一种结晶聚乳酸-羟基乙酸的制备方法

一种结晶聚乳酸
‑
羟基乙酸的制备方法
技术领域
1.本发明属于一种医疗材料的制备方法，具体涉及一种结晶聚乳酸
‑
羟基乙酸材料的制备方法。


背景技术：

2.聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物(poly(lactic
‑
co
‑
glycolic acid)是由乳酸和羟基乙酸随机聚合而成的生物可降解聚合物，其在体内和体外组织工程支架，手术缝合线和药物载体等方面都获得了广泛的应用。但是在使用该生物可降解聚合物时，应仔细控制聚合物的降解速度，使其与组织形成和生长的速度同步，以实现成功的再生或在适当的条件下实现药物输送。虽然plga降解速率可通过调控乳酸(la)和乙醇酸(ga)的比例来控制，但由于提高plga降解速度会导致在材料降解初期产生过多的乳酸堆积，不利于细胞的黏附和生长，从而导致局部的炎症问题。因此，制备具有结晶度的plga可以进一步延长了plga的降解时间，也可以降低plga在降解初期突然释放la引起炎症反应的可能性，从而扩大plga材料的应用潜力。
3.现有的制备工艺中，由l
‑
乳酸和乙醇酸共聚得到的plga通常采用等温退火的方法结晶，但通过退火得到的plga结晶度普遍较低。通过乳酸(la)和乙醇酸(ga)缩聚得到plga的过程中发现，增加的la的浓度将导致低结晶度的plga。相反地，通过开环聚合，随着ga含量的增加plga结晶度下降。当ga含量超过30％时，la段的长度减少到不再足够长到可以结晶的程度。此外，ga含量的增加加快了plga的降解速度，但同时增加了plga的外消旋作用，从而在一定程度上降低了plga的结晶度。因此，制备不同结晶度的plga的方法将具有重要的工业应用价值。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的在于提供一种结晶度可调节的聚乳酸
‑
羟基乙酸的制备方法，解决现有技术聚乳酸
‑
羟基乙酸应用中引发炎症的问题。
5.技术方案：本发明的一种结晶聚乳酸
‑
羟基乙酸的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤一、将聚l
‑
丙交酯和乙交酯混合，并加入异辛酸亚锡和季戊四醇，抽真空条件下反应，将反应产物经过冷却、溶解、析出、抽滤和干燥，得到四臂的聚乳酸
‑
羟基乙酸4arm
‑
plga；
7.步骤二、将4arm
‑
plga溶解在二氯甲烷溶液中，在冷水浴环境下加入三光气和缚酸剂，搅拌后得到酰氯化的4arm
‑
plga溶液；
8.步骤三、在酰氯化的4arm
‑
plga溶液中加入n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和缚酸剂，继续在冰水浴的条件下搅拌，得到接枝后的4arm
‑
plga溶液；
9.步骤四、取接枝后的4arm
‑
plga溶液常温挥发，经洗涤干燥后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸。
10.进一步的，所述步骤一中，聚l
‑
丙交酯和乙交酯的质量比为0.1～7：1；l
‑
丙交酯与
异辛酸亚锡的质量比为500～3000：1；l
‑
丙交酯与季戊四醇的质量比为50～700：1。
11.进一步的，所述步骤一中，抽真空条件为0～10pa，反应温度为120～170℃，反应时间为4～12h。
12.进一步的，所述步骤二中，4arm
‑
plga、三光气与缚酸剂的质量比为1：0.005～0.01：0.01～0.02。
13.进一步的，所述步骤二中，搅拌反应时间为2～4h。
14.进一步的，所述步骤二中，酰氯化的4arm
‑
plga、n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺与缚酸剂的质量比为1：0.0025～0.01：0.01～0.02。
15.进一步的，所述步骤三中，搅拌反应时间为2～4h。
16.进一步的，所述缚酸剂为吡啶或三乙胺。
17.进一步的，所述步骤四中，挥发时间为70～75h，干燥时间为10～15h，干燥温度为20～30℃。
18.本发明的合成过程为：
19.第一步：l
‑
丙交酯和乙交酯在催化剂异辛酸亚锡的作用下进行开环共聚，然后共聚物上的
‑
oh与季戊四醇中对应的四个羟基进行脱水反应，得到4arm
‑
plg，具体过程如下：
[0020][0021]
其中，
[0022]
第二步：对4arm
‑
plg进行酰氯化，以三光气作为改性原料，具有毒性低反应条件温和的特点，三光气与4arm
‑
plg末端的
‑
h进行反应，形成酰氯基团，并采用缚酸剂来中和反应过程中产生的酸，避免酸影响反应或反应平衡，得到4arm
‑
plg
‑
cl，具体过程如下：
[0023][0024]
其中，
[0025]
第三步：采用n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺作为结构改性组分，n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺中的碳碳双键与4arm
‑
plg
‑
cl中酰氯基团进行接枝反应，得到cn4
‑
plga，具体过程如下：
[0026]
[0027]
其中，
[0028]
上述的过程中，由于n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺的引入，可以使星型结构的4arm
‑
plga连接成为线性结构，从而使得原本单一存在的4arm
‑
plga进行两两或者多个的组合，从而可以得到有序排列的线性4arm
‑
plga的结构。在后续挥发结晶的过程中，由于线性4arm
‑
plga结构的均一性，从而使制备的plga具有结晶性质。
[0029]
有益效果：与现有技术相比，本发明的具有如下显著优点：本发明通过开环聚合的方式合成四臂的plga，然后通过三光气对4arm
‑
plga端基酰氯化并与n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺(mbam)反应，制备形成线性的plga，通过溶剂挥发结晶的方式，制备了不同结晶度的plga，结晶的plga能够有效保护酯键从而减少plga在初期快速降解过程中产生大量的酸性产物，以达到防止降解太快导致降解初期乳酸堆积的问题，本发明的整体制备过程简单易行，扩大了plga材料的应用潜力。
附图说明
[0030]
图1是实施例1条件下plga晶体的pom图；
