多糖-聚胺共聚物及其質子化的陽離子共聚物、制備方法及作為磷酸鹽移除劑的應用

多糖-聚胺共聚物及其質子化的陽離子共聚物、制備方法及作為磷酸鹽移除劑的應用
【專利摘要】一種多糖?聚胺共聚物，該多糖?聚胺共聚物由以下兩部分共聚形成：具有2,3?二醛基的被選擇性氧化的多糖和具有胺基功能團的聚胺；該具有胺基功能團的聚胺與該具有2,3?二醛基的被選擇性氧化的多糖共價交聯形成網狀結構，得到具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖?聚胺共聚物，該具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖?聚胺共聚物中的胺基功能團可被質子化而形成具有質子化位點的三維網狀結構陽離子共聚物，該陽離子共聚物中的氮含量和該多糖?聚胺共聚物中的氮含量在12.3wt％以上，或者在15wt％以上，或者在22wt％以上，或者在40wt％以上，該陽離子共聚物和所述多糖?聚胺共聚物均不溶于水。
【專利說明】
多糖-聚胺共聚物及其質子化的陽離子共聚物、制備方法及作 為鱗酸鹽移除劑的應用
技術領域
[0001] 本公開涉及多糖-聚胺共聚物及其質子化的陽離子共聚物、制備方法及作為磷酸 鹽移除劑的應用。
【背景技術】
[0002] 最近三十年的經濟快速增長促使中國的臨床流行病學也發生著變化，且這種變化 的速度和規模可謂史無前例。具體而言，慢性腎臟病(Chronic Kidney Disease，CKD)已成 為中國公共健康資源的沉重負擔。據最新統計，中國的CKD患者約有1.195億。一項橫斷面、 全國性的中國成人代表性樣本調查顯示，不同地區間的CKD患病率差異較大，總患病率為 10.8%。若沒有有效的治療手段，很多中期CKD患者將發展到CKD-5期，也即晚期腎病(end-stage renal disease，ESRD)〇
[0003] 腎臟通過尿磷排泄在保持人體內磷酸鹽的平衡中扮演了重要角色。在晚期CKD(4 期或5期）中，腎小球濾過率（glomerular f iltration rate，GFR)降到25到40mL/min。腎小 球濾過率的降低導致尿磷排泄的減少。磷酸鹽在體內的累積導致血磷(serum phosphate) 的不正常升高，即高磷血癥。由于導致透析患者的繼發性甲狀旁腺功能亢進癥、腎性骨病、 心血管鈣化、鈣過敏癥等并發癥，持續加重的高磷血癥與死亡率的升高高度相關。大量的研 究表明，具有非常高的血磷水平（>3.6mM)的患者的死亡率是具有較低血磷水平（1.3-1.6mM)患者的死亡率的2.5倍。
[0004] 對于ESRD患者而言，通過透析去除磷酸鹽的作用非常有限，原因在于大多數的無 機磷是存在于細胞內的。因此，需要通過膳食磷酸鹽限制及口服磷酸鹽結合劑來控制消化 系統對磷的吸收。通過在胃腸道內與磷酸鹽結合，磷酸鹽結合劑使得飲食中的磷或磷酸鹽 不被人體吸收。現有含鈣的和不含鈣的兩種磷酸鹽結合劑。含鈣的磷酸鹽結合劑例如有乙 酸1丐(?1108]^〇311口1108)、碳酸|丐(1\11'118,〇8-〇31，〇311：抑七6)等，是最常用的磷酸鹽結合劑。 雖然它們能降低磷的吸收，但是這些磷酸鹽結合劑的使用可能會顯著地增加鈣負荷以及增 加血液透析患者患高鈣血癥的風險。在高磷血癥的狀況下，鈣負荷的升高會增加鈣磷產物 (Ca*P)的生成。具有過高的鈣磷產物水平的患者面臨的心血管鈣化及其并發癥的死亡風險 將顯著升高。
[0005] 現有3種不含f丐的磷酸鹽結合劑，包括碳酸鑭(Fosrenol)、Sevelamer即司維拉姆 (1^]^861，1^11￥613)和1(11^1；[11(1^131011161')。鑭是金屬元素，其與磷酸根結合形成不溶的磷 酸鑭。即使通過口服途徑，鑭也難以被人體吸收。但是，已被吸收入體內的鑭排出體外的速 度也非常緩慢。于是，經過一年治療后，骨骼組織中可以發現低濃度的鑭的沉積。雖然其對 骨骼的長期效應并不明確，但并不建議對兒科病人使用鑭。
[0006] 此外，鑭具有顯著的肌痛、肌痙攣、外周性水腫等副作用。由于不良反應，鑭的受試 者退出率高達14%，而其他磷酸鹽結合劑的試用者退出率僅為4%。司維拉姆是一種不可吸 收的非金屬陽離子聚合物水凝膠，從化學上來說，司維拉姆是一種與環氧氯丙烷交聯的聚 烯丙基胺鹽酸鹽或碳酸鹽。與含鈣的磷酸鹽結合劑相比，它可以更加有效地降低血磷水平； 與碳酸鑭相比，它的不良反應尤其是高鈣血癥和金屬聚集更少。雖然司維拉姆可以有效地 降低血磷同時副作用又很少，但是存在兩個明顯的不足。首先，用于交聯聚烯丙基胺來制備 司維拉姆的環氧氯丙烷是一種已知的致癌物和潛在的基因毒性試劑。由于司維拉姆是一種 溶解性很差的水凝膠，很難從其中除去環氧氯丙烷。需要長時間的沖洗以確保最終產品中 環氧氯丙烷的水平在0.3yg/g以下，以滿足歐洲藥品管理局(EMEA)、國際協調會議(ICH)、食 物與藥品管理局（FDA)等的要求（http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/epichlor.html) (http://www.epa.gov/iris/subst/OOSO.htm)。其次，司維拉姆的單體即聚稀丙基胺價格 高昂，使其成為發達國家衛生保健系統的沉重經濟負擔，而對于第三世界的大部分CKD患者 而言，司維拉姆則是消費不起的藥品。Bixalomer是一種新開發的非金屬陰離子交換樹脂， 具有類似的降血磷效果并同時副反應較少，但依然要用到環氧氯丙烷作為交聯劑，并且 Bixalomer造價依然很高。

【發明內容】

[0007]本文描述共價交聯共聚物。更具體地，本文描述多糖-聚胺共聚物基體(matrices) 和陽離子聚合物基體(matrices)。質子化時，多糖-聚胺共聚物可以形成具有非常高密度陽 離子位點的陽離子聚合物基體。在一種形式中，多糖-聚胺共聚物具有一種三維結構，水合 時尤其如此。
[0008] 根據本發明的一種實施方式，所述多糖-聚胺共聚物基體是兩個預存聚合物或大 分子的反應的結果。根據本發明的一種實施方式，所述多糖-聚胺共聚物可以被認為是二嵌 段共聚物。根據本發明的一種實施方式，所述多糖-聚胺共聚物是具有2,3_二醛基的被選擇 性氧化的多糖聚合物與具有多個能與醛基反應的多功能-胺基官能團的聚胺的反應產物。 后者反應產物包括水凝膠或顆粒狀交聯的聚合物，其是多糖-聚胺共聚物，如纖維素-聚胺 共聚物，具有三維結構。當多糖-聚胺共聚物材料的胺基官能被質子化時，胺基官能為陽離 子聚合物提供陽離子官能。
[0009] 在本發明的一個方面，多糖-聚胺共聚物材料中的一級胺、二級胺、三級胺均可被 質子化。其中一級胺最容易被質子化，二級胺其次，三級胺再次。因此，多糖-聚胺共聚物材 料中的一級胺是優選的，其次二級胺，再次三級胺。例如，多糖-聚胺共聚物材料中的一級胺 占所有胺基團的20%以上，或者40%以上，或者53%以上。或者，多糖-聚胺共聚物材料中的 一級胺、二級胺之和占所有胺基團的30 %以上，或者50 %以上，或者70 %以上。
[0010] 在本發明的一個方面，所述多糖聚合物選自被選擇性氧化的纖維素 (cellulose)、 被選擇性氧化的淀粉(starch)、被選擇性氧化的殼聚糖(chi tosan)、被選擇性氧化的葡聚 糖(dextran)、被選擇性氧化的糖原(817〇<^611)、被選擇性氧化的甲殼素(〇11；[1:;[11)和它們的 混合物組成的組。被選擇性氧化是指將C2和C3的位置的羥基氧化，伴隨C2-C3鍵的斷裂而形 成醛基，其中該氧化只會生成醛基而不會生成羧基，并且不會裂解多糖鏈。
[0011] 在本發明非常重要的一個方面，多糖是選自由被選擇性氧化的纖維素、被選擇性 氧化的殼聚糖以及它們的混合物組成的組的纖維素聚合物。本文所使用的，被選擇性氧化 的纖維素、被選擇性氧化的淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的葡聚糖、被選擇 性氧化的糖原、被選擇性氧化的甲殼素，其中所謂"被選擇性氧化"是指氧化成二醛。在后的 被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的殼聚糖對于用作藥物的多糖-聚胺共聚物是重要 的，因為它們含有不能被人類消化的β-1，4-糖苷鍵。聚合物如纖維素、淀粉、殼聚糖、葡聚 糖、糖原、甲殼素等被氧化到有效提供能與聚胺充分反應的2,3_二醛基，以允許水溶性纖維 素聚合物與多胺基官能聚合物反應，進而提供具有可質子化胺基官能的共價交聯的基體或 三維結構。
