馬來酸酐直接接枝聚丙乙交酯制備高分子量mplga的技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)用可降解高分子材料的生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種具有可降解性、優(yōu)異生物相容性和親水性能較好的聚丙乙交酯(PLGA)的直接接枝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于創(chuàng)傷、腫瘤、先天性畸形、感染、病理等因素造成的骨組織缺損是臨床面臨的難題之一，盡管骨組織本身具有較強(qiáng)的再生能力，但其自我修復(fù)只能在缺損較小的情形下發(fā)生。組織工程學(xué)技術(shù)為骨缺損的修復(fù)提供了新的方法，它具有對供體損傷小、無抗原性、可制成三維立體、解剖結(jié)構(gòu)精確等優(yōu)點(diǎn)。人工合成的聚酯類高分子如聚乳酸(PLA)或聚丙乙交酯(PLGA)因其良好的生物相容性能和可控降解在組織工程支架方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]PLA和PLGA由于具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和易調(diào)控的降解速率，容易宏觀塑形，在組織再生期間能夠保持良好的宏觀形狀等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)應(yīng)用于臨床。但PLGA材料也存在明顯的缺點(diǎn):(1)細(xì)胞容易去分化而失去生物學(xué)功能。細(xì)胞在孔壁上貼壁長時(shí)間生長分裂后，由于受到生長空間的限制而發(fā)生接觸性抑制，無法繼續(xù)分裂，導(dǎo)致多孔支架上能夠附著的細(xì)胞數(shù)較天然狀態(tài)的組織要小，且分布不均勻。(2)由于缺乏豐富的活性基團(tuán)，不利于向其中共價(jià)引入生物信號分子，且親水性能差，對細(xì)胞吸附能力弱，容易引起纖維變性。(3)在體內(nèi)降解產(chǎn)物為酸性物質(zhì)，易引起非細(xì)菌性炎癥。
[0004]單一的PLA或PLGA高分子支架無法為細(xì)胞生長、增殖、分化和功能表達(dá)提供必需的微環(huán)境，因此對其進(jìn)行共聚或接枝改性是改善其性能的重要方法之一。浙江大學(xué)高長有教授課題組則采用表面可控胺解技術(shù)、接枝-涂層、偶聯(lián)或?qū)?層(LBL)自組裝技術(shù)將細(xì)胞相容性物質(zhì)如膠原、纖維蛋白、RGD肽和細(xì)胞生長因子等固定到聚乳酸類物質(zhì)表面，改善了高聚物的親水性能和細(xì)胞識別能力。Kim等將含有RGD序列的多肽接枝到PLGA纖維支架表面，賦予了支架材料對軟骨細(xì)胞的吸附與識別能力。馬來酸酐(ΜΑΗ)是一種可在生物體內(nèi)正常代謝的多官能團(tuán)物質(zhì)，其水解產(chǎn)物馬來酸和生物體三羧酸循環(huán)時(shí)的中間體延胡索酸的結(jié)構(gòu)相同，具有良好的生物相容性。利用馬來酸酐中的碳-碳雙鍵的自由基反應(yīng)可以將其接枝到聚酯類骨架中，其酸酐鍵可進(jìn)一步引入胺基等堿性基團(tuán)，能有效提高聚乳酸類的親水性和細(xì)胞生物相容性。羅彥鳳教授課題組采用馬來酸酐和乙二胺接枝聚乳酸，改善了聚乳酸的親水性能。Wang等采用接枝法將馬來酸酐、脂肪二胺和粘附性RGD肽引入PDLLA鏈制備了具有生物活性聚合物，有效降低了其降解過程酸性物質(zhì)的積累。目前采用馬來酸酐的改性主要是對聚乳酸的接枝改性，而對PLGA接枝鮮見報(bào)導(dǎo)。本課題組采用D，L-丙交酯、乙交酯和馬來酸酐通過熔融聚合獲得了馬來酸酐接枝聚丙乙交酯(MPLGA)，已成功申請專利(見ZL2013.10564511.1)，該方法操作簡單，獲得的共聚物中酸酐接枝率較高(2.0-10.0%)，但是由于共聚過程中共聚物的分子量受單體和馬來酸酐的純度影響很大，且參與反應(yīng)的物質(zhì)越多，其分子量的影響因素越復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性越差。且采用直接熔融共聚獲得的MPLGA分子量較小(<1.0 X 105Da)，無法滿足不同醫(yī)用材料的需求，限制了其在生物醫(yī)用材料臨床的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明采用D，L-丙交酯、乙交酯熔融共聚獲得高分子量的PLGA，再以馬來酸酐直接接枝到PLGA骨架中，接枝過程中PLGA分子量下降較少，獲得具有高分子量和較好親水性能的MPLGA。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有高分子量和較好親水性能的馬來酸酐直接接枝聚丙乙交酯的制備方法。
