本发明属于生物材料技术领域，特别涉及生物医用高分子材料生物相容性改性领域，具体涉及一种端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物及其制备方法。
背景技术：
随着生物技术的飞速发展，生物医用材料已经成为当前科研领域的一大热点。然而，现有的生物医用材料及装置在临床应用中，不同程度的存在感染、凝血和术后组织增生等问题，这些生物相容性问题已经成为制约生物医用材料在临床应用的关键因素。目前，对材料进行表面改性是提高其生物相容性非常有效的方式。一般而言，改善材料的生物相容性可以通过在基材表面涂覆亲水性物质，形成水化层，利用水化层与蛋白质分子等血成分之间的排斥作用来改善材料的抗生物污染能力。
磷酰胆碱(pc)即具有—po-4(ch2)2n+(ch3)3基团的化合物，是组成细胞膜结构单元软磷脂的亲水端基，是细胞外层膜中的外层官能团，同时带有正、负异种电荷，具有较强的结合水的能力和亲水性能，这种结构和组成的表面与生理环境相互作用不仅不会吸附和沉积蛋白质，也不会引发血小板激活，导致凝血等不良反应，具有良好生物相容性。在一定条件下包含磷酰胆碱基团的聚合物可以形成类似生物膜的双分子层，富含磷酰胆碱有效基团的高分子材料在生物体内伪装成周围的天然成分，提高了材料的生物相容性，其表面不易吸附蛋白质、血小板等，从而可消除表面污垢带来的许多问题。从而显著地减少血栓的形成、炎症、细胞中毒等反应。含磷酰胆碱基团的聚合物对材料表面进行亲水改性，可以有效地改善材料的生物相容性。
聚乙二醇(peg)分子链具有很高的亲水性及柔顺性，一方面可以与水形成水合peg链，形成稳定的空间为主，阻碍血小板等吸附在材料表面；另一方面，水合peg链在水中具有较低的表面能，形成的水微流可以阻碍蛋白质的粘附及变形。因此利用peg分子及其衍生物可以对材料表面改性，达到提高生物相容性的效果。
因此，用亲水性的peg分子及其衍生物或磷酰胆碱pc基团的聚合物对生物材料改性，可以提高材料的血液相容性。但是peg和pc化合物单独使用在体内植入材料，特别是长期植入材料方面，仍存在生物相容性不能完全满足临床要求的问题。近几年来的研究表明，采用磷酰胆碱基团及其聚合物在材料表面构建具有防细胞外层膜结构，能减少纤维蛋白原的吸附，并通过减少血小板的黏附和活化来增加基体材料的生物相容性。因此，为了提高改善材料的生物相容性、保水性、吸水性等各种功能，人们正积极地开发导入了可与各种基材表面进行反应的反应性基团的、作为修饰剂的含有磷酰胆碱类似基团的化合物。例如，专利文献cn102070780b公开了一种聚乙二醇磷酰胆碱化合物，虽导入了各种功能团，但在与基材表面处理剂进行化学键合时，基材表面不存在与其互补的官能团，其反应率会非常低，因此需要长时间且高温的反应条件而导致破坏基材，或不能进行接枝处理。专利文献cn106565772a公开了一种端双氨基磷酰胆碱化合物，但其缺少柔性链，在材料表面不易进行自组装，导致磷酰胆碱基团利用率较低，因而基体材料的生物相容性并不理想。
因而，将pc基团和peg分子结合制备末端连接pc基团的聚乙二醇虽满足长期植入生物材料(特别是血液接触方面)在临床上生物体环境相容性的要求，但现阶段这类化合物的封端基团活性不足，限制了此类化合物在生物材料领域的应用，仍存在对聚合物生物材料进行主链改性、表面接枝困难等问题等。
技术实现要素：
为了克服上述不足，本发明的一个目的是提供一种能提高血液相容性的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物，该材料在pc改性peg化合物的末端引入具有较高活性的二氨基，克服了单纯聚乙二醇或磷酰胆碱化合物改性的不足及端单氨基磷酰胆碱化合物在应用上的不足，使其在作为表面处理剂、扩链剂或交联剂等制备新型生物材料，拓宽了在化妆品、组织工程、药物控释、基因治疗等领域的应用空间。
本发明的第二个目的是提供一种端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物的制备方法。
本发明第三个目的是提供一种含端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物的表面处理剂。
