專利名稱：一種蠶絲蛋白與聚l-乳酸的共聚物及其熔融聚合制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物及 其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
聚乳酸(PLA)是一種生物相容性很好的可生物降解吸收高分子材料，具有生物相 容性好、降解的產(chǎn)物可參與人體的新陳代謝、毒性低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于組織工 程及其他生物醫(yī)藥領(lǐng)域。但是聚乳酸也存在性能缺陷，如脆性較大、力學(xué)強(qiáng)度較低和降 解周期難于控制等。此外，PLA是疏水性的高分子，對(duì)細(xì)胞的粘附性較差。純聚乳酸 作為組織工程材料植入生物體后會(huì)引起一些溫和的炎癥反應(yīng)，因此必須對(duì)聚乳酸材料進(jìn) 行改性。
為了提高聚乳酸材料在生物體內(nèi)的相容性和細(xì)胞親和性，常采用的改性方法包括共 聚改性法、等離子體表面處理、表面修飾法等。共聚是聚乳酸重要的分子工程方式，通 過(guò)與其他單體或低聚物的共聚可改變材料的親水性、結(jié)晶性等，聚合物的降解速度可根
據(jù)共聚物的分子量及共聚單體或低聚物種類及配比等加以控制，從而實(shí)現(xiàn)聚乳酸材料在 組織工程方面的廣泛應(yīng)用。
目前，聚乳酸共聚物既可以采用丙交酯與共聚單體開環(huán)聚合的方法制備，也可以采 用乳酸與共聚單體直接共縮聚反應(yīng)制備。丙交酯或乳酸與親水性的單體或聚合物如聚乙 二醇、氨基酸、聚肽和多糖類等共聚，在疏水的聚乳酸鏈段中引入親水的聚合物鏈段， 可以提高材料的生物相容性，調(diào)節(jié)其降解速率。
聚氨基酸具有多個(gè)活性官能團(tuán)，可以用來(lái)固定具有生物活性的分子，如蛋白質(zhì)、糖 類、多肽等，其支鏈可以與小肽、藥物或交聯(lián)劑等連接，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和生長(zhǎng)；聚氨 基酸本身也具有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解產(chǎn)物氨基酸對(duì)人體無(wú)毒害作 用。將氨基酸鏈段引入聚乳酸，可以綜合兩類聚合物的優(yōu)良性能，達(dá)到調(diào)節(jié)聚乳酸材料 的降解性能和生物相容性的目的。目前，氨基酸對(duì)聚乳酸的改性主要通過(guò)與其形成共聚 物來(lái)完成。聚(乳酸—氨基酸)共聚物依合成途徑不同，可以具有無(wú)規(guī)共聚物、交替共聚 物、嵌段共聚物、接枝共聚物等多種類型。氨基酸的引入可降低聚乳酸的結(jié)晶度，對(duì)其 降解性能起到調(diào)節(jié)作用，并可具有一定親水性。共聚物側(cè)鏈的反應(yīng)活性官能團(tuán)可以吸附 蛋白質(zhì)、糖類、多肽等，可以使整個(gè)共聚物大分子鏈獲得特定的氨基酸順序以便細(xì)胞識(shí) 別，從而有效固定生物活性因子，提高聚乳酸與細(xì)胞的親和性。通過(guò)丙交酯與氨基酸環(huán)狀衍生物的共聚改性聚乳酸是研究較多的一種方法，其中對(duì) 乳酸與賴氨酸的共聚研究最多。Barrem等則先合成出含有乳酸結(jié)構(gòu)單元和氨基被保護(hù)的 賴氨酸單元的環(huán)狀二聚體。該環(huán)狀二聚體與丙交酯一起經(jīng)由陽(yáng)離子開環(huán)共聚合得到含賴 氨酸單元2.6%的乳酸一賴氨酸共聚物。該共聚物的氨基可偶聯(lián)短肽，賦予它更好的生 物活性，能有效提高其對(duì)細(xì)胞的黏附力(J. Am. Chem. Soc.， 2004,115(23):11010-11011 )。 Jin等先合成了氨基被保護(hù)的絲氨酸單元的環(huán)狀二聚體，然后與丙交酯反應(yīng)，最后合成 了含絲氨酸2%的乳酸與絲氨酸的共聚物(Polymer，1998，39(21):5155-5162)。 Elisseeff和 Kimura等通過(guò)設(shè)計(jì)新環(huán)而制備出乳酸與甘氨酸、賴氨酸的交替共聚物，這些材料是細(xì) 胞培養(yǎng)及組織工程的良好載體。共聚物中氨基酸含量對(duì)其性能有顯著影響，其玻璃化溫 度、熔點(diǎn)、結(jié)晶度均低于聚L-乳酸(PLLA)，而其降解速度略快于PLLA。共聚物中氨 基酸含量越高，降解速度越快。