[0012] 在后的多糖-聚胺共聚物基體和陽離子基體是不易被人類消化的。多糖-聚胺共聚 物基體是多糖聚合物與聚胺連接在一起形成的三維共價交聯基體，水合時尤其如此。這些 共價交聯聚合物的三維結構是顆粒形式，顆粒具有從約100μπι至約10_的范圍內的尺寸。脫 水形式的多糖-聚胺共聚物或共聚基體并不攜帶任何永久的電荷。這些共聚物含有豐富的 胺基和少量的亞胺基。胺基和亞胺基屬于pKa值在9至11的范圍內的弱堿。當暴露于pH低于 9.0的水性環境中時，多糖-聚胺共聚物或共聚物基體將被再水合、膨脹、質子化并形成陽離 子聚合物基體。
[0013] 多糖-聚胺共聚物顆粒和陽離子聚合物顆粒的結構是多孔的。從一方面講，多糖-聚胺共聚物結構中倶有大量一級，二級和三級取代胺。無論是水膠狀還是顆粒狀的多糖-聚 胺共聚物，均由多糖大分子與聚胺大分子通過共價交聯形成三維立體的致密的網狀結構。 這種由多糖大分子與聚胺大分子通過共價交聯形成三維立體的致密的網狀結構與由纖維 素外殼包裹的氨基或胺基與羧酸反應產物有著本質區別。當以顆粒形式存在時，多糖-聚胺 共聚物基體和/或質子化的多糖-聚胺共聚物基體中的孔在小于50微米的尺寸范圍內，并且 在本發明的一個重要方面，孔具有從約數百納米至約50微米的尺寸。例如，孔具有100nm-50 微米的尺寸，或者孔具有200nm-40微米的尺寸，或者孔具有300nm-30微米的尺寸，或者孔具 有400nm-20微米的尺寸，或者孔具有500nm-10微米的尺寸，或者孔具有800nm-5微米的尺 寸。
[0014] 在本發明的一個方面，多糖-聚胺共聚物結構提供了具有高密度的胺取代基，如伯 胺、仲胺和季胺。根據本發明的一個方面，凝膠和聚合物顆粒可以由本發明的組合物提供。 凝膠和聚合物顆粒可以包含被聚胺的共聚物區域共價交聯而具有三維密集互鎖網絡的主 鏈，例如纖維素鏈。纖維素聚合物和多聚胺交聯劑交聯形成的這種錯綜復雜的三維網狀基 體與纖維素殼包住胺基化合物的聚合物胺基與羧酸的反應形成了對比。
[0015] 多糖聚合物，例如纖維素、淀粉、殼聚糖、葡聚糖、糖原、和甲殼素，被氧化到能夠有 效提供可與聚胺反應的2,3_二醛基，以允許上述氧化的多糖聚合物與具有胺基官能團的聚 胺反應，進而提供具有至少12.5% (基于所述多糖-聚胺共聚物重量百分比）可被質子化氮 含量的交聯結構。聚胺共價交聯多糖聚合物(如水溶性纖維素聚合物(具有二醛基））來提供 多糖衍生的"骨架"的三維結構，其中多個多糖鏈與多個聚胺鏈連接。這些多糖聚合物是預 先存在的聚合物"±夬"或"骨架"，其由同樣屬于離散的胺基"±夬"的預先存在的聚胺連接在一 起。在本發明的一種實施方式中，所述多糖-聚胺共聚物可被認為是二嵌段共聚物。連接的 骨架是作為聚胺(形成共價交聯的塊)和被選擇性氧化的多糖的共價交聯的產品，以提供具 有高百分比的可被質子化的氮含量的交聯嵌段共聚物和共聚物基體。
[0016] 在后的形成胺基多糖結構顆粒的多糖-聚胺共聚物可以被質子化(在人體內，或通 過降低pH或在體外通過反應如共價交聯反應后對胺進行加氫還原)成具有極高的電荷密度 陽離子聚合物結構。例如，當暴露于pH低于9.0的水性環境中，在后的形成共聚物基體的多 糖-聚胺共聚物可以被質子化。多糖-聚胺共聚物可以被質子化以有效地為陽離子共聚物基 體提供至少12.5重量％銨含量(基于所述陽離子共聚物的重量）。此外如前所述，所得到的 多糖-聚胺共聚物不溶于水。因此，本發明的多糖-聚胺共聚物明顯區別于在本發明以前已 有的水溶性的多糖-聚胺共聚物。本發明以前已有的水溶性的多糖-聚胺共聚物在水中可以 形成穩定、透明、均一的膠體溶液，且體積較小，可被細胞吸收；而本發明實施例提供的多 糖-聚胺共聚物是由含有醛基的眾多氧化多糖和含有多胺基的眾多聚胺聚合物之間形成共 價鍵并反復共價交聯形成。因此共聚物分子量巨大，在水中極易沉淀，在某些實施例中，多 糖-聚胺共聚物體積大于30微米，根本無法被細胞吸收。
[0017] 該多糖-聚胺共聚物具有銨陽離子，該銨陽離子為具有正電荷或質子化的取代胺， 如取代胺RNH2、R 2NH和R3N等質子化而形成的RNH3+、R2NH 2+和R3NH+等。聚胺基體在胺的位置上 帶正電或質子化，以形成季銨陽離子(HNR 3+)，其中一個或多個氫原子可以被有機基團取代 (由R表示）。該高電荷密度可以在pH 7.0、磷酸鹽濃度6.25mM的條件有效結合至少約2.58土 0.43mmol/g磷酸根。實際上，陽離子基體可以作為清除劑，以從包括人類的哺乳動物體內去 除磷酸鹽。
[0018] 在本發明的一個方面，聚胺是樹枝狀聚合物，它們是具有核或中心、包括胺基團和 分支的大分子胺，其可從大分子胺的核或中心的官能團開始，通過一系列迭代反應來提供 高度分支化的胺聚合物。在本發明的一方面，樹枝狀聚合物分子可以是圓形，或基本上是圓 形，或是具有球形的或具有一個外周邊是彎曲的或是由曲線界定的三維的形態。在本發明 的一個重要的方面，樹枝狀聚合物具有至少24.5wt %，優選在25-80wt % (基于樹枝狀聚合 物的重量)的氮含量，以使得多糖-聚胺共聚物材料質子化時(生成所述陽離子聚合物基體） 具有至少約12.3wt%的銨離子含量（以N原子為基準計算）。在本發明的另一種形式中，支鏈 型的聚胺可以單獨或與具有樹枝狀形態的聚胺組合使用。
[0019] 聚胺包括支鏈胺的聚合物、樹枝狀聚胺、以及在專利號US8889738和W02014/ 029888中公開的聚胺(上述兩篇專利文獻中記載的聚胺全部包括進本文）。在本發明一個非 常重要的實施方案中，為多糖-聚胺共聚物材料提供了胺基官能（以及在共價交聯了多糖聚 合物后在質子化時提供了陽離子官能）的聚胺，選自聚乙烯亞胺(PEI)、聚烯丙基胺、聚丙烯 亞胺和它們的混合物。所述聚乙烯亞胺(PEI)、聚烯丙基胺、聚丙烯亞胺可以為支鏈形式或 樹枝狀的形式，如附圖中所示。
[0020] 本發明還提供一種制備多糖-聚胺共聚物材料和陽離子聚合物材料的方法。該方 法包括氧化多糖聚合物，然后將如上所述的具有2,3_二醛基團的多糖衍生的聚合物與聚胺 反應，以提供多糖-聚胺共聚物材料。如果聚胺的伯胺與被選擇性氧化的多糖的醛基反應得 到反應產物亞胺，可以通過還原反應例如加氫還原反應，將碳氮雙鍵還原為單鍵，從而將亞 胺轉化為取代的仲胺。
[0022] 多糖的氧化水平、聚胺中胺的百分含量、聚胺的大小、和被選擇性氧化的多糖與聚 胺的比例都會影響到多糖-聚胺共聚物和共聚基體的形成。在本發明一個重要的方面，被選 擇性氧化的多糖具有至少50wt %，優選80 %以上的氧化的葡萄糖單元。對于聚稀丙基胺 (PLA)，分子量在約17000至約900000的范圍內，對于聚乙烯亞胺(PEI)，分子量在約25000至 約750000的范圍內，優選在約60000至約750000的范圍內。對于分子量在15000至25000道爾 頓之間的PEI和/或PLA，多糖聚合物與聚胺的比率在約1:1至約1:3(重量比）。當分子量在 65000至750000道爾頓之間時，多糖聚合物與聚胺的比率在約1:5至約1:30(重量比）。
[0023] 從人體和其它哺乳動物體內除去磷酸鹽化合物的方法也在本文中描述。該方法包 括口服具有非常高密度的陽離子位點的多糖-聚胺共聚物材料和/或陽離子聚合物材料。通 過口服這些化合物在人體和其它哺乳動物體內除去磷酸鹽化合物的效果達到了與司維拉 姆(Sevelamer)相當的水平。
[0024] 生產出保持高正電荷密度的生物相容的陽離子聚合物，以與多價陰離子強烈結 合，所述多價陰離子包括磷酸根、多聚核苷酸、帶負電荷的肽和金屬陰離子等。高純度GNP級 (Good manufacturing practices)材料可以配制成用于治療慢性腎臟疾病誘發的高磷血 癥的藥物。
[0025] 在本發明的另一個方面，所述多糖-聚胺共聚物也可用于去除或清除其他無機陰 離子和/或有機溶質或粒子，如氯化物、亞硝酸鹽、碳酸氫鹽、多肽、以及含草酸的化合物或 離子等。在本發明的一種形式中，這(去除上述物質）可以在水、廢水和類似物中進行，以及 用于從人體去除。