本发明第四个目的是提供一种含端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物的扩链剂或交联剂。
本发明第五个目的是提供一种端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物、表面处理剂、扩链剂或交联剂在制备化妆品、组织工程、药物控释、基因治疗中的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇，其结构式如下：
其中n＝4～200；优选n＝4～50。
一方面，化合物是具有双氨基结构的，末端接有磷酰胆碱的高分子化合物，将双氨基和pc基团引入到了peg分子链中，不仅把peg分子与pc基团的高生物相容性和亲水性结合到了一起，极大地发挥了改性的功能，而且由于另一端的双氨基结构的优越性，更是弥补了此类高分子改性化合物只能作为接枝材料的应用不足，扩大了在改性及制备新材料上的空间。另一方面，本发明将亲水的柔性聚乙二醇分子链和高生物相容性的磷酰胆碱基团结合，不仅可以提高化合物的生物相容性，而且化合物基团具有柔性，使得在材料表面改性时，有利于进行表面自组装。相对于现有的端双氨基磷酰胆碱化合物，本发明的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇中，pc基团位于柔性聚乙二醇的末端，在材料表面更易进行自组装，伪装成周围的天然成分，减少纤维蛋白原的吸附，并通过减少血小板的黏附和活化来增加基体材料的生物相容性。第三方面，利用高分子化合物中双氨基的特性(例如亲核取代反应，加成反应等)可作为扩链剂和交联剂直接引入到基体材料。
本发明还提供了一种新型双氨基的磷酰胆碱化合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)以l-赖氨酸为原料，对赖氨酸上的两个氨基进行保护得氨基保护的l-赖氨酸化合物(i)；
(2)以氨基保护的l-赖氨酸化合物(i)和末端接有磷酰胆碱基团的聚乙二醇化合物(ii)，在催化剂存在的条件下，进行酯化反应得化合物(iii)；
(3)将化合物(iii)在钯炭催化剂存在条件下氢化，脱掉氨基保护基团，即得端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物(iv)。
本发明将常见易得的磷酰胆碱改性聚乙二醇与氨基保护的l-赖氨酸化合物直接发生酯化反应，一方面使磷酰胆碱改性聚乙二醇两端引入端基活性更高的端双氨基，端双氨基的磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物可作为扩链剂和交联剂直接引入到基体材料或进行接枝处理；另一方面，由于聚乙二醇官能团的存在，磷酰胆碱基团与l-赖氨酸的引入和连接直接通过l-赖氨酸与聚乙二醇酯化反应即可实现，克服了l-赖氨酸在引入磷酰胆碱基团时需额外与2-氧代-1，3，2-二氧磷杂环戊烷(cop)在低温下反应及三甲胺的开环反应，减少了工艺的纯化与除杂工艺，方法简单，易提纯；第三方面，这里双氨基的磷酰胆碱化合物的合成，选用蛋白质氨基酸中的l-赖氨酸作为起始原料，l-赖氨酸相比d-赖氨酸和其他含多氨基的氨基酸，其原料易得，成本更低，另外l-赖氨酸相对于其他含有双氨基的氨基酸，如天冬酰胺，谷氨酰胺，瓜氨酸等，其水溶解性和有机物溶解性更好，结构更简单，而且其它多氨基氨基酸中，第二个含有氨基的基团大都为酰胺基，酰胺基活性比氨基小的多，很难通过化学方法将酰胺基转变为氨基，因此它们并不是合成这类双氨基磷酰胆碱化合物的最佳选择。
优选的，所述末端接有磷酰胆碱基团的聚乙二醇化合物中重复单元n＝4～200；优选n＝4～50。
优选的，所述氨基保护基团为苄氧羰基。
优选的，选用氯甲酸苄酯(cbz-cl)对赖氨酸上的两个氨基进行保护。
优选的，所述催化剂为二氯亚砜。
优选的，所述催化剂为对甲苯磺酸。
优选的，具体合成路线如下：
1.将一定比例的单氨基封端的聚乙二醇和乙醛基磷酰胆碱(摩尔比为1:1～1:1.5)溶解于1,4-二氧六环或n,n-二甲基甲酰胺中，反应温度保持在30℃—70℃反应12h—48h，将温度降至0℃-15℃加入nabh4还原剂(为乙醛基磷酰胆碱摩尔数的两倍)，保持温度继续反应12h-48h，乙醚沉降，提纯得到末端连接磷酰胆碱的聚乙二醇化合物(化合物ii)。
