专利名称：离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种生物材料领域的超支化聚合物制备方法，具体地说，涉及的 是一种离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备方法。
背景技术：
树枝状聚合物是包括树状大分子和超支化聚合物在内的一类新型高分子化 合物。近年来，树状大分子得到了快速发展，在生物医药等领域有着重要应用。 与传统线性聚合物相比，树状大分子具有以下几个主要特征(1)分子结构中 没有线性单元，支化度为l; (2)具有三维对称结构，表面有大量官能团；(3) 具有很好的流动性能和加工性能。这类聚合物的内部纳米空腔能包覆包括药物在 内的多种小分子；其大量表面官能团可以根据需要进行修饰，从而能够方便地设 计出性能各异的功能材料。树状大分子作为药物载体能够改善药物的药代动力 学、增加循环时间并具有潜在的组织靶向性，作为非病毒基因载体能够避免病毒 类基因载体可能导致的基因突变副作用。
尽管树状大分子结构完美，但其合成复杂，需要多步反应才能制备，产率 低，从而限制了其大规模的应用。超支化聚合物是另一类树枝状聚合物，具有类 似于树状大分子的结构特征，如高度支化结构、具有大量端基官能团和三维球形 结构等。与需要多步合成的树状大分子相比，虽然超支化聚合物的结构不如树状 大分子那么完美，但它在很多性能上和树状大分子相似。重要的是，超支化聚合 物通常可以通过一步反应大量制备，不需要多步合成与提纯，节约了大量的人力、 物力，被认为是树状大分子的理想替代品。
生物材料最基本的性质是良好的生物相容性。作为基因载体的表面胺基树 状大分子具有很大的生物毒性。1996年Roberts等发现，第5代的聚酰胺-胺 (PAMAM)树状大分子(分子量21KDa)在10uM日寸、第7代的PAMAM (分子量87KDa) 在O. 1 uM就会对细胞产生明显毒性。2007年Kainthan等发现，超支化聚甘油具有
良好的生物相容性。2008年Tziveleka等在《Synthesis and evaluation of functional hyperbranched polyether polyols as prospected gene caxriers》
(International Journal of Pharmaceutics, 2008， 356(1—2)， 314—324.药 学国际杂志，2008年356巻第1-2期314-324页，《有应用前景的功能化超支化聚 多元醇基因载体的合成和评估》) 一文中发现，部分胺基化的超支化多元醇与聚 乙烯亚胺的转染效率相似，且毒性较低，表明超支化聚合物有希望作为生物材料 应用于生物医学领域。
智能聚合物能够对各种外部刺激，如温度、pH、光、电或磁场产生响应， 是一种很有前途的药物和基因输送系统。尽管最近几年一些超支化聚合物己被用 作药物和基因载体，但智能化超支化聚合物在生物医学领域的应用相当有限。
经对现有技术的文献检索发现，贾志峰等在《Journal of American Chemical Society》(美国化学会志，2006年128巻第25期8144-8145页)上发表的
"Backbone-Thermoresponsive Hyperbranched Polyethers，，(分子骨架温度响 应性的超支化聚醚) 一文中，提出了分子骨架温度响应性超支化聚合物的制备方
法，具体为以l， 4-丁二醇二縮水甘油醚和不同的三元醇合成表面为羟基的温 度响应性超支化聚醚，其不足在于该类聚合物为电中性，末端只存在大量羟基。 在基因治疗与某些特定的药物治疗领域，要求聚合物载体具有正电性或负电性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种离子型温度响应性超支化 聚醚和/或聚醚酯的制备方法，通过对温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯表面进 行功能化，获得具有不同表面电荷和表面基团的新型超支化聚醚和/或聚醚酯， 该类新型智能材料具有良好的生物相容性，从而能够满足生物医药领域的实际需 要。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明以温度响应性超支化聚醚和/或 温度响应性超支化聚醚酯为原料，或者添加酸酐或胺基保护氨基酸，通过酯化反 应，合成表面为羧基或胺基的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯，包括 包括表面为羟基的温度响应性超支化聚醚、表面为羟基的温度响应性超支化聚醚 酯、表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯或表面为胺基的温度响应性超 支化聚醚和聚醚酯。该类新型智能材料可应用于药物载体和基因载体等生物医药 领域。