通過(guò)改變共聚物中氨基酸含量可實(shí)現(xiàn)聚乳酸類材料的降 解速度的可調(diào)控性(Elisseeff， Macromolecules,1997, 30(7):2182 2184 。 Kimura， Macromolecules, 2006,21(11):3338 3340)。中國(guó)專利ZL03135454.8公開了一種聚乳酸-氨基酸酯共混物及其制備方法，采用溶液共混法改性聚乳酸，獲得聚乳酸/氨基酸酯的共 混物，該共混物材料有很好的生物相容性和界面相容性，可作為組織支架材料。但是氨 基酸的制備與聚合成本高，工藝復(fù)雜，存在著較多的技術(shù)難點(diǎn)。
蠶絲蛋白(SF)是一種天然氨基酸共聚物，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和生物相容性。蠶 絲蛋白中含有18種氨基酸，其中甘氨酸(36%)、丙氨酸(28%)、絲氨酸(14%)和酪氨酸(10%) 含量較多。蠶絲蛋白的一些氨基酸廣泛存在于人和脊椎動(dòng)物的組織中，對(duì)人體細(xì)胞具有 親和性。蠶絲蛋白可以根據(jù)不同的研究目的和制備條件被制作為纖維、粉末、凝膠、絲 肽粉及絲素膜等多種形式，可用作化妝品基材、食品添加劑和醫(yī)藥原料等。近年來(lái)，蠶 絲蛋白的凝膠和多孔性材料已經(jīng)被開發(fā)作為藥物釋放載體、三維細(xì)胞培養(yǎng)基、人造皮膚、 抗凝血材料及透析膜等，但再生絲蛋白材料尚存在機(jī)械性能和降解速度難以控制的問(wèn) 題。而且純絲素膜溶失率很高，不能直接使用，不溶化處理后，強(qiáng)度較大，但伸長(zhǎng)很小， Tg超過(guò)200'C,膜又硬又脆，很難在生物體內(nèi)使用，所以必需經(jīng)過(guò)改性以后才可以作為 醫(yī)用材料使用。在改善提高絲素膜的性能方面，主要是采用與其他聚合物共混的方法來(lái) 實(shí)現(xiàn)，如采用聚酰胺、聚乙二醇、聚L-丙氨酸、聚丙烯酸、海藻酸鈉、纖維素共混膜、 殼聚糖等聚合物共混改性蠶絲蛋白。
將蠶絲蛋白和聚乳酸進(jìn)行混合，制備細(xì)胞黏附性優(yōu)良、降解性能良好的生物醫(yī)用材 料的研究目前國(guó)內(nèi)已有報(bào)道。陳建勇、張加忠等用聚L-乳酸對(duì)絲素膜進(jìn)行改性，共混合 膜的力學(xué)性能明顯提高，透汽性也有所提高，但透濕性略有下降(化工學(xué)報(bào),2008， 3(59): 773 777;功能材料，2007， 12(38): 2048 2051)。周燕、劉揚(yáng)等利用蠶絲至白溶液和聚乳酸溶液充分混合制得共混膜。改變蠶絲素蛋白肽鏈的結(jié)構(gòu)性能作用，制備生物降解膜 (絲綢月刊，2007，4: 16 18)。
聚乳酸作為生物降解材料，具有優(yōu)良的性能。蠶絲蛋白可以進(jìn)行酸或堿催化水解， 生成較小分子量的絲肽鏈。通過(guò)控制絲素溶液的濃度、水解時(shí)間、溫度等可獲得所需分 子量的水溶性的蠶絲蛋白(SF)。絲肽主要是由氨基酸構(gòu)成的，其所含的NH2和C00H 端基可以與乳酸低聚物的OH和COOH端基進(jìn)行共縮聚反應(yīng)。因此，在綜合考慮蠶絲蛋 白和聚乳酸這兩種材料性能的基礎(chǔ)上，取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，蠶絲蛋白作為親水性 基團(tuán)，可以通過(guò)與乳酸聚合物共聚合成嵌段共聚物，為制備聚乳酸自組裝材料，提高 PLA材料的細(xì)胞相容性提供了可能。但這方面目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)研究報(bào)導(dǎo)。
迄今為止，由乳酸及其他小分子多官能團(tuán)單體(如乙醇酸)出發(fā)合成聚乳酸類生物可 降解材料的直接縮合聚合法已經(jīng)有了顯著進(jìn)步，分子量高的可達(dá)數(shù)十萬(wàn)，其合成步驟簡(jiǎn) 捷，而且獲得的材料具有實(shí)用價(jià)值。因此，為了降低PLA材料的合成成本，本發(fā)明釆 用直接法合成聚乳酸/蠶絲蛋白共聚物(PLLASF)。
