專利名稱：殼聚糖季磷鹽衍生物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種抗菌藥物技術(shù)領(lǐng)域的殼聚糖及其制備方法，具體是一種殼聚糖季 磷鹽衍生物及其制備方法。
背景技術(shù)：
各種醫(yī)用植入材料已成為當(dāng)前臨床常用的救治手段，但以植入材料為中心引發(fā)感染導(dǎo) 致的手術(shù)失敗，嚴(yán)重限制了臨床生物醫(yī)用材料的應(yīng)用，植入材料感染約占臨床感染的65% 。植入材料的感染主要是細(xì)菌的感染，主要包括金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和綠濃桿菌等 細(xì)菌。因此，在植入材料表面物理涂敷或化學(xué)鍵合一種抗菌材料，該材料既可以支持人 體細(xì)胞的正常生長，具有良好的生物相容性，又能有較好的抗菌效果，成為解決此類感染 、減輕病人痛苦的有效途徑。
殼聚糖(Chitosan)是由2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖通過e-l， 4糖苷鍵鏈接的一種天然 聚陽離子生物活性多糖，在體內(nèi)可降解成無毒的氨基葡萄糖，從而被人體吸收，具有優(yōu)良 的生物降解性、生物相容性和生物活性。殼聚糖同樣具有一定的殺菌效果，但由于不能直 接溶于水，限制其用途。殼聚糖季銨鹽，結(jié)合了殼聚糖和小分子季銨鹽兩者的殺菌效果， 同時(shí)改善了殼聚糖的溶解性，并對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和綠濃桿菌等細(xì)菌等革蘭氏 陽性菌、陰性菌均顯示出較好的抑菌和殺菌效果。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號(hào)為CN101130574A，
公開日為2008年 2月27日，專利申請(qǐng)名稱為 一種殼聚糖季銨鹽及其制備方法與應(yīng)用，該專利自述為" 用縮水甘油三甲基氯化銨對(duì)高、低分子量殼聚糖進(jìn)行改性，采用不同條件制備了羥丙基三 甲基氯化銨殼聚糖。通過紅外光譜對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，IR圖譜證實(shí)以N上取代為主。"用上 述方法制備的殼聚糖季銨鹽雖然操作簡單，但是該法其不足在于小分子季銨鹽取代在N 上，減少了原殼聚糖分子鏈上活性氨基(-NH2)的數(shù)目，降低了殼聚糖的生物活性、生物相 容性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種殼聚糖季磷鹽衍生物及其制備方法， 能夠制備獲得的殼聚糖季磷鹽衍生物與殼聚糖季銨鹽相比具有更高的抑菌殺菌能力，同時(shí) 改善了生物相容性，作為一種新抗菌材料能夠廣泛應(yīng)用于組織工程、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明涉及的殼聚糖季磷鹽衍生物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 5</formula>其中DD。/。為脫乙酰度，其取值范圍為55% 100%; R為氫或帶有羰基的季磷鹽，該帶
有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下
其中Rl為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、叔丁基或苯基中的一種，X—為C1一、 Br—或I—中的一種，n=l、 2、 3、…、11。
本發(fā)明涉及上述種殼聚糖季磷鹽衍生物的制備方法，包括以下步驟 第一步、將殼聚糖溶解于醋酸水溶液配置成殼聚糖醋酸液，具體如下<formula>formula see original document page 5</formula>
其中DD。/。為脫乙酰度，其取值范圍為55% 100%; 所述的殼聚糖是指分子量為103 106的殼聚糖；
所述的醋酸水溶液是指體積百分比濃度為0. 1 % 10%稀醋酸水溶液。 所述的殼聚糖醋酸液中殼聚糖的質(zhì)量百分比濃度為0. 5% 5%。
第二步、將十二烷基硫酸鈉水溶液加入殼聚糖醋酸液進(jìn)行復(fù)合處理，制備獲得殼聚糖
-十二烷基硫酸鈉復(fù)合物(CS-SDS)，具體如下<formula>formula see original document page 6</formula>所述的十二烷基硫酸鈉水溶液的l. 5% 9%，該十二烷基硫酸鈉水溶液的用量與殼聚糖 醋酸液等體積。
