專利名稱：羧甲基殼聚糖季銨鹽/pamam核殼納米粒及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒及制備方法，更具體的是指羧甲基化的殼聚糖季銨鹽接枝端氨基的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子 (PAMAM)的核殼納米粒及制備方法，屬于功能高分子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
殼聚糖是唯一的天然堿性多糖。它僅溶于pH < 6. 5的稀酸溶液，但在水和堿性溶液中難以溶解。將不同的基團(tuán)引入殼聚糖的分子鏈，一方面可以改善殼聚糖的水溶性，更重要的是不同基團(tuán)的引入將賦予殼聚糖更多的功能。因此，對(duì)殼聚糖進(jìn)行化學(xué)改性是殼聚糖研究領(lǐng)域中最活躍的課題。殼聚糖季銨鹽是一種水溶性的殼聚糖衍生物。具有吸濕、保濕性等優(yōu)良性能。由于其分子鏈的正電性，對(duì)于陰離子型或非離子型工業(yè)廢水有很好的絮凝作用；同時(shí)具有良好的抗菌性，對(duì)于金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果明顯優(yōu)于殼聚糖。但是，作為組織工程材料應(yīng)用于人體時(shí)，高的正電性將降低材料的生物相容性。將殼聚糖季銨鹽的6-位羥基羧甲基化，在維持較高的季銨化取代度以保證良好水溶性和抗菌性的基礎(chǔ)上，羧基的解離可以調(diào)節(jié)分子鏈的正電荷密度，另一方面為進(jìn)一步引入其它基團(tuán)提供了一個(gè)空間位阻較小的反應(yīng)位點(diǎn)。由于尺寸小、比表面積大等特性，殼聚糖納米粒具有比殼聚糖更為優(yōu)良的性能。常見(jiàn)的制備殼聚糖納米粒的方法有共價(jià)交聯(lián)法、離子交聯(lián)法和自組裝法。共價(jià)交聯(lián)法中通常使用戊二醛作為交聯(lián)劑。但是研究表明戊二醛對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響。離子交聯(lián)法通常使用三聚磷酸鹽(TPP)、檸檬酸鹽和硫酸鹽作為離子交聯(lián)劑，制備條件溫和，且交聯(lián)劑無(wú)毒，是目前最為常見(jiàn)的制備方法。自組裝法則是利用化學(xué)改性后的兩親性殼聚糖在溶液中的自聚集組裝特性來(lái)制備殼聚糖納米粒子。通過(guò)調(diào)節(jié)兩親性殼聚糖分子鏈的親疏水性來(lái)調(diào)控所得納米粒子的粒徑大小。樹(shù)枝狀大分子具有高度枝化、結(jié)構(gòu)規(guī)整可控、端基易于改性等特點(diǎn)。將樹(shù)枝狀大分子引入殼聚糖分子鏈，在疏水作用、氫鍵作用和靜電作用等的共同作用下，所得樹(shù)枝化殼聚糖衍生物在溶液中自聚集成核殼型納米粒子。目前，采用自組裝法制備樹(shù)枝化的殼聚糖等天然聚多糖核殼型納米粒子還少有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒及制備方法。所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒， 具有良好的水溶性和功能性，在抗菌、基因轉(zhuǎn)載和藥物控釋等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景；其制備過(guò)程條件溫和、產(chǎn)物易于提純。本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒，其特征在于，它是由重均分子量為8X IO4 8X 105、脫乙酰度為60 100%、季銨化取代度X為65 95%和羧甲基化取代度y為70 90%的式I所示的羧甲基殼聚糖季銨鹽，通過(guò)其上的羧甲基鍵接端氨基的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子構(gòu)成的殼聚糖衍生物，該殼聚糖衍生物在水溶液中自聚集成以聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子為核，以羧甲基殼聚糖季銨鹽為殼的核殼型納米粒。所述的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子為以乙二胺為核的I代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子，或?yàn)橐园睘楹说腎代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子。所述以乙二胺為核的I代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式2所示，以乙二胺為核的2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式3所示，以氨為核的I代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式4所示，以氨為核的2 代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式5所示。
權(quán)利要求
1. 一種羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒，其特征在于，它是由重均分子量為8X IO4 8X 105、脫乙酰度為60 100%、季銨化取代度x為65 95% 和羧甲基化取代度y為70 90 %的式I所示的羧甲基殼聚糖季銨鹽，通過(guò)其上的羧甲基鍵接端氨基的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子構(gòu)成的殼聚糖衍生物，該殼聚糖衍生物在水溶液中自聚集成以聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子為核，以羧甲基殼聚糖季銨鹽為殼的核殼型納米粒。
2.按權(quán)利要求I所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒， 其特征在于，聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子是以乙二胺為核的I代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子，或?yàn)橐园睘楹说腎代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子，所述的以乙二胺為核的I代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式2所示，以乙二胺為核的2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式3所示，以氨為核的I代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式4所示，以氨為核的2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)為式5所示。
