专利名称：用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法
技术领域：
本发明涉及用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，具体说是用二元胺改性聚酯类生物材料以制备具有生物相容性的表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法。
背景技术：
聚合物生物材料因具有优良的物理和化学性能，在组织工程中的应用越来越广泛。但由于这类材料特殊的应用环境——需要直接与人体的体液、器官、组织等接触，因此制备一种表面具有良好生物相容性尤其是细胞相容性的聚合物生物材料成为组织工程发展中非常关键的问题之一。
聚酯类聚合物材料不仅具有良好的物理机械性能、无毒性、易加工成型性，而且还具有组织工程材料所特有的可生物降解性，因此越来越受到人们的关注。但未经过改性的聚酯类聚合物由于其本身的疏水性和表面惰性，导致不能提供一个友好的界面以有效促进组织和器官的生长；降解后形成的局部酸性也会导致周围器官和组织产生严重炎症反应。因此，其在组织工程中的应用受到很大限制。目前虽然存在多种改善其表面性能的修饰方法，但均存在操作工艺复杂，修饰表面稳定性差，尤其不适应于多孔的体型材料及具有其它复杂结构的支架材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作工艺简单，用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法。
本发明的方法包括以下步骤1)在有机溶剂中溶解二元胺制备浓度为0.001～1g/ml的二元胺溶液；2)将聚酯类聚合物材料浸入二元胺溶液中，在0～100℃温度下，反应0.1～10小时；3)将聚酯类聚合物材料取出二元胺溶液，用去离子水或无水乙醇浸泡清洗，真空干燥至恒重；4)用指示剂茚三酮定性或定量测试聚酯类聚合物材料表面的胺基浓度。
本发明中，二元胺可以用脂肪族二元胺，乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、二正辛胺、二正壬胺、二正癸胺中的一种或其混合物。
本发明中，用于溶解二元胺的有机溶剂包括，但不限于，乙醇、乙醇胺、正丙醇、异丙醇、乙二醇二甲醚和二甲基亚砜中的一种或其混合物。
所述的聚酯类聚合物材料，通常是聚酯类聚合物膜和多孔支架。聚酯类聚合物优选聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(D-乳酸)(PDLA)、无定型聚(D，L-乳酸)(PDLLA)、聚己内酯、聚乙醇酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(D，L-乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚酯型聚氨酯中的一种。
所使用的聚酯类聚合物材料的分子量可以不必考虑，但优选使用分子量范围在10,00～1,000,000的聚酯类聚合物。
多孔支架是指通过致孔剂法、相分离法、编织法、乳液冻结干燥法、径迹刻蚀法、快速成型法或无纺法等方法制备的内部孔洞相互连通的支架。
本发明中，用指示剂茚三酮显蓝紫色可定性证明自由胺基的存在。用已知浓度的胺及茚三酮显色物质的吸光度作标准曲线可定量测试材料表面的胺基浓度。通过调节反应时间，反应温度和反应液浓度，可以控制材料表面胺解反应的程度或材料表面自由胺基的密度。
本发明方法操作工艺简单，可控性和重复性好，反应条件温和、速度快。用二元胺改性聚酯类生物材料，二元胺中的一个胺基(-NH2)与聚酯类聚合物材料上的酯基发生胺解反应生成酰胺键，同时保留另一胺基(-NH2)的活性，这些自由胺基不仅能提高聚酯类材料的亲水性，促进与细胞的相互作用，从而为细胞的生长提供一个友好的界面；胺的存在也能中和此类聚合物在降解过程中产生的局部酸性。而且，自由胺基也提供了使聚合物进一步与其它生物大分子反应的活性位点，如用戊二醛作交联剂可在表面带自由胺基的聚合物材料表面上共价键合明胶、壳聚糖、胶原等蛋白质或其它生物大分子，使材料表面的细胞相容性得到进一步提高。本发明方法适用于对多种复杂体型的材料表面和多孔支架材料的表面修饰。在多种具有复杂体型结构的生物医用装置和多孔组织工程支架材料的表面修饰中具有良好的应用前景。
