专利名称：一种磷脂基团修饰的多糖或其衍生物的合成方法
技术领域：
本发明属生物材料技术领域，具体涉及一种磷脂基团修饰的天然多糖或其衍生物材料的合成方法。
背景技术：
在过去的几十年中，人们一直在试图去开发一种能彻底解决材料在生物医学方面问题的新型材料，其中包括多种合成的或是天然的生物材料，但至今为止还有许多问题亟待解决。
众所周知，天然生物膜的生物相容性应该是最理想的，因此，多年以来，合成与生物膜中磷脂结构相类似的高分子材料是开发生物材料的一个重要方向。
Umeda和Nakaya等则首先合成了一种带有磷酰胆碱的甲基丙烯酸类单体2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·内盐(MPC)，Nakabayashi及其合作者们则对这一单体及其共聚物进行了较为深入的研究，他们发现MPC与丙烯酸酯类的共聚物即使是与没有抗凝的全血接触中，也能很好的减少蛋白的吸附与变性，更能防止细胞的被激活。
另外，磷脂聚合物大多是两性离子的磷脂酰胆碱型聚合物，在它们的分子中含有N+、O-，当环境的pH值变化时，分子形态随分子电荷的变化而发生变化，对环境湿度具有高度敏感性。
Nakabayashi和他的合作者们在2003年也对含有磷酰胆碱的可降解聚合物进行了初步的研究，他们通过一种带有磷酰胆碱基团的1-α-甘油磷酰胆碱(LGPC)和辛酸亚锡来催化引发丙交酯开环，得到了带有磷酰胆碱引发端的聚乳酸分子。
在最新的报道中，Hilborn等将磷酰胆碱基团接到了自制的聚己内酯的一侧端基上，并对该材料中磷酰胆碱基团的自组织性及一些特殊的表面性质，进行了初步的研究。
但是，在对于天然生物材料的磷脂化修饰方面，至今鲜有报道。
壳聚糖(Chitosan，(1，4)-2-胺基-2-脱氧-β-D-葡聚糖)是由甲壳素(Chitin)经过脱乙酰化反应而得到的一种生物高分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，也是少数具有荷电性的天然产物之一。由于壳聚糖具有生物活性、生物相容性等优点，其可生物降解、无毒性、良好的生物相容性等，具有生物医用材料应有的特性。目前壳聚糖及其衍生物已经被应用于生物医学领域，在壳聚糖分子中，含有大量活性基团如氨基与羟基等，具有化学改性的潜力。
沈健等通过非均相条件下的Micheal加成反应，使MPC(2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲胺乙基磷酸酯·内盐)键合在壳聚糖表面，得到了一个良好的血液相容性表面。
另外，Nakabayashi与Ishihara等发现，当纤维素表面接枝MPC的摩尔含量达到30％时，甚至在不加抗凝剂的全血中，血细胞几乎不粘接到材料表面。
发明内容
本发明的目的在于提出一种反应转化率高、产品生物相容性好、操作简单方便的由磷脂基团修饰的天然多糖或其衍生物材料的合成方法。
本发明提出的磷脂基团修饰天然多糖或其衍生物材料的合成方法，是通过缩合反应，将具有仿生功能的磷脂基团(如磷酰胆碱等)，共价键合到天然的、生物可降解的生物多糖及其衍生物表面，制备得含有以磷酰胆碱修饰的新型多糖材料，从而将这种传统的、天然的、生物可降解材料与磷酰胆碱结合在一起。该种材料兼具有良好的亲水性与生物相容性。
本发明所述的天然多糖包括壳聚糖、甲壳素、透明质酸、淀粉、海藻酸、纤维素等。其衍生物包括其磺化、醚化、羧甲基化、羟乙基化、烷基化、硝化、卤化或交联的衍生产物。特别要求材料的分子主链或侧链上，含有一定数量的具有反应活性的羟基或氨基官能团。
本发明中，上述多糖或其衍生物的形态可以为粉末、多孔小球或颗粒，或各种形状的膜。
本发明参照了Lucas等的方法合成含磷的环状反应中间体CUP(2-chloro-1，3-dioxaphospholane；)；在此基础上，进行磷酰氯COP(2-Chloro-2-oxo-1，3，2-dioxaphospholane)(2-氯-2-氧-1，3，2-二乙氧基酰氯)的合成。所有上述反应在无水无氧条件下进行，反应产物为无色透明液体，低温易结晶，储存于干燥密封的低温环境中被用。
本发明中，COP的合成路线如下 本发明合成步骤包括缩合反应和开环反应两个部分第一步，缩合反应。将上述多糖或其衍生物、三乙胺(TEA)和干燥的溶剂按给定摩尔比混合、搅拌，使悬浮均匀，将反应体系冷却至低温环境，一般为-30℃至室温范围内，逐渐滴入溶于干燥溶剂的磷酰氯COP(2-氯-2-氧-1，3，2-二乙氧基酰氯(2-chloro-2-oxo-1，3，2-dioxaphospolane))，继续搅拌反应1-5小时。整个过程控制温度恒定比较好。其中，多糖或其衍生物、三乙胺、COP的投料摩尔比控制如下多糖或其衍生物∶COP为1∶1-1∶5，COP适当过量，以保证反应进行的完整彻底，三乙胺∶COP为1∶1-3∶1。
