磷酸盐缓冲液(PBS)中的对照，优选细菌计数发生至少1、2、3或4个对数级减少。
[0061] 术语“烷基”是指饱和或不饱和的脂肪族基团，包括直链的烷基、链烯基和炔基，支链的烷基、链烯基或炔基，环烷基(脂环族的)、环烯基和环炔基，烷基、链烯基或炔基取代的环烷基、环烯基或环炔基，以及环烷基取代的烷基、链烯基或炔基。在优选的实施方式中，直链或支链的烷基在其骨架上具有30个或更少的碳原子(例如直链为C1-C30，支链为C3-C30)，优选20个或更少的碳原子，更优选少于10个碳原子，最优选少于7个碳原子。同样的，优选的环烷基在其环结构中具有3-10个碳原子，更优选在环结构中具有5、6或7个碳原子。
[0062] 可以理解“取代”或“被取代的”包括隐含的条件，即这类取代符合被取代的原子与取代基的允许的化合价，并且该取代生成稳定的化合物，例如其不会自发地进行诸如重排、环化或消除等的转化。
[0063] 本文中所用的术语“被取代的”预期包含所有可允许的有机化合物的取代基。广义上，可允许的取代基包括脂肪族和脂环族的、支链或非支链的、碳环和杂环的、芳香族和非芳香族的有机化合物取代基。示例性的取代基包括但不限于：芳基；杂芳基；羟基；卤素；烷氧基；硝基；巯基，磺酰基；氨基(取代或未取代的)；酰基氨基；酰胺基(amido)；烷硫基；羰基基团，如酯、酮、醛和羧酸；硫代羰基基团，磺酸酯、硫酸酯、亚磺酰氨基、氨磺酰基和亚砜基。
[0064] 对于适宜的有机化合物，可允许的取代基可以是一种或多种并且是相同或不同的。为本发明的目的，杂原子如氮可以具有氢取代基和/或文中所述满足杂原子化合价的任何允许的有机化合物取代基。文中所述的聚合物不意味着以任何方式被可允许的有机化合物取代基所限制。
[0065] II.复合体
[0066] A.基质
[0067] 可从各种不同的基质或固定在基质上的底涂层进行无污材料的接出型接枝。适宜的材料实例包括但不限于：金属材料、陶瓷、聚合物、纺织或无纺纤维、惰性材料如硅，及其组合。在一种实施方案中，基质为不是金或玻璃的材料。
[0068] 适宜的金属材料包括但不限于：钛基的金属和合金，如非合金的钛(ASTM F67)和钛合金如ASTM F1108、Ti-6Al-4V ELI(ASTM F 136)、镍钛诺(ASTM F2063)、镍钛合金，以及热记忆型合金材料；不锈钢(ASTM F138和F 139)；钽(ASTM F560)；钯；锆；铌；钼；镍铬合金；或某些钴合金，包括钨铬钴合金(Stellite)、钴铬合金(Vitallium，ASTM F75和精制钴铬合金(ASTM F90))、以及钴铬镍合金如 和
[0070] 适宜的聚合物材料包括但不限于：聚苯乙烯和被取代的聚苯乙烯；聚烯烃，如聚乙烯和聚丙烯；聚氨酯；聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯；聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酰胺；聚酯；聚硅氧烷；聚醚；聚原酸酯；聚碳酸酯；聚羟基链烷酸酯；聚碳氟化合物；PEEK；特氟隆；硅树脂；环氧树脂； 尼龙；聚烯烃；酚
醛树脂、PTFE；天然及合成弹性体；胶粘剂和密封剂；聚烯烃；聚砜；聚丙烯腈；生物高聚物，如多糖及其天然乳胶共聚物，及其组合。在一种实施方案中，基质是医用级的聚氨酯或基于脂族聚碳酸酯的聚氨酯，可从Lubrizol公司获得，与适宜的挤
出剂和塑化剂混合，其中一种可能已经被FDA或其他适宜的管理机构批准用于体内。
醛树脂、PTFE；天然及合成弹性体；胶粘剂和密封剂；聚烯烃；聚砜；聚丙烯腈；生物高聚物，如多糖及其天然乳胶共聚物，及其组合。在一种实施方案中，基质是医用级的聚氨酯或基于脂族聚碳酸酯的聚氨酯，可从Lubrizol公司获得，与适宜的挤
出剂和塑化剂混合，其中一种可能已经被FDA或其他适宜的管理机构批准用于体内。
[0072] 基质可以是如下形式或者形成如下形式的一部分：膜；颗粒(纳米微粒、微米颗粒或毫米级小珠)；纤维(创伤敷料，绷带，纱布，带，衬垫，海绵，包括纺织或无纺海绵以及那些专门设计用于牙科或眼科手术的)；外科、内科或牙科仪器；血充氧器；通气机；泵；药物递送装置；管；线；电极；避孕用具；妇女卫生用品；内窥镜；移植物(包括直径＜6mm的小直径)；支架(包括冠状血管的、输尿管的、肾脏的、胆管的、结肠直肠的、食道的、肺部的、尿道的以及血管的)；支架移植物(包括腹部的、胸部的、周围血管的)；起搏器；可植入的心律转变器-去纤颤器；心脏再同步治疗仪；心血管装置导线；心室辅助仪器和动力传动体系；心脏瓣膜；腔静脉过滤器；血管内线圈；导管(包括中央静脉的、周围中央的、中线的、周围的、隧道式的、透析接入的、导尿的、神经的、腹膜的、大动脉内的气囊泵的、动脉成形的气囊的、诊断的、介入的、药物递送的等)；导管连接件和阀(包括针式连接件)；静脉内输送线路以及歧管；分流器；创伤排液管(内部的或外部的，包括心室的、脑室与腹膜的、腰与腹膜的)；透析膜；输液口；耳蜗植入物；气管内插管；气管造口术用管；通气呼吸管及回路；导丝；流体收集袋；药物递送袋和管；可植入传感器(如血管内的、经皮的和颅内的)；眼科装置，包括隐形眼镜；整形外科装置(包括髋部植入物、膝部植入物、肩部植入物、脊椎植入物(包括颈部钢板体系、蒂的螺丝体系、体内融合装置、人造圆盘、以及其他运动保护装置)、螺丝、钢板、铆钉、杆、髓内钉、骨粘结剂、人造肌腱，以及其他弥补或骨折修复装置)；牙科植入物；牙周植入物；乳房植入物；阴茎植入物；上颌面植入物；化妆植入物；瓣膜；用具；工作架；缝合材料；针；疝气修复网；无张力阴道带和阴道悬带；神经学修复装置；组织再生和细胞培养装置；或者其他用在身体之内或者与身体接触的装置，或者任何这些装置的任何部分。
[0073] 在一种实施方案中，基质是脉管式插入的导管，如外插中央导管(PICC)、中央静脉导管(CVC)、或血液透析导管、静脉瓣膜、守时塞、以及眼内装置或植入物。在另一种实施方案中，基质为由医用级聚氨酯或 形成或由涂有医用级聚氨酯或的材料形成的脉管式插入的导管。
[0074] 也可将无污材料加到颜料和其他涂料及过滤器中以防止发霉、细菌污染，以及其他期望防污的应用中，如船舶应用(船壳涂层)；燃料罐；输油管路；工业管线；制药装置；药品输送装置如吸入器；隐形眼镜；牙科植入物；体内传感器涂层；纺织品如医院窗帘、病号服或被褥；通风管道；门把手；分离装置，如用于微生物悬浮液、生物分子分离、蛋白质分级分离、细胞分离、废水处理、水净化、生物反应器以及食品加工的膜。
[0076] 基质可以含有引发剂以便从表面引发聚合反应。例如，这类基质可以最初就具有吸收在表面内的或者在基质内的自由基，并且可以例如引发聚合物链的聚合反应。例如，可以处理基质如聚氨酯以形成在基质内和/或上的自由基。
[0077] 在一些实施方案中，基质基本上不含硫醇基，也就是说，基质不含有硫醇部分，如硫醇连接体。在另一种实施方案中，基质还可以进一步含有涂于基质表面上的底涂层。本文还预期包括具有不能同时暴露于光源的两个或多个表面的基质。
[0078] 1.有效的表面积
[0079] 除了基质的化学组成，基质表面的微米级和纳米级结构也有利于使可用于无污材料和/或抗菌剂粘附的表面积最大化。对于金属或陶瓷基质，可通过表面糙化来使表面积增大，表面糙化例如通过随机过程，如等离子蚀刻来进行。或者，表面可以通过采用光蚀刻技术的受控纳米印图进行改性。聚合物基质也可如同金属或陶瓷基质进行糙化。对于可供选择的应用，生成光滑或较平整的表面会增强材料的无污性质。可将表面改性以增强底涂层的粘附性和稳定性。或者，可将表面磨光或平整以减少表面积，同时这也会降低捕集污染物的物理特征。此外，具有特定尺寸和分布的物理特征的限定的粗糙度可以控制细菌、蛋白质和其他污染物与表面的相互作用。这些粗糙度变量中的每一种都可通过添加无污涂层而增强。
[0080] 2.表面微观结构
[0081] 在期望较大密度的无污材料的情形中，基质表面上微观结构的构建能够为从该表面接枝无污材料构建更多的区域，而不增加基质的表观表面积。对于聚合物基质，包括水凝胶网络，这种表面形态可以通过适宜的聚合物结构设计而构建。这种形态的一个例子为表面连接的树枝状聚合物的生长。每个树枝状聚合物的生成有效地使存在的两性离子位点的数目加倍。其他的聚合物结构包括刷形聚合物，如刷形共聚物；梳形聚合物，如梳形共聚物；线性或支化共聚物；交联聚合物；水凝胶；聚合物混合物，及其组合。
[0082] B.无污材料