[0007]—種馬來酸酐直接接枝聚丙乙交酯聚合物的制備方法，具體步驟如下:
(1)按照原料重量份，將包括70~80份干燥后的D，L-丙交酯、20~30份乙交酯加入干燥處理后的安瓿瓶中，再加入0.01~0.03份經(jīng)脫水處理的辛酸亞錫(Sn(0ct)2);真空干燥12-24 h后，在常溫下采用擴(kuò)散栗抽高真空0.5~1.0 h，使安瓿瓶內(nèi)壓強(qiáng)低于5.0Pa，然后用酒精噴燈封管；
(2)將封管后的安瓿瓶放入恒溫箱中，在100°C左右熔化后搖勻，然后在120~170°C溫度下反應(yīng)，反應(yīng)12~60 h后取出；
(3)敲碎安瓿瓶，將粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷中，配制成1.0-5.0wt%溶液，然后滴入3~5倍體積的乙醇或甲醇中沉析，重復(fù)沉析3-5次，將提純后的產(chǎn)物真空干燥至恒重即得PLGA聚合物；
(4)將純化后的PLGA與一定量的馬來酸酐、過氧化二苯甲酰(ΒΡ0)混合，置于減壓、100°C的環(huán)境中反應(yīng)24h即得到馬來酸酐改性聚丙乙交酯(MPLGA)粗聚物；
(5)將接枝后的粗聚物置于Soxhelt抽提器內(nèi)，以三氯甲烷為溶劑抽提8h，每小時(shí)回流4~6次以除去均聚物，將抽提后的共聚物40°C下真空干燥至恒重。將共聚物加入到三氯甲烷中，配制成1.0-5.0wt%溶液，滴入3~5倍體積的乙醇或甲醇中沉析，重復(fù)沉析3~5次，然后將提純物40°C下真空干燥至恒重，得到純接枝共聚物MPLGA。
[0008]步驟(1)中，所述的D，L-丙交酯為采用減壓法，以D，L-乳酸為原料，140~160°C脫水環(huán)化后，220~260°C開環(huán)聚合得到粗D，L-丙交酯，經(jīng)提純得到D，L-丙交酯晶體；所述的乙交酯為采用減壓法，以乙醇酸為原料，150~170°C脫水環(huán)化后，250~260°C開環(huán)聚合得到粗乙交酯，經(jīng)提純得到片狀的乙交酯晶體。
[0009]步驟(3)中，三氯甲烷溶液(1.0-5.0wt%)的濃度直接與PLGA分子量大小有關(guān)，分子量越大，配制的三氯甲烷溶液濃度應(yīng)越小。
[0010]步驟(4)中，馬來酸酐的量為D，L-丙交酯、乙交酯單體總量的5.0-10.0 wt%，過氧化苯甲酰的加入量為馬來酸酐重量的1.0-5.0 wt%0
[0011]所述的減壓環(huán)境為壓力低于0.090MPa。
[0012]本發(fā)明中MPLGA的合成是在D，L-丙交酯和乙交酯兩種單體的熔融共聚成PLGA的基礎(chǔ)上，利用馬來酸酐在減壓條件下通過自由基聚合直接接枝到PLGA骨架中。
[0013]本發(fā)明產(chǎn)物為淡黃色固體，分子量可達(dá)1.0~2.0 X 105Da，滴定法測定馬來酸酐接枝率為0.5-1.5%，靜態(tài)水接觸角為85.28。。
[0014]從PLGA和MPLGA的紅外光譜的差譜圖(見附圖1)，可以發(fā)現(xiàn)1781.5 cm 1和1742.7cm1處出現(xiàn)了酸酐的特征雙峰。核磁圖譜(iNMR)中出現(xiàn)了馬來酸酐亞甲基的特征峰(δ =3.726 ppm)和季碳連接的甲基的特征峰(δ =1.754 ppm)(見附圖2)。紅外光譜和核磁圖譜均已證明馬來酸酐已成功接枝到PLGA骨架中。
[0015]靜態(tài)水接觸法測定MPLGA的接觸角為85.28°，略高于PLGA的80.56°，這是由于MPLA中有酸酐鍵的存在，酸酐鍵為疏水性基團(tuán)，如果酸酐鍵水解為親水性的-C00H則具有明顯的親水作用，但是采用靜態(tài)水接觸角的方法測定MPLGA的親疏水性，測定時(shí)間短(約為10~30秒)，酸酐鍵來不及發(fā)生水解，因此表現(xiàn)出明顯的疏水性能。另外本方法采用直接接枝PLGA制備的MPLGA的水接觸角(85.28。)比單體和馬來酸酐熔融共聚方法制備的MPLGA的水接觸角(89.08° )略低，這是由于直接接枝法制備的MPLGA接枝率較低的緣故。