本步骤中，所用溶剂为惰性溶剂体系或悬浮剂，例如四氢呋喃(THF)、苯、甲苯、环乙烷、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二氧六环之一咱或几种混合液等。优选四氢呋喃。
然后将反应体系升温至20-30℃，再搅拌反应1-8小时，优选2-3小时，保证反应完全。抽提除去溶剂，真空干燥得到中间产物。
第二步，开环反应。将前一步制得的中间产物和溶剂(如乙腈或甲苯或苯)放入具有活塞的单口容器中，搅拌，使悬浮稳定；再加入开环试剂(如三甲胺或三乙胺)的上述溶剂的饱和溶液，其中，开环试剂的用量必须保证大大过量，一般开环试剂是溶剂的5-10倍，或者开环试剂是中间产物的3-30倍。关闭活塞，放入60-70℃的水浴锅中，反应30-60小时。打开活塞，加热至70-90℃，去除残余的开环试剂。在氮气保护下，过滤，洗涤，真空干燥，彻底去除溶剂，即得最终产物一由磷酯基团修饰天然多糖或其衍生物。
本步骤中，所用溶剂可以是乙腈或苯或甲苯，所用的开环试剂为三甲胺(TMA)或三乙胺(TEA)，洗涤产品的溶剂可以是水、甲醇或乙醇。真空干燥的温度为0-50度，时间一般为1-50小时。
上述合成步骤中，所使用的各种化学试剂，均按照标准的实验方法进行干燥处理，整个操作过程为无水操作。
具体实施例方式
下面通过实施例进下描述本发明。
实施例1在一个配有恒压滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，加入一份100目的壳聚糖粉末(按摩尔分数计，下同)，3份TEA和10份干燥的四氢呋喃。搅拌，使用冰盐浴将反应体系冷却至-17℃，缓慢滴入溶于一定量干燥四氢呋喃的三份COP，历时3小时，然后继续搅拌2小时。控制温度在-17℃。自然升温至室温，再搅拌反应2.5小时。抽滤除去溶剂THF，得到淡黄色产物COP-Chitosan。
在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和COP-Chitosan，搅拌使体系悬浮稳定，再加入含有20份干燥三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入70℃的水浴锅中，保持48小时。打开活塞，加热至75℃，把残余三甲胺赶入浓硫酸中。过滤，产物真空干燥。干燥产物水洗后，真空干燥至恒重，得所需产物。
实施例2在一个配有恒压滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，加入1份厚度为20微米的甲壳素膜、1份三乙胺和20份的甲苯。搅拌，使用冰盐浴将反应体系冷却至0℃，缓慢滴入溶于一定量干燥甲苯的COP，历时2-5小时，然后继续搅拌3小时。控制温度在0℃。自然升温至室温，再搅拌反应2小时。抽滤除去溶剂甲苯，滤渣真空干燥得到黄色产物COP-Chitin。
在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和上一步产物，搅拌至悬浮稳定，再加入含10份三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入50℃的水浴锅中，保持60小时。打开活塞，加热至70℃，把残余三甲胺赶入浓硫酸中。过滤，产物以水洗涤，之后真空干燥至恒重，即得到所需目标产物。
实施例3在一个配有恒压滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，加入羟乙基纤维素干燥粉末1份、2份三乙胺和干燥的二氧六环。搅拌使体系保持悬浮状态，使用冰盐浴将反应体系冷却至-10℃，缓慢滴入过量100％的溶于干燥二氧六环的COP，历时2小时，然后继续搅拌2小时。控制温度在-10℃。自然升温至室温，再搅拌反应2小时。过滤，真空抽去三乙胺的氯化物，得到黄色产物。
在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和中间产物，搅拌使悬浮稳定，向其中通入过量的干燥三甲胺。关闭活塞，放入100℃的水浴锅中，保持5小时。打开活塞，加热至把残余三甲胺赶入浓硫酸中。抽滤除去溶剂，产物以乙醇洗涤数次后，真空干燥至恒重，即得到所需目标产物。
实施例4在一个配有恒压滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，加入一份以戊二醛交联的透明质酸膜，4份TEA和12份干燥的四氢呋喃。搅拌，使用冰盐浴将反应体系冷却至-15℃，缓慢滴入溶于一定量干燥四氢呋喃的三份COP，历时3小时，然后继续搅拌4小时。控制温度在-15℃。自然升温至室温，再搅拌反应4小时。抽滤除去溶剂THF，得到白色产物。