图1是聚己内酯膜材料表面胺基密度随反应时间的变化曲线，表面的胺基密度最高可达2×10-7mol/cm2；图2是聚己内酯膜材料表面胺基经罗丹明B异硫氰酸酯标记后荧光相对强度随己二胺浓度的变化曲线，它反映聚己内酯平面膜表面胺基随己二胺浓度的变化情况；图3是聚己内酯膜材料胺解反应前后原子力显微镜照片，其中图3a是聚己内酯空白对照，图3b是与己二胺反应后的聚己内酯膜材料；图4是聚己内酯膜材料与己二胺反应不同时间后，人脐带内皮细胞在其上分别生长12小时和4天后的粘附率(■)和增殖率(□)，其中a为组织培养聚苯乙烯(TCPS)，b为空白对照聚己内酯膜材料，c为聚己内酯膜材料与己二胺反应3分钟，d为聚己内酯膜材料与己二胺反应10分钟，e为聚己内酯膜材料与己二胺反应30分钟，f为聚己内酯膜材料与己二胺反应2小时；图5是聚己内酯膜材料胺解反应及用戊二醛固定明胶后，人脐带内皮细胞生长4天后形貌的电镜照片；图6是聚己内酯膜材料胺解反应及用戊二醛固定胶原后，人脐带内皮细胞生长4天后形貌的电镜照片；图7是聚(L-乳酸)膜材料胺解反应后，人脐带内皮细胞生长生长4天后形貌的电镜照片。其中图7a放大倍数为1000倍，图7b放大倍数为200倍。
具体实施例方式
以下实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实例1将聚己内酯溶解于1，4-二氧六环中(聚己内酯重量百分比含量为10％)，并浇铸于成膜模具中流延成膜。在异丙醇中溶解1，6-己二胺制得浓度为0.1g/ml的1，6-己二胺/异丙醇溶液，将聚己内脂膜浸入上述溶液中，在37℃下反应45分钟，用去离子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米长和1厘米宽的表面改性聚己内酯膜，在浓度为1.0mol/L的茚三酮/无水乙醇溶液中浸泡1分钟取出，在80℃下加热，膜表面呈现出明显的蓝紫色，表明在该膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。用已知浓度的胺及茚三酮显色物质的吸光度作标准曲线，可定量计算材料表面的胺基密度随己二胺反应时间的变化曲线，最高可达2×10-7mol/cm2(假设膜表面足够光滑和平整)，结果见图1。聚己内酯平面膜表面胺基经罗丹明B异硫氰酸酯标记后，测量荧光强度，可得到荧光相对强度随己二胺浓度的变化曲线，它反映聚己内酯平面膜表面胺基随己二胺浓度的变化情况，结果见图2。用原子力显微镜观察反应前后聚己内酯平面膜表面形貌发生了变化(图3a和图3b)。通过对胎儿脐带内皮细胞的培养，发现聚己内酯平面膜经胺解反应后，细胞粘附率和增殖率都比未改性聚己内酯有所提高，结果见图4。用戊二醛作交联剂，在此胺解后的材料表面固定明胶和胶原等生物大分子后，材料表面对胎儿脐带内皮细胞的相容性明显提高，结果见图5，6。
实例2将聚乳酸溶解于1，4-二氧六环中(聚乳酸重量百分比含量为3％)，并浇铸于成膜模具中流延成膜。在正丙醇中溶解1，6-己二胺制得浓度为0.06g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液，将聚乳酸膜浸入上述溶液中，在50℃下反应8分钟，用去离子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米长和1厘米宽的表面改性聚乳酸膜，在浓度为1.0mol/L的茚三酮/无水乙醇溶液中浸泡1分钟取出，在80℃下加热，膜表面呈现出明显的蓝紫色，表明在该膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。用已知浓度的胺及茚三酮显色物质的吸光度作标准曲线，可定量计算材料表面的胺基浓度为1.6×10-7mol/cm2(假设膜表面足够光滑和平整)。经过如此改性后的聚乳酸膜对胎儿脐带内皮细胞的相容性明显提高。结果见图7a，7b。
实例3将聚酯型聚氨酯溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，使聚合物溶液浓度达到0.13g/mL，将此溶液浇铸于成膜模具中流延成膜。将聚酯型聚氨酯膜浸入浓度为0.06g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，浸入浓度为0.06g/mL的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，37℃下反应8分钟，用去离子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米长和1厘米宽的表面改性聚酯型聚氨酯膜，在浓度为1.0mol/L的茚三酮/无水乙醇溶液中浸泡1分钟取出，在80℃下加热，膜表面呈现出明显的蓝紫色，表明在该膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。
