胶体材料的分子等离子体沉积制造技术

本文描述了一种分子等离子体放电沉积方法，用于将生物材料如氨基酸或其他碳基物质的胶体悬液沉积到金属或非金属表面上，而不丧失生物学活性和／或结构。该方法基于产生带电电晕等离子体，然后将其引入真空室内以将生物材料沉积到偏压基底上。可选择沉积的生物材料用于多种医疗用途，包括选择涂层植入物用于药物的原位释放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及 一 种用于将电晕放电用来将胶体悬浮分子沉积到 基底(基材，substrate)上的装置和方法。该方法可应用于将有机 和无才几化合物，尤其是蛋白质和感兴趣的相关生物学化合物沉积到 所选基底上同时4艮小或没有丧失(损失，loss)天然结构或活性。
技术介绍
对于将生物学活性物质固定到各种基底上同时不会显著改变 功能或期望活性的兴趣日益增加。例如，涂覆抗生素的表面通常通 过浸渍或涂漆工艺制备，这经常导致附着性较差、表面润湿不完全 或粘附较差。现在已经广泛开发了离子等离子体沉积(IPD)法并将其用于 涂覆工艺，主要目的是产生高粘附性涂层和指定的表面特性。最近 人们已将注意力集中于制备生物相容性的涂覆表面，如那些适于医 用植入物的涂覆表面，其中涂层可增强细胞粘附性，抗纟效生物涂层 则在避免手术后可能的败血症方面非常重要。电暈放电是一种为人熟知的现象，在自然界中已长期观察到该 现象，并将其常^见用于多种商业和工业过程中，目前其用于臭氧生 成，控制表面产生的电荷和影印中。电晕放电也已用来改良表面，特别是用于塑冲+制品以改善表面特性，如在美国专利No. 3，274,089 中所描述的。包含液体或粉末状材料的电暈放电的静电涂覆工艺在 美国专利4,520,754中描述为一种》余覆方法。当流体中 一 个点处的电势梯度大到足以引起该流体离子化而 使其变得可以导电时，即产生电暈。如果带电体具有尖点，则该点 周围的空气将处于比其他点高得多的梯度。电极附近的空气可被离 子化(部分导电)，而较远区域则不会被离子化。当该点附近的空 气变得可以导电时，则具有增大该导体表》见尺寸的效应。由于新的 传导区域不那么尖锐，所以离子化可能不会越过局部区域。在离子 化和导电区域的外部，带电粒子緩慢找到相反带电荷体并被中和。电暈放电通常涉及两个不对称电极； 一个高度弯曲，例如针尖 或小直径金属丝，另一个则曲率较低，例如平板电极或接地电极。 高曲率确保该电极周围的高电势，为产生等离子体作准备。如果几 何形状和梯度4吏得离子化区域连续形成而非在某一半径处停止，则 可形成完全的传导通路，产生瞬间闪光或连续弧光。电暈可以为正或负，由高弯曲电4及上的电压^l性决定。如果弯 曲电才及相对于平电才及是正的，则存在正电晕；否则电暈是负的。正 负电晕的物理性质显著不同。这种不对称是电子与正电荷离子之间 质量差异较大的结果，其中仅电子具有在常温常压下发生显著程度 离子化非弹性石並撞的能力。电暈方文电系统已用来激活化学化合物，通常用来将电晕方文电内 形成的聚合物和可聚合单体沉积到表面上作为^f呆护涂层；如美国专 利No. 3,415,683中所描述的。美国专利No.5，733，360中描述了一种用于化学活化气流(流入石危和氮氧化物以及汞蒸气)的组分的电晕 放电反应器。该反应器设计成通过对多个电暈放电电极施加高电压 月永沖长达100纳秒而^永沖产生电暈。WO 2006/046003描述了多种涉及利用等离子体的用于涂覆基 底的方法，包括使用低压脉沖的等离子体以？ 1入单体或结合自由基 引发剂的单体从而在合适基底上引发聚合反应。使用大气压分散介 电阻挡层放电组件，在其中引入含有所述单体的雾化液体使得涂层 材料由10至100 pm的雾化液滴形成。在WO 03/084682中描述了 使用射频激励电极的大气压辉光》文电等离子体发生装置。WO 02/28548中描述了 一种等离子体涂覆装置和方法。在大气 压下，将液体或固体雾化涂层形成材并+引入等离子体放电中，且除 含石圭单体外，对于有才几涂层如聚丙烯酸或全氟化合物非常有用。电暈效应不总是被认为是有益的，并且事实上可能引起电弧放 电(arcing)或电晕击穿。除了这种击穿，电暈效应可能太强而不 能成功地仅单独地是复杂分子带电。当分子在较高水平离子化时， 它们可能裂解并丧失结合和功能性质。沉积液体溶液的等离子体中所产生材料的一个缺点是，所存在 的任何溶剂通常均与预期材料一起沉积，形成不需要的结构。对于 大多数在等离子体生成过程中可发生电暈放电的工艺来说，通常是 努力降《氐电暈效应而非将该效应用作一种沉积纟支术。现有4支术的缺陷沉积有机分子的等离子体表面功能和/或物理特性的丧失表明 需要开发保持固定材料的期望生物学活性的方法。在多种基底如塑 料、金属、聚合物以及陶瓷上处理生物学涂层的尝试所取得的成功非常有限，且通常未能在不损害期望活性的情况下而将生物学活性 剂沉积于表面上。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于非破坏性地将生物试剂涂覆到基底表面 上的分子等离子体沉积方法。该方法采用一种利用电场和真空的改良IPD装置以在理论上任何导电表面以及多种非导电表面上涂覆 (沉积)生物学涂层。电暈等离子体分子放电从高度带电传导尖端 产生。该方法可以用于沉积多种有才几和无枳4才津牛，它们/人该传导尖 端以溶液或悬液形式纟皮分散。