本发明涉及具有生物可降解高分子材料的制备技术，具体涉及一种具有可降解性、良好力学性能和优异生物相容性的L-丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物的直接接枝技术。
背景技术：
骨组织缺损是临床面临的难题之一，尽管骨组织本身具有较强的再生能力，但其自我修复只能在缺损较小的情形下发生，而骨移植是治愈大体积骨缺损的主要手段。临床上骨移植主要包括自体骨、同种异体骨和异种骨等植骨术，但存在供源不足、供区损伤或移植排斥反应等不足。组织工程学技术为骨缺损修复提供了新的方法，具有广阔的应用前景。
应用于骨组织修复的可降解高分子支架材料主要包括合成可降解高分子和天然可降解高分子。合成可降解高分子主要包括聚乳酸（PLA）、聚丙乙交酯（PLGA）和聚-ε-己内酯（ε-PCL）等脂肪族聚酯。该类可降解高分子因具有一定的机械强度、生物降解性和优异的生物相容性等优点在组织工程领域日益受到重视，但存在体内降解过程中酸性物质的累积导致植入部位产生非细菌性慢性炎症等问题。
为有效解决酸性物质的累积造成的非细菌性炎症问题，对PLA类聚酯等高分子基体进行接枝改性，赋予其碱性功能基团是有效方法之一。马来酸酐（MAH）是一种可在生物体内正常代谢的多官能团物质，具有良好的生物相容性。利用MAH中的碳-碳双键的自由基反应可以将其接枝到聚酯骨架中，酸酐键可进一步引入功能基团（如羟基、胺基等）。胺基等碱性基团的引入可望有效中和其体内降解过程产生的酸性物质，避免酸性物质累积而导致局部组织产生慢性非细菌性炎症。
目前国内外学者主要将马来酸酐接枝后的PLA作为增容剂改善PLA及复合树脂（如PLA/淀粉、PLA/苎麻等）的性能，而以其接枝改性用于生物医用领域的研究相对较少。如Hwang等将马来酸酐接枝到PLLA链上，能使其玻璃化温度和结晶度显著降低。罗彦凤教授课题组采用马来酸酐直接接枝PLA，进一步引入乙二胺，有效改善了其亲水性能。马来酸酐接枝PLA后虽能进一步引入碱性基团，但PLA组成单一，不利于降解速率的有效调控。
文献中关于MAH接枝共聚物PLGA鲜见报道。Ma等采用自由基反应在PLGA主链接枝马来酸酐，其表面能有效固定阳离子型聚乙烯亚胺/DNA纳米颗粒，可望用于基因控释体系。本课题组采用D,L-丙交酯、乙交酯和马来酸酐通过熔融聚合获得了MAH改性聚丙乙交酯（MPLGA）（ZL2013.10564511.1），该方法操作简单，获得的共聚物中酸酐接枝率可高达10.0%。同时采用D,L-丙交酯、乙交酯通过熔融聚合制备高分子量PLGA的基础上，进一步以MAH直接接枝PLGA制备得到高分子量的MPLGA（ZL201510812709.6），但其酸酐接枝率为1.0%左右。
MAH接枝PLA或PLGA，引入了酸酐等活性基团，并可进一步引入碱性功能基团，但接枝前后的高分子脆性强，韧性差，不利于高分子基体的成型和加工。而聚-ε-己内酯中具有特殊的碳链结构和良好流变性能, 可赋予材料良好的韧性和加工性能。
本发明采用熔融聚合法制备L-丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物（PLLGC），进一步采用MAH接枝改性，利用聚合物中不同组分降解速率差异，改变其组成，可望获得力学性能好和降解性能可控的三元共聚物MPLLGC（文献尚未见报道）。酸酐键的引入还能为材料的后续的改进提供良好的基础和可能，可以进一步提高材料的亲水性能和细胞亲和性等。
技术实现要素：
本发明的目的是一种兼具良好力学性能、降解性能可控和酸酐活泼基团的高分子量MPLLGC聚合物的制备方法。
本发明采用的技术方案：一种马来酸酐直接接枝L-丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物的制备方法，包括步骤：
（1）按照原料重量份数，将纯化处理后的70~80份L-丙交酯、15~20份乙交酯和5-10份的ε-己内酯加入干燥处理后的容器中，再加入一定量0.1mol/L的辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥12~24 h后，在常温下采用扩散泵抽高真空0.5~1.0 h，使容器内压强低于10.0Pa，然后用酒精喷灯封口；
（2）将封管后的容器放入恒温箱中，在100℃左右熔融后摇匀，然后在120~160℃温度下反应，反应12~60 h后取出，得到共聚物PLLGC粗产物；
（3）敲碎容器，将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成3.0~5.0wt%的溶液，然后滴入3~5倍体积的乙醇中沉析多次，将提纯后的产物真空干燥至恒重即得PLLGC聚合物；
（4）将纯化后的PLLGC聚合物与一定量的马来酸酐、过氧化二苯甲酰混合，置于干燥处理后的容器中，抽真空使容器内压强低于10.0Pa，酒精喷灯封口；将封口后的容器置于160℃恒温箱中10-15min，待其熔融后摇匀，然后于120℃的环境中反应2-4h即得到马来酸酐接枝的PLLGC的粗聚物MPLLGC；
（5）将接枝后的粗聚物MPLLGC置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提除去均聚物，将抽提后的共聚物40℃下真空干燥至恒重。将共聚物加入到三氯甲烷中，配制成浓度为3.0~5.0wt%的溶液，滴入3~5倍体积的乙醇中沉析多次，然后将提纯物40℃下真空干燥至恒重，得到纯的马来酸酐直接接枝L-丙交酯/乙交酯/ε-己内酯三元共聚物。
作为优选，所述原料的重量份数为：纯化处理后的L-丙交酯75份、乙交酯18份、ε-己内酯8份。
