CN106243349B

CN106243349B - 一种温敏材料的制备方法

Info

Publication number: CN106243349B
Application number: CN201610603282.3A
Authority: CN
Inventors: 邓奎林; 郑畅; 宋计花; 范智慧; 徐俊连; 杨震; 赵漫
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Hebei University
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: CN106243349A

Abstract

本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。与现有温敏性聚合物材料相比，本发明通过天然生物友好性丙氨酸和乳酸作为聚合单体直接共聚，制备出具有温敏特性的聚合物材料。本发明得到的温敏材料具有优异的温敏性和生物相容性。

Description

一种温敏材料的制备方法

技术领域

本发明涉及温敏材料技术领域，尤其涉及一种温敏材料的制备方法。

背景技术

温敏性聚合物材料是指对外界环境温度具有可逆响应特性的大分子，是一种很重要的智能材料。温敏性聚合物材料已经广泛应用于药物控制释放、生物分离、酶固定化、免疫分析等生物医学领域。温敏性聚合物材料的一个最重要的物理参数就是最低临界溶解温度(LCST)或最高临界溶解温度(UCST)，即聚合物在水溶液中随温度改变而可逆地发生明显相变时的温度。温敏性聚合物材料的实际应用必然涉及到两个最基本的问题：第一，临界溶解温度(LCST或UCST)的调控，即控制材料的响应温度，如赋予材料在生理体温范围内具有温敏特性；第二，温敏性聚合物材料的生物相容性，即保证材料在实际应用中具有优异的生物相容性，对组织无排异性或毒性。

为了赋予温敏性聚合物材料良好的生物相容性，人们通常将具有生物相容性的天然聚合物如壳聚糖、明胶、淀粉、纤维素等和具有温敏特性的碳链型聚合物进行必要的改性。改性的方法包括了共混、嵌段和接枝等技术手段，所获得的材料实际上是多种聚合物的共混物、嵌段聚合物、接枝共聚物等。通过现有技术中的改性方法，在一定程度上可以改善或者提高温敏聚合物材料的生物相容性，但却带来两个难以解决的技术问题：第一，由于碳链型温敏聚合物的存在，改性后的材料本身仍然不具备最佳的生物相容性；第二，因为非温敏性天然聚合物的引入，改性后材料的温敏特性亦会随天然聚合物含量的增加而降低，甚至彻底消失。

因此，通过碳链型温敏聚合物与天然聚合物的改性方法，无法同时兼顾良好的生物相容性以及温敏特性。换句话说，改性后的聚合物材料并不能同时具备优异的生物相容性和温敏特性，即无法使得这两种性能均达到最佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温敏材料的制备方法，使得到的温敏材料同时兼顾良好的生物相容性以及温敏特性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：

将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；

将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。

优选的，所述脱水的温度为110～130℃；

所述脱水的时间为30～40分钟。

优选的，所述脱水在真空条件下进行，所述脱水的真空度为0.01～0.1MPa。

优选的，所述丙氨酸与乳酸的物质的量之比为1:(0.5～1.5)。

优选的，所述催化剂为氯化亚锡与对甲基苯磺酸的混合物。

优选的，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；

所述对甲基苯磺酸与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100。

优选的，所述催化剂为氯化亚锡与乙酸锌的混合物。

优选的，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；

所述乙酸锌与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100。

优选的，所述共聚反应的温度为150～180℃；

所述共聚反应的时间为135～190分钟。

优选的，所述共聚反应在真空条件下进行，所述共聚反应的真空度为0.01～0.1MPa。

本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。与现有温敏性聚合物材料相比，本发明通过天然生物友好性丙氨酸和乳酸作为聚合单体直接共聚，制备出具有温敏特性的聚合物材料。本发明得到的材料为一种单一聚合物，而非两种或多种聚合物的共混物、嵌段共聚物或者接枝共聚物。实施例的实验结果表明，本发明得到的温敏材料在20～50℃对外界温度具有优异的可逆响应性，即其最低临界温度为20～50℃；经过24和48小时的Hela细胞培养后，四种浓度的聚合物溶液对细胞的增殖率均保持在80％以上，说明本发明的温敏材料对细胞繁殖不存在抑制作用；72小时后，材料对细胞的增殖率有所降低，当材料浓度为1ug/mL和10ug/mL时，Hela细胞的增值率依然达到了70％以上。可见，本发明得到的温敏材料具有优异的温敏性和生物相容性。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的温敏材料的FTIR谱图；