[0031]
图2是实施例2条件下plga晶体的pom图；
[0032]
图3是实施例3条件下plga晶体的pom图；
[0033]
图4是实施例4条件下plga晶体的pom图；
[0034]
图5是实施例5条件下plga晶体的pom图；
[0035]
图6是实施例6条件下制备的plga晶体sem图；
[0036]
图7是实施例1、2、3、6下制备的结晶plga与plga及实施例1条件下的4arm
‑
plga的xrd图；
[0037]
图8是实施例6条件下合成的plga晶体与4arm
‑
plga体外降解速率对比。
[0038]
图9是实施例1制备的结晶聚乳酸
‑
羟基乙酸的xps测试结果。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0040]
实施例1
[0041]
(1)将7.2g聚l
‑
丙交酯和1.3g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0027g催化剂异辛酸亚锡和0.18g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa。将烧瓶密封，放到160℃的烘箱中反应4h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0042]
(2)取2g上面合成得到的4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入10ml二氯甲烷和40μl除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
[0043]
(3)将0.005g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μl三乙胺，
继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0044]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的pom图如图1所示，图中可以看到大量较粗的纤维状晶体，说明了得到的是结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0045]
实施例2
[0046]
(1)将4.3g聚l
‑
丙交酯和4.3g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.003g催化剂异辛酸亚锡和0.045g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa。将烧瓶密封，放到165℃的烘箱中反应4h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0047]
(2)取2g上面合成得到得4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入20ml二氯甲烷和30μl除水后的吡啶，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.015g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
[0048]
(3)将0.01g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入60μl吡啶，继续搅拌4h。搅拌结束后，取50μl溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0049]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的pom图如图2所示，与图1相比，具有更细的纤维状晶体，说明了得到的是结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0050]
实施例3
[0051]
(1)将1.3g聚l
‑
丙交酯和7.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.002g催化剂异辛酸亚锡和0.17g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa以下。将烧瓶密封，放到170℃的烘箱中反应6h，每隔二十分钟摇晃一次.反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0052]
(2)取2g上面合成得到得4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入30ml二氯甲烷和40μl除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌3h。
[0053]
(3)将0.015g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μl三乙胺，继续搅拌3h。搅拌结束后，取50μl溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置75h后，取出样品，用甲醇洗涤，在20℃下真空干燥10h后，得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0054]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的pom图如图3所示，图中可以看到大量的纤维状的晶体，纤维更细，并沿着一个中心外延生长，这是因为减少了交联剂含量从而导致结晶度的下降，同时配置的溶液更稀，难以形成粗纤维。
[0055]
实施例4
[0056]
(1)将6.4g聚l
‑
丙交酯和2.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0032g催化剂异辛酸亚锡和0.026g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa以下。将烧瓶密封，放到160℃的烘箱中反应6h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0057]