2.(a)以苄氧羰基保护的l-赖氨酸为起始原料，选用四氢呋喃或二氯甲烷作为溶剂，三乙胺做缚酸剂，保持温度-10℃—-20℃，在二氯亚砜作用下(与赖氨酸的摩尔比控制在2:1—3:1)反应得n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸(化合物i)；
3.(a)将一定比例的二氯亚砜溶于丙酮，反应温度调节至-10℃，控制二氯亚砜溶液的滴加速度滴加至反应2所得的n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸(化合物i)中，2h滴加完毕，继续反应2h，升至室温再继续滴加含有0.08mol的末端接有磷酰胆碱集团的聚乙二醇(化合物ii)的四氢呋喃溶液，n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸(化合物i)与反应1中所得的末端连接磷酰胆碱的聚乙二醇(化合物ii)进行酯化反应(与赖氨酸的摩尔比控制在1.1:1—1.5:1)，提纯后得到化合物(iii)；
(b)或者将一定比例的反应1得到的末端接有磷酰胆碱基团的聚乙二醇(化合物ii)加入到反应1得到的n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸(化合物i)中(其酸醇摩尔比为1.0～2.0)，再加入一定比例的催化剂对甲苯磺酸(其质量为醇质量的2％～10％)和一定比例的携水剂甲苯(其质量为醇质量的110％～200％)，在干燥的n2保护下进行酯化反应，反应温度为80℃～140℃，反应期间用红外对反应混合物进行检测，直至红外谱图中-oh(3400cm-1)的振动峰消失，即可停止反应，提纯得到化合物(iii)。
4.使用钯碳(pd/c)催化氢化的方法脱掉cbz保护集团，得到最终产物端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物(化合物iv)。
本发明还提供了任一上述的方法制备的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物。
本发明还提供了一种表面处理剂，包括：任一上述的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物。
本发明还提供了一种扩链剂或交联剂，包括：任一上述的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇化合物。
本发明还提供了任一上述的含有端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇、表面处理剂、扩链接或交联剂在制备化妆品、组织工程、药物控释、基因治疗中的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明的新型化合物是具有双氨基结构的，末端接有磷酰胆碱的高分子化合物，将双氨基和pc基团引入到了peg分子链中，不仅把peg分子与pc集团的高生物相容性和亲水性结合到了一起，极大地发挥了改性的功能，而且由于另一端的双氨基结构的优越性，更是弥补了此类高分子改性化合物只能作为接枝材料的应用不足，扩大了在改性及制备新材料上的空间。
(2)利用本发明的新型高分子化合物中双氨基的特性(例如亲核取代反应，加成反应等)可作为扩链剂和交联剂直接引入到基体材料。
(3)本发明将亲水的柔性聚乙二醇分子链和高生物相容性的磷酰胆碱基团结合，不仅可以提高化合物的生物相容性，而且化合物基团具有柔性，使得在材料表面改性时，有利于进行表面自组装。
(4)本发明采用的原料赖氨酸和聚乙二醇，可以保证其应用于医用材料的无毒害性，即使在人体内发生降解也不会对人体损害。
(5)本发明可制备分子量不同的端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇。