[0026] 所述陽離子材料的一種低成本的商品形式為，從含有纖維素的天然原料如木肩、 稻草、農業副產品中獲得該陽離子材料，然后用于去除工業廢水、農業徑流水中的環境污染 物。這種高強的離子關聯屬性允許環境污染物金屬陰離子的結合與固定，包括磷酸鹽和硝 酸鹽、主要富營養化污染物等。
[0027] 上述
【發明內容】
可以結合下面的描述和附圖更容易地理解。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介 紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發明的一些實施例，而非對本發明的限制。 [0029]圖1為本發明一實施方式中的共價交聯共聚物，如多糖-聚胺共聚物的一般化學結 構的一個示例性形式；
[0030] 圖2為本發明一實施方式中使用多糖主鏈交聯合成多糖-聚胺共聚物的示例性的 示意圖；
[0031] 圖3A是支鏈的聚乙烯亞胺的實例，B是樹突狀聚乙烯亞胺的一個例子；
[0032] 圖4是本發明一些實施方式中的產品的表面形貌圖；
[0033] 圖5是本發明一些實施方式中的反應物和產物的紅外光譜FT-IR圖；
[0034] 圖6是本發明一些實施方式中的多糖-聚胺共聚物產品在不同磷酸根離子濃度下 結合磷酸根離子的能力；
[0035] 圖7是本發明一些實施方式中的多糖-聚胺共聚物產品的磷酸根離子結合能力與 司維拉姆(Renagel，Renvela)的磷酸根離子結合能力對比圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發 明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術 人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0037] 除非另作定義，本公開中百分比均為質量(重量)百分比。
[0038] -般地，交聯共聚物在本文中描述并且可以被用于各種目的，包括但不限于:去除 磷酸鹽。共價交聯共聚物通常包括兩個部分，即，一個骨架分子和一個共價交聯到骨架分子 的官能團聚合物。在一種方法中，多糖聚合物和大的聚合物分子之間形成穩定的共價鍵以 提供交聯共聚物，該共價交聯共聚物在其中的胺基和/或亞胺官能度質子化時，具有陽離子 官能。
[0039]在本發明的一種實施方式中，共價交聯共聚物是多糖-聚胺共聚物。多糖-聚胺共 聚物在質子化時，可以形成具有非常高密度陽離子位點的陽離子聚合物基體。在本發明的 一種形式中，共價交聯共聚物提供了一種三維結構，水合時尤其如此。在本發明的一些形式 中，共價交聯共聚物可以被更具體地描述為一個纖維素聚胺共聚物，其包括纖維素衍生材 料形成多糖組分。
[0040] 在本發明的一種實施方式中，本文所描述的制造不溶于水的陽離子聚合物的方 法，包括氧化反應和羰基親核加成反應。例如，氧化反應可以包括糖類的氧化，多糖可以列 舉如微晶纖維素、支鏈淀粉、淀粉、殼聚糖、甲殼素、葡聚糖、糖原或類似物。
[0041] 在本發明的一種實施方式中，所述多糖聚合物選自被選擇性氧化的纖維素、被選 擇性氧化的淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的葡聚糖、被選擇性氧化的糖原、 被選擇性氧化的甲殼素和它們的混合物組成的組。被選擇性氧化是指將C2和C3位置的羥基 氧化為醛基并伴隨C2-C3鍵的斷裂，但該氧化只生成醛基而不會產生羧基、也不會導致多糖 鏈的斷裂。
[0042] 在本發明的一種實施方式中，適用于合成到共聚物的優選的多糖是α-D-葡萄糖單 元或D-葡糖胺單元通過β-l，4-糖苷鍵彼此結合而形成的不溶性多糖，如纖維素 (cellulose)、支鏈淀粉(amylopectin)、殼聚糖(chitosan)、和甲殼素(chitin)。通過氧化 反應，這些多糖C-2和C-3的葡萄糖單元上的羥基被選擇性地氧化而產生豐富的醛基。這些 新添加的親水性醛基顯著增加了被選擇性氧化的多糖的水溶性。另外，該多糖聚合物選自 由被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的 葡聚糖、被選擇性氧化的糖原、被選擇性殼聚糖和它們的混合物組成的組。纖維素、支鏈淀 粉(amylopectin)和殼聚糖由于含有β-1，4糖苷鍵而不能被哺乳動物消化。淀粉、葡聚糖和 糖原含有β_1，6糖苷鍵因而是可被人類消化的。因而，本文所述的多糖-聚胺共聚物基體是 不是易消化的，取決于起始的多糖材料。
[0043] 該多糖-聚胺共聚物可以以各種方式來制備。在本發明的一種實施方式中，例如該 制備方法可以包括三個步驟。首先，通過氧化反應，通過選擇性地氧化多糖的葡萄糖單元C2 和C3上的羥基產生豐富的醛基。在一種方式中，被選擇性氧化是指將C2和C3位置的羥基氧 化為醛基并伴隨C2-C3鍵的斷裂，但該氧化只生成醛基而不會產生羧基、也不會導致多糖鏈 的斷裂。在該氧化反應的條件下，羧基不能共價交聯聚胺，以及如果形成羧基，含水環境中 羧基將會不合需要地形成羧酸。如果進一步形成(羧酸），羧酸將攜帶負電荷，這將對胺基質 子化時形成的陽離子電荷產生不利的干擾。
[0044] 其次，由多糖的選擇性氧化生成的醛基與聚胺中的胺(例如伯胺)反應以形成亞胺 衍生物，中間產物多糖-聚胺共聚物具有不穩定的碳-氮雙鍵。在一種形式中，這些被認為是 二嵌段共聚物。然后，通過還原反應，將亞胺的碳-氮雙鍵轉化為胺的碳-氮單鍵，以便產生 穩定的多糖-聚胺共聚物。
[0045] 根據本發明的一種方式，所述多糖-聚胺共聚物基體是兩個預存聚合物或大分子 反應的結果。按照一種形式，所述多糖-聚胺共聚物可以被認為二嵌段共聚物。在一種形式 中，所述多糖-聚胺共聚物是具有2,3_二醛基的多糖聚合物與具有可與醛基反應的、多官能 的胺基基團的聚胺的反應產物。后者反應產物包括顆粒狀共價交聯的聚合物，其是多糖-聚 胺共聚物，如具有三維結構的纖維素聚胺共聚物。在多糖-聚胺共聚物材料中的胺基官能被 質子化時，胺基官能為陽離子聚合物提供陽離子官能。
[0046] 應該理解的是，本文所述的共價交聯共聚物也可以通過氧化多糖以外的其他方法 制備。
[0047] 從上述討論氧化反應所得的中間聚合物可具有下列通式：
[0049] 下面的反應1是從纖維素獲得示例性聚合物的方法的示意圖。
[0050] 纖維素是一種包括由β-l，4糖苷鍵相互連接的葡萄糖單元的天然存在的聚合物。 形成纖維素衍生物聚合物的主鏈的纖維素的分子結構一般表示如下：
[0052]正如反應1中所示，多糖如微晶纖維素可以被氧化以形成中間體纖維素。在一種方 法中，由多糖主鏈的氧化產生富羰基中間體如醛。特別是，反應性醛基可以沿多糖骨架在多 個位點打開纖維素環而形成。示例性纖維素的氧化反應可以如下：
[0054] 在上述示出的化學反應中，式"A"通常表示纖維素，其可以是任何市售的纖維素； 式"B"通常表示纖維素的氧化生成的2,3_二醛。從上面可以看出，以上所述的2,3_二醛纖維 素是一種具有類似于纖維素結構的線性聚合物，并且包括一個或多個(在圖示的方式中是2 個)反應性醛基。在一種方式中，纖維素可以用硫酸預處理以降低結晶度和尺寸。在另一種 方式中，纖維素可以用鹽酸處理。
[0055] 盡管上述示例性化學反應利用高碘酸鈉(NaI04)作為氧化劑，應當理解的是，纖維 素的氧化可以通過高碘酸、高碘酸鉀或其它陽離子衍生物和高碘酸鹽或類似物來替代地催 化。其它氧化劑包括氯、過氧化氫、過乙酸、二氧化氯、二氧化氮、過硫酸鹽、高錳酸鹽、重鉻 酸鹽-硫酸、次氯酸、次鹵酸鹽或高碘酸鹽以及各種金屬催化劑。除了原料的原有的羥基外， 氧化的多糖(包括氧化的纖維素)還可以含有羧酸、醛和/或酮基團，這取決于氧化劑的性質 和反應條件。
[0056] 高碘酸鹽是一種獨特的氧化劑。多糖(包括纖維素)的高碘酸鹽介導的氧化反應是 公知的在C2和C3的羥基氧化為相應的醛基并伴隨C2-C3鍵裂解的選擇性氧化，并且是為多 糖改性的最有效的方法之一。其它氧化劑會產生比醛基更多的羧基，并導致多糖主鏈的斷 裂。羧基不能在如我們所描述的反應條件下共價交聯胺聚合物。此外，它還將電離并在水溶 液中形成羧酸。羧酸攜帶負電荷，擾亂我們的共聚物的陽離子功能。