实例4将聚乳酸溶解于1，4-二氧六环中(聚乳酸重量百分比含量为3％)，采用热致相分离法制备平均孔径约为80微米的聚乳酸多孔支架。将聚乳酸多孔支架浸入浓度为0.02g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，50℃下反应5分钟，用无水乙醇终止反应，并用去离子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
将改性聚乳酸多孔支架在浓度为1.0mol/L的茚三酮/无水乙醇溶液中浸泡5分钟取出，在80℃下加热，聚乳酸多孔支架表面及里面均呈现出明显的蓝紫色，表明在改性聚乳酸多孔支架上存在自由的胺基(-NH2)。
权利要求
1.用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是包括以下步骤1)在有机溶剂中溶解二元胺制备浓度为0.001～1g/ml的二元胺溶液；2)将聚酯类聚合物材料浸入二元胺溶液中，在0～100℃温度下，反应0.1～10小时；3)将聚酯类聚合物材料取出二元胺溶液，用去离子水或无水乙醇浸泡清洗，真空干燥至恒重；4)用指示剂茚三酮定性或定量测试聚酯类聚合物材料表面的胺基浓度。
2.按权利要求1所述的用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是所说的二元胺是脂肪族二元胺，乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、二正辛胺、二正壬胺、二正癸胺中的一种或其混合物。
3.按权利要求1所述的用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是用于溶解二元胺的有机溶剂是乙醇、乙醇胺、正丙醇、异丙醇、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜中的一种或其混合物。
4.按权利要求1所述的用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是所说的聚酯类聚合物材料为聚酯类聚合物膜和多孔支架。
5.按权利要求1或4所述的用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是所说的聚酯类聚合物为聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(D-乳酸)(PDLA)、无定型聚(D，L-乳酸)(PDLLA)、聚己内酯、聚乙醇酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(D，L-乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚酯型聚氨酯中的一种。
6.按权利要求4所述的用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法，其特征是所说的多孔支架是指通过致孔剂法、相分离法、编织法、乳液冻结干燥法、径迹刻蚀法、快速成型法或无纺法等方法制备的内部孔洞相互连通的支架。
全文摘要
本发明公开了一种用胺解制备表面带自由胺基的聚酯类生物材料的方法。它包括以下步骤:1)在有机溶剂中溶解二元胺制备浓度为0.001～1g/ml的二元胺溶液;2)将聚酯类聚合物材料浸入二元胺溶液中,在0～100℃温度下,反应0.1～10小时;3)将聚酯类聚合物材料取出二元胺溶液,用去离子水或无水乙醇浸泡清洗,真空干燥至恒重;4)用指示剂茚三酮定性或定量测试聚酯类聚合物材料表面的胺基浓度。本发明方法操作工艺简单,可控性和重复性好,反应条件温和、速度快。本发明方法适用于对多种复杂体型的材料表面和多孔支架材料的表面修饰。在多种具有复杂体型结构的生物医用装置和多孔组织工程支架材料的表面修饰中具有良好的应用前景。
文档编号C08J7/00GK1389499SQ02112169
公开日2003年1月8日 申请日期2002年6月19日 优先权日2002年6月19日
发明者高长有, 竺亚斌, 刘兴宇, 沈家骢 申请人:浙江大学