所述的復(fù)合處理是指將殼聚糖醋酸液和十二烷基硫酸鈉水溶液混合攪拌反應(yīng)10 30h后離心處理，然后用去離子水清洗產(chǎn)物，并經(jīng)過真空干燥得到殼聚糖-十二烷基硫酸鈉 復(fù)合物。
第三步，將殼聚糖-十二烷基硫酸鈉復(fù)合物(CS-SDS)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中 ，然后在氮?dú)夥諊乱来渭尤胄》肿蛹玖}、l-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺( EDC)和l-羥基苯并三唑(HoBt)，經(jīng)攪拌反應(yīng)后通過有機(jī)溶劑沉淀，生成殼聚糖-十二烷 基硫酸鈉季磷鹽衍生物(CS-SDS-P)，具體如下其中R為氫或帶有羰基的季磷鹽，該帶有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下:
O R1、 /R1
R1
其中Ri為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、叔丁基或苯基中的一種，x—為cr、
Br—或I—中的一種，n=l、 2、 3、…、11。
所述的小分子季磷鹽是指帶有羧基的小分子磷鹽，該小分子季磷鹽的用量為O. l-15倍 殼聚糖上總羥基摩爾量；
所述的l-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和l-羥基苯并三唑的用量分別與小分 子季磷鹽的用量相同。
所述的有機(jī)溶劑是指甲醇和乙醚以1:3的體積比混合。
第四步，將殼聚糖-十二烷基硫酸鈉季磷鹽衍生物用二甲基亞砜溶解后，經(jīng)透析濃縮 處理，最后經(jīng)凍干制得殼聚糖季磷鹽衍生物，具體如下
CS-SDS-P
Tris
1-DD%
DD%
(CS-P)其中Tris為透析濃縮處理所用透析緩沖液；
所述的透析濃縮處理是指采用截留分子量為3000的透析袋，在透析緩沖液中透析 48 120h，再放入去離子水中透析48 96h，最后將透析所得產(chǎn)物進(jìn)行旋蒸濃縮。
所述的透析緩沖液是指三羥甲基氨基甲烷和鹽酸以l: 9 3: 7的體積比混合，該透析 緩沖液的pH值為7 9。
本發(fā)明克服了殼聚糖在有機(jī)溶劑中不溶的缺點(diǎn)，使殼聚糖和十二烷基硫酸鈉的復(fù)合物 在有機(jī)溶劑中可溶。所述的殼聚糖季磷鹽衍生物取代度可控可以根據(jù)CS-SDS和小分子磷 鹽的投料比(1/0. 1-1/15， mol/mol)來調(diào)節(jié)。使用小分子季磷鹽，殺菌效果更好。與殼聚 糖季銨鹽相比，殼聚糖季磷鹽衍生物提高了抑菌殺菌能力。將小分子磷鹽引入到的殼聚糖 的羥基(-OH)上，保留了原殼聚糖分子鏈上的活性氨基(-NH2)。與殼聚糖季銨鹽相比，改 善了其生物相容性。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施 ，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例l:殼聚糖季磷鹽衍生物l的制備
所使用小分子磷鹽(CAS: 36626-29-6): Rl二苯基；X—=Cl—; n=2。
1. 分別將脫乙酰度為91.83%、分子量為2*104的殼聚糖58 (折合0.026 mol的氨基糖單 元，GlcN units) 、 17.8g(2 equiv.，相當(dāng)于氨基糖單元的2倍摩爾量)的十二烷基硫酸鈉 溶于250mL體積比濃度為P/。的醋酸，充分溶解24h。將十二烷基硫酸鈉溶液緩緩加入到殼聚 糖溶液中攪拌反應(yīng)24h，離心3000rpn^l0min，用4倍量的去離子水清洗6次，凍干，得到 9.5g的殼聚糖-十二烷基硫酸鈉(CS-SDS)復(fù)合物，產(chǎn)率95%，殼聚糖上氨基完全復(fù)合。
2. 取上述CS-SDS復(fù)合物lg，溶于40mLNMP，氮?dú)夥諊录尤胄》肿蛹玖}O. 9g (1 equiv.，氨基糖單元摩爾數(shù)的l倍摩爾量)，再分別加入O. 3g (1 equiv.，氨基糖單元摩爾 數(shù)的l倍摩爾量)的HoBt、 0. 318mL (1 equiv.，氨基糖單元摩爾數(shù)的l倍摩爾量)的EDC，攪 拌反應(yīng)72h。反應(yīng)結(jié)束后，用4倍量的甲醇/乙醚(體積比l: l)混合溶劑沉淀，真空干燥， 得復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物1.4g，產(chǎn)率70%。