[0057] 在一種方法中，如上述多糖氧化得到的聚合物中間體隨后可與一種或多種支鏈陽 離子官能團如胺基/亞胺聚合物進行羰基親核加成(例如氫化物還原)反應。一般地，含多官 能伯胺的分子可以與衍生自多糖如纖維素等或糖蛋白等的含醛的寡糖交聯。通過一種方 法，大分子量的多官能伯胺試劑可以用來在后續質子化時為多糖衍生物提供高密度的陽離 子位點。對于大多數方法，包含多個伯胺的任何多胺(包括直鏈和支鏈的）都可以用作親核 試劑。
[0058] 以上所述的高分子量聚胺如聚乙烯亞胺與含醛基的多糖衍生物反應導致聚胺和 多糖衍生物分子之間穩定的共價鍵形成。在一種形式中，這提供了上述通常用式表示的 和下面更詳細討論的共價交聯共聚物。另外，在上述示出的示例性反應中，作為纖維素與高 碘酸鈉的氧化反應的結果而得到的含反應性醛基的纖維素中間體進一步經受羰基親核加 成反應，以及在本實施例中，經歷氫化物還原反應，用陽離子官能聚合物如聚乙烯亞胺來導 出示例性的、通常由式Τ'表示的不溶性陽離子纖維素衍生物聚合物。
[0059] 盡管上述的示范性反應使用聚乙烯亞胺作為親核試劑，在與上述包括反應性醛基 團的纖維素中間體的反應中，其他示例性的聚合物也可以作為親核試劑使用。一些示例性 的陽離子官能聚合物包括，例如，聚(烯丙胺）、聚(酰胺基胺）、聚丙烯亞胺四胺等。作為含有 合成聚胺的聚合物，聚乙烯亞胺、聚(烯丙胺)和聚丙烯亞胺四胺可以以支鏈和/或樹枝狀聚 合物的形式使用。
[0060] 此外，國際公開號W0 2014/029888的內容以引用的方式全部包括進本文，其中描 述的支鏈或大環聚胺全部可適合用于本文所述的反應。此外，適合于本文描述的反應的一 些示例性線性多胺列舉如下：
[0062] 多糖衍生物與親核試劑經歷上述反應后，將所得產物可通過蒸發、沉淀或其它合 適的技術進行干燥。通過一種方法，粒徑均勻的多糖-聚胺共聚物材料可以由通過合適的篩 網篩分干燥后的材料來實現。當以顆粒形式存在時，所述多糖-聚胺共聚物基體和/或質子 化的多糖-聚胺共聚物基體具有小于50微米尺寸的孔，并且在一個重要方面，孔尺寸從約數 百納米至約50微米范圍內。
[0063] 通過一種方法，陽離子聚合物產物的胺基密度也可以通過聚合度、親核試劑的尺 寸和多糖襯底主鏈和親核試劑的相對比例來控制。在本申請中，電荷密度是指陽離子聚合 物中的一級、二級、三級銨陽離子的數量。更具體地，電荷載體密度是指每單位體積材料(例 如，陽離子聚合物）中電荷載體(例如，電子、離子）的數量，而不是在載體上的實際電荷數 量。根據一種形式，制備所述胺基多糖以為共價交聯結構提供基于所述多糖共聚物總重量 的至少12.5(重量的胺基官能（以N原子重量進行計算）。在一個重要的方面，樹枝狀聚合 物具有基于所述樹枝狀聚合物重量至少24.5 (重量）％，優選25-80(重量）％的胺基（以N原 子重量進行計算），以為多糖-聚胺共聚物材料在質子化形成陽離子聚合物基體時有效地提 供基于陽離子材料的至少12.3(重量）％的陽離子含量（以N原子重量進行計算）。
[0064] 含醛多糖衍生物和官能伯胺的親核試劑的比例范圍，可定性地描述為低、中、高。 在一種方法中，醛的含量和反應物的伯胺含量是通過定量滴定法測定，而最終產物的NH 2+含 量是由核磁共振技術(NMR)確定的。
[0065] 圖2提供了另一示例性過程的圖示，展示了多糖與聚胺的反應。
[0066] 從上述的氧化反應和羰基親核加成反應得到的共價交聯共聚物的物理特性可通 過操縱上述反應的條件加以控制，例如，通過改變含醛基的選擇性氧化的多糖與親核試劑 的相對比例、改變與含醛基的選擇性氧化的多糖反應的官能團的種類、和/或改變反應時 間、pH和/或反應溫度等。例如，增加該反應的溫度可導致所得的水不溶性陽離子聚合物的 大小相應地增加。在另一實例中，增加反應時間可導致所得的水不溶性陽離子聚合物的大 小相應地增加。在又一實例中，增加的反應條件的pH可導致所得共價交聯共聚物的尺寸的 相應增加。在又一示例中，得到的共價交聯共聚物產品的尺寸可以通過選擇兩個主要反應 物，即多糖衍生物(例如2,3_二醛纖維素)和聚胺親核試劑(例如聚乙烯亞胺），的分子量和 的比率來控制。
[0067] 在一種方法中，可以使用具有平均分子量約15000Da(道爾頓）至約900000Da的聚 稀丙基胺(polyallylamine，PLA)或具有平均分子量約25000Da至約750000Da的聚乙稀亞胺 (PEI)。例如，可以使用自Sigma-Aldrich獲得的具有平均分子量大約15000道爾頓、17000道 爾頓、65000道爾頓、或900000道爾頓的聚烯丙基胺，或具有平均分子量大約25,000道爾頓 或750000道爾頓的聚乙酰亞胺。多糖主鏈部分(例如纖維素)與陽離子位點形成功能性聚合 物(例如聚乙烯亞胺）的比例可取決于陽離子位點形成功能性聚合物的分子量。例如，對于 分子量為約15000Da至約25000Da的聚乙烯亞胺(PEI)和聚烯丙基胺(PLA)，該纖維素衍生物 與聚胺的比例范圍可為約1:1至約1:8(重量比）。在一種方法中，當聚乙烯亞胺(PEI)和聚烯 丙基胺(PLA)分子量范圍為約65000Da至約750000Da的情況下，該纖維素衍生物與聚胺的比 例為約1:5到約1:20(重量比）。
[0068]在一個方面，聚胺是具有核心或中心的、包括胺基團和分支的樹枝狀高分子，其可 從所述核心或中心的功能基團開始，通過一系列迭代反應以提供高度分支化的胺聚合物。 在一個方面，樹枝狀聚合物分子可以是圓形或基本上圓形或具有三維的形態，其是球形的 或具有一個外周邊是彎曲的或是由曲線界定。在一個重要的方面，樹枝狀聚合物具有基于 所述樹枝狀聚合物重量至少24.5(重量）％，優選25-80(重量）％的胺基（以N原子重量計 算），以為多糖-聚胺共聚物材料在質子化形成陽離子聚合物基體時有效地提供基于陽離子 材料的至少12.3 (重量）％ (以N原子重量計算)的陽離子含量。
[0069]該共價交聯共聚物產品的粒徑可以通過將共價交聯多官能伯胺（例如聚乙烯亞 胺)與具有低、中、和非常高的分子量(例如范圍從約15，000道爾頓至約750000道爾頓)的多 糖衍生物(例如2,3_二醛纖維素)進行反應來調節，以獲得納米顆粒、微米顆粒、和毫米大小 的顆粒。
[0070]多糖-聚胺共聚物基體是多糖聚合物與聚胺相互連接形成的三維共價交聯基體， 尤其是在水合狀態下。這些共價交聯聚合物的三維結構是顆粒形式，這些顆粒具有從約100 μπι至約10毫米范圍內的尺寸。脫水形式的多糖-聚胺共聚物或共聚基體并不攜帶任何永久 的電荷。這些共聚物含有豐富胺基和少量的亞胺基。胺和亞胺被歸類為pKa值在9至11范圍 內的弱堿。當暴露于pH低于9.0下水性環境中，多糖-聚胺共聚物或共聚物基體將被再水合、 膨潤、質子化并形成陽離子聚合物基體。
[0071 ]多糖聚合物，例如纖維素、淀粉、殼聚糖、葡聚糖、糖原和甲殼素，被氧化生成足夠 量的、能與聚胺反應的2,3_二醛基，以允許氧化聚合物與多胺基官能聚胺反應，這反過來提 供具有基于多糖共聚物重量的至少12.5(重量的胺基官能（以N原子重量計算）的共價交 聯結構。聚胺共價交聯多糖聚合物，如水溶性纖維素聚合物(具有二醛部分)來提供多糖衍 生的"骨架"的三維結構，其中多個多糖鏈與多個聚胺鏈連接。這些多糖聚合物是預先存在 的聚合物"±夬"或"骨架"，其被同樣是預先存在的聚胺"±夬"連接在一起。在一種形式中，所述 多糖-聚胺共聚物可被認為是二嵌段共聚物。連接的骨架作為胺聚合物（形成共價交聯的 塊)和選擇性氧化多糖的共價交聯的產品鍵合在一起，以提供可被質子化的、具有高百分比 的胺含量的交聯的嵌段共聚物和共聚物基體。
[0072] 得到的共價交聯的共聚物，如多糖-聚胺共聚物，可以制備為固體粉末、凝膠和類 似的形式。另外，當體外pH為7條件下磷酸鹽水平是6.25mM時，共價交聯的共聚物可以具有 2.59 ± 0.43mmol/g的磷酸鹽結合能力。在一種形式中，體外在pH 6下，當磷酸鹽濃度是5mm 的生理磷酸鹽水平下，共價交聯的共聚物具有最大磷酸鹽結合能力2.56±0.27mmol/g。根 據一種形式，在室溫下，在水中至少貯存3個月后，所述共價交聯的的共聚物可顯示穩定的 磷酸根離子結合性質。根據一種形式中，該共價交聯的共聚物的膨脹系數可以是6.43± 0.36倍以上。
[0073] 應當理解的是，含纖維素的天然原料，如小麥莖、稻草、木肩等可以轉化為共價交 聯的共聚物(如纖維素-聚胺聚合物)的制備中有用的衍生物。