[0083] 抵抗非特异性蛋白质吸附的表面在生物医学材料的研发中非常重要，例如医用装置和植入物。这类涂层限制了植入物与生理学流体之间的相互作用。在流体含有高浓度的生物蛋白质的环境中，例如接触血的应用中，防止蛋白质吸附可以防止装置表面的污染和/或血栓形成。
[0084] 1.两性离子材料
[0085] 两性离子是在同一分子内的非相邻原子上携带形式正电荷和负电荷的分子。含有两性离子官能团的天然和合成的聚合物都证明能抵抗蛋白质附着。在一种实施方案中，两性离子单体含有磷酰胆碱部分、磺基甜菜碱部分、羧基甜菜碱部分、其衍生物或其组合。与未经处理的基质表面相比，经磷酰胆碱(PC)(一种天然两性分子)处理的基质表面不仅呈现降低的蛋白质吸附，还呈现提高的血相容性。由磷酰胆碱构建的聚合物除了呈现出上述性质外，还被认为具有生物拟态。
[0086] 磺基甜菜碱，很接近于2-氨基乙磺酸，是最大量存在于动物中的低分子量有机化合物之一。磺基甜菜碱单体通常比磷酰胆碱易于处理，并且生成的聚合物通常比相应的磷酰胆碱类似物易于合成。
[0087] 聚羧基甜菜碱是天然产生的两性离子丙氨酸甜菜碱的聚合类似物。与聚磷酰胆碱和聚磺基甜菜碱类似，聚羧基甜菜碱是另一类的两性离子的、生物拟态聚合物，另外可抵抗生物污染。由于羧基甜菜碱独特的抗血栓形成和抗凝结性质，这些聚合物特别适宜于接触血的应用。除了这些性质，还可以设计羧基甜菜碱单体，以使所得聚合物含有用于固定生物活性分子的反应官能团。通过在表面上创建羧基甜菜碱刷，抵抗蛋白质或血小板以及具有活跃的抗凝血基团的双重功能，与单独采用其中任一种策略相比可以进一步减少表面上的血栓量。
[0088] 聚磺基和聚羧基甜菜碱不仅是生物拟态的，而且对细菌粘附、生物膜形成以及从血清和血浆吸附非特异性蛋白质具有高的抵抗力，它们还是无毒的、生物相容的，并且与会降解的聚磷酰胆碱和聚乙二醇相比，它们在复杂介质或在体内通常呈现更高的稳定性。这些材料和涂层的应用可以采用生物活性剂如抗菌肽而进一步扩展。
[0089] 其他天然或合成两性离子化学物质也可用于设计本文中所述生物医学应用的无污材料。可用于无污材料的天然两性离子化学物质的一些例子包括但不限于：氨基酸；肽；天然小分子，包括但不限于N，N，N-三甲基丙氨酸(丙氨酸甜菜碱)、三甲基胺氧化物(TMAO)、二甲基锍基丙酸酯肌氨酸、麦角酸和裸头草碱。可用于创建无污材料的另外的合成两性离子物包括但不限于：氨基羧酸类(羧基甜菜碱)；氨基磺酸类(磺基甜菜碱)；椰油酰氨基丙基甜菜碱；基于醌类的两性离子物；十苯基二茂铁；以及非天然的氨基酸。天然和合成的聚合物还包括混合荷电结构，其在主链中的侧基上或在末端基团上兼具荷正电和荷负电的部分。
[0090] 为改善生物相容性、减少血栓形成作用(例如在支架或静脉瓣膜的表面上)、以及减少存在于溶液中的蛋白质或细菌的污染，可将含有或者由这些天然或合成两性离子物构成的材料涂覆到表面上，特别是医用装置的表面上。这特别适用于这样的表面：溶液中蛋白质的非特异性结合会消极地影响装置期望或所需的结构。
[0091] 在一种实施方案中，无污材料是从基质接枝的两性离子聚合物。例如，该聚合物可以含有一种或多种式I的单体：
[0092]
[0093] 其中B选自以下基团：
[0094]
[0095] 其中R选自氢、取代的烷基或未取代的烷基；
[0096] E选自取代的烷基、未取代的烷基、-(CH2)yC(O)O-和-(CH2)yC(O)NR2；
[0097] Y为0-12的整数；
[0098] L不存在或者为直链或支链的烷基，任选地含有一个或多个氧原子；
[0099] ZI是两性离子基团；以及
[0100] X是3-1000的整数。
[0101] 在一个特别的实施方案中，ZI选自：
[0102]
[0103] 其中R3和R4独立地选自氢和取代或未取代的烷基；
[0104] R5选自取代或未取代的烷基、苯基和聚醚基团；以及
[0105] M是1-7的整数。
[0106] 在另一个实施方案中，聚合物含有一种或多种式II的单体：
[0107]
[0108] 其中B1和B2独立地选自：
[0109]
[0110] R选自氢和取代或未取代的烷基；2
[0111] E选自取代或未取代的链烯基、-(CH2)pC(O)O-、和-(CH2)pC(O)NR-，其中p为0到12的整数，
2
2
[0112] R 选自氢和取代或未取代的烷基；
[0113] L为直链或支链的链烯基，任选地含有一个或多个氧原子；
[0114] P1为荷正电基团；-
[0115] P2为荷负电基团，如羧酸酯基团或SO3 基团；
[0116] m为3到1000的整数；以及
[0117] n为3到1000的整数。
[0118] 在一种实施方案中，荷正电基团是含有季氮或阳离子磷基团的部分，荷负电集团- -是含有羧酸基团、SO3 或PO3 基团的部分。
[0119] 在另一个实施方案中，聚合物含有一种或多种式III、IV或V的单体：
[0120]
[0121] 其中R选自取代或未取代的烷基；
[0122] L1、L2和L3独立地为直链或支链链烯基，任选地含有一个或多个氧原子；以及[0123] n是3到1000的整数；以及
[0124] N1是荷负电基团，如羧酸酯基团、SO3-或PO3-基团。
[0125] 在一种实施方案中，无污材料是含有衍生自磺基甜菜碱或羧基甜菜碱的单体的聚合物。单体的例子包括磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)或羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(CBMA)。这类聚合物的例子包括但不限于：聚(羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯)(polyCBMA)和聚(磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯)(polySBMA)。在另一种实施方案中，无污材料聚合物为含有CBMA或SBMA以及一种或多种其他单体的聚合物。所述其他单体可以是两性离子的或非两性离子的单体。
[0126] 在某些实施方案中，提供一种抗菌和/或抗血栓形成复合体，该复合体含有基质，例如聚氨酯，其共价连接了多个聚合物链。例如，这类聚合物链可以表示为式I、II、III、IV和V。在某个实施方案中，无污材料为含有一种或多种式I、II、III、IV和V的单体的刷形结构。在又一个实施方案中，无污材料是含有一种或多种式I、II、III、IV和V代表的单体的共聚物。
[0127] 在一些实施方案中，复合体为含有聚合物基质和共价连接到该聚合物基质上的两性离子聚合物的抗菌复合体。该两性离子聚合物可以通过以下方式形成：在一种或多种单体如磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯或羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯单体存在下，引发其与存在于聚合物基质中的基团的聚合反应。
[0128] 本文还提供一种含有共价连接到聚合物基质的两性离子聚合物的复合体，其中与由两性离子的和非两性离子的单体构成的聚合物相比，该聚合物复合体具有改善的无污、抗菌和/或抗血栓形成活性。在另一种实施方案中，提供一种包括共价连接到聚合物基质上的两性离子聚合物的聚合物复合体，其中与具有连接到经硫醇部分固定到基质上的自组装单层的两性离子聚合物的复合体相比，该复合体表现出改善的无污、抗菌和/或抗血栓形成活性。
[0129] 2.非两性离子材料
[0130] 无污涂层还可以含有单独或者与两性离子材料组合的非两性离子的无污材料。这些无污基团在一定的环境范围内可具有不同程度的无污性能。适宜的非两性离子材料包括但不限于：聚醚，如聚乙二醇、聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)(PEO-PPO)嵌段共聚物；多糖，如右旋糖苷；亲水聚合物，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和甲基丙烯酸羟乙基酯(HEMA)；丙烯腈-丙烯酰胺共聚物；肝素；混合荷电材料；以及含有氢键接受基团的材料，例如美国专利US 7,276,286中所述的那些。适宜的聚合物结构包括但不限于含有式I单体的聚合物或共聚物，其中ZI被非两性离子的无污端基替代。
[0131] 3.共聚单体