3. 將上述1.4g復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物用20mLDMSO溶解，裝入截留分子量為3000的透析袋 ，在pb7. 5，質(zhì)量分?jǐn)?shù)二15。/。的Tris緩沖液中透析72h，再放入去離子水中透析72h，旋蒸 濃縮，凍干得O. 5g的殼聚糖季磷鹽衍生物l，產(chǎn)率65%，取代度42% 。
所述的殼聚糖季磷鹽衍生物l的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為其中R為氫或帶有羰基的季磷鹽，該帶有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下:
實(shí)施例2:殼聚糖季磷鹽衍生物2的制備
所使用小分子磷鹽(CAS: 51114-94-4): Rh苯基;X—=Br—; n=2。
1. 分別將脫乙酰度為60%、分子量為1*104的殼聚糖38 (折合0.024molGlcN units)、 12. 4g (1.5 equiv.)的十二烷基硫酸鈉溶于300mLP/。的醋酸，充分溶解30h。將十二烷基 硫酸鈉溶液緩緩加入到殼聚糖溶液中攪拌反應(yīng)20h，離心3000rpmW0min，用4倍量的去離 子水清洗6次，凍干，得到3.2g的殼聚糖-十二烷基硫酸鈉(CS-SDS)復(fù)合物，產(chǎn)率90%，殼 聚糖上氨基完全復(fù)合。
2. 取上述CS-SDS復(fù)合物200mg，溶于10mL的NMP中，在氮?dú)夥諊录尤隣. 45g(4 equiv.)小分子季磷鹽，再分別加入O. 15g(4 equiv.)的HoBt、 0. 16mL (4 equiv.)的EDC， 攪拌反應(yīng)90h。反應(yīng)結(jié)束后，用4倍量的甲醇/乙醚(體積比l: l)混合溶劑沉淀，真空干燥 ，得320mg的復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物，產(chǎn)率75%。
3. 將320mg復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物用10mLDMS0溶解，裝入截留分子量為3000的透析袋，在 pH=8，質(zhì)量分?jǐn)?shù)二18。/。的Tris緩沖液中透析80h，再放入去離子水中透析48h，旋蒸濃縮， 凍干得120mg的殼聚糖季磷鹽衍生物2，產(chǎn)率74%，取代度29%)。
所述的殼聚糖季磷鹽衍生物2的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
<formula>formula see original document page 9</formula>其中R為氫或帶有羰基的季磷鹽，該帶有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下:200910308045.4
說明書第7/8頁
實(shí)施例3:殼聚糖季磷鹽衍生物3的制備
所使用小分子磷鹽(CAS: 54889-29-7): Rh苯基;X—=Br—; n=5。
1. 分別將脫乙酰度為35%、分子量為3*103的殼聚糖48 (折合0.008mo1 GlcN units)、 8.2g (3 equiv.)的十二烷基硫酸鈉溶于400mL3。/。的醋酸，充分溶解10h。將十二烷基硫酸 鈉溶液緩緩加入到殼聚糖溶液中攪拌反應(yīng)15h，離心3000rpmW0min，用4倍量的去離子水 清洗6次，凍干，得到5.2g的殼聚糖-十二烷基硫酸鈉(CS-SDS)復(fù)合物，產(chǎn)率86%，殼聚糖 上氨基完全復(fù)合。
2. 取上述CS-SDS復(fù)合物300mg，溶于10mL的NMP中，在氮?dú)夥諊录尤隣. 84g的(6 equiv.)小分子季磷鹽，再分別加入0.28g的(6 equiv.)HoBt、 0.30mL( 6 equiv.)的EDC ，攪拌反應(yīng)32h。反應(yīng)結(jié)束后，用5倍量的甲醇/乙醚(體積比l: l)混合溶劑沉淀，真空干 燥，得390mg的復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物，產(chǎn)率71%。
3. 將390mg復(fù)合物季磷鹽產(chǎn)物用10mL的DMS0溶解，裝入截留分子量為3000的透析袋， 在pb8. 3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)二22。/。的Tris緩沖液中透析80h，再放入去離子水中透析48h，旋蒸濃 縮，凍干得230mg的殼聚糖季磷鹽衍生物3，產(chǎn)率80%，取代度63%。
所述的殼聚糖季磷鹽衍生物3的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