(2)取2g上面合成得到得4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入40ml二氯甲烷和33μl除
水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.021g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌2h。
[0058]
(3)将0.015g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入33μl三乙胺，继续搅拌2h。搅拌结束后，取50μl溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置70h后，取出样品，用甲醇洗涤，在30℃下真空干燥15h后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0059]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的pom图如图4所示，图中可以看到大量的消光十字状的球晶结构，同时伴随着大量的纤维状的晶体，这是因为配置的溶液浓度低，存在的晶体形貌以球晶为主。
[0060]
实施例5
[0061]
(1)将2.2g聚l
‑
丙交酯和6.4g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0032g催化剂异辛酸亚锡和0.037g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa以下。将烧瓶密封，放到120℃的烘箱中反应8h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0062]
(2)取2g上面合成得到得4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入200ml二氯甲烷和35μl除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.011g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
[0063]
(3)将0.005g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入35μl三乙胺，继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0064]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的pom图如图5所示，图中可以看到明显的消光十字状的球晶结构。
[0065]
实施例6
[0066]
(1)将5.4g聚l
‑
丙交酯和3.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0021g催化剂异辛酸亚锡和0.01g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10pa以下。将烧瓶密封，放到150℃的烘箱中反应8h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm
‑
plga。
[0067]
(2)取2g上面合成得到得4arm
‑
plga加入双口烧瓶中，加入10ml二氯甲烷和40μl除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5ml的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h.
[0068]
(3)将0.02g n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μl三乙胺，继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0069]
对制备的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行表征测试，扫描显微镜下的sem图如图6所示，sem图中可观察到均一的片状晶体结构，说明了可以通过调整溶剂挥发的方式来得到不同晶体结构的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料。
[0070]
参见下表1，为实施例1
‑
6中步骤(1)制备的4arm
‑
plga的gpc测试结果。
[0071]
表1不同条件下合成的4arm
‑
plga的gpc测试结果
[0072][0073]
由表1可知，实施例1
‑
6中，制备的4arm
‑
plga重均分子量为11.3～26.1kg/mol，分子量分布为1.14～1.51，分子量分布较窄，因此通过步骤(1)的方法可以制备出具有四臂结构的plga。
[0074]
进一步的，对实施例1制备的结晶的聚乳酸
‑
羟基乙酸材料进行xps n 1s测试，如图9所示，与4arm
‑
plga相比，经mbam交联后的4arm
‑
plga出现了n 1s的峰，因此可以证明n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺参与了反应。
[0075]
将实施例1
‑
3和实施例6的样品进行xrd测试，如图7所示，与常规聚合的plga以及4arm
‑
plga相比，随着n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺mbam含量改变，可以看到在17.1
°
和17.9
°
处出现了变化，证明了了mbam的加入改变了4arm
‑
plga的结构，形成了晶体。
[0076]
将实施例6中，步骤(3)合成的结晶的4arm
‑
plga与常规的plga以及步骤(1)合成的4arm
‑
plga进行体外降解速率比较，具体试验过程为：将样品放置在20ml的离心管中，加入ph＝7.4的pbs于37℃保存，在不同时间取出，用乙醇清洗并在常温下真空干燥。干燥后称量并进行计算；测试结果参见图8，由图8可知，结晶的4arm
‑
plga较常规plga和4arm
‑
plga的降解速率降低了六倍，因此说明了具有结晶的plga的降解速率较慢，能够有效保护酯键从而减少plga在初期快速降解过程中产生大量的酸性产物，以达到防止降解太快导致降解初期乳酸堆积的问题。