[0132] 从基质表面接枝的无污聚合物可以是共聚物，例如无规或嵌段共聚物。适宜的共聚单体包括但不限于：丙烯酸酯；丙烯酰胺；乙烯基化合物；多官能分子，如二、三和四异氰酸酯，二、三和四醇，二、三和四胺，二、三和四硫氰酸酯；环状单体，如内酯和内酰胺；及其组合。示例性的单体如下所列：
[0133] (1)带电荷的甲基丙烯酸酯或者带有伯、仲、叔胺基团的甲基丙烯酸酯，如3-磺丙基甲基丙烯酸钾盐、[(2-二甲基氨基)乙基丙烯酸酯]氯甲烷季盐、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵、甲基丙烯酰基氯、[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵、甲基丙烯酸2-氨乙酯的氢氯化物、2-(二乙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(叔丁基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、以及甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙基酯。
[0134] (2)甲基丙烯酸烷基酯或其他疏水的甲基丙烯酸酯，如甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸3，3，5-三甲基环己酯、甲基丙烯酸苯甲酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸三癸酯、甲基丙烯酸2-萘酯、甲基丙烯酸2，2，3，3-四氟丙酯、甲基丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟异丙酯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯、甲基丙烯酸2，2，3，3，
3-五氟丙酯、甲基丙烯酸2，2，3，4，4，4-六氟丁酯、甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯、甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，5，5-八氟戊酯、甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛酯和甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-十七氟癸酯。
3-五氟丙酯、甲基丙烯酸2，2，3，4，4，4-六氟丁酯、甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯、甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，5，5-八氟戊酯、甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛酯和甲基丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-十七氟癸酯。
[0135] (3)反应性的或可交联的甲基丙烯酸酯，如2-(三甲基甲硅氧基)乙基甲基丙烯酸酯、3-(三氯甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸三甲基甲硅烷基酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸3-(丙烯酰氧基)-2-羟基丙酯、
3-(二乙氧基甲基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、3-(二甲基氯甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、2-异氰酸基乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羟丙酯，以及
2-羟基丙基2-(甲基丙烯酰氧基)乙基邻苯二甲酸酯。
3-(二乙氧基甲基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、3-(二甲基氯甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、2-异氰酸基乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羟丙酯，以及
2-羟基丙基2-(甲基丙烯酰氧基)乙基邻苯二甲酸酯。
[0136] (4)其他的甲基丙烯酸酯，如乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、二(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯、乙二醇苯醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-丁氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、乙二醇二环戊烯醚甲基丙烯酸酯。
[0137] 也可使用缩合型单体。
[0138] 也可使用以上所列单体的丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺衍生物，以及其他带有不饱和键的单体。
[0139] 多官能单体，如二、三或四丙烯酸酯可用于形成可在表面上提供更高浓度无污基团的高度支化的结构。
[0140] 4.无污材料的密度
[0141] 具有提高的无污链的密度可改善无污性能。缩短聚合物链间距离会改善性能，可以通过具有较浓的引发剂浓度而实现。这可以通过将引发剂吸收入基质中或者具有充当或结合了高密度引发剂的底涂层来实现。较长的聚合物链和/或支化的无污链可进一步改善性能。
[0142] 在一种实施方案中，表面具有高的表面聚合物链密度。在一种实施方案中，表面上2 2 2 2 2
聚合物链的密度从约0.5μg/cm 至约5mg/cm，从约1ug/cm 至约100ug/cm，从约2ug/cm
2
至约50ug/cm。在一种可选的实施方案中，聚合物链间距离是能够减少污染物进入涂层材料的渗透，例如＜5nm、＜10nm、＜50nm，或＜100nm。
聚合物链的密度从约0.5μg/cm 至约5mg/cm，从约1ug/cm 至约100ug/cm，从约2ug/cm
2
至约50ug/cm。在一种可选的实施方案中，聚合物链间距离是能够减少污染物进入涂层材料的渗透，例如＜5nm、＜10nm、＜50nm，或＜100nm。
[0143] C.荧光和显色标记
[0144] 在一种实施方案中，用一种或多种显色标记、荧光标记或其组合使表面着色或标记。使用这些标记使表面用裸眼、分光光度计、显微镜或其组合可视。适宜的显微镜技术包括但不限于光学显微镜、荧光显微镜、及其组合。
[0145] 可通过化学反应或通过物理吸附例如电荷-电荷相互作用、疏水作用或亲水作用使表面着色。标记化合物包括但不限于罗丹明、荧光素、香豆素、橘黄B、结晶紫、甲苯胺蓝、甲基紫、核坚牢红、亚甲基蓝、孔雀石绿、洋红、吖啶黄和其他偶氮化合物。
[0146] 在另一种实施方案中，通过在聚合反应期间将一种或多种活性标记单体结合入聚合物骨架而将表面改性为例如两性离子聚合物标记。这些标记单体包括但不限于：FITC-甲基丙烯酸酯、FITC-丙烯酸酯、罗丹明-甲基丙烯酸酯、罗丹明-丙烯酸酯、其衍生物或任何其他荧光丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、乙烯基化合物、二醇或二胺。这些基体的结合使得能够方便地测量一致性和/或涂层厚度。作为在基础装置上制造涂层期间对于一致性验证的质量控制度量，这些会特别有利。
[0147] 在另一种实施方案中，表面改性用一种或多种易于在电子显微镜(SEM或TEM)下看见的化合物着色。这些化合物包括但不限于四氧化锇和四氧化钌。
[0148] D.生物活性剂