我國(guó)石油資源的嚴(yán)重匱乏已經(jīng)制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而我國(guó)具有豐富的乳酸類的生物 資源，可以替代石化產(chǎn)品。同時(shí)，我國(guó)是世界上蠶絲大國(guó)，生產(chǎn)中的廢絲和下腳繭可以 制備蠶絲蛋白肽鏈。蠶絲蛋白/聚乳酸改性材料在生物醫(yī)用材料、紡織材料、塑料和涂 料等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物，以改善聚乳
酸材料的親水性、生物相容性、細(xì)胞親和性，控制材料的降解速度。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供上述共聚物的制備方法。
本發(fā)明還要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供上述共聚物的應(yīng)用。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物，該共聚物具有如下結(jié)構(gòu)
H3 ， H3
H + OCH—CO^HN-CO~HM-6H~COHN~CH-CO^j OH
其中，聚L-乳酸鏈段的聚合度X為1-2000間的整數(shù)， 蠶絲蛋白鏈段的聚合度Y為1~2000間的整數(shù)，
R為H、 -CH3、 -CH2OH、 -CH2SH、 -CH(HO)CH3、 -CH(CH3)2、 -CH2CH(CH3)2 -CH(CH3)CH2CH3、 -CH2CH2SCH3、 -CH2COOH、 -CH2CH2CONH2、 -CH2CH2CH2CH2NH2、 -CH2CH2CH2CH2NH2、,媒，r -版o —chxC —CH2nH ,O"oh
中的任意一種；
該共聚物的分子量為5000~180000，蠶絲蛋白鏈段與聚L-乳酸鏈段的質(zhì)量比為 1/99~99/1 。
上述蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)的制備方法，包括如下步驟
(1) L-乳酸水溶液脫水預(yù)聚合制備乳酸低聚物
在140 18(TC下(恒溫條件)，將質(zhì)量濃度70-99% (g/g)的L-乳酸水溶液先在常壓 下脫水1~4小時(shí)，然后再降壓至100~200毫米汞柱繼續(xù)脫水1~4小時(shí)，最后在10~50毫 米汞柱錄續(xù)脫水1~6小時(shí)，得到L-乳酸低聚物；
(2) 熔融聚合制備蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物(PLLASF): 將蠶絲蛋白和催化劑體系加入步驟(1)制得的L-乳酸低聚物中，在0~30毫米汞柱
壓力下，140 200'C下，反應(yīng)2 40小時(shí)；聚合過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物丙交酯通過(guò)裝有分子 篩和分水器的冷凝回流裝置返回到反應(yīng)釜，冷凝回流裝置的溫度控制在20 90'C;所述 的催化劑體系為金屬化合物與質(zhì)子酸的復(fù)合體系，或金屬化合物與垸基化試劑的復(fù)合體 系，其中金屬化合物的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的1~99%;催化劑體系中的金屬化合 物的用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的0.01~6wt%，蠶絲蛋白與L-乳酸低聚物質(zhì)量比為 5/95~95/5;
(3) 蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)的純化
將步驟(2)制得的共聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在 65。C下真空干燥10 16小時(shí)，得到純化的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物。PLLASF的結(jié) 構(gòu)可由核磁共振譜確定(見圖1、圖2)。圖l中具有聚L-乳酸鏈段的吸收峰在1.6ppm、 5.2ppm處，而蠶絲蛋白的吸收峰在3.75ppm、 7.07ppm和7.48ppm處。圖2中，蠶絲蛋 白的特征吸收峰為44.8ppm、 50.6ppm、 166.6ppm、 169.6ppm，聚L-乳酸鏈段吸收峰在 69.2ppm、 169.48ppm，聚L-乳酸鏈段和蠶絲蛋白共聚連接的吸收峰66-72ppm處。圖l 中具有聚L-乳酸鏈段的甲基吸收峰(1.6ppm處)、次甲基吸收峰(5.2ppm處)，蠶絲蛋 白中的Ala吸收峰在3.75ppm、 7.07ppm和7.48ppm處的吸收峰是Try的取代基對(duì)甲基 苯酚中苯環(huán)質(zhì)子的吸收峰。