图2为本发明实施例1得到的温敏材料的¹H NMR谱图；

图3为本发明实施例1得到的温敏材料的温敏特性图；

图4为本发明实施例1得到的温敏材料的细胞毒性评价图。

具体实施方式

本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：

将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；

本发明将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸。本发明对所述乳酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的乳酸即可，具体的可以为乳酸的市售产品。在本发明中，所述乳酸包含10～15％的水。本发明对所述乳酸的构型没有特殊要求，具体的可以为L型乳酸、D型乳酸和DL型乳酸中的一种、两种或者三种。

在本发明中，所述脱水的温度优选为110～130℃，更优选为115～125℃，最优选为118～122℃。在本发明中，所述脱水的时间优选为30～40分钟，具体的可以为30分钟、32分钟、34分钟、36分钟、38分钟或40分钟。在本发明中，所述脱水优选在真空条件下进行，所述脱水的真空度优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.05～0.07MPa，具体的可以为0.05MPa、0.055MPa、0.06MPa、0.065MPa或0.07MPa。

在本发明中，实验室制备时，所述脱水优选在长颈瓶中进行，更优选的所述长颈瓶中置有磁力搅拌子。在本发明中，所述脱水优选在微波条件下进行。在本发明中，所述微波脱水使用的仪器优选为CEM微波合成仪，DISCOVER SP，更优选的所述CEM微波合成仪的运行功率为150w，搅拌速率为High档。

所述脱水之后，本发明将得到的脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。

本发明对所述丙氨酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的丙氨酸即可，具体的可以为丙氨酸的市售产品。在本发明中，所述丙氨酸内包含10～15％的水。本发明对所述丙氨酸的构型没有特殊要求，具体的可以为L型丙氨酸、D型丙氨酸和DL型丙氨酸中的一种、两种或者三种。在本发明中，所述丙氨酸与乳酸的物质的量之比优选为1:(0.5～1.5)，具体的可以为1:0.5、1:0.7、1:0.9、1:1.1、1:1.3或1:1.5。

在本发明中，所述催化剂优选为氯化亚锡与对甲基苯磺酸的混合物。在本发明中，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比优选为(0.1～1):100，更优选为(0.2～0.8):100，最优选为(0.5～0.6):100；所述对甲基苯磺酸与乳酸的物质的量之比优选为(0.1～1):100，更优选为(0.2～0.8):100，最优选为(0.5～0.6):100。

在本发明的另一种方案中，所述催化剂优选为氯化亚锡与乙酸锌的混合物。在本发明中，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比优选为(0.1～1):100，更优选为(0.2～0.8):100，最优选为(0.5～0.6):100；所述乙酸锌与乳酸的物质的量之比优选为(0.1～1):100，更优选为(0.2～0.8):100，最优选为(0.5～0.6):100。

本发明对所述催化剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的所述催化剂即可，具体的可以为所述催化剂的市售产品。

本发明对所述脱水乳酸、丙氨酸和催化剂的混合顺序没有特殊要求，脱水乳酸、丙氨酸和催化剂可以以任意顺序进行混合。

在本发明中，所述共聚反应的温度优选为150～180℃，更优选为155～175℃，最优选为160～170℃。在本发明中，所述共聚反应的时间优选为135～190分钟，更优选为140～180分钟，最优选为150～170分钟。在本发明中，所述共聚反应优选在真空条件下进行，所述共聚反应的真空度优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.07～0.09MPa，具体的可以为0.07MPa、0.075MPa、0.08MPa、0.085MPa或0.09MPa。

在本发明中，所述共聚反应优选分成三个阶段进行，具体的将脱水乳酸与丙氨酸和催化剂依次进行预聚合、聚合和保温，得到温敏材料。在本发明中，所述预聚合的温度优选为150～170℃，更优选为155～165℃，最优选为158～162℃；所述预聚合的时间优选为45～60分钟，具体的可以为45分钟、48分钟、50分钟、53分钟、55分钟、58分钟和60分钟；所述预聚合的真空度优选为0.07～0.09MPa、具体的可以为0.07MPa、0.075MPa、0.08MPa、0.085MPa或0.09MPa。

