專利名稱：一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法
一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法
S術領域
本發明屬于高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感 兩親性接枝共聚物的制備方法。
背景技術：
殼聚糖是自然界唯一含有氨基的堿性多糖，地球上僅次于纖維素的第二大豐富的天然 生物高分子材料，具有優異的生物相容性、生物降解性以及生物活性。但殼聚糖的結構相 對簡單，功能較為單一，不能滿足各領域對其愈來愈高的要求，因而有必要對殼聚糖進行 接枝改性拓展其功能。對殼聚糖的接枝改性方法主要有自由基聚合、開環聚合以及原子轉 移自由基聚合。董常明(Feng, H.; Dong, C. M.所owacrowo/ecwfey， 2006， 7， 3069)、方月娥(Liu, L:; Chen， L. X.; Fang, Y. E. Macramo/. i^pW Owwn/". 2006， 27, 1988)等通過開環聚合制備 了支鏈為聚丙交酯、聚己內酯的殼聚糖接枝共聚物。Bai(Li， N.; Bai, R. B.; Liu, C. K. Langmuir, 2005, 21， 11780)則通過原子轉移自由基聚合方法制備了支鏈為聚丙烯酰胺的殼 聚糖接枝共聚物。
溫度敏感聚合物是一類能夠對外界環境溫度的細微變化做出響應，并產生相應物理結 構以及化學性質變化甚至突變的高分子材料。這類聚合物由于其獨特的性能而受到人們的 廣泛關注。聚(N-異丙基丙烯酰胺)因其側鏈上同時具有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基， 因而呈現出優異的溫度敏感特性。常溫下，聚(N-異丙基丙烯酰胺)能溶解于水中形成均勻 的溶液，當溫度升高至30-35°<:之間的某一溫度時，溶液發生相分離。到目前為止，聚(N-異丙基丙烯酰胺)成為研究最多的溫度敏感性聚合物。
聚(N-異丙基丙烯酰胺)除了能制備均聚物外，還能與多種單體進行共聚制備各類共聚 物。Yang(Liu， S.Q.; Tong, Y.W.; Yang, Y.Y. 5/o附加m'a&， 2005， 26, 5064.)等將N-異丙基丙烯 酰胺與N,N-二甲基丙烯酰胺等親水性單體進行共聚合，親水性單體的加入能夠有效調節共 聚物的LCST，使其LCST更加符合人體病灶部位的溫度，進而有效的控制藥物的智能釋放。 此外，聚(N-異丙基丙烯酰胺)也能與己內酯、丙交酯等進行共聚反應制備兩親性共聚物。 Kang (Xu， F丄；Li, J.; Yuan, S.J.; Zhang, Z.X.; Kang, E.T.; Neoh, K.G. 5fo,cra,/eo^y， 2008,9,331.)將羥基封端的線性聚己內酯與2-溴異丁酰溴反應，得到端基含溴的，然后采 用原子轉移自由基聚合從PCL鏈末端生長出聚(N-異丙基丙烯酰胺)，制備了ABA型三嵌段 共聚物。潘才元(You Y.Z.; Hong C.Y.; Wang W.P.; Lu W.Q.; Pan C.Y. Maow^/"w/^， 2004, 37, 9761.)和卓仁禧(Chang, C.; Wei, H.; Quan， C.Y.; Li Y.Y.; Liu， J.; Wang， Z.C.; Cheng, S.X.;
4Zhang, X.Z.; Zhuo， R.X. Jowwfl/ o/尸oiy附er Sc/ewce尸or, /! 尸o/ywer C/7e附&^7， 2008, 46, 3048.)先合將N-異丙基丙烯酰胺與己內酯或丙交酯等共聚合，制備了聚(N-異丙基丙烯酰 胺)與聚己內酯或聚乳酸等的嵌段共聚物。
利用殼聚糖的生物相容性、生物降解性以及生物活性，結合開環聚合、原子轉移自由 華聚合等先進聚合方法，引入生物降解性、溫度敏感性鏈段，可以制備殼聚糖為主鏈的溫 度敏感兩親性接枝共聚物，這將在生物醫學等領域具有廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法。 本發明的目的是將可生物降解的脂肪族聚酯和溫度敏感性聚合物的嵌段共聚物鏈段 作為支鏈引入到殼聚糖上，使所獲得的接枝共聚物同時具有優異的生物相容性、生物降解 性、生物活性、以及溫度敏感性。本發明用商品化的殼聚糖、脂肪族酯類單體以及丙烯酰 胺類單體，結合開環聚合法和原子轉移自由基法，運用聚合機理的轉換，制備一系列具有 不同低臨界溶解溫度(LCST)的以殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物。 ,本發明提出的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，具體歩驟如
下
將殼聚糖加入反應釜，并分散溶解在溶劑A中，然后向反應釜中加入環內酯或交酯單 體B。環內酯或交酯單體B與殼聚糖的質量比為10 200: 1。按照環內酯或交酯單體B 總摩爾量的0.01~1%加入催化劑C，在惰性氣體氬氣或氮氣保護下進行聚合反應，聚合溫 度為80 150'C，聚合時間為10 100小時，將制得的共聚物沉淀并真空干燥，得到羥基 封端的殼聚糖接枝共聚物。將該羥基封端的殼聚糖接枝共聚物溶于溶劑D，加入羥基封端 殼聚糖接枝共聚物所含端羥基摩爾數1 5倍量的縛酸劑E，在0 15'C下滴加羥基封端殼 聚糖接枝共聚物所含端羥基摩爾數1 5倍量的含溴化合物F，滴加時間為20 70分鐘， 滴加結束后反應溫度為10 40°C，反應時間為18 72小時。經過濾，沉淀并真空干燥后， 禱到溴基封端的殼聚糖接枝共聚物大分子引發劑。將大分子引發劑溶于溶劑G，并按照溴 基封端殼聚糖接枝共聚物所含端溴基摩爾數50 500倍的量分別加入單體N-異丙基丙烯酰 胺和親水性單體H，在催化劑I作用下，體系在氬氣或氮氣保護下反應。反應溫度為20 100°C，反應時間為2 48小時。除去催化劑I后，經沉淀、真空干燥后，即得到所需產物。