所用的温度响应性超支化聚醚是由丁二醇二縮水甘油醚和三元醇合成的。 所用的温度响应性超支化聚醚酯是由甲基丙烯酸縮水甘油酯和二元醇合成的。
所用的胺基保护氨基酸是9-芴甲氧羰基和丁氧基肼基甲酸酯保护的氨基酸。
所用的酸酐是丁二酸酐、戊二酸酐或己二酸酐。
所述的表面为羟基的温度响应性超支化聚醚，其制备包括如下步骤 步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三元醇，搅拌后形成醇钾，加入
丁二醇二縮水甘油醚，反应。
步骤b:反应液滴入丙酮/乙醚混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子
交换树脂除去钾离子。
步骤C:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。 所述的表面为羟基的温度响应性超支化聚醚酯，其制备包括如下步骤 歩骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入二元醇，搅拌后形成醇钾，加入
甲基丙烯酸縮水甘油酯，反应。
步骤b:反应液滴入丙酮/乙醚混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子
交换树脂除去钾离子。
步骤C:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。
所述的表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯，其制备包括如下步
骤
步骤a:将温度响应性超支化聚醚和聚醚酯分别溶解在二氯甲烷里，然后加 入酸酐和吡啶，在室温下反应。
步骤b:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。
所述的表面为胺基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯，其制备包括如下步
骤
步骤a:将温度响应性超支化聚醚和聚醚酯分别溶解在二甲基甲酰胺里，加 入胺基保护的氨基酸，并加入二环己基碳二亚胺和对甲苯磺酸催化，反应。
步骤b:过滤，加入哌啶溶液脱胺基保护，然后用乙醚沉淀，真空干燥得到
粘稠固体。
温度响应性超支化聚醚和聚醚酯表面离子化可以用zeta电位和傅里叶红外 光谱进行辅助分析。合成聚合物的生物相容性用MTT实验、溶血性实验和扫描电 镜进行分析。
本发明利用温度响应性超支化聚醚和聚醚酯的表面基团功能化得到具有不 同表面电荷和基团的新型超支化聚合物，合成简单，可以满足作为药物载体和基 因载体的需要。特别是所合成聚合物无细胞毒性，具有良好生物相容性，能够满 足生物医药领域对材料的安全性要求，应用广泛。此外，聚合物具有温度响应的 特性，可以作为靶向性材料，以局部高温介导对肿瘤进行靶向性治疗，可以提高 肿瘤治疗效果，减少治疗副作用，因而具有较好的应用前景。
图la:不同表面基团的温度响应性超支化聚醚的傅里叶红外光谱。 图lb:不同表面基团的温度响应性超支化聚醚酯的傅里叶红外光谱。 图2a:实验材料分别在O. 001mg/mU 0. 01mg/mL、 0. lmg/mL、 lmg/mL、 10mg/mL 浓度下作用于3T3细胞24小时对细胞增殖的影响。100%为完全无影响。
图2b:实验材料分别在O. 001mg/mL、 0. 01mg/mL、 0. lmg/mL、 lmg/raL、 10mg/mL 浓度下作用于3T3细胞48小时对细胞增殖的影响。
图2c:实验材料分别在O. 001mg/mL、 0. 01mg/mL、 0. lmg/mL、 lmg/mL、 10mg/mL 浓度下作用于3T3细胞96小时对细胞增殖的影响。
图3a:实验材料分别在lmg/mL、 5mg/mL浓度下作用于红细胞l小时的溶血率。 O为完全无溶血，100%为全部溶血。
图3b:实验材料分别在lmg/mL、 5mg/mL浓度下作用于红细胞24小时的溶血率。 图中Dextran、 PBS、 PE-OH、 PE-NH2、 PE-COOH、 PEE-0H、 PEE-NH2、 PEE-COOH 和PEI分别指葡聚糖、磷酸盐缓冲溶液、表面为羟基的温度响应性超支化聚醚、 表面为胺基的温度响应性超支化聚醚、表面为羧基的温度响应性超支化聚醚、表 面为羟基的温度响应性超支化聚醚酯、表面为胺基的温度响应性超支化聚醚酯、 表面为羧基的温度响应性超支化聚醚酯和超支化聚乙烯亚胺。其中PBS为空白对 照组，Dextran为阴性对照组，PEI为阳性对照组。