在本发明中，所述聚合的温度优选为160～180℃，更优选为165～175℃，最优选为168～172℃；所述聚合的时间优选为30～50分钟，更优选为35～45分钟，最优选为38～42分钟；所述聚合的真空度优选为0.07～0.09MPa、具体的可以为0.07MPa、0.075MPa、0.08MPa、0.085MPa或0.09MPa。

在本发明中，所述保温的温度优选为160～180℃，更优选为165～175℃，最优选为168～172℃；所述保温的时间优选为60～80分钟，更优选为65～75分钟，最优选为68～72分钟；所述保温的真空度优选为0.07～0.09MPa、具体的可以为0.07MPa、0.075MPa、0.08MPa、0.085MPa或0.09MPa。

在本发明中，所述共聚反应的合成路线如式I所示：

其中，x、y和n均为自然数，在本发明中，所述x、y和n独立的优选为0～1000，更优选为10～800，最优选为100～500。

所述共聚反应结束之后，本发明优选对共聚反应的反应体系进行降温。在本发明中，所述降温之后的温度优选的小于等于50℃，更优选的降低后的温度小于等于45℃且大于等于10℃；最优选的降低后的温度小于等于40℃且大于等于30℃。本发明对所述降温的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的降温方式进行降温即可，具体的可以为自然降温。本发明对所述降温的速率和时间没有特殊限定，根据具体的降温方式按照常规的技术内容进行降温即可。

所述降温之后，本发明优选将所述降温后的反应体系进行后处理，得到温敏材料。在本发明中，所述后处理优选的具体为：

用无水甲醇溶解所述降温后的反应体系，得到无水甲醇体系；

将所述无水甲醇体系与***混合，析出沉淀；

将所述析出的沉淀干燥，得到温敏材料。

本发明用无水甲醇溶解所述降温后的反应体系，得到无水甲醇体系。在本发明中，所述无水甲醇的体积与乳酸的质量比优选为(8～12)mL:(5～10)g，更优选为(9～11)mL:(6～9)g，最优选为(9～10)mL:(7～8)g。

得到所述无水甲醇体系之后，本发明优选将所述无水甲醇体系与***进行混合，更优选的将所述无水甲醇体系滴加到***中。本发明优选的在所述滴加的同时对***进行搅拌。本发明对所述滴加和搅拌的速度没有特殊要求，能够温和地析出黄色沉淀即可。在本发明中，所述***与无水甲醇的体积比优选为(25～50):(2～3)，更优选为(30～45):(2～3)，最优选为(35～40):(2～3)。

本发明优选对上述无水甲醇溶解和与***进行混合的操作重复2次、3次或4次。

析出所述黄色沉淀之后，本发明优选对混合物料进行过滤。本发明对所述过滤的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的沉淀的过滤方法即可。

所述过滤后，本发明优选对得到的沉淀进行干燥，得到温敏材料：聚(乳酸-丙氨酸)。本发明对所述干燥的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的干燥方式进行即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为20～50℃，更优选为25～45℃，最优选为30～40℃。

在本发明中，所述聚(乳酸-丙氨酸)的结构式如下：

本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。与现有温敏性聚合物材料相比，本发明通过天然生物友好性丙氨酸和乳酸作为聚合单体直接共聚，制备出具有温敏特性的聚合物材料。本发明得到的材料为一种单一聚合物，而非两种或多种聚合物的共混物、嵌段聚合物或者接枝共聚物。实施例的实验结果表明，本发明得到的温敏材料在20～50℃对外界温度具有优异的可逆响应性，即其最低临界温度为20～50℃；经过24和48小时的Hela细胞培养后，四种浓度的聚合物溶液对细胞的增殖率均保持在80％以上，说明本发明的温敏材料对细胞繁殖不存在抑制作用；72小时后，材料对细胞的增殖率有所降低，当材料浓度为1ug/mL和10ug/mL时，Hela细胞的增值率依然达到了70％以上。可见，本发明得到的温敏材料具有优异的温敏性和生物相容性。

