专利名称：磷脂化生物可降解聚酯及其制备方法
技术领域：
本发明属生物可降解聚合物材料技术领域，具体涉及一种磷脂化生物可降解聚酯及其制备方法。
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。
Ishihara发现，当纤维素表面接枝磷酰胆碱的摩尔含量达到30％时，甚至在不加抗凝剂的全血中，血细胞几乎不粘附到材料表面。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。
上述方法在一段时间内可以极好的抑制机体的排异反应，但是，大多数的永久性植入材料最终还是会被人体视为外来物而引起免疫反应。因此，必须找到一种材料，同时拥有生物相容性与生物可降解的表面，使该表面在不断降解更新过程中还必须始终保持一个良好的抗蛋白吸附能力，也就是说，那些具有生理功能的基团必须持续暴露于材料表面以尽量减小表面的自由能。因此，将抗蛋白吸附性能加入生物可降解材料中将变得十分的有意义，该种材料将可以用于自清洁，抗污表面以及药物缓释等诸多领域。此外，该类材料的降解产物必须是无毒的，可以被人体正常代谢出体外的。
而早在上个世纪50年代，由丙交酯(LA)和乙交酯(GA)开环聚合分别制得了高分子的聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)，这类脂肪族聚酯因为对热和水的敏感性，在很长一段时间内未被引起足够的重视。上世纪60年代，当人们重新审视PGA对水敏感这一特性时，却成了其优点而被作为可降解的手术缝线材料用以取代胶原。该类材料具有良好的生物相容性、无免疫反应、安全性较高。
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。
同样的，聚己内酯(PCL)作为现有的一种非常常用的聚酯类组织工程材料，具有很好的生物可降解性，同时兼具有良好的力学性能。但是，由于聚己内酯是一种具有高度结晶性的聚合物，因而其降解速率较慢，药物通透性等也相对较差。
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。
在本发明中，作者首次将磷酰胆碱等具有仿生功能的基团通过缩合反应，成功的共价键合到了生物可降解聚合物链上，制备了一种含有以磷酰胆碱封端的新型可降解聚合物，将生物可降解的高分子与磷酰胆碱这种细胞膜中的两亲性物质结合起来。该种材料除了具有良好的生物可降解性与生物相容性外，还兼具了自组装性能，是一种优良的药物释放载体材料。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有良好生物可降解性和生物相容性的生物可降解聚酯及其制备方法。
本发明提出的生物可降解聚酯，是将具有仿生功能的磷酰胆碱等基团通过缩合反应，共价键合到生物可降解聚合物链上而获得的以磷酰胆碱封端的新型可降解聚合物，其结构式如下
其中，PC表示磷酰胆碱基团；A表示生物可降解聚合物，包括乳酸(lactic acid)，乙醇酸(glycolic acid)，己内酯(ε-caprolactone)等的均聚物或它们之中任意两种或三种的无规或嵌段共聚物；B表示端基带有羟基或氨基的小分子化合物或高分子化合物。该聚酯的平均分子量为500-2000000。
本发明适用于多种生物可降解聚酯的改性，如包括乳酸(lactic acid)，乙醇酸(glycolic acid)，己内酯(ε-caprolactone)等的均聚物或他们之中任意两种或三种的无规或嵌段共聚物，其链结构可以为直链状，星状或梳状，也可以为树枝状超支化(dendrimer)结构。
特别要求该类高分子材料的分子主链或侧链上，带有一定数量的具有反应活性的羟基或氨基官能团。
上述生物可降解聚酯的制备方法如下首先，参照Lucas等在1950年在J.Am.Chem上报道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，参照Edmenson于1962年在Chem.Ind.(London)上报道的方法进行了磷酰氯COP(2-Chloro-2-oxo-1，3，2-dioxaphospholane)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备用。COP的合成步骤为 先将所选用生物可降解聚合物材料干燥。例如，将带有一定数量的(0.001mol/g到1mol/g)具有反应活性的羟基或氨基官能团的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)或聚己内酯(PCL)，等，以及上述聚合物的无规或嵌段共聚物，置入真空条件下，在各种聚酯的玻璃化温度以上，熔融温度一下，优选40-50℃，干燥24-240小时，以充分除去其中所含有的水分，以粉末状样品干燥为宜。