[0149] 可将治疗、诊断和/或预防试剂固定到基质上。这些试剂在体内可被动地或主动地与周围的体内环境相互作用。试剂还可用于改变在体内周围的化学物质和环境。可将两种或多种试剂固定于基质表面上，其中两种试剂的活性大于单独的任一种试剂。一种不认为具有活性的物质、材料或试剂能够变得具有活性，如果将活性剂固定到该物质、材料或试剂上的话。活性剂包括但不限于具有已知或未知治疗效果的无机化合物、有机金属化合物、有机化合物或者任何合成或天然的化学或生物化合物。
[0150] 可将细胞粘附剂固定到文中所述的复合体上。细胞粘附剂在复杂环境中结合细胞的效力可以通过减少从其存在的表面上对非特异性蛋白质的吸附来增强，条件是细胞粘附是可以与其他蛋白质吸附竞争的过程。而且，用细胞粘附剂抵御任何那些非特定靶向的细胞的粘附有利于防止表面的竞争性封闭。
[0151] 期望的细胞粘附剂的例子包括但不限于整合蛋白结合剂。示例性的整合蛋白结合剂包括但不限于RGD肽，以及大量包含RGD肽基序的变体。这种肽的较长变体可具有更特定的靶向细胞结合。此外，提供局部较稠浓度的细胞粘附剂的能力可通过构建多聚体相互作用而增强细胞粘附的效力。其他的细胞粘附剂包括但不限于REDV肽。特定的整合蛋白结合剂可用于各种应用，包括骨整合作用。
[0152] 结合特定免疫细胞的细胞粘附剂也会因粘附两性离子物而得益。免疫细胞到生物材料表面的粘附激活了这些细胞并作为其表现型响应的前序，例如单核细胞向巨噬细胞的转移在某些情形中会导致融合为不期望的异物巨细胞。两性离子物所具有的对任意蛋白质污染的固有抗性为偶联生物分子提供独特的平台，这些分子充当了包括嗜中性粒细胞和单核细胞在内的免疫细胞的特异性配体。选择适宜的配体能提供这些细胞有利的状态而不损害功能。这些配体包括特异性结合免疫细胞受体的肽和蛋白质，例如整合蛋白、选择蛋白、补体或Fcγ。当结合这些细胞相关蛋白质时，这类配体会刺激细胞内信号通路，导致产生响应，所述响应包括细胞骨架重排，产生和分泌包括趋化因子、细胞因子和其他化学引诱剂的分子，以及诱导细胞凋亡。可以通过两性离子连接来呈递生物分子从而调节期望的行为，所述行为可包括防止/减少促炎细胞因子的分泌、增强吞噬作用以及调节影响组织-装置的整合的可溶因子的释放。
[0153] 骨整合作用也可由受益于无污材料如两性离子物的无污性质和稳定存在的因子来促进或引发。骨整合作用促进剂包括但不限于骨成形素蛋白质，如BMP2及其缩短的类似物。无污表面，如两性离子表面，可以增强设计为促进期望的细胞在表面上再生长的试剂的活性。减少嗜中性粒细胞和巨噬细胞的粘附可以抑制异物反应并能够促进期望的细胞粘附和生长过程。
[0154] 相对于其他连接，当连接到无污材料如两性离子材料上时，抗血栓形成剂的呈递也会更加有效。血栓形成的过程涉及表面和成块途径。两性离子物已经表现出减少血小板的粘附和活化，减少了一种途径。与无血小板附着的表面或者仅有抗血栓形成剂中任一种相比，活性的抗血栓形成剂帮助减少血小板活化或者直接靶向于血栓形成的其他途径，其与两性离子系链的组合能够增强抗血栓效果。适宜的抗血栓形成剂包括但不限于：血栓调节蛋白；肝素；可逆的白蛋白结合剂；组织纤溶酶原活化物结合剂；谷氨酰胺转移酶(transglutimase)；可逆的NO结合剂；聚赖氨酸；磺酸化聚合物；凝血酶抑制剂，包括水蛭素、尿激酶和链激酶。
[0155] 以装置为中心的感染遗留了大量问题。无污材料，如两性离子材料，自身能够减少微生物的附着并延迟生物膜的生成。抗菌剂的存在能够进一步增强无污表面如两性离子表面上对微生物附着以及生物膜的预防，抗菌剂包括但不限于：膜靶向的抗菌剂、抗菌肽以及小分子抗菌剂。通常，抗菌肽为带有空间隔离的疏水和带电区域的阳离子型分子。示例性的抗菌肽包括在膜内形成α-螺旋结构的线性肽以及在膜内形成β-片层结构的肽，该片层结构任选地通过二硫键稳定。代表性的抗菌肽包括但不限于螺杀菌素(cathelicidin)、防御素、dermcidin，更特别是爪蟾抗菌肽2、protegrin、protegrin-1、蜂毒素、II-37、皮抑菌肽01、天蚕抗菌肽、caerin、ovispirin，天蚕抗菌肽A蜂毒素杂交物、以及皮抑菌肽、或者其他AmP的杂交物或类似物。天然存在的抗菌肽包括来自脊椎动物和非脊椎动物的肽，包括植物、人、真菌、细菌和昆虫。
[0156] 抗菌肽可从天然存在的氨基酸、非天然存在的氨基酸(例如，合成或半合成的氨基酸以及拟肽)或其组合制备。当固定到表面上时仍保持其活性的抗菌剂通常称为膜靶向的抗菌剂。通过使肽上的官能团与无污涂层、基质和/或底涂层上的官能团反应，可将抗菌肽固定到无污涂层、基质、底涂层或其组合上。例如，可将肽设计成具有半胱氨酸残基，该残基能够用于通过使半胱氨酸残基上的硫醇基与表面上的硫醇反应基团反应而将肽固定到表面上。
[0157] 这些试剂与无污材料如两性离子物的连接应当提供稳定的长期活性。此外，降解细菌粘附和生物膜蛋白质的酶的固定，如转葡糖基酶、裂解酶、丝氨酸蛋白酶，或者降解微生物传递信号分子的那些酶的固定，如N-酰基-高丝氨酸内酯酰基转移酶，能够在防止最初的微生物粘附活动以及随后的生物膜形成中提供改善的效力。
[0158] 无污表面，如两性离子表面，还可为用作生物传感器的生物分子如抗体的固定提供特别有吸引力的表面。已经证明固定在无污表面如两性离子表面上的抗体在全血中保持其抗体活性和抗原特异性。能够设计“聪明的”植入式医用装置来检测不期望的特定免疫途径如促炎细胞因子的活化，或者可能通过检测分泌的微生物毒素来检测可能的传染物的存在，该设计例如采用适于监测这些威胁的特定抗体或生物分子。然后，能够在不利后果如感染发生之前就采用适宜的治疗方案。所述两性离子性分子在体内的稳定性在这类情况下由于其耐久性而提供了独特的益处。
[0159] III.制备经涂覆的基质的方法
[0160] 采用接出型接枝法构建的无污涂层可高度抵御蛋白质、细菌或其他物质的污染。以下描述制备这些经涂覆的基质的方法。
[0161] A.底涂层或预涂层
[0162] 医用装置基质常常由多种不同材料构成，每一种具有各自的表面性质。甚至主要由单一聚合物构成的装置也会由材料混合物构成，并且可包含增塑剂、放射遮蔽剂以及其他试剂，所有这些都会影响基质的表面性质。为了保证均一的表面组成以使涂层粘附和效力最大化，可在基质上设置单一聚合物或聚合物混合物的预涂覆。在一个实施方案中，底涂层含有单一聚合物。可用各种本领域已知的技术例如溶剂浇铸或浸渍，将聚合物沉积到基质上，一旦被涂到基质上，任选地将该底涂层共价交联。采用单一聚合物底涂层例如能够形成具有官能团的均一的等同性和浓度的涂层表面。
[0163] 底涂层可以包含放射遮蔽剂，如BaSO4或铋，以辅助基质的放射成像。在一种实施方案中，聚合物为Tecoflex-93A或Carbothane 85A，任选地含有0-40重量％的BaSO4。
[0164] 底涂层还可以包括但不限于：聚合物，如：聚苯乙烯和被取代的聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酰胺、聚酯、聚硅氧烷、聚醚、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚羟基链烷酸酯、聚碳氟化合物、PEEK、特氟隆、硅树脂、环氧树脂、 尼龙、聚链烯烃、酚醛树脂、PTFE、天然及合成弹性体、胶粘剂和密封剂、聚烯烃、聚砜、聚丙烯腈；生物高聚物，如多糖及其天然乳胶共聚物，及其组合。在另一种实施方案中，底涂层含有小分子或官能团，包括但不限于羟基、氨基、羧基、叠氮基、偶氮基、烷基、链烯基、炔基和硅氧烷基。这些官能团可用作锚定点，从其接枝无污材料和/或粘附治疗、诊断或预防试剂。
[0165] 用高密度无污涂料涂覆钛基质可以包括表面改性，以引导钛表面的官能团与涂层共价结合。例如，可用氧化的水虎鱼溶液在基质表面上构建羟基基团。然后这些基团可用于与提供有机官能部分的锚定分子共价连接。或者，可在水虎鱼处理之前，通过在空气中于极高温度例如773-1073°K下加热，在钛的表面上生长钛的氧化物层。
[0166] 使底涂层向钛锚定的官能团包括但不限于硅烷、膦酸和儿茶酚基团。例如，可通过将基质暴露于硅烷溶液中而将三甲氧基硅烷和三氯硅烷引入到钛基质表面上。官能团可以是小分子、低聚物和/或聚合物的形式，包括共聚物。
[0167] 然后用下述涂覆方法将经预涂的基质进一步官能化。
[0168] B.接出型接枝法
[0169] 文中所述复合体通常采用接出型接枝法制备。无污材料可以通过在基质表面上从活性官能团生长聚合物而直接从基质表面接枝。或者，基质可以涂以底涂层，聚合物从底涂层生长。