(6)本发明所用的原料易得，成本低，方法简单，易提纯，定量进行，产率较高。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合实施例对本发明进一步说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1：
步骤1：将1mol单氨基封端的聚乙二醇，n＝10，溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入1.2mol已醛基磷酰胆碱化合物，在50℃下反应12h，冷却降温至8℃后，加入浓度为0.02g/ml的nabh4的甲醇溶液(其中nabh4的物质的量为2.4mol)，调整反应温度至20℃，反应12h，、乙醚沉降得到末端接有磷酰胆碱基团的聚乙二醇。
步骤2：将0.055mol的n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸加入干燥的反应瓶中，在加入0.11mol三乙胺和200ml四氢呋喃混合均匀后，将0.145mol的二氯亚砜溶于50ml丙酮，反应温度调节至-10℃，控制二氯亚砜溶液的滴加速度，2h滴加完毕，继续反应2h，升至室温，再继续滴加含有0.08mol的末端接有磷酰胆碱集团的聚乙二醇的四氢呋喃溶液，反应6小时，将混合物进行抽滤得到粘稠状的产物，乙醚洗涤3次，蒸干溶剂，产率60.3％。
步骤3：取0.05mol步骤2所得的产物溶于250ml无水甲醇，在氢气保护下搅拌15min后，加入过量15％pd/c，室温下反应结束后，过滤出去固体，得到滤液，旋转蒸发出去溶剂，得到粘稠状的产物，得最终产物化合物端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇。1hnmr(dmso，tms，400mhz)δ：5.11(4h，nh2-)；4.31-4.42(br，4nh,-coo(ch2ch2o)n-)；3.25(t，h，-ch(nh2)-)；2.90(s，9h，-n+(ch3)3)；2.65(q，2h，nh2ch2-)；1.47-1.7(br，6h，-ch2ch2ch2-)；8.0(t，h，-nhco-)；4.90(s，2h，-coch2pc)。
实施例2：
步骤1：将1mol单氨基封端的聚乙二醇，n＝50，溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入1.2mol以醛基磷酰胆碱化合物，在50℃下反应12h，冷却降温至8℃后，加入浓度为0.02g/ml的nabh4的甲醇溶液(其中nabh4物质的量为2.4mol)，调整反应温度至20℃，反应12h，乙醚沉降得到末端接有磷酰胆碱的聚乙二醇。
步骤2：将一定比例的n,n’-双苄氧羰基-l-赖氨酸和末端接有磷酰胆碱基团的聚乙二醇(酸醇摩尔比为1.5)加入干燥的反应瓶中，再加入一定比例的催化剂对甲苯磺酸(其质量为醇质量的5％)和一定比例的甲苯(其质量为醇质量的140％)，在干燥的n2保护下进行酯化反应，反应温度为120℃，反应期间用红外对反应混合物进行检测，直至红外谱图中-oh(3400cm-1)的振动峰不在出现，即可停止反应。缓慢加入固体碳酸钠至水溶液ph＝7，用二氯甲烷和饱和食盐水对水溶液进行萃取，将得到的有机层进行减压蒸馏，得到粉末状的产物。
步骤3：取0.05mol步骤2所得的产物溶于250ml无水甲醇，在氢气保护下搅拌15min后，加入过量15％pd/c，室温下反应结束后，过滤出去固体，得到滤液，旋转蒸发出去溶剂，得到粉末状的产物，得最终产物化合物端二氨基磷酰胆碱改性聚乙二醇。1hnmr(dmso，tms，400mhz)δ：5.11(4h，nh2-)；4.31-4.42(br，4nh,-coo(ch2ch2o)n-)；3.25(t，h，-ch(nh2)-)；2.90(s，9h，-n+(ch3)3)；2.65(q，2h，nh2ch2-)；1.47-1.7(br，6h，-ch2ch2ch2-)；8.0(t，h，-nhco-)；4.90(s，2h，-coch2pc)。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。