步驟(1)所述的L-乳酸低聚物分子量為500~2000。
步驟(1)進(jìn)行脫水預(yù)聚合的主要目的是除去乳酸中的水分，形成乳酸低聚物。低 聚物的分子量控制在500~2000，這樣可以選擇較溫和的脫水溫度和較短的脫水時(shí)間。 步驟(2)所述的蠶絲蛋白的分子量為1000-100000。蠶絲蛋白的分子量對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)與性能具有明顯的影響，可通過(guò)蠶絲素蛋白肽鏈的水解條件得到不同的鏈長(zhǎng)度的 絲肽鏈段，本發(fā)明所用蠶絲蛋白的分子量為1000-100000。
步驟(2)所述的催化劑體系為金屬化合物與質(zhì)子酸的復(fù)合體系，或金屬化合物與 烷基化試劑的復(fù)合體系，所謂復(fù)合體系即將上述兩種物質(zhì)混合均勻形成的體系。金屬化 合物為I、 II、 III、 IV、 v族的金屬和過(guò)渡金屬的氧化物、鹵化物、氫氧化物、金屬有機(jī)
化合物、羧酸鹽以及這些金屬化合物的水合物中的任意一種或兩種以上任意比例的混合
物，優(yōu)選SnCl2、 SnCl2'2H20、 SnCl4、 SnCl4.2H20、 ZnCl2.H20、 SbF3、 TiCl4、 MgCl2、 Sb203、 MgO、 PbO、 二乙氧基鋁、三異丙氧基鋁、辛酸亞錫和三丁基甲氧基錫中的任 意一種或兩種以上任意比例的混合物；質(zhì)子酸為鹽酸、磷酸、亞磷酸、乙酸、辛酸和鹵 代羧酸中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物；垸基化試劑為氟磺酸、苯磺酸、對(duì) 甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羥甲基、乙基、二乙基、丙 基或異丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
所述的催化劑體系，對(duì)于金屬化合物與質(zhì)子酸的復(fù)合體系優(yōu)選SnCl2/乙酸、 SnCl2，2H20/辛酸、MgCl2/氯乙酸和辛酸亞錫/辛酸中的任意一種或兩種以上任意比例的 混合物；金屬化合物與垸基化試劑的復(fù)合體系優(yōu)選SnCW苯磺酸、SnCW苯磺酸、SnCl2/ 對(duì)甲基苯磺酸、SnCl2虔磺酸、SnCl2/萘二磺酸、辛酸亞錫/萘磺酸和辛酸亞錫/萘二磺酸 中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
本發(fā)明可以通過(guò)改變聚乳酸和蠶絲蛋白的配比，制備具有不同降解速率和力學(xué)性能 的乳酸一蠶絲蛋白共聚物，來(lái)滿足不同的用途。共聚物的分子量、熔點(diǎn)、玻璃化溫度、 結(jié)晶度及降解速率均隨著兩種單體的比例改變而改變。當(dāng)原料中的聚乳酸/蠶絲蛋白的質(zhì) 量比大于或等于8/1時(shí)，PLLASF為結(jié)晶態(tài)聚合物，且結(jié)晶由聚乳酸鏈段形成的。當(dāng)聚 乳酸/蠶絲蛋白低于8/1時(shí)，PLLASF為無(wú)定型態(tài)的聚合物(見圖3的X-射線衍射圖譜)。
上述蠶絲蛋白與聚L-乳酸的嵌段共聚物在醫(yī)用縫合線、藥物控制釋放、人造器官和 組織工程材料等生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也可以在醫(yī)用縫合線、藥物控制釋放、 人造器官和組織工程材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并開發(fā)其在在紡織材料、塑料和涂料等領(lǐng)域 應(yīng)用。低分子量的PLLASF可以用于藥物助劑、藥物載體、蛋白質(zhì)釋放載體和疫苗助劑 等，而高分子量的PLLASF共聚物則可以用于制備薄膜、濕法紡絲和組織工程材料。
有益效果本發(fā)明將蠶絲蛋白作為親水性基團(tuán)引入聚L-乳酸中，制備一種蠶絲蛋白 與聚L-乳酸的共聚物，制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、成本低、無(wú)污染。本發(fā)明采用直接 聚合方法，本體熔融聚合制備聚L-乳酸和蠶絲蛋白的共聚物，在合成工藝中未使用溶劑， 因而工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本低。本發(fā)明可以制備不同數(shù)均分子量的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的 共聚物，分子量為5000~180000。通過(guò)本發(fā)明制備出的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物可以有效改善聚乳酸材料的親水性、生物相容性、細(xì)胞親和性，控制材料的降解速度。