[0170] 接出型接枝法可以生成直接在基质表面上生长的稳定且密集的无污涂层。与溶液合成的较大聚合物分子相比，由于小引发剂分子可在发动及传播聚合反应的基质和/或底涂层表面上和/或内装填得更加紧密，采用这种方法相对于接入型接枝法得到的涂层能够获得高得多的涂层密度。优选地，对于医用装置的制造，所用化学物质必须稳定且能克服小的表面缺陷。形成自组装的单层(SAMs)或其他单一分子引发剂层所需的化学物质不大可能生成可制造的涂层。对于这些应用，优选无需严格控制反应条件(无氧、无水溶剂等)的过程。
[0171] 可以设计单体的反应性比例，以使能够生成交替共聚物、具有各单体预定比例的嵌段共聚物，以及无规共聚物或均聚物。每个单体单元上含有两个以上反应基团使得能够形成星形聚合物、树枝状聚合物、规则的支化聚合物、无规的支化聚合物以及刷形聚合物。
[0172] 聚合物刷、梳、线性或支化的共聚物、树枝状聚合物、系链以及水凝胶可以通过已知的合成方法形成，包括但不限于：自由基聚合反应、离子聚合反应、原子迁移自由基聚合反应(ATRP)、硝基氧介导的聚合反应(NMP)、可逆的加成-断裂聚合反应(RAFT)，开环易位聚合反应(ROMP)、碲化物介导的聚合反应(TERP)、或者无环二烯易位聚合反应(ADMET)，以及UV、热或氧化还原的自由基聚合反应。在优选的实施方案中，聚合物采用氧化还原聚合过程形成。
[0173] 1.非自由基方法
[0174] 接出型接枝聚合反应可通过阳离子或阴离子反应增殖，其中基质表面充当阳离子或阴离子引发剂或者将阳离子或阴离子引发剂固定到基质上且单体含有反应性烯烃。阴离子聚合反应的例子为阴离子开环，例如在合成聚己酸内酯或聚己内酰胺的情形中，其中聚合反应通过在含有侧基两性离子基团的环结构中的内酯或内酰胺部分进行。或者，含有一个或多个不饱和单元的有机环与侧基两性离子基团进行聚合。在一种实施方案中，侧基烯烃包含在单体单元中且用于交联，例如在开环易位聚合反应(ROMP)中。
[0175] 可以以各种方式通过进行接出型接枝聚合反应引入官能团。例如，还可以用三氟甲磺酸处理硅树脂聚合物而引入SiH基团，随后可利用该基团将含有适宜官能团的硅树脂链连接到表面上。聚氨酯基质可以采用CO2、O2和氨的等离子体处理方法进行处理。可将所得的羟基和/或胺基基团进行丙烯酸酯化以在表面上形成乙烯基部分，随后进行聚合物刷的系链。或者，通过用二氨基分子如六甲基二胺处理经氨解作用将胺官能团引到聚氨酯基质表面上。半-或全部相互贯穿的聚合物网状结构可用于将带氨基的聚合物引入到聚氨酯基质中。
[0176] 在另一种实施方案中，通过用小分子如叠氮化物或末端炔使基质表面官能化，并将该基质暴露于在每种都含有两个或多个单一类型的活性位点的一种或多种不同单体之间的相互反应，从而引发聚合反应。例如，含有两个叠氮官能团的单体与基质表面反应，随后与含两个末端炔的单体反应。
[0177] 2.自由基方法
[0178] 在一种实施方案中，采用自由基聚合反应过程从基质接枝无污聚合物材料。文中所述聚合反应条件通常比其他聚合方法温和，因此并不显著改变基础基质的机械性质、弹性或尺寸性质。
[0179] 自由基聚合过程的例子包括但不限于UV、热或氧化还原引发的过程。在特定的实施方案中，涂层直接从基质表面长出，通过首先吸收或吸附一种或多种引发剂如紫外、热或者氧化还原引发剂到基质表面之内或之上，然后从表面引发一种或多种单体的聚合反应。聚合反应通常通过将吸收了引发剂的基质暴露于待聚合的一种或多种单体的溶液或悬浮液中而引发。
[0180] 可将链迁移剂添加到单体溶液中以调节接出型自由基接枝聚合反应的动力学。链迁移剂包括但不限于包含卤烃、硫醇、二硫代氨基甲酸酯、三硫代碳酸酯、双硫酯、黄原酸酯的分子。链迁移剂的例子为溴三氯甲烷和4-甲基苯硫醇。在一种实施方案中，自由基聚合反应的接枝用2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)调节。在一种实施方案中，自由基聚合反应的接枝用可逆的加成断裂迁移(RAFT)剂调节。
[0181] 对于需要引发剂的接出型接枝方法，可用各种方法将引发剂加到基质表面。在一种实施方案中，通过物理吸附将引发剂加到基质表面之中或之上，其中引发剂溶解在溶剂或溶剂组合中。基质在含有引发剂的溶剂或溶剂组合中浸泡预定量的时间。使基质和/或底涂层溶胀，最终将引发剂吸入基质表面附近或基质内。引入基质的引发剂量可以通过改变引发剂在溶剂中的溶液浓度和/或通过改变基质浸没在引发剂溶液中的时间来控制。
[0182] 在另一种实施方案中，通过化学吸附将引发剂加到基质表面或底涂层上。在这种实施方案中，引发剂含有反应性基团，该基团将与基质表面发生化学反应，在基质与引发剂之间形成化学键。
[0183] 在另一种实施方案中，通过引发剂分子与其他材料的共沉积将引发剂加到基质表面上。例如，可将引发剂溶解到聚合物溶液中。通过基质在该溶液中的浸渍，将聚合物与引发剂的薄膜沉积到基质上。引发剂可以直接或间接地引发基质表面上的聚合反应，或者引发共沉积的材料上的聚合反应。共沉积的材料的例子包括但不限于Tecoflex、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酯或溶胶-凝胶。
[0184] 在又一种实施方案中，引发剂直接结合入涂层材料的骨架中，如溴化聚氨酯。在这种实施方案中，涂层直接涂覆在基质表面上并且从该涂层直接引发聚合反应。
[0185] 对于无污表面，通过吸收或底涂增加引发剂浓度能够增加链接枝密度。具有较高的链接枝密度，可通过增加无污基团的数量和/或增加聚合物链间距离缩短的数量来减少污染分子渗透进入涂层，使得无污聚合物更好地防止污染物渗透进入涂层。在一种实施方案中，将引发剂吸收(吸附)到基质表面之内或之上。例如，基质可以暴露于引发剂在有机溶剂中的溶液中。该溶剂能够使基质溶胀，使得能够将引发剂吸附入基质内。吸附进入基质的程度是基质溶胀的量以及持续时间的函数。
[0186] 如上所述，氧可以充当自由基聚合反应的抑制剂，因为它能迅速地与引发剂生成的自由基反应生成稳定的自由基类型，这些类型随后能与其他的自由基类型反应生成无反应活性的类型，使得聚合反应终止。因而，在聚合反应之前或期间，通过用氮气或氩气或抽真空来脱气而构建无氧环境通常被用于除去氧。然而，在商业生产中，优选无需这类脱气步骤。
[0187] 或者，体系中的氧可以通过用反应混合物填充反应器从而物理置换反应器中的氧而被最少化。在另一种实施方案中，向反应混合物中添加清除氧的试剂。适宜的氧清除剂包括但不限于高碘酸钠、核黄素和抗坏血酸。如果聚合反应在非惰性的条件下进行的话，这些试剂可提高所得聚合物的效力。
[0188] i.UV引发剂
[0189] 在一种实施方案中，引发剂为紫外(UV)引发剂。通常将基质和引发剂放入经过脱气的含两性离子单体的水溶液中，然后暴露于UV光中，在基质表面上引发接出型接枝的自由基聚合反应。
[0190] UV自由基引发剂包括但不限于：1-羟基环己基苯基酮、2，2-二乙氧基苯乙酮、2-苄基-2-(二甲氨基)-4′-吗啉代丙基苯基酮，2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟
基-4′-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-甲基-4′-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮、
3′-羟基苯乙酮、4′-乙氧基苯乙酮、4′-羟基苯乙酮、4′-苯氧基苯乙酮，4′-叔丁基-2′，6′-二甲基苯乙酮、二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦/2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4，4′-二甲氧基安息香、4，4′-二甲基联苯酰、安息香乙醚、安息香异丁基醚、安息香甲醚、安息香、2-甲基二苯甲酮、3，4-二甲基二苯甲酮、