[0074] 本發明的共價交聯的共聚物可用于各種目的。本文也描述了從人體和其它哺乳動 物的身體除去磷酸鹽化合物的方法。該方法包括口服具有非常高密度陽離子位點的多糖-聚胺共聚物材料和/或陽離子聚合物材料。這些化合物的施用達到了與司維拉姆 (Seve lamer)相當的水平。
[0075] 生產出可維持高正電荷密度的生物相容的陽離子聚合物，使其對多價陰離子(包 括磷酸鹽、帶負電荷的肽和金屬陰離子等)具有強的結合力。高純度GNP級材料可以用來制 造一種用于治療慢性腎臟疾病誘發的高磷血癥的藥物。
[0076] 此外，共價交聯的共聚物可以被用作高容量的陰離子交換劑以從廢水/徑流水中 除去硝酸鹽、磷酸鹽、金屬陰離子以達到防止環境污染的目的。在另一形式中，共價交聯的 共聚物可以以藥物或膜的形式用作磷酸鹽的結合例如用于高磷血癥。
[0077] 下面通過具體的實例來更具體地描述本發明多糖-聚胺共聚物的結構、組成以及 制備方法。本發明多糖-聚胺共聚物的表征均采用本領域的成熟手段。例如，聚胺、多糖-聚 胺共聚物的氮含量可以通過分子式推算以及通過元素分析測量;多糖-聚胺共聚物的孔徑 由光學顯微鏡測量;FI-IR通過Thermo Nicolet 4700FT-IR Spectrometer測量；
[0078] 實施例1多糖-聚胺共聚物的制備
[0079] 1.由高碘酸鈉氧化合成2，3_二醛纖維素(DAC):
[0080] 1.1.由高碘酸鈉氧化纖維素制備可溶性2，3_二醛纖維素（2,3-dialdehyde cellulose，DAC)(氧化的葡萄糖單元>80%)
[0081 ] 1).用200毫升去尚子水分散10克纖維素(粒度<100nm、20微米或50微米或纖維）；
[0082] 2).添加20克高碘酸鈉；
[0083] 3).用6x的HC1 調節pH至3.0;
[0084] 4).用氮氣脫氣并吹掃；
[0085] 5).在黑暗中、60°C、pH=3下攪拌反應4小時；
[0086] 6).通過添加10毫升乙二醇停止反應；
[0087] 7).用去離子水對產品進行透析3天；
[0088] 8).在40,000g下離心30分鐘，收集作為上清的可溶的DAC，以除去不溶性的DAC;
[0089] 9).收集的上清進行冷凍干燥(可選）。
[0090] 1.2.由高碘酸鈉氧化纖維素(氧化的葡萄糖單元數〈80 % )合成不溶的2，3-二醛纖 維素(DAC):
[0091] 1).分散10克纖維素（尺寸：<100nm、20微米、50微米或纖維）于200毫升去離子水 中；
[0092] 2).添加10克高碘酸鈉；
[0093] 3).用6x的HC1 調節pH至3.0;
[0094] 4).用氮氣脫氣并吹掃；
[0095] 5).在黑暗中、60°C、pH=3下攪拌反應4小時；
[0096] 6).通過添加10毫升乙二醇停止反應；
[0097] 7).產物用去離子水洗滌；
[0098] 8).在2000g下離心分離10分鐘，收集不溶的DAC;
[0099] 9).洗滌后的不溶DAC將用去離子水(DI water)進行再分散。
[0100] 10).洗滌后的不溶DAC進行冷凍干燥(可選）。
[0101 ] Poly(allylamine hydrochloride) :PLA聚（丙稀胺鹽酸鹽)/聚稀丙基胺鹽酸鹽/
[0102] Polyethylene imine :PEI 聚乙稀亞胺
[0103]
[0104] 2.由可溶的DAC與PEI制備多糖-聚胺共聚物
[0105] PEI分子量750K，DAC與PEI重量比例1:10
[0106] 1).將45克支鏈狀聚乙烯亞胺PEI(分子量750K，50重量％的水溶液）添加到500mL 燒杯中；
[0107] 2).用37%HC1 調整PEI的pH為 1.0;
[0108] 3).將5克上述支鏈狀聚乙烯亞胺TOI(分子量750K，50重量％的水溶液）加入到 50ml離心管中并用等體積的去離子水稀釋；
[0109] 4).通過加入6X HC1調節上述含有5克可溶性DAC的100毫升溶液的pH值至1.0;
[0110] 5) .PEI的溶液和DAC的溶液在冰上溫育10分鐘；
[0111] 6).將含有45克PEI的溶液和含有5g DAC的溶液混合，并在冰上溫育10分鐘，同時 攪拌；
[0112] 7).將含5克稀釋的PEI的溶液快速加入到上述PEI-DAC混合物中，在冰上溫育并在 lOOOrpm攪拌5分鐘；
[0113] 8).將混合物保持在冰上不攪拌直到水凝膠完全形成；
[0114] 9).將上述水凝膠在70°C溫育60分鐘；
[0115] 10).通過網篩篩分水凝膠以實現凝膠顆粒具有均勻的尺寸；
[0116] 11).加入去離子水，使水凝膠顆粒懸浮液的總體積至1000ml;
[0117] 12).水凝膠顆粒的懸浮液在70°C另外溫育60分鐘，每隔10分鐘檢測該懸浮液的pH 值，并用5M氫氧化鈉溶液調整到8.5;
[0118] 13).凝膠顆粒通過重力在室溫下沉淀；
[0119] 14).吸出上清液后，將顆粒用4升100mM、pH 8.5的碳酸氫鈉溶液在攪拌下孵育60 分鐘，并在室溫通過重力沉淀；
[0120] 15).吸出上清液后，將沉淀的凝膠顆粒物用4升去離子水洗滌兩次并通過重力沉 淀；
[0121] 16).吸出上清液后，通過加入10克硼氫化鈉還原沉淀的凝膠顆粒，并在室溫下溫 育72小時；
[0122] 17).還原的凝膠顆粒用去離子水洗滌以除去過量的硼氫化鈉和PEI直到溶液的pH 在5和6之間；
[0123] 18).洗滌后的凝膠顆粒冷凍干燥(可選）。所獲最終產品為白色或淡黃色水膠狀顆 粒，合成產率為70-80%，含氮量約為20%。
[0124] 實施例2多糖-聚胺共聚物的制備
[0125] 反應條件與實施例1相同，不同的是PEI分子量750K，DAC與PEI重量比例1:20。所獲 最終產品為白色或淡黃色水膠狀顆粒，合成產率為50-60%，含氮量約為21.5%。
[0126] 實施例3多糖-聚胺共聚物的制備
[0127] 反應條件與實施例1相同，不同的是DAC與PEI重量比例1:30。所獲最終產品為白色 或淡黃色水膠狀顆粒，合成產率為20-40%，含氮量約為22%。
[0128] 實施例4多糖-聚胺共聚物的制備
[0129] 反應條件與實施例1相同，不同的是PEI分子量為25K，DAC與PEI重量比例1:1。所獲 最終產品為白色或淡黃色固體顆粒，合成產率為60-70 %，含氮量約為12.5 %。
[0130] 實施例5多糖-聚胺共聚物的制備
[0131] 反應條件與實施例1相同，不同的是PEI分子量為25K，DAC與PEI重量比例1:2。所獲 最終產品為白色或淡黃色固體顆粒，合成產率為20-40 %，含氮量約為15 %。
[0132] 實施例6多糖-聚胺共聚物的制備
[0133] 反應條件與實施例3相同，不同的是DAC與PEI重量比例1:3。所獲最終產品為白色 或淡黃色水膠顆粒，合成產率為10-20%，含氮量約為16.9%。
[0134] 實施例7多糖-聚胺共聚物的制備
[0135] 由不可溶的DAC與聚胺制備顆粒狀的多糖-聚胺共聚物
[0136] l).50g聚(烯丙胺鹽酸鹽）（分子量58K和15K)或聚乙烯亞胺(分子量750K和25K)分 散于去離子水中以達到總體積100毫升；
[0137] 2).用37 %HC1或NaOH調節溶液pH至9.0并通過加入去離子水使總體積至300毫升；
[0138] 3).用100mL去離子水分散該不溶DAC;
[0139] 4).用6N鹽酸調節pH至2后，將不溶性的DAC懸浮液在500rpm攪拌下、以10ml/min的 速度加入到聚胺溶液中，然后在70°C溫育60分鐘；
[0140] 5).通過網篩篩分水凝膠以實現凝膠顆粒具有均勻的尺寸；
[0141 ] 6).用5M氫氧化鈉溶液滴定顆粒懸浮液至pH 8.5;
[0142] 7).加入去離子水，使凝膠顆粒懸浮液的總體積在500ml、pH至8.5;
[0143] 8).凝膠顆粒的懸浮液在70°C溫育另外60分鐘，每隔10分鐘檢測懸浮液的pH，并用 5M氫氧化鈉溶液調整到8.5;
[0144] 9).凝膠顆粒通過重力在室溫下沉淀；
[0145] 10).吸出上清液后，將顆粒用4升100mM、pH 8.5的碳酸氫鈉溶液在攪拌下孵育60 分鐘，并在室溫通過重力沉淀；
[0146] 11).吸出上清液后，將沉淀的凝膠顆粒物用4升去離子水洗滌兩次并通過重力沉 淀；