圖1為蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的iH-NMR譜圖。 圖2為蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的i^-NMR譜圖。
圖3為蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的X-衍射譜圖。其中，A是聚乳酸/蠶絲蛋白 (質(zhì)量比4/1)的衍射曲線，B是聚乳酸/蠶絲蛋白(質(zhì)量比8/1)的衍射曲線。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí) 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì) 限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
實(shí)施例l:
將質(zhì)量濃度為90%的L-乳酸水溶液加入反應(yīng)釜，在180。C溫度下脫水，首先常壓脫 水2小時(shí)，然后降壓至150毫米汞柱脫水2小時(shí)，最后在30毫米汞柱脫水5小時(shí)，得 到分子量為1000的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將SnCl2，2H20/對(duì)甲苯磺酸催化劑體系 (SnC1^2H20的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的50。/。)、蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量 為3000)加入預(yù)聚物中，SnCl2*2H20的用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的0.4wt%，蠶絲蛋白 與L-乳酸低聚物的質(zhì)量比為1/8。將體系的壓力逐步降至10毫米汞柱并維持不變，反應(yīng) 溫度升至190'C，冷凝回流溫度為6(TC，進(jìn)行聚合反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，開始出現(xiàn)丙 交酯單體并回流，反應(yīng)物逐漸變得粘稠，并最終出現(xiàn)爬桿現(xiàn)象。聚合反應(yīng)20小時(shí)后停 止，得到聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀， 濾出的沉淀物在65'C下真空干燥15小時(shí)，得到淺黃色粉末，分子量3.0萬(wàn)，收率為65%， 熔點(diǎn)為126'C。在室溫下干燥保存6個(gè)月后，該聚合物的分子量下降40%。
實(shí)施例2:
將L-乳酸的90"y。水溶液加入反應(yīng)釜，在155'C溫度下脫水。首先將混合單體在常壓 下脫水2小時(shí)，然后再降壓至120毫米汞柱繼續(xù)脫水2小時(shí)，最后在10毫米汞柱繼續(xù) 脫水6小時(shí)，得到分子量為1300的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將SnCl2，2H20/對(duì)甲苯 磺酸催化劑體系(SnCl2，2H20的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的33W)、蠶絲蛋白粉(數(shù) 均相對(duì)分子質(zhì)量為3000)加入L-乳酸預(yù)聚物，SnCl2，2H20的用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量 的1.0wt%，蠶絲蛋白與L-乳酸低聚物的質(zhì)量比為1/10。將體系的壓力逐步降低到1毫 米汞柱以下并維持不變，反應(yīng)溫度升至180'C，冷凝回流溫度為40'C，進(jìn)行聚合反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，丙交酯單體產(chǎn)生并開始回流，反應(yīng)物逐漸變得粘稠。