然后，将干燥后的上述聚酯材料、三乙胺(TEA)和干燥的THF加入反应容器，搅拌，溶解，将反应体系冷却至较低温度环境(-40℃至10℃)，缓慢地(每20秒1滴至每1秒1滴，以保证反应完全为宜)滴入溶于干燥THF的COP，，然后继续搅拌2-6小时。整个过程控制温度恒定不变为宜。其中，三乙胺与COP的投料重量比控制在1∶1，三乙胺可适当过量(不超过30％)，即三乙胺与COP的投料重量比为1-1.3∶1，以保证反应的充分进行为宜。COP与聚脂的比例，视不同结构聚酯材料上所带的羟基或氨基的含量来进行控制，一般选择羟基∶COP＝1∶1，或COP适当过量(不超过30％)，即羟基与COP重量比为1-1.3∶1；氨基∶COP＝1∶2，或COP适当过量(不超过30％)，即氨基与COP重量比为1-1.3∶2。COP适当过量为保证反应进行的完整彻底，视需要而定。对于反应溶剂的选择，首先优选干燥的四氢呋喃(THF)，也可视聚合物的溶解度而选择甲苯、苯、环己烷、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二氧六环等有机溶剂或上述溶剂的混合液。其选用原则为在均相反应体系中为所有原料的良溶剂，在非均相反应体系中为良好的悬浮剂。
然后自然升温至室温，再搅拌反应1-10小时，以2-3小时为宜，保证反应完全。抽滤除去TEA的氯化物(呈白色晶体状)，30℃-40℃减压旋转蒸发除去溶剂THF；再次加入溶剂，抽滤，滤液再次在30℃-40℃左右减压旋转蒸发将溶剂除去，得到白色粘稠状的中间产物(接枝COP的聚酯)。此步为缩合反应。
在一个具活塞的厚壁单口容器中加入干燥的乙腈和上一步合成反应的产物，溶解摇匀，再加入一定量干燥三甲胺(TMA)或三乙胺的乙腈饱和溶液，其中三甲胺或三乙胺的乙腈饱和溶液中，三甲胺或三乙胺过量100％至10000％，以保证反应完全进行。关闭活塞，放入50-100℃左右的水浴锅中，保持反应时间在5-60小时。打开活塞，加热至70-80℃，把残余TMA或TEA赶入浓硫酸中。氮气保护下，热滤除去微量沉淀，降温结晶，有白色或淡黄色的产物析出。过滤，洗涤，产物真空干燥。真空干燥温度控制在50度以下。此步为开环反应。
上述开环反应中，所用溶剂乙腈，也可使用苯、甲苯等。也可将三甲胺或三乙胺直接通入反应体系中。洗涤产品用的溶剂可以是甲醇、乙醇或石油醚等。干燥产品的温度为室温到100℃，时间为1-50小时。
上述合成方法中，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。
另外，上述方法同样适用于非均相的悬浮体系的表面修饰或改性。下面为以端羟基聚己内酯为例的合成步骤 所得产品是一种含有以磷酰胆碱的新型可降解聚合物。该种材料除了具有良好的生物可降解性与生物相容性外，还兼具了自组装性能，产品为白色或淡黄色固体，是一种优良的药物释放载体材料。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不限于这些实施例。
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，按1∶2∶2的比例加入两端为羟基的聚己内酯、三乙胺和干燥的四氢呋喃。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COP(2-氯-1，3-二氧磷酰)，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。抽滤除去三乙胺的氯化物(呈白色晶体状)，30℃减压旋转蒸发除去溶剂THF，得到白色粘稠状产物COP-PCL。在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和COP-PCL，摇匀，在加入一定量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。氮气保护下，热滤除去微量沉淀后，缓慢降温结晶，有白色固体析出。过滤，产物真空干燥。
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，按1∶2∶2的比例加入单端为羟基的聚乙醇酸(PGA)、三乙胺和干燥的甲苯。搅拌，使用冰盐混合物将反应体系冷却至0℃，缓慢滴入溶于一定量干燥甲苯的COP，历时3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。抽滤除去三乙胺的氯化物(呈白色晶体状)，40℃减压旋转蒸发除去溶剂甲苯，得到白色粘稠状产物COP-PGA。在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和COP-PGA，溶解，摇匀，再加入一定量干燥三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入水浴锅中，打开活塞，加热至70℃，把残余三甲胺赶入浓硫酸中。抽去溶剂，有白色固体析出。THF溶解，石油醚沉淀，过滤，甲醇洗涤，产物真空干燥。
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，按比例加入表面被己二氨氨解2小时的聚乳酸(PLA)干燥粉末、三乙胺和干燥的二氧六环。搅拌使体系保持悬浮状态，使用冰盐混合物将反应体系冷却至-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，得到白色产物COP-PLA。在一个具活塞的厚壁单口烧瓶中加入干燥的乙腈和COP-PLA，溶解，摇匀，向其中通入过量的干燥三甲胺。关闭活塞，放入水浴锅中，打开活塞，加热至把残余三甲胺赶入浓硫酸中。抽去溶剂，将析出的白色固体以THF溶解，石油醚沉淀，过滤，乙醇洗涤三次，产物真空干燥。