作为优选，步骤（1）中，所述的L-丙交酯为采用减压法，以L-乳酸为原料，140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯多次提纯得到L-丙交酯晶体；所述的乙交酯为采用减压法，以乙醇酸为原料，150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体；ε-己内酯在减压条件下蒸馏除去原料中所含水分；辛酸亚锡与三种单体总量的摩尔比为1:2000-1:10000，优选为1:5000-1:7000。
作为优选，步骤（3）中，三氯甲烷溶液的浓度直接与PLLGC分子量大小有关，分子量越大，配制的三氯甲烷溶液浓度应越小。
作为优选，步骤（4）中，马来酸酐的量为L-丙交酯、乙交酯和ε-己内酯单体总量的5.0~10.0 wt%，过氧化苯甲酰的加入量为马来酸酐重量的1.0~5.0 wt%。
作为优选，所述的减压环境为压力低于0.09MPa。
本发明中MPLLGC的合成是在L-丙交酯、乙交酯和ε-己内酯三种单体的熔融共聚成PLLGC的基础上，利用MAH在减压条件下通过自由基聚合直接接枝到PLLGC骨架中。
本发明制备的三元共聚物PLLGC为纯白色固体，接枝MAH后的产物MPLLGC为浅黄色固体，分子量可达1.0 × 105Da，滴定法测定马来酸酐接枝率为0.5~1.0%。
本发明所得到的MPLLGC具有以下优点：
（1）在单体熔融共聚制备高分子量PLLGC的基础上再直接接枝MAH得到MPLLGC，通过调节三元共聚物的组成可使高分子材料成型后力学性能和降解性能调控范围更广，可满足不同医用材料应用的需求。
（2）PLLGC接枝MAH后亲水性能得到改善，MPLLGC骨架中的酸酐基团在降解过程中会水解生成两个亲水性的羧基，从而大大的改善材料的亲水性能。
（3）酸酐键的引入还可为材料的后续改性提供良好的基础，如酸酐键能与脂肪二胺、短肽等发生 N-酰化反应，从而引入胺基或生物活性物质，可进一步提高材料的亲水性能和细胞亲和性等。
具体实施方式
下面通过具体实施例来对本发明作进一步详细的描述，所述的原料份数除特别说明外，均为重量份数。
实施例1：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将7.46g干燥后的L-丙交酯、2.0g乙交酯和0.818mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入0.766mL浓度为0.1mol/L的辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为5 .0Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在120℃下反应48 h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成4.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的5.0gPLLGC、0.5g马来酸酐和0.015g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强7.5Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中10min，摇匀，然后于120℃的环境中反应2h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成4.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=1.06×105Da，Mw/Mn=1.21，接枝率0.85%。
实施例2：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将11.2g干燥后的L-丙交酯、3.0g乙交酯和1.2mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入0.576mL浓度为0.1mol/的L辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为7.5Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在120℃下反应36h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成5.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的5.0gPLLGC、0.5g马来酸酐和0.015g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强低为5.0Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中15min，摇匀，然后于120℃的环境中反应4h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成5.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=1.21×105Da，Mw/Mn=1.22，接枝率0.88%。