[0147] 12).通過加入10克硼氫化鈉還原沉淀的凝膠顆粒，并在室溫下溫育72小時；
[0148] 13).還原的凝膠顆粒用去離子水洗滌以除去過量的硼氫化鈉和聚胺直到溶液的 pH在5和6之間；
[0149] 14.對洗滌后的凝膠顆粒冷凍干燥(可選），所獲最終產品為白色或淡黃色固體顆 粒，合成產率為50-80 %，含氮量約為12.5 %。
[0150] 實施例8多糖-聚胺共聚物的制備
[0151] 反應條件與實施例7相同，不同的是聚胺為PLA(MW 58K)，DAC與PLA重量比例1:5。 獲得最終產品，所獲最終產品為白色或淡黃色固體顆粒，合成產率為50-80%，含氮量約為 18%〇
[0152] 實施例9多糖-聚胺共聚物的制備
[0153] 反應條件與實施例8相同，不同的是DAC與PLA重量比例1:10。所獲最終產品為白色 或淡黃色水膠顆粒，合成產率為40-60%，含氮量約為20%。
[0154] 實施例10多糖-聚胺共聚物的制備
[0155] 反應條件與實施例8相同，不同的是DAC與PLA重量比例1:20。所獲最終產品為白色 或淡黃色水膠顆粒，合成產率為30-50%，含氮量約為21 %。
[0156] 實施例11多糖-聚胺共聚物的形貌
[0157] 圖4顯示了本發明產品的外觀形貌。圖4A是多糖-聚胺共聚物正電化后形成的陽離 子共聚物CelloPhos;圖4B是還原后的顆粒狀CelloPhos;圖4C是按照實施例1的步驟獲得的 產品在空氣中干燥后的顆粒狀Cell 〇Ph〇s(DAC:PEI 750K=1:20);圖4D是按照實施例2獲得 的產品空氣中干燥后的顆粒狀CelloPhos(DAC:PEI750K=l :20);圖4E是用曙紅Eosin染色 的顆粒狀CelloPhos相位對比圖。從結果可以得到的結論有：
[0158] 1)本發明的多糖-聚胺共聚物是在特殊的共聚反應條件下得到的親水材料水凝 膠；
[0159] 2)通過篩分獲得均一的、小粒徑的水凝膠；
[0160] 3)空氣干燥可以獲得黃色粉末狀顆粒；
[0161 ] 4)正電化的多糖-聚胺共聚物顆粒可以結合染料曙紅Eosin;
[0162] 5)多糖-聚胺共聚物顆粒具有多孔、多層的結構，這增強了其對磷酸根的吸附、結 合能力。
[0163] 實施例12多糖-聚胺共聚物的FT-IR圖譜
[0164] 圖5顯示了本發明產品的FT-IR圖譜。其中，圖5A，1:纖維素;2:被選擇性氧化的2， 3-二醛纖維素;3:分支狀的PEI(Mff750Kand25K);4 :多糖-聚胺共聚物CelloPhos(PEIMW 750K，DAC: PEI = 1: 20)。圖5B，5:纖維素；6:被選擇性氧化的2，3-二醛纖維素；7:分支狀的 PLA(MW 58K);8:多糖-聚胺共聚物CelloPhos(PLA MW 58K，DAC:PLA=1:20)。圖5C，9:多糖-聚胺共聚物CelloPhos(PEI MW 25K，DAC:PEI = 1:10); 10:多糖-聚胺共聚物CelloPhos(PEI MW 750K，DAC:PEI = 1:20);11:多糖-聚胺共聚物CelloPhos(PLA MW 58K，DAC:PLA=1:20)。
[0165] 從圖5可以看出，多糖-聚胺共聚物Ce 11 oPhos的FT-1R譜圖明顯區別于反應物的 FT-IR譜圖。由圖可見，本發明得到的新物質多糖-聚胺共聚物CelloPhos具有獨特的FT-IR 吸收光譜。
[0166] 實施例13不同的磷酸根濃度下多糖-聚胺共聚物的磷酸根結合能力
[0167] 圖6展示了不同的磷酸根濃度下（pH = 7.0)多糖-聚胺共聚物Cel loPhos(PEI MW750K，DAC: PEI = 1:20)的磷酸根結合能力。由圖可見，在磷酸根濃度在約22.5mM以上時， CelloPhos(PEIMW750K，DAC:PEI = l:20)的磷酸根結合能力達到了最大值5·937± 0.794mmol/g。在磷酸根濃度約為6.25mM時，CelloPhos(PEI MW750K，DAC:PEI = l:2〇W^. 酸根結合能力為2.55±0.38mmol/g。
[0168] 實施例14本發明的多糖-聚胺共聚物磷酸鹽結合能力與司維拉姆（Renagel， Renvela)的磷酸鹽結合能力對比
[0169] 圖7展示了本發明的多糖-聚胺共聚物CelloPhos的磷酸根離子結合能力與司維拉 姆(Renagel，Renvela)的磷酸根離子結合能力對比。由圖可見，l)CelloPhos(PEI MW 750K, DAC: PEI = 1: 20)在磷酸根濃度約為6.25mM時、pH = 7.0的體外環境下，可以結合2.585 土 0 · 26mmoΙ/g磷酸根；2)Cel loPhos(PLA MW 58K，DAC: PLA = 1: 20)在磷酸根濃度約為6 · 25mM 時、pH=7·0的體外環境下，可以結合3·01±0·12mmol/g磷酸根；3)CelloPhos(PEIMW25K， DAC: PEI = 1: 20)在磷酸根濃度約為6.25mM時、pH = 7.0的體外環境下，可以結合2.46 土 0.261111]1〇1/^磷酸根；4)司維拉姆（1^仙861，1^11￥613)在磷酸根濃度約為6.251111時4!1 = 7.0 的體外環境下，可以結合2.78±0.61mmol/g磷酸根。也就是說，本發明的多糖-聚胺共聚物 磷酸鹽/磷酸根離子結合能力與司維拉姆(Renagel，Renvela)相當，甚至在某些情況下超過 了司維拉姆(Renagel，Renvela)。
[0170] 實施例15
[0171] 本發明的多糖-聚胺共聚物通過口服結合食物中的磷并抑制其吸收，可顯著降低 大鼠模型尿磷含量。1?〇(1611〖5008?〇1]1111313(1^0丨61:丄〇11丨8，]\10含1.07%非有機磷原子作為 標準食物。CelloPhos(PEI MW 750K，DAC:PEI = 1:20)以1%重量比加入標準食物作為實驗 食物。纖維素也已1 %的重量比加入標準食物作為負控制食物。雌性和雄性大鼠 （Sprague Dawley)先以標準食物喂養14天。在第14天，24小時尿樣通過代謝籠收集。其尿磷總量作為 基線。隨后將標準食物更換為實驗食物和負控制食物。并于更換食物后第7天和第23天利用 代謝籠收集24小時尿樣。尿磷減少比率可由以下共是算出:尿磷減少％ = {[ (24小時尿磷基 線（毫克/日）_實驗或負控制組24小時尿磷總量(毫克/日）]+ 24小時尿磷基線（毫克/日）} χ100%〇
[0172] 表1展示了口服CelloPhos僅6天便可將實驗動物尿磷減少近43%。服用21天后可 將尿磷降低約57 %。因此與現有口服磷結合劑相似，Cel loPhos可通過其口服與食物中的磷 結合并抑制其被小腸吸收從而顯著降低尿磷含量。
[0173] 表1、口服CelloPhos實驗動物尿磷減少的實驗數據
[0174]
[0175] 以上所述僅是本發明的示范性實施方式，而非用于限制本發明的保護范圍，本發 明的保護范圍由所附的權利要求確定。
【主權項】
1. 一種多糖-聚胺共聚物，所述多糖-聚胺共聚物由以下兩部分共聚形成： 具有2，3-二醛基的被選擇性氧化的多糖，和具有胺基功能團的聚胺； 所述具有胺基功能團的聚胺與所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧化的多糖共價交聯 形成網狀結構，得到具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物，所述具有胺基 功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物中的胺基功能團可被質子化而形成具有質子 化位點的三維網狀結構陽離子共聚物，所述陽離子共聚物的氮含量和所述多糖-聚胺共聚 物的氮含量在12.3wt%以上，或者在15wt%以上，或者在22wt%以上，或者在40wt%以上， 所述陽離子共聚物和所述多糖-聚胺共聚物均不溶于水。2. 根據權利要求1所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚胺的氮含量 在24.5wt%以上，或者在30wt%以上，或者在44wt%以上，或者在80wt%以上。3. 