本發明中，所述溶劑A為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰 胺或二甲基亞砜中的一種或幾種。
本發明中，所述環內酯或交酯單體B為L-丙交酯、D-丙交酯、D,L-丙交酯、乙交酯、 s-己內酯、丁內酯、S-戊內酯、Y-戊內酯或丙內酯中的一種或幾種。本發明中，所述催化劑C為辛酸亞錫、異丙醇鋁、鈦酸四丁酯、或以錫、銻、鍺或鋁
元素為配位中心形成的螯合以及稀土化合物等開環聚合反應催化劑中任一種。
本發明中，所述溶劑D為氯仿、二氯甲垸、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺或
N,N-二甲基乙酰胺中的 一種或幾種。
本發明中，所述縛酸劑E為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾種。 本發明中，所述含溴化合物F為2-溴丙酰溴或2-溴異丁酰溴中的一種或兩種。 本發明中，所述溶劑G為苯甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N,N-二
甲基乙酰胺中的一種或幾種。
本發明中，所述親水性單體H為N,N-二甲基丙烯酰胺或N，N-二乙基丙烯酰胺中的一
種或兩種。
本發明中，所述催化劑I為氯化亞銅/聯吡啶、溴化亞銅/聯吡啶、氯化亞銅/五甲基二 乙烯三胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲 基三亞乙基四胺中的一種或幾種。
本發明的優點在于原料來源廣泛，所用的殼聚糖、親水性單體和環酯類單體均可工
業化生產，合成方法簡單易行。合成的以殼聚糖為主鏈的兩親性接枝共聚物同時具備溫度
敏感性、生物相容性、可降解性。共聚物的低臨界溶解溫度(LCST)可以通過加入親水性 單體H或疏水性聚酯鏈的比例來調節。共聚物可以在水中自組裝為穩定納米膠束。所得共 聚物同時具有生物降解性、生物相容性、生物活性和溫度敏感性因而在藥物控制釋放載體、 軟組織工程支架材料、免疫分析、記憶元件開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。
圖1:實施例1制備的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的結構示意圖。
具體實施例方式
以下實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的范圍。
該殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的分子結構用傅里葉變換紅外光譜儀
(FTIR)和核磁共振分析儀(NMR)測定。低臨界溶解溫度(LCST)用帶熱臺的紫外-可見分光光度計測定，LCST定義為透光率降至初始值的50%時所對應的溫度。自組裝所 得膠束用透射電鏡(TEM)與原子力顯微鏡(AFM)測定。膠束粒徑用動態激光光散射儀(DLS)
實施例1
稱取殼聚糖1克，用N，N-二甲基甲酰胺分散溶解后，加入s-己內酯單體10克以及催 化劑辛酸亞錫88 pmol，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于120'C油浴中開環聚合24小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚己內酯產物。稱 取該殼聚糖接枝聚己內酯產物5克溶于二氯甲烷，加入三乙胺2克，在0'C下滴加2-溴異 丁酰溴4克，在1(TC下反應72小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的 殼聚糖接枝聚己內酯大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚己內酯大分子引發劑2克 溶于苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺單體5克和N,N-二甲基丙烯酰胺單體1.4克，再加 入催化劑溴化亞銅(60毫克)/六甲基三亞乙基四胺(96毫克)，經抽真空-充氮氣過程 3次，并在氮氣保護下于65'C油浴中反應4小時。產物用乙醚沉淀，真空干燥，得白色粉 末狀殼聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。
溫敏性可降解接枝共聚物的代表性結構式如附圖1所示。 ,實施例2