其中R為氫或帶有羰基的季磷鹽，該帶有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下:將上述不同取代度的殼聚糖季磷鹽衍生物物理涂層或化學(xué)鍵合到組織工程用鈦棒、鋼 板和鋼釘表面，可以有效降低病人單純植入未處理鈦棒、鋼板或鋼釘發(fā)生細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn) ，避免了大量抗生素的使用，減輕了病人的痛苦。殼聚糖季磷鹽衍生物還可以作為線粒體 靶向藥物載體治療癌癥。
權(quán)利要求
1.一種殼聚糖季磷鹽衍生物，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為其中DD％為脫乙酰度；R為氫或帶有羰基的季磷鹽。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的殼聚糖季磷鹽衍生物，其特征是，所述的 脫乙酰度的取值范圍為55% 100% 。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的殼聚糖季磷鹽衍生物，其特征是，所述的 帶有羰基的季磷鹽的結(jié)構(gòu)如下〇R1 /R1pXR1其中Rl為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、叔丁基或苯基中的一種，X-為Cl-、 Br-或I-中的一種，n=l、 2、 3、…、11。
4 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的殼聚糖季磷鹽衍生物的制備方法 ，其特征在于，包括以下步驟第一步、將殼聚糖溶解于醋酸水溶液配置成殼聚糖醋酸液；第二步、將十二烷基硫酸鈉水溶液加入殼聚糖醋酸液進(jìn)行復(fù)合處理，制備獲得殼聚糖 -十二烷基硫酸鈉復(fù)合物；第三步，將殼聚糖-十二烷基硫酸鈉復(fù)合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，然后在氮?dú)夥諊?下依次加入小分子季磷鹽、l-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和l-羥基苯并三唑， 經(jīng)攪拌反應(yīng)后通過有機(jī)溶劑沉淀，生成殼聚糖-十二烷基硫酸鈉季磷鹽衍生物；第四步，將殼聚糖-十二烷基硫酸鈉季磷鹽衍生物用二甲基亞砜溶解后，經(jīng)透析濃縮處理，最后經(jīng)凍干制得殼聚糖季磷鹽衍生物。
5 根據(jù)權(quán)利要求4所述的殼聚糖季磷鹽衍生物的制備方法，其特征 是，所述的復(fù)合處理是指將殼聚糖醋酸液和十二烷基硫酸鈉水溶液混合攪拌反應(yīng)10 30h后離心處理，然后用去離子水清洗產(chǎn)物，并經(jīng)過真空干燥得到殼聚糖-十二烷基硫酸鈉 復(fù)合物。
6 根據(jù)權(quán)利要求4所述的殼聚糖季磷鹽衍生物的制備方法，其特征 是，所述的透析濃縮處理是指采用截留分子量為3000的透析袋，在透析緩沖液中透析 48 120h，再放入去離子水中透析48 96h，最后將透析所得產(chǎn)物進(jìn)行旋蒸濃縮。
7 根據(jù)權(quán)利要求4所述的殼聚糖季磷鹽衍生物的制備方法，其特征 是，所述的透析緩沖液是指三羥甲基氨基甲烷和鹽酸以l: 9 3: 7的體積比混合，該透析 緩沖液的pH值為7 9。
全文摘要
一種抗菌藥物技術(shù)領(lǐng)域的殼聚糖季磷鹽衍生物及其制備方法，包括將殼聚糖溶解于醋酸水溶液配置成殼聚糖醋酸液；將十二烷基硫酸鈉水溶液加入殼聚糖醋酸液進(jìn)行復(fù)合處理，制備獲得CS-SDS；將CS-SDS溶于NMP中，然后在氮?dú)夥諊乱来渭尤胄》肿蛹玖}、EDC和HoBt，經(jīng)攪拌反應(yīng)后通過有機(jī)溶劑沉淀，生成CS-SDS-P；將CS-SDS-P用二甲基亞砜溶解后，經(jīng)透析濃縮處理，最后經(jīng)凍干制得殼聚糖季磷鹽衍生物，本發(fā)明制備獲得的殼聚糖季磷鹽衍生物與殼聚糖季銨鹽相比具有更高的抑菌殺菌能力，同時(shí)改善了生物相容性，作為一種新抗菌材料能夠廣泛應(yīng)用于組織工程、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08B37/08GK101649007SQ20091030804
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者彭兆祥, 湯亭亭, 靈 汪, 郭圣榮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院