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，对这四种物质的制备分别给出实施方式和过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例以温度响应性超支化聚醚和/或温度响应性超支化聚醚酯为原 料，通过酯化反应，合成表面具有羧基或胺基的离子型温度响应性超支化聚醚和 /或聚醚酯，具体包括表面为羟基的温度响应性超支化聚醚、表面为羟基的温度 响应性超支化聚醚酯、表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯、表面为胺 基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯这四种聚合物中一种。以下实施例中，所用 的温度响应性超支化聚醚是指由丁二醇二縮水甘油醚和不同三元醇如三羟甲基 乙垸、三羟甲基丙垸等合成的。所用的温度响应性超支化聚醚酯是指由甲基丙烯 酸缩水甘油酯和不同的二元醇如乙二醇、三乙二醇和四乙二醇等合成的。所用的 胺基保护氨基酸是9-芴甲氧羰基和丁氧基肼基甲酸酯保护的氨基酸。所用的酸 酐是丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐等。
实施例1
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三羟甲基乙垸，搅拌30分钟后形 成醇钾，加入l， 4-丁二醇二縮水甘油醚，在4(TC下反应27小时。反应液滴入丙 酮/乙醚(体积比1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除 去钾离子。乙醚沉淀，真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚。
步骤b:在25毫升烧瓶中加入15毫升二氯甲垸，加入l克温度响应性超支 化聚醚、0.6克丁二酸酐和360微升吡啶，室温下反应3天。
步骤c:将反应溶液缓慢滴入乙醚沉淀2次，随后在50度真空干燥，得到 粘稠固体，收率约50%。
实施例2
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三羟甲基丙垸，搅拌30分钟后形 成醇钾，加入l， 4-丁二醇二縮水甘油醚，在4(TC下反应27小时。反应液滴入丙 酮/乙醚(体积比1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除 去钾离子。乙醚沉淀，真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚。
步骤b:在25毫升烧瓶中加入15毫升二氯甲烷，加入l克温度响应性超支
化聚醚、0.6克丁二酸酐和360微升吡啶，室温下反应3天。
步骤C:将反应溶液缓慢滴入乙醚沉淀2次，随后在50度真空干燥，得到 粘稠固体，收率约53%。
实施例3
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入四乙二醇，搅拌30分钟后形成醇 钾，加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，在80T下反应24小时。反应液滴入丙酮/乙醚 (体积比1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离 子。乙醚沉淀，真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚酯。
步骤b:在25毫升烧瓶中加入15毫升二氯甲烷，加入l克温度响应性超支 化聚醚酯、0.6克己二酸酐和360微升吡啶。室温下反应3天。
步骤c:将反应溶液缓慢滴入乙醚沉淀2次，随后在50度真空干燥，得到 粘稠固体，收率约60%。
实施例4
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三乙二醇，搅拌30分钟后形成醇 钾，加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，在80。C下反应24小时。反应液滴入丙酮/乙醚 (1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子。乙 醚沉淀，真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚酯。
步骤b:在25毫升烧瓶中加入15毫升二氯甲烷，加入l克温度响应性超支 化聚醚酯、0.6克己二酸酐和360微升吡啶。室温下反应3天。
步骤c:将反应溶液缓慢滴入乙醚沉淀2次，随后在50度真空干燥，得到 粘稠固体，收率约63%。
实施例5
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三羟甲基乙垸，搅拌30分钟后形 成醇钾，加入l， 4-丁二醇二縮水甘油醚，在4(TC下反应27小时。反应液滴入丙 酮/乙醚(体积比1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除 去钾离子。乙醚沉淀，真空干燥得到温度响应性超支化聚醚。