稱取殼聚糖l克，用N，N-二乙基甲酰胺分散溶解后，加入L-丙交酯單體10.8克以及 催化劑辛酸亞錫100pmo1，經抽真空-充氬氣過程3次，并在氬氣保護下于15(TC油浴中開 環聚合10小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚(L-丙交酯)產 物。稱取該產物5克溶于氯仿，加入二乙胺3克，在5'C下滴加2-溴丙酰溴4.8克，在15 'C下反應60小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的殼聚糖接枝聚(L-丙交酯)大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚(L-丙交酯)大分子引發劑2克溶于 苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺單體5.2克和N,N-二乙基丙烯酰胺單體2克，再加入催化 劑氯化亞銅(70毫克)/六甲基三亞乙基四胺(112毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次， 并在氬氣保護下于2(TC油浴中反應48小時。產物用乙醚沉淀，真空干燥，得白色粉水狀 堯聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。
實施例3
稱取殼聚糖l克，用N,N-二乙基甲酰胺分散溶解后，加入S-戊內酯單體11克以及催 化劑異丙醇鋁20毫克，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于ll(TC油浴中丌環 聚合30小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚(S-戊內酯)產物。 稱取該產物5克溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入三乙胺3克，在8'C下滴加2-溴異丁酰溴4.8 克，在2(TC下反應48小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的殼聚糖接 枝聚(S-戊內酯)大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚(S-戊內酯)大分子引發劑2 克溶于苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺單體5.6克和N，N-二甲基丙烯酰胺單體2克，再加 入催化劑溴化亞銅(70毫克)/五甲基二乙烯三胺(112毫克)，經抽真空-充氮氣過程3 次，并在氮氣保護下于4(TC油浴中反應36小時。產物用乙醚沉淀，真空干燥，得白色粉 末狀殼聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。稱取殼聚糖l克，用N,N-二甲基乙酰胺分散溶解后，加入D-丙交酯單體12克以及催 化劑鈦酸四丁酯18毫克，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于130'C油浴中開 g聚合28小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚(D-丙交酯) 產物。稱取該產物5克溶于N，N-二甲基甲酰胺，加入二乙胺2克，在IO'c下滴加2-溴丙 酰溴5克，在3(TC下反應30小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的殼 聚糖接枝聚(D-丙交酯)大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚(D-丙交酯)大分子 引發劑2克溶于苯甲醚，加入N-異丙基丙烯酰胺單體4克和N,N-二乙基丙烯酰胺單體4 克，再加入催化劑溴化亞銅(50毫克)/聯吡啶(112毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次， 并在氮氣保護下于80'C油浴中反應3小時。產物用乙醚沉淀，真空干燥，得白色粉末狀殼 聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。
實施例5
稱取殼聚糖l克，用N,N-二甲基甲酰胺分散溶解后，加入D,L-丙交酯單體12.6克以 及催化劑辛酸亞錫130 pmol，經抽真空-充氬氣過程3次，并在氬氣保護下于80'c油浴中 開環聚合100小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚(D，L-丙交 酯)產物。稱取該產物5克溶于二氯甲垸，加入吡啶2.8克，在12'C下滴加2-溴異丁酰溴 4.2克，在35。C下反應24小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的殼聚糖 接枝聚(D，L-丙交酯)大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚(D,L-丙交酯)大分子 引發劑2克溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入N-異丙基丙烯酰胺單體5.8克和N，N-二甲基丙 烯酰胺單體2克，再加入催化劑氯化亞銅(80毫克)/五甲基二乙烯三胺(130毫克)， 經抽真空-充氬氣過程3次，并在氬氣保護下于6(TC油浴中反應6小時。產物用乙醚沉淀， 真空干燥，得白色粉末狀殼聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。
實施例6
稱取殼聚糖l克，用N,N-二乙基甲酰胺分散溶解后，加入Y-戊內酯單體13.2克以及 催化劑辛酸亞錫128 )amol，經抽真空-充氮氣過程3次，并在氮氣保護下于140'C油浴中開 環聚合26小時。產物用石油醚沉淀，真空干燥，得白色固體殼聚糖接枝聚(y-戊內酯)產 物。稱取該產物5克溶于氯仿，加入二乙胺4.4克，在15。C下滴加2-溴丙酰溴5.2克，在 4(tc下反應18小時。抽濾除鹽后經甲醇沉淀，真空干燥，得溴基封端的殼聚糖接枝聚(y-戊內酯)大分子引發劑。稱取溴基封端殼聚糖接枝聚(，戊內酯)大分子引發劑2克溶于 N,N-二甲基乙酰胺，加入N-異丙基丙烯酰胺單體6.6克和N,N-二乙基丙烯酰胺單體3.2克， 再加入催化劑氯化亞銅(80毫克)/聯吡啶(130毫克)，經抽真空-充氮氣過程3次，