本专利技术所述方法存在多个特征不同于传统使用的电暈》丈电或 离子等离子体沉积。本专利技术方法采用4寺沉积材坤+的溶液或悬液。这 4吏得可以使用多种有机及无才几材料，包括单质和化合物。液体通过 保持在高电压下的小尖孔^皮雾化以使离子化的等离子体从该孔一皮 分散。在该方法的下一步中，将离子化的等离子体引入反向偏压基 底所定位的真空室中，从而沉积该材料并使其粘结于基底的表面。本专利技术方法的 一 个重要特征是将生物学活性试剂沉积到 一个 表面上同时具有4艮小或没有改变结构或功能特性。该方法同才羊适用 于无机材料、单质和和所选组合物(它们不适合以其他方式的涂覆 工艺)。部分由于可通过这种方法沉积的广大范围的材料，所以改 性或生物涉及不同表面的能力得到显著扩大。大气条件下电晕效应的已知特性和涂覆工艺中离子等离子体 沉积(IPD)方法的fiL点已用来开发新的电晕等离子体沉积工艺和 涂覆方法。本专利技术的一个重要方面是能够利用从液体或胶体组合物 产生的电晕来沉积^又由期望组分构成的涂层而无沉积材并牛〉容解或 分散其中的溶剂。此外，未预料到会保持从电暈生成分子等离子体沉积的多种材并牛的原始结构特性，最明显地如用多肽酶表明的，其 在分子等离子体沉积之后保持催化活性。在该沉积工艺过程中未石皮 坏原子键，这是保留沉积产物活性和/或结构完整性的 一个因素。在一个实施方式中，该过程部分在大气或分压下实施，而部分 在真空下完成。沉积装置(设备)被设计成从通过窄通电开口引入 的溶液或悬液产生电晕，以使在通向容纳基底的真空室的小孔前方 产生等离子体。根据在电晕等离子体中分散的材料上产生的电荷， 基底#1布线为带相反电荷的电才及(其上将沉积等离子体颗粒)。试验的沉积材料的基础结构特性不受沉积厚度的影响。这与由Storey获4寻的结果才目反(Breakup of Biomolecules through low-energy ion Bombardment, Master's thesis, University of Missouri, Rolla， 1998),其中通过在金上充溢(流入，flooding)氨基酸溶液而沉积 多于40个左右单层的甘氨酸或精氨酸会引起结构丧失，如由于样 品厚度增加而使检测所沉积氨基酸羧基的难度增加所表明的。所披 露的分子等离子体法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将生物分子沉积到基底上的分子等离子体方法，包括：　在大气条件下从生物分子的液体溶液或悬液产生电晕放电等离子体，所述生物分子从具有高电势梯度的导电点源喷出；以及　引导所产生的等离子体通过真空室的孔口，所述真空室容纳有处于与所述点源相反的诱导电势的基底；　其中，将所述生物分子沉积到所述基底上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-2-27 60/777,1041. 一种用于将生物分子沉积到基底上的分子等离子体方法，包括在大气条件下从生物分子的液体溶液或悬液产生电晕放电等离子体，所述生物分子从具有高电势梯度的导电点源喷出；以及引导所产生的等离子体通过真空室的孔口，所述真空室容纳有处于与所述点源相反的诱导电势的基底；其中，将所述生物分子沉积到所述基底上。2. 4艮据4又利要求1所述的方法，其中，所述生物分子是胶体悬液。3. 才艮据斥又利要求1所述的方法，其中，所述液体是水、醇或它们 的混合物。4. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，所述产生的电晕放电等离 子体包括带正电或负电的等离子体。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述生物分子是氨基酸、 核酸石咸基或多肽。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述生物分子选自由碳、 氧化铜、氨基酸、RNA或DNA石咸基、过氧化氬酶以及它们的 混合物组成的组。7. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，所述生物分子是甘氨酸、 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、精氨酸或它们的混合物中的至少一种。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述生物分子是鸟嘌呤、 A泉嘌P令、胸A泉嘧t定、月包嘧t定、尿嘧t定或它们的混合物中的至少 一种。9. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述胶体悬液是由大小范 围在约100埃和约10,000埃之间的粒子构成的。10. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底是金属、陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔M斯托里，特伦斯S麦格拉思，图沙尔M希姆皮，
申请(专利权)人：变色龙科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]