一种壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种壳聚糖－聚乳酸接枝共聚物及其制备方法和应用，该方法是以超临界二氧化碳流体为反应介质，脂肪酶为催化剂，使壳聚糖或其衍生物与丙交酯单体发生接枝共聚反应。本发明专利技术操作简便，产物易于分离，在制备和纯化共聚物的过程中不使用有机溶剂，对环境无污染，所得共聚物具有优异的生物相容性和良好的力学性能，可作为组织工程支架材料、自组装胶束药物载体与血液相容性材料等人体植入生物材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物降解类医用材料，具体涉及一种壳聚糖-聚乳酸接枝共聚 物及其制备方法和应用。
技术介绍
聚乳酸具有良好的力学和成型加工性能、生物相容性以及生物可降解性， 在生物医学领域得到了广泛的应用。然而，聚乳酸材料疏水，细胞亲和性较差， 降解产物偏酸性，易引发无菌性炎症反应且不利于细胞的生长。壳聚糖是甲壳素的部分脱乙酰基产物，是一种来源极其丰富的天然多糖， 具有无毒、无刺激性、良好的生物相容性和生物降解性，其分子中带有游离氨 基，呈弱碱性，能有效调节人体的pH值；它本身还具有一定的生理活性，既 可提高巨噬细胞的活性和吞噬能力，又能抑制不良细胞的生长；另外，壳聚糖 还具有优异的组织相容性和细胞亲和性，能够促进某些特定组织细胞的增殖、 分化，加速组织的形成。然而，壳聚糖由于分子间和分子内存在较强的氢键作 用，使其熔融温度高于分解温度，且只能溶于少数几种稀酸溶液中，因此，壳 聚糖的加工性能差，此外，壳聚糖的降解速度较慢且难以调节，从而限制了它 的开发与应用。通过适当途径将聚乳酸与壳聚糖置于同 一分子链中，可有效集成两者的优 点，取长补短，制备综合性能优异的复合材料。壳聚糖结构中的CV伯、CV仲 羟基及C2-氨基具有较高的反应活性，以它们为反应位点通过接枝共聚合反应 在壳聚糖中引入聚乳酸侧链是使两种材料复合最为有效的途径，这既很好地保 持了壳聚糖优异的生物活性，又由于聚乳酸的引入，必将使壳聚糖的结晶性能 下降，改善其加工性能，并调节其降解速度；另外，壳聚糖的弱碱性可中和聚 乳酸降解产物的弱酸性，减轻聚乳酸的炎症反应。目前，文献报道的有关壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备，就相态而言可 分为均相聚合和非均相聚合，就聚合方法可分为直接縮聚、溶液聚合、本体 封管热聚合、分散聚合及微波辅助聚合等。均相聚合(l)直接縮聚将壳聚糖溶于乳酸水溶液，利用壳聚糖的羟基 或氨基与乳酸单元反应，制备壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(中国专利申请公开说明书CN101284883A ，公开日2008年10月15日)。该合成方法简单，但 共聚物的接枝率往往不高，且需要使用毒性较大的有机试剂。(2)溶液聚合 先通过壳聚糖的邻苯二甲酰化，既保护氨基又可以使壳聚糖溶于二甲基甲酰胺(DMF)，然后在DMF中利用-NCO封端的聚乳酸与壳聚糖反应，进一步脱去 保护基团，最后得到壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物。(Preparation, characterization and aggregation behavior of amphiphilic chitosan derivative having poly(L-lacticacid) side chains, G. Li， Y. L Zhuang， Q. Mu, M. Z. Wang, Y. Fang. CarbohydratePolymers,2008, 72:60-66)。由于为均相反应体系，接枝共聚合反 应较容易进行，但该方法工艺路线较复杂，且需要引入毒性较大的-NCO基团。非均相聚合(1)本体封管热聚合..Fujioka等采用本体封管聚合方法， 以甲壳素或壳聚糖的羟基或氨基为反应位点，弓I发丙交酯开环聚合制备接枝共 聚物。(M. Fujioka, H. Okada, Y Kusaka, S. Nishiyama, H. Noguchi， S. Ishii, Y. Yoshida, Enzymatic synthesis of chitin- and chitosan-graft-aliphatic polyesters, Macromol Rapid Commun. 2004,25:1776-1780.)。甲壳素或壳聚糖在丙交酯的熔 融体中分散不均匀，共聚物的接枝率低，且聚合温度较高，产物易变色。