根據權利要求1或2所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚胺的分 子量為約15000-約900000。4. 根據權利要求1-3的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有2,3_二醛基的被 選擇性氧化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化 的淀粉(starch)、被選擇性氧化的支鏈淀粉(amylopectin)、被選擇性氧化的殼聚糖、被選 擇性氧化的葡聚糖、被選擇性氧化的糖元、被選擇性氧化的甲殼素。5. 根據權利要求1-3的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有2,3_二醛基的被 選擇性氧化的多糖中被氧化的葡萄糖單位數量占所有葡萄糖單位數量的50%以上，優選 70%以上，更優選80%以上。6. 根據權利要求1-5的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有2,3_二醛基的被 選擇性氧化的多糖具有β-l，4_糖苷鍵和β-l，6_糖苷鍵的至少之一。7. 根據權利要求6所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧化 的多糖具有β-l，4_糖苷鍵且不具有β-l，6_糖苷鍵。8. 根據權利要求1-7的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有2,3_二醛基的被 選擇性氧化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化 的支鏈淀粉(amy lopect in )、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的甲殼素。9. 根據權利要求1-8的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚 胺選自下述物質中的一種或多種:聚乙烯亞胺(PEI)、聚烯丙基胺、聚丙烯亞胺、聚丙烯亞胺 四胺。10. 根據權利要求1-9的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的 聚胺具有支鏈結構或者樹枝狀結構。11. 根據權利要求1-10的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的 水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物的尺寸在30ym-10mm之間，優選 100μπι-lOmm之間，更優選300ym-5mm之間。12. 根據權利要求1-11的任一項所述的多糖-聚胺共聚物，其中所述具有胺基功能團的 水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物具有直徑小于50μπι的孔。13. -種多糖-聚胺共聚物的制備方法，包括： 將具有2,3-二醛基的被選擇性氧化的多糖與具有胺基功能團的聚胺發生共價交聯反 應形成網狀結構，得到具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物，所述具有胺 基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物中的胺基功能團可被質子化而形成具有質 子化位點的三維網狀結構陽離子共聚物，所述陽離子共聚物的氮含量和所述多糖-聚胺共 聚物的氮含量在12.3wt%以上，或者在15wt%以上，或者在22wt%以上，或者在40wt%以 上，所述陽離子共聚物和所述多糖-聚胺共聚物均不溶于水。14. 根據權利要求13所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺的氮含量在 24.5wt%以上，或者在30wt%以上，或者在44wt%，或者在80wt%以上。15. 根據權利要求13或14所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺的分子量為約 15000-約900000。16. 根據權利要求13-15的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的淀粉、被 選擇性氧化的支鏈淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的葡聚糖、被選擇性氧化的 糖元、被選擇性氧化的甲殼素。17. 根據權利要求13-16的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖中被氧化的葡萄糖單位數量占所有葡萄糖單位數量的50%以上，優選70%以上， 更優選80%以上。18. 根據權利要求13-17的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖具有β-1，4_糖苷鍵和β-l，6_糖苷鍵的至少之一。19. 根據權利要求13-18的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖具有β-1，4-糖苷鍵且不具有β-l，6-糖苷鍵。20. 根據權利要求13-19的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的支鏈淀 粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的甲殼素。21. 根據權利要求13-20的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺選自下 述物質中的一種或多種:聚乙烯亞胺(ΡΕΙ)、聚烯丙基胺、聚丙烯亞胺、聚丙烯亞胺四胺。22. 根據權利要求13-21的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺具有支 鏈結構或者樹枝狀結構。23. 根據權利要求13-22的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的水凝膠或顆 粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物的尺寸在30μηι-10_之間，優選100μπι-lOmm之 間，更優選300ym-5mm之間。24. 根據權利要求13-23的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的水凝膠或顆 粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物具有直徑小于50μπι的孔。25. 根據權利要求13-24的任一項所述的方法，其中該方法可以包括三個步驟，步驟一， 通過氧化反應，通過選擇性地氧化多糖的葡萄糖單元C2和C3上的羥基產生醛基，得到所述 的具有2，3-二醛基的被選擇性氧化的多糖;步驟二，所述具有2，3-二醛基的被選擇性氧化 的多糖中的醛基與所述聚胺中的胺基反應形成亞胺衍生物;步驟三，通過還原反應，將所述 亞胺衍生物中亞胺的碳-氮雙鍵轉化為胺的碳-氮單鍵，得到所述多糖-聚胺共聚物。26. 根據權利要求25所述的方法，其中步驟一中選擇性地氧化用到的氧化劑包括高碘 酸、高碘酸鈉、高碘酸鉀或其陽離子衍生物、氯、過氧化氫、過乙酸、二氧化氯、二氧化氮、過 硫酸鹽、高錳酸鹽、重鉻酸鹽-硫酸、次氯酸、次鹵酸鹽或高碘酸鹽以及各種金屬催化劑。27. 根據權利要求25所述的方法，其中步驟三的所述還原反應為加氫還原反應，所用的 還原劑包括硼氫化鈉或硼氫化鉀。