在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和中间产物，小心搅拌使体系悬浮稳定，再加入含有20份干燥三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入70℃的水浴锅中，保持50小时。打开活塞，加热至75℃，把残余三甲胺赶入浓硫酸中。过滤，产物真空干燥。干燥产物水洗后，真空干燥至恒重，即得到所需目标产物。
实施例5
在一个配有恒压滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，加入一份海藻酸钠粉末，3份TEA和15份干燥的四氢呋喃。搅拌使悬浮稳定，使用冰盐浴将反应体系冷却至-10℃，缓慢滴入溶于一定量干燥四氢呋喃的三份COP，历时1小时，然后继续搅拌1小时。控制温度在-10℃。自然升温至室温，再搅拌反应1小时。抽滤除去溶剂THF，得到白色产物。
在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和中间产物，小心搅拌使体系悬浮稳定，再加入含有20份干燥三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入80℃的油浴锅中，保持30小时。打开活塞，加热，把残余三甲胺赶入浓硫酸中。过滤，产物真空干燥。干燥产物水洗后，真空干燥至恒重，即得到所需目标产物。
以上所叙述的实施例应被认为在各个方面均属于示例性质而不属于限制性的，不应解释为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种磷脂基团修饰的多糖或其衍生物材料的合成方法，其特征在于通过缩合反应，将具有仿生功能的磷脂基团，共价键合到天然的、生物可降解的生物多糖及其衍生物表面，制备得含有以磷酰胆碱修饰的新型多糖材料。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所说的多糖包括壳聚糖、甲壳素、透明质酸、淀粉、海藻酸、纤维素，所述的多糖衍生物包括多糖的磺化、醚化、羧甲基化、羟乙基化、烷基化、硝化、卤化或交联的衍生产物。
3.根据权利要求2中所述的制备方法，其特征在于所说的多糖或其衍生物带有具有反应活性的羟基或氨基。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于所说的多糖或其衍生物的形态为粉末、多孔小球或颗粒，或者膜。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于包括缩合反应和开环反应两个部分，具体步骤如下第一步，缩合反应，将上述多糖或其衍生物、三乙胺和干燥的溶剂按给定摩尔比混合、搅拌，使悬浮均匀，将反应体系冷却至-30℃至室温的低温环境，逐渐滴入溶于干燥溶剂的磷酰氯COP(2-氯-2-氧-1，3，2-二乙氧基酰氯)，继续搅拌反应1-5小时，整个过程控制温度恒定；其中，多糖或其衍生物、三乙胺、COP的投料尔比控制如下多糖或其衍生物∶COP为1∶1-1∶5，COP过量，三乙胺∶COP为1∶1-3∶1；然后将反应体系升温至20-30℃，再搅拌反应1-8小时，抽提除去溶剂，真空干燥得到中间产物；第二步，开环反应，将前一步制得的中间产物和溶剂放入具有活塞的单口容器中，搅拌，使悬浮稳定；再加入开环试剂的上述溶剂的饱和溶液，其中，开环试剂的重量用量是溶剂的5-10倍；关闭活塞，放入60-70℃的水浴锅中，反应30-60小时；打开活塞，加热至70-90℃，去除残余的开环试剂；在氮气保护下，过滤，洗涤，真空干燥，彻底去除溶剂，即得由磷酯基团修饰的天然多糖或其衍生物。本步骤中，所用溶剂是乙腈或苯或甲苯，所用的开环试剂为三甲胺或三乙胺。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于合成步骤一中所用的溶剂为四氢呋喃、苯、甲苯、环己烷、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二氧六环之一种或几种的混合物。
7.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于合成步骤二中洗涤产品用的溶剂为水、甲醇或乙醇；真空干燥的温度为0-50度，时间为1-50小时。
全文摘要
本发明涉及一种磷脂基团修饰的天然多糖或其衍生物材料的合成方法。将磷酰胆碱等具有仿生功能的基团通过缩合反应，共价键合到天然的、生物可降解的天然多糖分子链上，制备得一种含有以磷脂基团修饰的新型多糖材料，从而将传统的、天然的、生物可降解材料与磷脂基团结合在一起。该种材料兼具有良好的亲水性与生物相容性。
文档编号C08B37/00GK1597700SQ20041005402
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者孟晟, 钟伟, 杜强国, 杨玉良 申请人:复旦大学