Free radical functionalization of surfaces to prevent adverse responses to biomedical devices

激进的 共价键 生物分子 高分子 化学 表面改性 单层 分子 变性(裂变材料) 生物物理学 组合化学 纳米技术 有机化学 材料科学 生物化学 生物 物理化学 核化学
作者
M.M.M. Bilek,Daniel V. Bax,Alexey Kondyurin,Yongbai Yin,Neil J. Nosworthy,Keith J. Fisher,Anna Waterhouse,Anthony S. Weiss,Cristobal G. dos Remedios,David R. McKenzie
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:108 (35): 14405-14410 被引量:187
标识
DOI:10.1073/pnas.1103277108
摘要

Immobilizing a protein, that is fully compatible with the patient, on the surface of a biomedical device should make it possible to avoid adverse responses such as inflammation, rejection, or excessive fibrosis. A surface that strongly binds and does not denature the compatible protein is required. Hydrophilic surfaces do not induce denaturation of immobilized protein but exhibit a low binding affinity for protein. Here, we describe an energetic ion-assisted plasma process that can make any surface hydrophilic and at the same time enable it to covalently immobilize functional biological molecules. We show that the modification creates free radicals that migrate to the surface from a reservoir beneath. When they reach the surface, the radicals form covalent bonds with biomolecules. The kinetics and number densities of protein molecules in solution and free radicals in the reservoir control the time required to form a full protein monolayer that is covalently bound. The shelf life of the covalent binding capability is governed by the initial density of free radicals and the depth of the reservoir. We show that the high reactivity of the radicals renders the binding universal across all biological macromolecules. Because the free radical reservoir can be created on any solid material, this approach can be used in medical applications ranging from cardiovascular stents to heart-lung machines.
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