步骤b:在50毫升烧瓶中加入25毫升二甲基甲酰胺，加入2克温度响应性 超支化聚醚、3克丁氧基肼基甲酸酯保护的甘氨酸，然后分别加入二环己基碳二 亚胺、对甲苯磺酸催化，室温反应24小时。
步骤c:将反应液过滤去除二环己基脲，然后加入体积比为20%哌啶溶液脱 胺基保护。5分钟后将溶液滴入过量乙醚内沉淀3次。产物真空干燥，得到粘稠 固体，收率约54%。
实施例6
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三羟甲基丙垸，搅拌30分钟后形 成醇钾，加入l， 4-丁二醇二縮水甘油醚，在4(TC下反应27小时。反应液滴入丙 酮/乙醚(体积比1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除 去钾离子。乙醚沉淀，真空干燥得到温度响应性超支化聚醚。
步骤b:在50毫升烧瓶中加入25毫升二甲基甲酰胺，加入2克温度响应性 超支化聚醚、3克丁氧基肼基甲酸酯保护的甘氨酸，然后分别加入二环己基碳二 亚胺、对甲苯磺酸催化，室温反应24小时。
步骤c:将反应液过滤去除二环己基脲，然后加入体积比为20%哌啶溶液脱 胺基保护。5分钟后将溶液滴入过量乙醚内沉淀3次。产物真空干燥，得到粘稠 固体，收率约57%。
实施例7
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入乙二醇，搅拌30分钟后形成醇钾， 加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，在80。C下反应24小时。反应液滴入丙酮/乙醚(1/4) 混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子。乙醚沉淀， 真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚酯。
步骤b:在50毫升烧瓶中加入25毫升二甲基甲酰胺，加入2克温度响应性 超支化聚醚酯、2.97克9-芴甲氧羰基保护的甘氨酸，然后分别加入二环己基碳 二亚胺、对甲苯磺酸催化，室温反应24小时。
步骤c:将反应液过滤去除二环己基脲，然后加入体积比为20%哌啶溶液脱 胺基保护。5分钟后将溶液滴入过量乙醚内沉淀3次。产物真空干燥，得到粘稠
固体，收率约61%。 实施例8
步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入四乙二醇，搅拌30分钟后形成醇 钾，加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，在80。C下反应24小时。反应液滴入丙酮/乙醚 (1/4)混合溶剂中沉淀。产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子。乙 醚沉淀，真空干燥后得到温度响应性超支化聚醚酯。
步骤b:在50毫升烧瓶中加入25毫升二甲基甲酰胺，加入2克温度响应性 超支化聚醚酯、2.97克9-芴甲氧羰基保护的甘氨酸，然后分别加入二环己基碳 二亚胺、对甲苯磺酸催化，室温反应24小时。
步骤c:将反应液过滤去除二环己基脲，然后加入体积比为20%哌啶溶液脱 胺基保护。5分钟后将溶液滴入过量乙醚内沉淀3次。产物真空干燥，得到粘稠 固体，收率约71%。
结果证明见附图
图la、 lb给出了不同表面基团的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯的傅里叶 红外光谱。图la的1740和1660cm—'的峰分别归属为羰基和胺基，1730和1555cm—' 的峰归属为羰基和羧酸根。图lb的1668cm—1的峰归属为胺基，1725、 1728和 1726crrf1的峰归属为羰基，1557cm—1的峰归属为羧酸根。红外的结果说明温度响 应性超支化聚醚和聚醚酯表面被成功地离子化。
图2a、 2b、 2c证实了所合成的具有不同表面电荷和基团的温度响应性超支 化聚醚和聚醚酯无明显的细胞毒性。
图3a、 3b证实了所合成聚合物无明显溶血性。
权利要求
1、一种离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备方法，其特征在于，以温度响应性超支化聚醚和/或温度响应性超支化聚醚酯为原料，或者添加酸酐或胺基保护氨基酸，通过酯化反应，合成表面为羧基或胺基的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯，包括表面为羟基的温度响应性超支化聚醚、表面为羟基的温度响应性超支化聚醚酯、表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯或表面为胺基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯中一种；其中所用的温度响应性超支化聚醚是由丁二醇二缩水甘油醚和三元醇合成的；所用的温度响应性超支化聚醚酯是由甲基丙烯酸缩水甘油酯和二元醇合成的；所用的胺基保护氨基酸是9-芴甲氧羰基和丁氧基肼基甲酸酯保护的氨基酸；所用的酸酐是丁二酸酐、戊二酸酐或己二酸酐。