[0016]本發(fā)明所得到的MPLGA具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)在單體恪融共聚制備尚分子量PLGA的基礎(chǔ)上再直接接枝馬來酸酐，接枝過程MPLGA產(chǎn)物分子量下降較小，成型后材料力學(xué)性能和降解性能可調(diào)控范圍更廣，可滿足不同醫(yī)用材料應(yīng)用的需求。
(2)PLGA接枝后親水性能得到改善，馬來酸酐的接枝使PLGA的骨架中有著酸酐鍵的存在，在其降解過程中酸酐鍵會水解生成兩個(gè)親水性的羧基，從而大大的改善材料的親水性能和細(xì)胞粘附性。同時(shí)可通過改變馬來酸酐的接枝率對MPLGA的親水性進(jìn)行調(diào)控。
[0017](3)酸酐鍵的引入還能為材料的后續(xù)的改進(jìn)提供良好的基礎(chǔ)和可能，如酸酐鍵能與脂肪二胺發(fā)生N-?；磻?yīng)，從而引入胺類物質(zhì)，可以進(jìn)一步提高材料的親水性能和細(xì)胞親和性等。
【附圖說明】
[0018]圖1為MPLGA與PLGA的紅外光譜的差譜圖；
圖2為MPLGA的iNMR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過具體實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，所述的原料份數(shù)除特別說明外，均為重量份數(shù)。
[0020]實(shí)施例1:
D, L-丙交酯自制:采用減壓法，以D，L-乳酸為原料，140~160°C脫水環(huán)化后，220~260°C開環(huán)聚合得到粗D，L-丙交酯，經(jīng)提純得D，L-丙交酯晶體；
乙交酯自制:采用減壓法，以乙醇酸為原料，150~170°C脫水環(huán)化后，250~260°C開環(huán)聚合得到粗乙交酯，經(jīng)提純得到片狀的乙交酯晶體。
[0021 ] 將75.0g干燥后的D，L-丙交酯、25.0g乙交酯加入干燥處理后的安瓿瓶中，再加入0.0lg經(jīng)脫水處理的辛酸亞錫(Sn(0ct)2);真空干燥24 h后，在安瓿瓶內(nèi)壓強(qiáng)低于5.0Pa的條件下用酒精噴燈封管。將封管后的安瓿瓶放入恒溫箱中，在120°C溫度下反應(yīng)48 h，敲碎安瓿瓶，取出得粗產(chǎn)物PLGA。
[0022]將粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷中，配制成1.0-5.0wt%溶液，滴入3~5倍體積的乙醇或甲醇中沉析3~5次，真空干燥。將純化后的PLGA與5.0g馬來酸酐(約為D，L-丙交酯和乙交酯單體總量的5.0-10.0 wt%)、0.2g過氧化二苯甲酰(約為馬來酸酐重量的1.0-5.0 wt%)混合，置于三頸燒瓶中，在壓強(qiáng)為0.081MPa、100°C的條件下反應(yīng)24h得MPLGA粗聚物。將接枝后的粗聚物置于Soxhelt抽提器內(nèi)，以三氯甲烷為溶劑抽提8 h，將抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成1.0-5.0wt%溶液，滴入3~5倍體積的乙醇或甲醇中沉析3-5次，然后將提純物真空干燥至恒重，得到淡黃色純接枝共聚物MPLGA。所得產(chǎn)SMn=1.66X105Da，Mw/Mn=l.21，接枝率為1.02%，靜態(tài)水接觸角為85.28。。
[0023]實(shí)施例2:
D, L-丙交酯自制:采用減壓法，以D，L-乳酸為原料，140~160°C脫水環(huán)化后，220~260°C開環(huán)聚合得到粗D，L-丙交酯，經(jīng)提純得D，L-丙交酯晶體；
乙交酯自制:采用減壓法，以乙醇酸為原料，150~170°C脫水環(huán)化后，250~260°C開環(huán)聚合得到粗乙交酯，經(jīng)提純得到片狀的乙交酯晶體。
[0024]將70.0g干燥后的D，L-丙交酯、30.0g乙交酯加入干燥處理后的安瓿瓶中，再加入0.02g經(jīng)脫水處理的辛酸亞錫(Sn(0ct)2);真空干燥24 h后，在安瓿瓶內(nèi)壓強(qiáng)低于5.0Pa的條件下用酒精噴燈封管。將封管后的安瓿瓶放入恒溫箱中，在130°C溫度下反應(yīng)48 h，敲碎安瓿瓶，取出得粗產(chǎn)物PLGA。
[0025]將粗產(chǎn)物溶于三氯甲烷中，配制成1.0-5.0wt%溶液，滴入3~5倍體積的乙醇或甲醇中沉析3~5次，真空干燥。將純化后的PLGA與6.0g馬來酸酐(約為D，L-丙交酯和乙交酯單體總量的5.0-10.0 wt%)、0.3g過氧化二苯甲酰(約為馬來酸酐重量的1.0-5.0 wt%)混合