28. -種從含磷酸鹽的水溶液中有效去除磷酸鹽的方法，包括將所述含磷酸鹽的水溶 液與具有可質子化的胺基功能團的、三維網狀結構的、顆粒狀的多糖-聚胺共聚物接觸，所 述顆粒狀的多糖-聚胺共聚物包括： 具有2，3-二醛基的被選擇性氧化的多糖，和具有胺基功能團的聚胺； 所述具有胺基功能團的聚胺與所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧化的多糖共價交聯 形成網狀結構，得到具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物，所述具有胺基 功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物中的胺基功能團被質子化而形成具有質子化 位點的三維網狀結構陽離子共聚物，所述陽離子共聚物的氮含量在12.3wt%以上，或者在 15wt%以上，或者在22wt%以上，或者在40wt%以上，所述陽離子共聚物和所述多糖-聚胺 共聚物均不溶于水。29. 根據權利要求28所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺中的氮含量在 24.5￥七％以上，或者在3(^七％以上，或者在44￥七％以上，或者在8(^七％以上。30. 根據權利要求28或29所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺的分子量為約 15000-約900000。31. 根據權利要求28-30的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的淀粉、被 選擇性氧化的支鏈淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的葡聚糖、被選擇性氧化的 糖元、被選擇性氧化的甲殼素。32. 根據權利要求28-31的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖中被氧化的葡萄糖單位數量占所有葡萄糖單位數量的50%以上，優選70%以上， 更優選80%以上。33. 根據權利要求28-32的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖具有β-1，4_糖苷鍵和β-l，6_糖苷鍵的至少之一。34. 根據權利要求28-33的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖具有β-1，4-糖苷鍵且不具有β-l，6-糖苷鍵。35. 根據權利要求28-34的任一項所述的方法，其中所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧 化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化的支鏈淀 粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的甲殼素。36. 根據權利要求28-35的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺選自下 述物質中的一種或多種:聚乙烯亞胺(ΡΕΙ)、聚烯丙基胺、聚丙烯亞胺、聚丙烯亞胺四胺。37. 根據權利要求28-36的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的聚胺具有支 鏈結構或者樹枝狀結構。38. 根據權利要求28-37的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的水凝膠或顆 粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物的尺寸在30μηι-10_之間，優選100μπι-lOmm之 間，更優選300ym-5mm之間。39. 根據權利要求28-38的任一項所述的方法，其中所述具有胺基功能團的水凝膠或顆 粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物具有直徑小于50μπι的孔。40. -種陽離子共聚物，所述陽離子共聚物包括質子化的多糖-聚胺共聚物，所述多糖-聚胺共聚物由以下兩部分共聚形成： 具有2，3-二醛基的被選擇性氧化的多糖，和具有胺基功能團的聚胺； 所述具有胺基功能團的聚胺與所述具有2,3_二醛基的被選擇性氧化的多糖共價交聯 形成網狀結構，得到具有胺基功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物，所述具有胺基 功能團的水凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物中的胺基功能團被質子化而形成具有質子化 位點的三維網狀結構陽離子共聚物，所述陽離子共聚物的氮含量在12.3wt%以上，或者在 15wt%以上，或者在22wt%以上，或者在40wt%以上，所述陽離子共聚物和所述多糖-聚胺 共聚物均不溶于水。41. 根據權利要求40所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚胺中的氮含 量在24.5wt%以上，或者在30wt%以上，或者在44wt%以上，或者在80wt%以上。42. 根據權利要求40或41所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚胺的分 子量為約15000-約900000。43. 根據權利要求40-42的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有2，3-二醛基的被 選擇性氧化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化 的淀粉、被選擇性氧化的支鏈淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的葡聚糖、被選 擇性氧化的糖元、被選擇性氧化的甲殼素。44. 根據權利要求40-43的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有2，3-二醛基的被 選擇性氧化的多糖中被氧化的葡萄糖單位數量占所有葡萄糖單位數量的50%以上，優選 70%以上，更優選80%以上。45. 根據權利要求40-44的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有2，3-二醛基的被 選擇性氧化的多糖具有β-l，4_糖苷鍵和β-l，6_糖苷鍵的至少之一。46. 根據權利要求40-45的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有2，3-二醛基的被 選擇性氧化的多糖具有β-l，4_糖苷鍵且不具有β-l，6_糖苷鍵。47. 根據權利要求40-46的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有2，3-二醛基的被 選擇性氧化的多糖選自下述物質中的一種或多種:被選擇性氧化的纖維素、被選擇性氧化 的支鏈淀粉、被選擇性氧化的殼聚糖、被選擇性氧化的甲殼素。48. 根據權利要求40-47的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚 胺選自下述物質中的一種或多種:聚乙烯亞胺(ΡΕΙ)、聚烯丙基胺、聚丙烯亞胺、聚丙烯亞胺 四胺。49. 根據權利要求40-48的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的聚 胺具有支鏈結構或者樹枝狀結構。50. 根據權利要求40-49的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的水 凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物的尺寸在30ym-10mm之間，優選100μ m-10mm之間，更優選300ym-5mm之間。51. 根據權利要求40-50的任一項所述的陽離子共聚物，其中所述具有胺基功能團的水 凝膠或顆粒狀的多糖-聚胺共聚物和所述陽離子共聚物具有直徑小于50μπι的孔。
【文檔編號】A61K31/785GK105985448SQ201610159108
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】楊達志
【申請人】楊達志