实施例3：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将22.4g干燥后的L-丙交酯、6.0g乙交酯和2.4mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入1.15mL浓度为0.1mol/的L辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为10.0Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在130℃下反应24h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的4.57gPLLGC、0.457g马来酸酐和0.0137g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强为7.5Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中14min，摇匀，然后于120℃的环境中反应3h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=8.5×104Da，Mw/Mn=1.29，接枝率0.92%。
实施例4：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将28.0g干燥后的L-丙交酯、7.5.0g乙交酯和3.0mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入3.05mL浓度为0.1mol/的L辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为5.0Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在150℃下反应36h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的6.0gPLLGC、0.60g马来酸酐和0.018g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强为2.5Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中10min，摇匀，然后于120℃的环境中反应3h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=1.05×105Da，Mw/Mn=1.31，接枝率0.76%。
实施例5：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将5.6g干燥后的L-丙交酯、1.5g乙交酯和0.6mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入0.288mL浓度为0.1mol/的L辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为5.0Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在140℃下反应24h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成5.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的5.5gPLLGC、0.55g马来酸酐和0.0165g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强为5.0Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中12min，摇匀，然后于120℃的环境中反应2h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成5.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=1.38×105Da，Mw/Mn=1.24，接枝率0.79%。
实施例6：
以L-乳酸为原料，减压条件下140~160℃脱水环化后，180~220℃开环聚合得到粗L-丙交酯，经乙酸乙酯提纯得L-丙交酯晶体；以乙醇酸为原料，减压条件下150~170℃脱水环化后，250~260℃开环聚合得到粗乙交酯，经乙酸乙酯提纯得到片状的乙交酯晶体。ε-己内酯原料在减压条件下蒸馏除去原料中水分，得到纯化后的ε-己内酯。
将16.8g干燥后的L-丙交酯、4.5g乙交酯和1.8mLε-己内酯加入干燥处理后的安瓿瓶中，再加入0.864mL浓度为0.1mol/的L辛酸亚锡/甲苯溶液；真空干燥24 h后，在安瓿瓶内压强为7.5Pa的条件下用酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于恒温箱中，在150℃下反应24h，敲碎安瓿瓶，取出得粗产物PLLGC。
将粗产物溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，真空干燥。取纯化后的6.5gPLLGC、0.65g马来酸酐和0.0195g过氧化二苯甲酰混合，置于安瓿瓶中，瓶内压强为2.5Pa的条件下酒精喷灯封口。将封口后的安瓿瓶置于160℃恒温箱中10min，摇匀，然后于120℃的环境中反应3h即得到MPLLGC粗聚物。将接枝后的粗聚物置于抽提器内，以三氯甲烷为溶剂抽提8 h，将抽提的剩余物真空干燥后溶于三氯甲烷中，配制成3.0wt%溶液，滴入3倍体积的乙醇中沉析3次，然后将提纯物真空干燥至恒重，得到浅黄色纯接枝共聚物MPLLGC。所得产品Mn=8.65×104Da，Mw/Mn=1.32，接枝率0.81%。