下面结合实施例对本发明提供的温敏材料的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

在本发明实施例中所有物质均为市售产品。

实施例1

(1)脱水和预聚合阶段

在微波反应器(CEM微波合成仪，DISCOVER SP，功率150w，搅拌速率High)中，将5.04g乳酸置于100mL长颈烧瓶中，放入磁力搅拌子。在真空度为0.065MPa，温度为120℃条件下经30分钟处理后可除去体系中水等杂质。然后，在反应烧瓶中加入4.2036g丙氨酸，0.056g氯化亚锡和0.047g对甲基苯磺酸，在真空度为0.083MPa，温度为160℃下反应45分钟。

(2)聚合阶段

反应继续控制在真空度为0.088MPa，温度为170℃下反应30分钟。

(3)保温阶段

反应在真空度为0.085MPa，温度为160℃下维持60分钟。待反应温度降到50℃以下，用8mL无水甲醇将其充分溶解，然后滴加到搅拌着的150mL***中，析出白色至浅黄色沉淀，过滤，重复上述操作三次，在30℃条件下干燥可得略带黄色的固体粉末，聚(乳酸-丙氨酸)。

本发明还通过FTIR、¹H NMR以及GPC(0.05mol/L LiBr DMF为流动相)对本实施例得到的沉淀进行了结构表征，FTIR和¹H NMR的表征结果分别如图1和图2所示，其中图1为本发明实施例1得到的温敏材料的FTIR谱图，图2为本发明实施例1得到的温敏材料的¹H NMR谱图。FTIR、¹H NMR以及GPC的表征结果表明本实施得到的产品为：

证明本实施例得到的产品为聚(乳酸-丙氨酸)。

本实施例还对得到的产品进行了温敏特性测试和细胞毒性测试，测试结果如图3和图4所示。图3为本发明实施例1得到的温敏材料的温敏特性图，图4为本发明实施例1得到的温敏材料的细胞毒性评价图。本发明得到的温敏材料在20～50℃对外界温度具有优异的可逆响应性，即其最低临界温度为20～50℃。

本发明利用MTT法对聚(乳酸-丙氨酸)材料的细胞毒性进行了评价。如图4所示，经过24和48小时的Hela细胞培养后，四种浓度的聚合物溶液对细胞的增殖率均保持在80％以上，说明本实施例中温敏性聚(乳酸-丙氨酸)材料对细胞繁殖不存在抑制作用；72小时后，材料对细胞的增殖率有所降低，当材料浓度为1ug/mL和10ug/mL时，Hela细胞的增值率依然达到了70％以上。可见，本发明中所制备的温敏性聚(乳酸-丙氨酸)材料对Hela细胞抑制作用极低，其生物相容性优异。

实施例2

(1)脱水和预聚合阶段

在微波反应器(CEM微波合成仪，DISCOVER SP，功率150w，搅拌速率High)中，将5.18g乳酸置于100mL长颈烧瓶中，放入磁力搅拌子。在真空度为0.076MPa，温度为125℃下反应40分钟除去反应液中的自由水。然后，在反应烧瓶中加入3.82g丙氨酸，0.06g氯化亚锡和0.05g对甲基苯磺酸，在真空度为0.092MPa，温度为165℃下反应50分钟。

(2)聚合阶段

反应继续控制在真空度为0.089MPa，温度为175℃下反应40分钟。

(3)保温阶段

反应在真空度为0.090MPa，温度为170℃下维持65分钟。待反应温度降到50℃以下，用12mL无水甲醇将其充分溶解，然后滴加到搅拌着的180mL***中，析出浅黄色沉淀，过滤，重复上述操作三次，在40℃干燥可得略带黄色的固体粉末，即聚(乳酸-丙氨酸)材料。