3.一種制備權(quán)利要求I所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒方法，其特征在于包括以下過(guò)程1)羧甲基殼聚糖季銨鹽的合成(1)Ν-(2-羥丙基)三甲基氯化銨殼聚糖的合成攪拌條件下，將殼聚糖懸浮于異丙醇中，配制成濃度為20mg/ml lg/ml的殼聚糖的異丙醇溶液，按NaOH溶液與異丙醇的體積比為I : (I 2)，緩慢加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 60% 的NaOH溶液中，在溫度為50 70°C下堿化2 6h，繼續(xù)攪拌下，按殼聚糖與3-氯-2-輕丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量比為I : (25 45)，以I 3ml/min滴加質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為69% 的3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨水溶液，然后將溫度升高至80 120°C，攪拌反應(yīng)3 10h，反應(yīng)結(jié)束后，將過(guò)濾得到的產(chǎn)物于去離子水中透析48 72h，冷凍干燥，得到N-(2-輕丙基)三甲基氯化銨殼聚糖；(2)羧甲基殼聚糖季銨鹽的合成按每毫升NaOH溶液含殼聚糖季銨鹽O. I O. 2g，將步驟(I)獲得的N-(2-羥丙基) 三甲基氯化銨殼聚糖懸浮于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 60%的NaOH溶液中，于_20°C堿化過(guò)夜，按每 15 30ml異丙醇含殼聚糖季銨鹽lg，及按殼聚糖季銨鹽與氯乙酸的摩爾比為I : (3 5)，將堿化后的殼聚糖季銨鹽移入異丙醇中，室溫繼續(xù)攪拌下，以O(shè). 5 lml/min滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 2 O. 5g/ml的氯乙酸水溶液,滴加完成后,在溫度為40 80°C下攪拌反應(yīng)8 24h，經(jīng)過(guò)濾，將所得產(chǎn)物用乙醇多次洗滌，于去離子水中透析48 72h，冷凍干燥，得到羧甲基殼聚糖季銨鹽；2)聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成(I)不同代數(shù)以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成a.O. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌下，按乙二胺與丙烯酸甲酯的摩爾比為I : (6 10)，以O(shè). 5 lml/min將丙烯酸甲酯滴入乙二胺中，滴加完畢，按每毫升甲醇含乙二胺O. 03 O. 05g/ml，仍在O 5°C冰水浴，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌下，以O(shè). 5 lml/min滴入無(wú)水甲醇，之后在25 35°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)16 24h，反應(yīng)結(jié)束后，于50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的丙烯酸甲酯與甲醇，得到O. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子；b.I代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按O. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與乙二胺的摩爾比為I : (32 40)，將乙二胺以O(shè). 5 lml/min滴入濃度為O. 05 O. lg/ml O. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液中，之后在25 35°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)24 48h，反應(yīng)結(jié)束后，于72°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的乙二胺與甲醇，得到式2所示的I代以乙二胺為核的聚酰胺_胺樹(shù)枝狀大分子；c.I. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按I代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與丙烯酸甲酯的摩爾比為I : (12 16)，將濃度為O. 5 lg/ml丙烯酸甲酯的甲醇溶液以O(shè). 5 lml/min滴入所述濃度為O. 05 O. 15g/ml I代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液中，之后在25 35°C下，以500 1000 轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)16 24h，反應(yīng)結(jié)束后，于50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的丙烯酸甲酯與甲醇，得到I. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子；d.2代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按I. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與乙二胺的摩爾比為I : (100 120)，將乙二胺以O(shè). 5 lml/min緩慢滴入濃度為O. 05 O. 075g/ml I. 5代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液中，之后在25 35°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)24 48h，反應(yīng)結(jié)束后，于72°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的乙二胺與甲醇，得到式3所示的2代以乙二胺為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子；(2)不同代數(shù)以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成a.O. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘攪拌下，按氨與丙烯酸甲酯的摩爾比為I : (3 5)，將丙烯酸甲酯以O(shè). 5 lml/min滴入到濃度為O. 04 O. 06g/ml氨的甲醇溶液中，之后在25 35°C下避光攪拌反應(yīng)I 2d，反應(yīng)結(jié)束后，于50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的丙烯酸甲酯與甲醇，得到O. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子；b.I代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按O. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與乙二胺的質(zhì)量比為I : (40 60)，將濃度為O. 05 O. Ig/ ml的O. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液以O(shè). 5 lml/min滴入乙二胺中，之后，在O 5°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)3 5d，反應(yīng)結(jié)束后，于72°C 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的乙二胺與甲醇，得到式4所示的I代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子;c.I. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按I代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與丙烯酸甲酯的摩爾比為I : (6 8)，將丙烯酸甲酯以O(shè). 5 lml/min滴入到濃度為O. I O. 2g/ml I代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液中，之后，在25 35°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)I 2d，反應(yīng)結(jié)束后，于 50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的丙烯酸甲酯與甲醇，得到I. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子;d.2代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的合成在O 5°C冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌下，按I. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子與乙二胺的質(zhì)量比為I : (55 65)，將濃度為O. 05 O. Ig/ ml的I. 5代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液以O(shè). 5 lml/min滴入乙二胺中，之后，在O 5°C下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘避光攪拌反應(yīng)3 5d，反應(yīng)結(jié)束后，于72°C 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的乙二胺與甲醇，得到式5所示的2代以氨為核的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子;3)羧甲基殼聚糖季銨鹽/聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子核殼納米粒的制備將步驟I)制備的羧甲基殼聚糖季銨鹽配制成濃度為10 100mg/ml的水溶液,記為 A溶液，按照羧甲基殼聚糖季銨鹽分子鏈上的羧基與N-羥基琥珀酰亞胺及與1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺的摩爾比為I : (O. 5 10) (O. 5 20)，往A溶液中加入 N-輕基琥拍酰亞胺，攪拌10 30min,然后以O(shè). 5 lml/min滴入濃度為20 100mg/ml 的1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺的水溶液，之后在O 5°C冰水浴下，以500 1000轉(zhuǎn)/分鐘繼續(xù)攪拌反應(yīng)I 2h，按羧甲基殼聚糖季銨鹽分子鏈上的羧基與聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的摩爾比為I : (2 6),在室溫?cái)嚢钘l件下以O(shè). 5 lml/min滴入濃度為O.05 O. 5g/ml以乙二胺為核的I代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液或以氨為核的I代或2代聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的甲醇溶液，得到混合溶液，然后按照混合溶劑中水和甲醇的體積比為I : (I 5)，向所得混合溶液中加入甲醇，室溫以500 1000轉(zhuǎn) /分鐘攪拌反應(yīng)3 6d，反應(yīng)結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去剩余溶劑，將反應(yīng)產(chǎn)物于去離子水中透析4g 72h，冷凍干燥，得到羧甲基殼聚糖季銨鹽接枝以乙二胺為核的I代或2代的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的核殼納米粒，或得到羧甲基殼聚糖季銨鹽接枝以氨為核的I代或2 代的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的核殼納米粒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種羧甲基殼聚糖季銨鹽/PAMAM核殼納米粒及制備方法。所述的納米粒為端氨基的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子接枝羧甲基殼聚糖季銨鹽構(gòu)成的殼聚糖衍生物，該殼聚糖衍生物在水溶液中自聚集成核殼納米粒。其制備方法包括以CTA對(duì)殼聚糖2位氨基進(jìn)行季銨化修飾；再以氯乙酸對(duì)殼聚糖季銨鹽6位羥基進(jìn)行羧甲基修飾，合成羧甲基殼聚糖季銨鹽；然后利用NHS/EDC活化羧甲基殼聚糖季銨鹽的羧基，以其鍵接端氨基的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子合成樹(shù)枝化的殼聚糖衍生物。本發(fā)明的制備過(guò)程條件簡(jiǎn)單溫和、產(chǎn)物易于提純；所制備的樹(shù)枝化殼聚糖衍生物核殼納米粒具有良好的水溶性和功能性，在抗菌、基因轉(zhuǎn)載和藥物控釋領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08B37/08GK102604115SQ20121004013
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者姚芳蓮, 盛莉, 聞燕 申請(qǐng)人:天津大學(xué)