2、 根据权利要求l所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，所述的表面为羟基的温度响应性超支化聚醚，其制备包括如下 步骤步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入三元醇，搅拌30分钟后形成醇钾，加入丁二醇二縮水甘油醚，反应；步骤b:反应液滴入丙酮/乙醚混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子 交换树脂除去钾离子；步骤c:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。
3、 根据权利要求2所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备方法，其特征是，所述三元醇，是指三羟甲基乙垸或三羟甲基丙烷。
4、 根据权利要求2所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，步骤a中，所述反应是指在4(TC下反应27小时；步骤b中，丙酮 /乙醚混合溶剂中，丙酮/乙醚的比例为体积比1/4。
5、 根据权利要求l所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，所述的表面为羟基的温度响应性超支化聚醚酯，其制备包括如 下步骤步骤a:将氢化钾溶于二甲基亚砜内，加入二元醇，搅拌后形成醇钾，加入 甲基丙烯酸縮水甘油酯，反应；步骤b:反应液滴入丙酮/乙醚混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子 交换树脂除去钾离子；步骤c:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。
6、 根据权利要求5所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，所述二元醇为乙二醇、三乙二醇或四乙二醇。
7、 根据权利要求5所述的离子型温度响应性超支化聚醚和聚醚酯的制备方 法，其特征是，步骤a中，搅拌时间为30分钟，所述反应是指在8(TC下反应24小 时；步骤b中，丙酮/乙醚混合溶剂中，丙酮/乙醚的比例为体积比1/4。
8、 根据权利要求1所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，所述的表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯，其制备包括如下步骤步骤a:将温度响应性超支化聚醚和聚醚酯分别溶解在二氯甲烷里，然后加 入酸酐和吡啶，在室温下反应；步骤b:反应液用乙醚沉淀，真空干燥得到粘稠固体。
9、 根据权利要求l所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备 方法，其特征是，所述的表面为胺基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯，其制备 包括如下步骤步骤a:将温度响应性超支化聚醚和聚醚酯分别溶解在二甲基甲酰胺里，加 入胺基保护的氨基酸，并加入二环己基碳二亚胺和对甲苯磺酸催化，反应；步骤b:过滤，加入哌啶溶液脱胺基保护，然后用乙醚沉淀，真空干燥得到 粘稠固体。
10、 根据权利要求9所述的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制 备方法，其特征是，所述哌啶溶液体积浓度为20%。
全文摘要
本发明提供了一种生物材料领域的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯的制备方法，以温度响应性超支化聚醚和/或温度响应性超支化聚醚酯为原料，或者添加酸酐或胺基保护氨基酸，通过酯化反应，合成表面为羧基或胺基的离子型温度响应性超支化聚醚和/或聚醚酯，包括表面为羟基的温度响应性超支化聚醚、表面为羟基的温度响应性超支化聚醚酯、表面为羧基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯、表面为胺基的温度响应性超支化聚醚和聚醚酯。经过表面基团修饰后的离子型温度响应性聚合物具有良好的生物相容性，可以分别应用于药物载体和基因载体，其温度响应特性还可用于肿瘤的靶向治疗。
文档编号C08G65/333GK101381454SQ20081020160
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者琳 何, 坚 孙, 朱新远, 李国林, 王瑞斌 申请人:上海交通大学