3-羟基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4，4′-双(二乙基氨基)二苯甲酮、4，4′-二羟基二苯甲酮，4，4′-双[2-(1-丙烯基)苯氧基]二苯甲酮、4-(二乙氨基)二苯甲酮、4-苯甲酰基二苯基、4-羟基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、二苯甲酮-3，3′，4，4′-四羧基双酐、二苯甲酮、苯甲酰基甲酸甲酯、米希勒酮、锍、碘 2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4，6-二(三氯甲基)-1，3，5-三嗪、二苯基碘 对甲苯磺酸盐、N-羟基-5-降冰片烯-2，3-二甲酰亚胺全氟代-1-丁烷磺酸酯、N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸盐、2-叔丁基蒽醌、9，10-菲醌、蒽醌-2-磺酸钠盐单水合物、樟脑醌、二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、10-甲基吩噻嗪、噻吨酮、以及IRGRCURE 2959。
基-4′-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-甲基-4′-(甲硫基)-2-吗啉代苯丙酮、
3′-羟基苯乙酮、4′-乙氧基苯乙酮、4′-羟基苯乙酮、4′-苯氧基苯乙酮，4′-叔丁基-2′，6′-二甲基苯乙酮、二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦/2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4，4′-二甲氧基安息香、4，4′-二甲基联苯酰、安息香乙醚、安息香异丁基醚、安息香甲醚、安息香、2-甲基二苯甲酮、3，4-二甲基二苯甲酮、
3-羟基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4，4′-双(二乙基氨基)二苯甲酮、4，4′-二羟基二苯甲酮，4，4′-双[2-(1-丙烯基)苯氧基]二苯甲酮、4-(二乙氨基)二苯甲酮、4-苯甲酰基二苯基、4-羟基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、二苯甲酮-3，3′，4，4′-四羧基双酐、二苯甲酮、苯甲酰基甲酸甲酯、米希勒酮、锍、碘 2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4，6-二(三氯甲基)-1，3，5-三嗪、二苯基碘 对甲苯磺酸盐、N-羟基-5-降冰片烯-2，3-二甲酰亚胺全氟代-1-丁烷磺酸酯、N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸盐、2-叔丁基蒽醌、9，10-菲醌、蒽醌-2-磺酸钠盐单水合物、樟脑醌、二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、10-甲基吩噻嗪、噻吨酮、以及IRGRCURE 2959。
[0191] ii.热引发剂
[0192] 在另一种实施方案中，采用热活化的(热)引发剂替代上述UV引发剂，接出型接枝聚合反应通过加热单体水溶液的温度至期望温度而引发，并保持该温度恒定，直至聚合反应完成。
[0193] 适宜的热引发剂包括但不限于：过氧苯甲酸叔戊酯、4，4-偶氮二(4-氰基戊酸)、2，2′-偶氮二[(2-羧基乙基)-2-甲基丙脒]、2，2′-偶氮二(4-甲氧基-2，3，-二甲基戊腈)、1，1′-偶氮二(环己烷甲腈)、2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰、2，2-二(过氧化叔丁基)丁烷、1，1-二(过氧化叔丁基)环己烷、2，5-二(过氧化叔丁基)-2，5-二甲基己烷、2，5-二(过氧化叔丁基)-2，5-二甲基-3-己炔，二(1-(过氧化叔丁基)-1-甲基乙基)苯、1，1-二(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、氢过氧化叔丁基、过乙酸叔丁酯、过氧化叔丁基、过苯甲酸叔丁酯、过氧化叔丁基碳酸异丙酯、氢过氧化枯烯、过氧化环己酮、过氧化二枯基、过氧化月桂酰、过氧化2，4-戊二酮、过乙酸、过硫酸钾。
[0194] 加热溶液要达到的温度取决于单体和/或引发剂。热自由基引发剂的例子包括但不限于偶氮化合物，如偶氮二异丁腈(AIBN)和1，1′-偶氮二(环己烷甲腈)(ABCN)。接出型自由基接枝聚合反应通过在液氮中快速冷却反应溶液而淬灭。
[0195] iii.氧化还原引发剂
[0196] 在另一种实施方案中，将氧化还原引发剂体系用于引发从基质表面的聚合反应。氧化还原引发剂体系通常包括一对引发剂：氧化剂与还原剂。文中所述的氧化还原物质可以被修饰，以制备无污聚合物材料，例如刷形，诸如两性离子性聚合物刷。氧化还原引发过程被看作是在温和条件下有效生成自由基的最有效的单电子迁移反应。
[0197] 适宜的氧化剂包括但不限于：过氧化物、过硫酸盐、过焦硫酸盐、过二磷酸盐、高锰酸盐、金属如Mn(III)、Ce(IV)、V(V)、Co(III)、Cr(VI)和Fe(III)的盐。
[0198] 适宜的还原剂包括但不限于：诸如Fe(II)、Cr(II)、V(II)、Ti(III)、Cu(II)和Ag(I)的金属盐、硫的含氧酸、羟酸、醇、硫醇、酮、醛、胺和酰胺。
[0199] 通过直接从氧化还原反应生成的自由基和/或通过氧化还原反应期间形成的瞬时自由基从基质夺取氢原子形成的大自由基，可以引发聚合反应。
[0200] 在一种实施方案中，基质涂以底涂层，无污材料通过氧化还原聚合反应从底涂层接枝。底涂层含有氧化剂和还原剂。在一个优选的实施方案中，底涂层含有一种或多种还原剂，例如酸、醇、硫醇、酮、醛、胺和酰胺。氧化剂用于与底涂层的一个或多个官能团反应，生成引发接出型接枝聚合反应的基团。
[0201] 在一个特定的实施方案中，底涂层为带有脂肪链侧基的共聚物，包含硅烷醇和/或羟基基团。这类材料可用于在聚合物基质如聚氨酯(PU)上形成底涂层。氧化剂如Ce(IV)的氧化物与羟基在温和的反应条件下在底涂层内反应生成羟基基团，以生长两性离子性聚合物刷。
[0202] 在另一种实施方案中，将一对过氧化物及金属盐(例如Fe(II)，如同用于Fenton反应中)用在氧化还原聚合反应中，以在聚合物如聚氨酯上建立两性离子性聚合物刷。通过将聚合物浸入过氧化物在有机溶剂中的溶液中预定的时间并干燥，将过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化氢或过氧化二枯基吸收入聚合物如聚氨酯中。将含有过氧化物的聚合物放入单体溶液中。通过在室温或升高的温度下向单体溶液中添加金属离子引发氧化还原聚合反应，如金属离子Fe(II)、如氯化Fe(II)、硫酸Fe(II)、硫酸Fe(II)铵、或葡萄糖酸Fe(II)。
[0203] 为修饰物品的表面和/或接枝聚合反应的表面，已经发现采用疏水-亲水氧化还原对特别有利。例如，疏水材料可被氧化还原引发体系的疏水部分吸收。“吸收”可以包括将引发剂物理吸附到表面上和/或引发剂部分渗透疏水表面。吸收可以通过采用溶剂来辅助。
[0204] 通过用亲水单体在氧化还原对的亲水成分存在下处理，将经过吸收的表面进一步改性。可以在疏水-亲水界面通过氧化还原过程引发接枝。这种方法也可用于涂覆具有复杂几何形状的聚合物表面。
[0205] 使用疏水-亲水对具有许多优点，包括：由于引发剂的疏水和亲水属性，限制氧化还原引发剂扩散进入接枝水溶液和基质中。氧化还原对不受控制的扩散会导致溶液的聚合反应以及较小的表面官能化。例如，如果该对都是亲水的，聚合反应更易于在单体溶液中发生，从而减少从基质接出的聚合物的量。氧化还原对不受控制的扩散还会导致来自基质中的自由基的不期望的反应。
[0206] 适宜的引发剂对包括但不限于：过苯甲酸叔戊酯、4，4-偶氮二(4-氰基戊酸)、1，1′-偶氮二(环己烷甲腈)、2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰、2，2-二(过氧化叔丁基)丁烷、1，1-二(过氧化叔丁基)环己烷、2，5-二(过氧化叔丁基)-2，5-二甲基己烷、2，5-二(过氧化叔丁基)-2，5-二甲基-3-己炔，二(1-(过氧化叔丁基)-1-甲基乙基)苯、1，1-二(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、氢过氧化叔丁基、过乙酸叔丁酯、过氧化叔丁基、过苯甲酸叔丁酯、过氧化叔丁基碳酸异丙酯、氢过氧化枯烯、过氧化环己酮、过氧化二枯基、过氧化月桂酰、过氧化2，4-戊二酮125、过乙酸、过硫酸钾。
[0207] 其他适宜的氧化还原体系包括但不限于：(1)与还原剂组合的过氧化物，例如与2+ 2+ 2+ 3+ 2+ +