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，按比例加入三臂支化的羟基封端聚己内酯(PCL)、三乙胺和干燥的四氢呋喃(THF)。搅拌，使用冰盐浴将反应体系冷却至-20℃，缓慢滴入过量20％的溶于干燥THF的COP，历时3小时，然后继续搅拌3小时。控制温度在-20℃。自然升温至室温，再搅拌反应3小时。抽滤除去三乙胺的氯化物(呈白色晶体状)，35℃减压旋转蒸发除去溶剂苯，得到白色产物COP-PCL。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，溶解，摇匀，向其中加入一定量干燥三甲胺的乙腈饱和溶液。关闭活塞，放入水浴锅中，打开活塞，加热至75℃把残余三乙胺赶入浓硫酸中。抽去溶剂，将析出的白色固体以THF溶解，石油醚沉淀，过滤，甲醇洗涤，产物真空干燥。
实施例5在一个配有滴液漏斗和磁力搅拌器的三口瓶中，按比例加入PLGA(PLA与PGA的共聚物)、三乙胺和干燥的苯。搅拌，使用冰盐浴将反应体系冷却至-15℃，缓慢滴入过量200％的溶于干燥苯的COP，历时2小时，然后继续搅拌2小时。控制温度在-15℃。自然升温至室温，再搅拌反应2小时。抽滤除去三乙胺的氯化物(呈白色晶体状)，60℃减压旋转蒸发除去溶剂苯，得到白色产物COP-PLLA。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，溶解，摇匀，向其中通入过量的干燥三乙胺。关闭活塞，放入70℃的水浴锅中，保持48小时。打开活塞，加热至80℃把残余三乙胺赶入浓硫酸中。抽去溶剂，将析出的白色固体以THF溶解，石油醚沉淀，过滤，甲醇洗涤，产物真空干燥。
实施例6通过以上方法合成的是一种带有磷酰胆碱修饰的聚酯材料，其聚酯主链作为骨架，保持着其原有的稳定的机械性能以及生物可降解性，而所连接的磷酰胆碱官能团则更进一步地为该种材料提供了优良的，且长期稳定的表面生物相容性。使用DSC研究了该聚合物的结晶性能，发现改性后的聚合物结晶性明显降低了30％-50％，同时，还对其在水中的降解情况进行了初步的研究，发现由磷酰胆碱修饰的聚酯的降解速率显著增大，以PC-PCL为例，其平均降解速率增大10倍以上。随后我们还测量了该材料表面水接触角，发现材料在经过修饰后，亲水性都有不同程度的增加，以PC-PLA为例，其静态水接触角值由90降至60左右。另外，在材料表面抗血小板吸附实验中，上述各种材料也得到了令人满意的结果。
通过上述一些实施例已对本发明做出了一定的描述，然而，以上所叙述的实施例操作应被认为属于示例性质而不属于限制性的。
权利要求
1.一种磷脂化生物可降解聚酯，其特征在于是将具有仿生功能的磷酰胆碱通过缩合反应，共价键合到生物可降解聚合物链上而获得的以磷酰胆碱封端的可降解聚合物，其结构式如下述之一种PC——A PC——A——PCPC——A——BPC——A——B——A——PC 其中，PC表示磷酰胆碱基团，A表示生物可降解聚合物，B表示端基带有羟基或氨基的小分子化合物或高分子化合物。
2.根据权利要求1所述的磷脂化生物可降解聚酯，其特征在于所说的生物降解聚合物为乳酸，乙醇酸，己内酯的均聚物或其中任意两种或三种的无规或嵌段共聚物。
3.一种如权利要求1所述的磷脂化生物可降解聚酯的制备方法，其特征在于具体步骤如下(1)缩合反应，将经过干燥处理的聚酯材料、三乙胺和相应溶剂加入反应器，搅拌，溶解，将反应体系冷却至-40℃-10℃，缓慢地滴入溶于溶剂的COP，继续搅拌2-6小时，其中，三乙胺与COP的投料摩尔比为1-1.3∶1，COP与聚酯材料的投料比按聚酯材料上所带的羟基或氨基的含量来控制羟基与COP的摩尔比为1-1.3∶1，氨基与COP的摩尔比为1-1.3∶2；然后升温至室温，搅拌反应1-10小时，再经抽滤除去三乙胺和溶剂，得到中间产物接枝COP的聚酯；(2)开环反应，将干燥的乙腈和上述中间产物加入反应容器，溶解，再加入干燥的三乙胺或三甲胺的乙腈饱和溶液；关闭反应容器活塞，置于50-100℃水浴锅中，反应5-60小时；打开活塞，加热至70-80℃，把残余三甲胺或三乙胺赶入浓硫酸中；氮气保护下热滤除去微量沉淀，降温结晶，有白色或淡黄色产物析出；再过滤，洗涤，真空干燥即得目标产物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于缩合反应步骤中所选的溶剂为THF、苯、甲苯、环己烷、乙腈、氯仿、二氯甲烷或二氧六环或上述溶剂中2种以上的混合液，其选用原则为在均相反应体系中为所有原料的良溶剂，在非均相反应体系中为良好的悬浮剂。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于开环反应步骤中，洗涤产品的溶剂为石油醚、甲醇或乙醇。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在开环反应步骤中，干燥产品的温度为室温至100℃，时间为1小时至50小时。
全文摘要
本发明属生物可降解聚合物材料技术领域，具体为一种磷脂化生物可降解聚酯及其制备方法。将磷酰胆碱等具有仿生功能的磷脂基团通过缩合反应，共价键合到生物可降解聚合物链上，制备得由磷脂修饰的新型可降解聚合物。该种材料具有良好的生物可降解性与生物相容性，并兼有自组装性能，是一种优良的药物释放载体材料。
文档编号C08G63/91GK1644602SQ20041009312
公开日2005年7月27日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者孟晟, 钟伟, 杜强国, 杨玉良 申请人:复旦大学