本发明还按照实施例1的方法对本实施例得到的聚合物材料进行了检测，检测结果表示本实施例得到的产品为聚(乳酸-丙氨酸)，且具有优异的温敏特性和生物相容性。

实施例3

(1)脱水和预聚合阶段

在微波反应器(CEM微波合成仪，DISCOVER SP，功率150w，搅拌速率High)中，将5.024g乳酸置于100mL长颈烧瓶中，放入磁力搅拌子。在真空度为0.056MPa，温度为130℃下反应35分钟除去反应液中的自由水。然后，在反应烧瓶中加入6.196g丙氨酸，0.061g氯化亚锡和0.0434g对甲基苯磺酸，在真空度为0.078MPa，温度为163℃下反应48分钟。

(2)聚合阶段

反应继续控制在真空度为0.082MPa，温度为178℃下反应38分钟。

(3)保温阶段

反应在真空度为0.085MPa，温度为175℃下维持60分钟。待反应温度降到50℃以下，用12mL无水甲醇将其充分溶解，然后滴加到搅拌着的200mL***中，析出浅黄色沉淀，过滤，重复上述操作三次，在50℃干燥可得略带黄色的固体粉末，聚(乳酸-丙氨酸)材料。

实施例4

(1)脱水和预聚合阶段

在微波反应器(CEM微波合成仪，DISCOVER SP，功率150w，搅拌速率High)中，将4.97g乳酸置于100mL长颈烧瓶中，放入磁力搅拌子。在真空度为0.063MPa，温度为120℃下反应30分钟除去反应液中的自由水。然后，在反应烧瓶中加入4.21g丙氨酸，0.07g乙酸锌，在真空度为0.081MPa，温度为160℃下反应45分钟。

(2)聚合阶段

反应继续控制在真空度为0.085MPa，温度为170℃下反应30分钟。

(3)保温阶段

反应在真空度为0.088MPa，温度为165℃下维持60分钟。待反应温度降到50℃以下，用9mL无水甲醇将其充分溶解，然后滴加到搅拌着的100mL***中，析出浅黄色沉淀，过滤，重复上述操作三次，在20～50℃干燥可得略带黄色的固体粉末，聚(乳酸-丙氨酸)材料。

本发明还按照实施例1的制备方法及过程参数制备了三种不同单元比的聚(乳酸-丙氨酸)，其具体参数如表1所示，表1为产品PAL88、PAL56和PAL54的具体参数。

表1产品PAL88、PAL56和PAL54的具体参数

由以上实施例可知，本发明提供了一种温敏材料的制备方法，包含以下步骤：将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料。与现有温敏性聚合物材料相比，本发明通过天然生物友好性丙氨酸和乳酸作为聚合单体直接共聚，制备出具有温敏特性的聚合物材料。本发明得到的材料为一种单一聚合物，而非两种或多种聚合物的共混物、嵌段聚合物、接枝共聚物等。实施例的实验结果表明，本发明得到的温敏材料在20～50℃对外界温度具有优异的可逆响应性，即其最低临界温度为20～50℃；经过24和48小时的Hela细胞培养后，四种浓度的聚合物溶液对细胞的增殖率保持均在80％以上，说明本发明的温敏材料对细胞繁殖不存在抑制作用；72h后，材料对细胞的增殖率有所降低，当材料浓度为1ug/mL和10ug/mL时，Hela细胞的增值率依然达到了70％以上。可见，本发明得到的聚合物材料具有优异的温敏特性和生物相容性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种温敏材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

将乳酸进行脱水，得到脱水乳酸；

所述脱水的温度为110～130℃；所述脱水的时间为30～40分钟；所述脱水在真空条件下进行，所述脱水的真空度为0.01～0.1MPa；

将所述脱水乳酸和丙氨酸在催化剂的条件下进行共聚反应，得到温敏材料；

所述丙氨酸与乳酸的物质的量之比为1:(0.5～1.5)；

所述催化剂为氯化亚锡与对甲基苯磺酸的混合物或者氯化亚锡与乙酸锌的混合物；

所述催化剂为氯化亚锡与对甲基苯磺酸的混合物时，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；所述对甲基苯磺酸与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；

所述催化剂为氯化亚锡与乙酸锌的混合物时，所述氯化亚锡与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；所述乙酸锌与乳酸的物质的量之比为(0.1～1):100；

所述共聚反应的温度为150～180℃；所述共聚反应的时间为135～190分钟。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共聚反应在真空条件下进行，所述共聚反应的真空度为0.01～0.1MPa。