Fe 、Cr 、V 、Ti 、Co 、Cu 或胺组合的过氧化氢、或者烷基、芳基或酰基的过氧化物；过渡金属离子络合物，例如铜(II)的乙酰丙酮化物和过氧化物，氯化锌以及AIBN；(2)无机还原
2+ + 2+ 3+ 3- -
剂与无机氧化剂，如与无机氧化剂如Fe 、Ag、Cu 、Fe 、ClO 、H2O2组合的-O3SOOSO3，HSO3、
2- 2- 2- 4+ 5+ 6+ 3+
SO3 、S2O3 、S2O5 ；(3)有机-无机氧化还原对，如被Ce 、V 、Cr 、Mn 氧化的醇；(4)可充当氧化还原对组分的单体，如硫代硫酸盐与丙烯酰胺、硫代硫酸盐与甲基丙烯酸以及N，N-二甲基苯胺与甲基丙烯酸甲酯；以及(5)硼烷基-氧体系。
Fe 、Cr 、V 、Ti 、Co 、Cu 或胺组合的过氧化氢、或者烷基、芳基或酰基的过氧化物；过渡金属离子络合物，例如铜(II)的乙酰丙酮化物和过氧化物，氯化锌以及AIBN；(2)无机还原
2+ + 2+ 3+ 3- -
剂与无机氧化剂，如与无机氧化剂如Fe 、Ag、Cu 、Fe 、ClO 、H2O2组合的-O3SOOSO3，HSO3、
2- 2- 2- 4+ 5+ 6+ 3+
SO3 、S2O3 、S2O5 ；(3)有机-无机氧化还原对，如被Ce 、V 、Cr 、Mn 氧化的醇；(4)可充当氧化还原对组分的单体，如硫代硫酸盐与丙烯酰胺、硫代硫酸盐与甲基丙烯酸以及N，N-二甲基苯胺与甲基丙烯酸甲酯；以及(5)硼烷基-氧体系。
[0208] 对于内部和外部表面均需要涂覆的基质，对于聚合反应的引发需要额外的考虑。可以使用热引发剂，但是，通常所需的升高的温度会给基质材料带来不利影响。基于UV的方法需要设计成UV可以穿透材料或者能够在腔内施加，例如从光纤源穿入内腔。这可以通过选择在不被基质聚合物吸收的UV波长下不稳定的光活性引发剂而实现。通常，与较高波长UV相比，较低波长的UV辐射较少被吸收且渗透更容易。
[0209] 相反，氧化还原化学物质通常无需对准光源的直接路线以引发聚合反应，因为聚合反应并非光解引发的，因而有利于涂覆具有一个或多个难以暴露于UV源的表面的基质，如导管内腔。此外，氧化还原聚合反应通常可在低温下进行，例如低于60℃、低于55℃、低于50℃、低于45℃、低于40℃、低于35℃或低于30℃。
[0210] 无污聚合物材料可采用实施例中所述的常规步骤从表面接枝。在一种实施方案中，含有1％-5％(w/w)氨基甲酸乙酯的溶液如下配制：将适宜重量的氨基甲酸乙酯片溶解到适宜的有机溶剂如四氢呋喃中，用第二种溶液如甲醇稀释该溶液。最终甲醇浓度优选在10％-90％之间，更优选在15％-85％之间，最优选60％。可将一种或多种适宜的引发剂分子如过氧化苯甲酰或过氧化二枯基添加到聚合物溶液中，通常以约0.25％到约10％的浓度。然而，也可采用低于0.25％和高于10％的浓度。
[0211] 可将任何期望的基质暴露于聚合物/引发剂溶液中一次或多次，直到获得适宜的涂层厚度和/或引发剂表面浓度。在多次暴露基质的情形中，通常在每次暴露于溶剂之间从经涂覆的基质除去溶剂，例如通过蒸发。在最后暴露之后、在放入聚合反应的反应混合物之前，将基质静置至少10分钟以蒸发任何残余的溶剂。
[0212] 上述过程可用于将高浓度的引发剂吸收到基质或底涂层之内或之上。高的引发剂浓度生成高度密集涂覆的表面，这促进了复合体的无污活性。例如，高度密集涂覆的表面含有聚合物链，该链具有小到足以抑制污染分子渗透进入涂层从而污染基质表面的聚合物链间距离。
[0213] 在需要时可改变上述常规步骤以适应不同的基质材料、引发剂体系、和/或单体组成。
[0214] C.生物活性剂在基质上的固定
[0215] 在接出型接枝方法中，通常在无污材料已经从表面长出之后将活性剂固定到无污材料上。
[0216] 活性剂可以与无污材料以并排结构共同固定。在接出型接枝方法中，可从表面长出系链，活性剂固定在系链上。或者，活性剂可以直接固定在表面上而不采用系链。
[0217] 活性剂可以直接地共价或非共价地固定到基质、底涂层、无污材料或其组合上。在一种实施方案中，活性剂通过活性剂上的一个或多个官能团与基质、底涂层和/或无污材料上的一个或多个官能团反应而共价固定。共价键可以通过各种反应机理形成，包括但不限于取代、加成和缩合反应。
[0218] IV.使用方法
[0219] 上述材料可以医用装置的形式使用，其上涂覆作为涂层的无污材料。适宜的装置包括但不限于：外科、内科或牙科仪器，眼科装置，创口处理用品(绷带、缝合线、微型支架、骨粘合剂、微粒)，器具，植入物，支架、缝合材料、瓣膜、起搏器、支架、导管、杆、植入物、骨折固定装置、泵、管、线、电极、避孕用具、妇科卫生用品、内窥镜、创伤敷料和其他装置，其与组织、尤其是人类组织接触。
[0220] A.纤维状和颗粒状材料
[0221] 在一种实施方案中，无污材料直接涂覆到纤维材料上、结合进入纤维材料或者间接涂覆到纤维材料上(例如涂覆在不同的表面涂层上)。这些包括创伤敷料、绷带、纱布、带；衬垫；海绵，包括纺织或无纺海绵以及那些专门设计用于牙科或眼科手术的(参见例如美国专利4,098,728、4,211,227、4,636,208、5,180,375和6,711,879)；用作外科布帘的纸或聚合物材料；一次性尿布、带、绷带、妇女用品、缝合线；以及其他纤维材料。
[0222] 纤维材料还可用于细胞培养以及组织工程装置中。细菌和真菌感染是真核细胞培养中的主要问题，这为培养物污染的最小化或消除提供了安全有效的方式，同时使期望的细胞通过直接附着的蛋白质结合到材料中而选择性粘附。
[0223] 无污试剂也易于与颗粒结合，包括纳米颗粒、微米颗粒和毫米小珠，或者成型为胶束，这些可在各种应用中使用，包括上述的细胞培养以及药物递送。无污的、生物相容的聚合物胶束能够防止蛋白质变性，防止免疫响应的活化，使期望的治疗剂更隐秘地运送。
[0224] B.植入的或插入的材料
[0225] 无污材料还可以直接涂覆到、或者结合到聚合物的、金属的或陶瓷的基质。适宜的装置包括但不限于：外科、内科或牙科仪器；血充氧器；泵；管；线；电极；避孕用具；妇女卫生用品；内窥镜；移植物；支架；起搏器；可植入的心律转变器-去纤颤器；心脏再同步治疗仪；心室辅助仪；心脏瓣膜；导管(包括脉管的、导尿的、神经的、腹膜的、介入的，等)；分流器；创伤排液管；透析膜；输液口；耳蜗植入物；气管内插管；导丝；流体收集袋；传感器；创口处理用品(敷料、绷带、缝合线、微型支架、骨粘合剂、微粒)；眼科装置；整形外科装置(髋部植入物、膝部植入物、脊椎植入物、螺丝、钢板、铆钉、杆、髓内钉、骨粘结剂、人造肌腱，以及其他弥补或骨折修复装置)；牙科植入物；乳房植入物；阴茎植入物；上颌面植入物；
化妆植入物；瓣膜；用具；工作架；缝合材料；针；疝气修复网；无张力阴道带和阴道悬带；
组织再生或细胞培养装置；或者其他用在身体之内或者与身体接触的装置，或者任何这些装置的任何部分。优选地，本文的无污材料并不显著地对装置期望的物理性质产生不利影响，所述性质包括但不限于：弹性、耐久性、耐绞结性、抗磨损性、热和电传导性、抗张强度、硬度、爆破压，等等。
化妆植入物；瓣膜；用具；工作架；缝合材料；针；疝气修复网；无张力阴道带和阴道悬带；
组织再生或细胞培养装置；或者其他用在身体之内或者与身体接触的装置，或者任何这些装置的任何部分。优选地，本文的无污材料并不显著地对装置期望的物理性质产生不利影响，所述性质包括但不限于：弹性、耐久性、耐绞结性、抗磨损性、热和电传导性、抗张强度、硬度、爆破压，等等。
[0226] 在一种实施方案中，基质为脉管式插入的导管，如外插中央导管(PICC)、中央静脉导管(CVC)、或血液透析导管、静脉瓣膜、守时塞、以及眼内装置和植入物。
[0227] 在另一种实施方案中，基质为由医用级聚氨酯或 形成或由涂有医用级聚氨酯或Polycarbothane的材料形成的脉管式插入的导管。
[0228] C.涂料、颜料、浸液和喷射液
[0229] 无污材料还可添加到颜料和其他涂料以及过滤器中以防止发霉、细菌感染，以及其他期望预防污染的应用中，例如船舶应用(船壳涂层)；隐形眼镜；牙科植入物；体内传感器涂层；分离装置，例如用于微生物悬浮液、生物分子分离、蛋白质分级分离、细胞分离、废水处理、生物反应器以及食品加工的膜。
[0230] 其他应用包括处理纤维、颗粒和膜以应用于纺织品、添加剂、电学/光学仪器、包装材料以及着色剂/油墨。实施例