8并在氮氣保護下于10(TC油浴中反應2小時。產物用乙醚沉淀，真空干燥，得白色粉水狀 殼聚糖為主鏈的溫敏兩親性接枝共聚物。
權利要求
1.一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其具體步驟如下將殼聚糖加入反應釜，并分散溶解在溶劑A中，然后向反應釜中加入環內酯或交酯單體B，環內酯或交酯單體B的質量與殼聚糖質量之比為10～200∶1；按照環內酯或交酯單體單體B總摩爾量的0.01～1％加入催化劑C，在惰性氣體氬氣或氮氣保護下進行聚合反應，聚合溫度為80～150℃，聚合時間為10～100小時，將制得的共聚物沉淀并真空干燥，得到羥基封端的殼聚糖接枝共聚物；將該羥基封端的殼聚糖接枝共聚物溶于溶劑D，加入羥基封端殼聚糖接枝共聚物所含端羥基摩爾數1～5倍量的縛酸劑E，在0～15℃下滴加羥基封端殼聚糖接枝共聚物所含端羥基摩爾數1～5倍量的含溴化合物F，滴加時間為20～70分鐘，滴加結束后反應溫度為10～40℃，反應時間為18～72小時，經過濾，沉淀并真空干燥后，得到溴基封端的殼聚糖接枝共聚物大分子引發劑；將溴基封端的殼聚糖接枝共聚物大分子引發劑溶于溶劑G，并按照溴基封端殼聚糖接枝共聚物所含端溴基摩爾數50～500倍的量分別加入單體N-異丙基丙烯酰胺和親水性單體H，在催化劑I作用下，體系在氬氣或氮氣保護下反應，反應溫度為20～100℃，反應時間為2～48小時，除去催化劑I后，經沉淀、真空干燥后，即得到所需產物。
2.根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述溶劑A為N,N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲 基亞砜中的一種或幾種。
3. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述環內酯或交酯單體B為L-丙交酯、D-丙交酯、D，L-丙交酯、乙交酯、s-己內酯、 丁內酯、5-戊內酯、Y-戊內酯或丙內酯中的一種或幾種。
4. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述催化劑C為辛酸亞錫、異丙醇鋁、鈦酸四丁酯、或以錫、銻、鍺或鋁元素為配 位中心形成的螯合以及稀土化合物等開環聚合反應催化劑中任一種。
5.根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述溶劑D為氯仿、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N，N-二 甲基乙酰胺中的一種或幾種。
6. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述縛酸劑E為二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸鈉中的一種或幾種。
7. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述含溴化合物F為2-溴丙酰溴或2-溴異丁酰溴中的一種或兩種。
8. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述溶劑G為苯甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰 胺中的一種或幾種。
9. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法，其 特征是所述親水性單體H為N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一種或兩種。
10. 根據權利要求1所述的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法， 其特征是所述催化劑I為氯化亞銅/聯吡啶、溴化亞銅/聯吡啶、氯化亞銅/五甲基二乙烯三 胺、溴化亞銅/五甲基二乙烯三胺、氯化亞銅/六甲基三亞乙基四胺或溴化亞銅/六甲基三亞 乙基四胺中的一種或幾種。
全文摘要
本發明屬于高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物的制備方法。制備方法是在惰性氣體氮氣或氬氣保護下，利用殼聚糖主鏈中的羥基或氨基引發環酯類單體的開環聚合，再將所得到的脂肪族聚酯的端羥基或氨基轉化為溴基團，并以此為大分子引發劑通過對N-異丙基丙烯酰胺、親水性烯類單體的原子轉移自由基聚合形成溫敏性聚合物，最終得到所需產物。本發明的殼聚糖為主鏈的溫度敏感兩親性接枝共聚物，同時具有生物降解性、生物相容性、生物活性和溫度敏感性，并可以在水中自組裝為穩定納米膠束，因此在藥物控制釋放載體、軟組織工程支架材料、免疫分析、記憶元件開關、生物傳感器等領域具有廣泛的應用。本發明所述合成方法簡單易行，原料均可工業化生產，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號C08B37/00GK101580556SQ200910053339
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者杰 任, 李肖飛, 袁偉忠, 趙正達, 顧書英 申請人:同濟大學