(2) 分散聚合以三乙基铝为催化剂，甲苯为分散液，利用甲壳素或壳聚糖分子中 的羟基或氨基引发丙交酯开环聚合，制备甲壳素或壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(中国专利申请公开说明书CN1371921A ，公开日2002年10月2日)。由于 甲壳素或壳聚糖悬浮于甲苯中，不能与丙交酯形成均相反应体系，共聚物的接 枝率较低，不能溶解在聚乳酸的常用溶剂中。(3)偶合大分子法利用端醛基 化聚乳酸低聚物与壳聚糖偶合制备壳聚糖-聚乳酸共聚物，采用该方法可引入 分子量确定的聚乳酸，但工艺路线较复杂(中国专利申请公开说明书 CN1418904A ，公开日2003年5月21日)。(4)微波辅助聚合在微波辅助 下，以辛酸亚锡为催化剂，利用壳聚糖或羟乙基壳聚糖的氨基或羟基引发丙交 酯开环聚合制备壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(何柱国.微波辅助下羟乙基壳聚糖 /聚乳酸接枝共聚物的合成与生物相容性评价，暨南大学硕士学位论文，2009)。 微波辅助以及壳聚糖的羟乙基化均有利于共聚合反应活性的提高，共聚物的接 枝率增大，共聚物可溶于二甲基亚砜等有机溶剂中。采用上述方法制备壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物，尚存在以下不足在共聚 物的制备和纯化过程中使用有机溶剂和含重金属催化剂，它们的残余必将导致 聚合物具有生物毒性，另外，共聚物的接枝率不高，且产物纯化过程繁琐等。 超临界二氧化碳是指介于气态和液态二氧化碳之间的一种状态，其临界条件(rc-31.18"C,尸c-7.38MPa)容易达到，具有溶解能力强、粘度低、扩散性 高等一系列特性，有利于以它为介质的聚合反应速率和聚合物分子量的提高； 另外，超临界二氧化碳还具有无毒、无残留、化学惰性、对生物活性物质性能 保持良好、作为聚合的反应介质无需进行回收和后处理等优点，尤其是以超临 界二氧化碳为反应介质制备生物材料，更显示出其独特的优越性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不使用有机溶剂、反应 条件温和、技术路线简单的壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述方法所得到的壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物。 本专利技术的再一 目的是提供上述壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物作为人体植入材 料的应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的 一种壳聚糖-聚乳酸接枝共聚 物的制备方法，是以超临界二氧化碳流体为反应介质，脂肪酶为催化剂，使壳 聚糖或其衍生物与丙交酯单体发生接枝共聚反应。所述的接枝反应可借鉴公知的接枝反应条件，但更优选以下条件所述壳 聚糖或壳聚糖衍生物的单元糖环数与丙交酯单体的摩尔比为1: 0.1 40，催化 剂用量为丙交酯单体用量的0.5 10wt%;所述反应的条件为压力为 15 50MPa，温度为60 10(TC，反应时间为12 72h。更为优选地，在反应结束后，还包括一个利用超临界二氧化碳流体对产物 萃取的过程，萃取过程则优选以下条件压力为15 50MPa，温度为60 100°C， 萃取时间2 6h。例如，如果反应在一个反应釜中进行，以下方法将是最为优选地将原料和催化剂加入反应釜，密封，原料按壳聚糖或壳聚糖衍生物的单元糖环数与丙交酯单体的摩尔比为1: (U 40投料，催化剂用量为丙交酯用量的0.5 10wt%;通二氧化碳将反应釜内的空气除尽，然后关闭进出气阀门，升温；控制所述反 应釜内压力为15 50MPa，反应温度为60 10(TC，反应时间为12 72h;然后，通过超临界二氧化碳流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖－聚乳酸接枝共聚物的制备方法，其特征在于：以超临界二氧化碳流体为反应介质，脂肪酶为催化剂，使壳聚糖或其衍生物与丙交酯单体发生接枝共聚反应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丙红，程松，周长忍，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]