[0231] 实施例1.用二苯甲酮UV引发剂将两性离子性聚合物接枝到聚氨酯上
[0232] 步骤1：二苯甲酮浸泡。将聚氨酯试样放入1L的VWR或Pyrex瓶中。向该瓶中添加160mL 10％(w/v)二苯甲酮在丙酮中的溶液。加入搅棒后，给瓶子盖上盖子，用铝箔覆盖以防光线，搅拌整夜。将二苯甲酮溶液从聚氨酯物样轻轻倒出，添加150mL丙酮，用铝箔覆盖，搅拌聚氨酯试样30分钟。用大布氏漏斗过滤该试样，并用丙酮清洗。将试样放入玻璃Petri培养皿中，用氮气流干燥，并在铝箔上于黑暗中放置整夜。
[0233] 步骤2：UV接枝。石英玻璃管的底部用橡皮隔片堵塞并用石蜡膜封牢。Teflon带横过管的顶部缠绕以确保顶部隔片的紧密密封。将经过二苯甲酮浸泡的聚氨酯试样放入管中，管的顶部用橡皮隔片堵塞并用石蜡膜封牢。在用氩气吹送10％(w/v)SBMA在水中的溶液以及所有的石英反应管35分钟之后，将单体溶液转移到每个反应管中，端部用石蜡膜封牢。轻敲使泡沫逸出以停留在溶液上部。将管竖直放入UV反应器中并旋转辐射6小时。从反应器移出管之后，用热水清洗每个聚氨酯试样，在1×PBS中震荡整夜，并贮存在塑料培养管内的4℃的1×PBS中。可以采用单体如CBMA代替SBMA以类似的方法构建羧基甜菜碱涂层。
[0234] 通过将它们暴露于新鲜收集的带放射性同位素示踪的血小板的牛血中流动循环2小时，评价每个在10French聚氨酯杆上生成的SBMA试样的抗血栓形成性能。以这种UV法制备的SBMA和CBMA试样均表现出约80％的血小板吸附的减少以及实质可见的血栓减少。
[0235] 实施例2.两性离子性聚合物在带底涂层的聚氨酯上的接枝以及Ce(IV)氧化还原聚合反应
[0236] 共聚物的合成
[0237] 将50mL无水甲醇与4mL甲基丙烯酸月桂酯和4mL甲基丙烯酸2-羟基乙酯一起添加到250mL干燥烧瓶中。用氮气吹扫5分钟后，添加0.3mL的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙
基甲基丙烯酸酯，继续脱气。添加0.2g偶氮二异丁腈(AIBN)在60℃下惰性气氛中搅拌18小时开始聚合反应。反应混合物经无水甲醇(分子量截留2000)透析分离而纯化，得到共聚物溶液(底涂层溶液)。
基甲基丙烯酸酯，继续脱气。添加0.2g偶氮二异丁腈(AIBN)在60℃下惰性气氛中搅拌18小时开始聚合反应。反应混合物经无水甲醇(分子量截留2000)透析分离而纯化，得到共聚物溶液(底涂层溶液)。
[0238] 底涂层涂覆
[0239] 将聚氨酯基质，例如10French聚氨酯杆，在环境条件下浸入0.5％的底涂层在甲醇中的溶液中3分钟，取出并在60℃下干燥1小时。重复以上浸渍和干燥步骤4次，然后将试样在60℃下干燥18小时。然后先用1×PBS洗涤18小时，再用DI水洗涤，然后风干。
[0240] Ce(IV)调节的接枝聚合反应
[0241] 将涂有底涂层的试样与10％的SBMA水溶液一起添加到烧瓶中，该水溶液含有1mg/mL硫酸铈(IV)铵，用氮气吹扫15分钟。然后反应在45℃下搅拌进行2小时。取出试样并用PBS洗去吸附的均聚物。通过ELISA，该经过处理的试样呈现83％的减少的纤维蛋白原吸附。
[0242] 实施例3.以过氧化二枯基-葡萄糖酸Fe(II)氧化还原聚合反应将两性离子性聚合物接枝到聚氨酯上
[0243] 过氧化二枯基的吸收
[0244] 将10French聚氨酯杆浸入10％过氧化二枯基在丙酮或甲醇中的溶液中2小时，用空气流干燥并在空气中保持18小时。
[0245] 氧化还原聚合反应
[0246] 将10.5％SBMA水溶液以及经过氧化二枯基处理的聚氨酯杆放入带磁力搅拌的烧瓶中，然后用氩气吹扫10分钟，之后添加100mM葡萄糖酸Fe(II)溶液。SBMA和葡萄糖酸Fe(II)的最终溶液分别为10％(w/w)和5mM。再继续用氩气吹扫20分钟。然后在60℃下进行反应5小时。然后取出试样并用1×PBS洗涤整夜。通过ELISA，该经处理的试样呈现高达90％的减少的纤维蛋白原吸附。
[0247] 为了评价具有内腔的基质的无污活性，将14French聚氨酯双d内腔管按照实施例3涂覆。采用上述分析方法，该经处理的试样呈现高达90％的减少的纤维蛋白原吸附。
[0248] 实施例4.氧化还原以及UV SBMA涂覆的聚氨酯杆的蛋白质吸附及生物膜形成
[0249] 24小时菌落分析方法
[0250] 将实施例3中制备的氧化还原SBMA、实施例1中制备的UV SBMA，以及对照的Carbothane杆用50％胎牛血清培养18小时。然后将试样用金黄色葡萄球菌ATCC 25923、
5
以在1％TSB中1-3×10CFU/mL的起始浮游生物浓度，在37℃下搅拌培养24小时。24小时
后，用超声处理法除去聚集在材料上的生物膜，通过稀释涂板法计量细菌细胞的总量。此外还在试验末期监测浮游生物浓度，以确保没有可使分析方法失真的有毒的可浸出化合物。
在37℃下培养该板24小时后，计数菌落的数量并测定存在于每个试样上的活细胞的数量。
5
以在1％TSB中1-3×10CFU/mL的起始浮游生物浓度，在37℃下搅拌培养24小时。24小时
后，用超声处理法除去聚集在材料上的生物膜，通过稀释涂板法计量细菌细胞的总量。此外还在试验末期监测浮游生物浓度，以确保没有可使分析方法失真的有毒的可浸出化合物。
在37℃下培养该板24小时后，计数菌落的数量并测定存在于每个试样上的活细胞的数量。
[0251] 用每种材料的四个试样进行每个实验，一式三份。
[0252] 相对于对照，证明氧化还原的SBMA试样的菌落(n＝44)具有平均1.96个对数(SD0.57log，p＜0.001)的减少，证明UV的SBMA试样具有平均2.34个对数(SD 0.22log，p
＜0.001)的减少(n＝24)。
＜0.001)的减少(n＝24)。
[0253] 实施例5.羧基甜菜碱涂覆的杆的抗血栓形成活性
[0254] 体内血栓形成模型
[0255] 如实施例1中所述制备的基于UV的羧基甜菜碱改性在体内的长时间性能在经涂覆的Tecoflex杆在绵羊中的7天头静脉植入中进行证明。简略地说，将由CB改性处理的或未改性的4Fr.X 15cm 杆构成的测试物件插入两岁的萨福克公羊的头静脉中。7天之后，将羊麻醉，取外周血样，将头静脉结扎并切开，在取出的过程中将植入的物件保持在静脉中。然后轴向切开静脉并小心的打开，不扰乱在植入杆上的血栓。评定涂覆和未涂覆的物件上的总血栓量。每个动物接受一个涂覆和未涂覆的装置以控制动物与动物之间的差异。相对于放在同一动物的相反静脉中的Tecoflex对照，可发现72％的血栓重量减少(参见图1)，而且该减少可以清楚地目视看见。这些数据表明了抗粘附的涂层防止血栓形成的能力，以及这类涂层在长时间内保持活性的潜能。
[0256] 实施例6.聚氨酯上的两性离子性均聚物，采用过氧化二枯基氧化还原聚合反应[0257] 在剧烈搅拌下将Tecoflex SG-93A(2.5g)溶解在回流的四氢呋喃中。将溶液冷却至室温并用甲醇稀释。最终溶液浓度为1％Tecoflex SG-93A、40％四氢呋喃和60％甲醇。向该聚合物溶液的一份试样(25g)中添加过氧化二枯基(2.5g)，搅拌该混合物直到所有过氧化二枯基溶解。
[0258] 将Carbothane挤出物(14french，11cm长，双D)浸入引发剂-聚合物溶液。将试样浸渍1、2、4或8次。每次浸渍之间，使溶剂从基质蒸发出1分钟。最终浸渍之后，将所有的试样在室温下静置3小时以除去任何残余的溶剂。溶剂蒸发之后，从试样的每个末端切下0.5cm，然后将试样切为两半。将5.0cm的试样放入40mL琥珀玻璃小瓶中，用隔片密封。
[0259] 将分开的SBMA(91.2g，在432mL去离子水中)和葡萄糖酸Fe(II)(1.02g，在12mL去离子水中)的溶液通过氩气鼓入在搅拌下脱氧30分钟。当这些溶液脱氧时，装有5cm挤出物的琥珀玻璃小瓶用氩气冲洗30分钟。
[0260] 用注射器向每个烧瓶中添加SBMA溶液(36mL)，随后用注射器添加葡萄糖酸Fe(II)溶液(1mL)。将小瓶在Anthill反应振荡器上加热到37℃，使反应在680RPM震荡下持续24小时。
[0261] 反应后，从反应小瓶中取出所有试样，用1X磷酸盐缓冲液(PBS)清洗三次。将经过清洗的试样浸泡到1×PBS中2天，然后采用放射标记的纤维蛋白原分析方法进行分析。
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