待出現(xiàn)爬桿現(xiàn)象 后停止聚合，反應(yīng)時(shí)間為15小時(shí)，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于 乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65t:下真空干燥12小時(shí)，純化后為白 色纖維狀聚合物，收率70%，分子量10萬(wàn)，熔點(diǎn)126X:。室溫下干燥保存6個(gè)月后， 該樣品的分子量下降50%。
實(shí)施例3:
將L-乳酸的90%水溶液加入反應(yīng)釜，在150'C溫度下脫水。首先將單體在常壓下脫 水2小時(shí)，然后再降壓至110毫米汞柱繼續(xù)脫水2小時(shí)，最后在50毫米汞柱繼續(xù)脫水5 小時(shí)，得到分子量為800的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子 質(zhì)量為3000)、 SnCl2，2H20/萘磺酸/萘二磺酸復(fù)合催化劑體系(SnCl2，2H20的摩爾含量 占整個(gè)催化劑體系的60%，萘磺酸/萘二磺酸的摩爾比為1/1)加入L-乳酸低聚物中， SnCl2 2H20的用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的0.8wt%,蠶絲蛋白與L-乳酸低聚物的質(zhì)量比 為1/1。將體系的壓力逐步降低到2毫米汞柱，反應(yīng)溫度為180°C，冷凝回流溫度為20°C。 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，開始出現(xiàn)丙交酯單體并回流，反應(yīng)物逐漸變得粘稠。反應(yīng)25小時(shí)后 停止，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉 淀，濾出的沉淀物在65'C下真空干燥10小時(shí)，純化后為棕色粉末，收率為60%，分子 量為10000。該共聚物無(wú)定形聚合物。在室溫下干燥保存，6個(gè)月后分子量下降55%。
實(shí)施例4:
將L-乳酸80%的水溶液加入反應(yīng)釜，在15(TC溫度下脫水。首先在常壓下脫水2 小時(shí)，然后降壓至100毫米汞柱脫水4小時(shí)，最后在10毫米汞柱脫水6小時(shí)，得到分 子量為1900的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為3000)， SnCl2，2H20/萘二磺酸催化劑體系(SnCl2*2H20的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的50%) 加入L-乳酸低聚物中，SnCl2 2H20用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的0.01wt%，蠶絲蛋白粉 與乳酸低聚物的質(zhì)量比為3/1。將體系的壓力逐步降低到5毫米汞柱，反應(yīng)溫度為18(TC， 冷凝回流溫度為90'C，聚合過(guò)程中產(chǎn)生的丙交酯冷凝回流到反應(yīng)釜。隨著反應(yīng)的進(jìn)行， 反應(yīng)物逐漸變得粘稠，反應(yīng)30小時(shí)后結(jié)束，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共 聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65。C下真空干燥13小時(shí)，純 化后收率為60%，分子量為13000，屬于無(wú)定形聚合物。在室溫下干燥保存6個(gè)月后， 該樣品分子量下降65%。
實(shí)施例5:
將L-乳酸85%的水溶液加入反應(yīng)釜，在15(TC溫度下脫水。首先在常壓下脫水1小時(shí)，然后降壓至200毫米汞柱脫水4小時(shí)，最后在50毫米汞柱脫水6小時(shí)，得到分 子量為860的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為3000)、 辛酸亞錫/萘磺酸催化劑體系(辛酸亞錫的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的50%)加入L-乳酸低聚物中，辛酸亞錫甩量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的6.0wt%，蠶絲蛋白粉與乳酸低聚 物的質(zhì)量比為2/1。將體系的壓力逐步降低到1毫米汞柱，反應(yīng)溫度為18(TC，,冷凝回流 溫度為50'C，聚合過(guò)程中產(chǎn)生的丙交酯冷凝回流到反應(yīng)釜。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐 漸變得粘稠，反應(yīng)40小時(shí)后結(jié)束，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于 乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65。C下真空干燥12小時(shí)，純化后收率 為60%，分子量為14000，屬于無(wú)定形聚合物。在室溫下干燥保存6個(gè)月后，該樣品分 子量下降68%。
實(shí)施例6:
將L-乳酸95%的水溶液加入反應(yīng)釜，在140'C溫度下脫水。首先在常壓下脫水2 小時(shí)，然后降壓至200毫米汞柱脫水4小時(shí)，最后在50毫米汞柱脫水5小時(shí)，得到分 子量為500的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為1000)， MgCl2/氯乙酸催化劑體系(MgCl2的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的1%)加入L-乳酸低 聚物中，MgCl2用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的6.0wt%，蠶絲蛋白粉與乳酸低聚物的質(zhì)量 比為95/5。將體系的壓力逐步降低到1毫米汞柱，反應(yīng)溫度為18(TC，冷凝回流溫度為 40°C，聚合過(guò)程中產(chǎn)生的丙交酯冷凝回流到反應(yīng)釜。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐漸變得 粘稠，反應(yīng)2小時(shí)后結(jié)束，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于乙酸乙 酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65'C下真空干燥16小時(shí)，純化后收率為60%， 分子量為5000，屬于無(wú)定形聚合物。在室溫下干燥保存6個(gè)月后，該樣品分子量下降 68%。
實(shí)施例7:
將L-乳酸90%的水溶液加入反應(yīng)釜，在18(TC溫度下脫水。首先在常壓下脫水2 小時(shí)，然后降壓至150毫米汞柱脫水4小時(shí)，最后在20毫米汞柱脫水6小時(shí)，得到分 子量為1000的L-乳酸低聚物。脫水結(jié)束后，將蠶絲蛋白粉(數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為 100000)， SnCb/乙酸催化劑體系(SnCl2的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的99。/。)加入L-乳酸低聚物中，SnCl2用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的6.0wt。/。，蠶絲蛋白粉與乳酸低聚物的 質(zhì)量比為5/95。將體系的壓力逐步降低到1毫米汞柱，反應(yīng)溫度為170'C，冷凝回流溫 度為60'C，聚合過(guò)程中產(chǎn)生的丙交酯冷凝回流到反應(yīng)釜。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐漸 變得粘稠，反應(yīng)12小時(shí)后結(jié)束，得到的聚L-乳酸/蠶絲蛋白共聚物。將該共聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65。。下真空干燥12小時(shí)，純化后收率為 60%，分子量為140000。在室溫下干燥保存6個(gè)月后，該樣品分子量下降68%。
權(quán)利要求
1、一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物，其特征在于該共聚物具有如下結(jié)構(gòu)其中，X為1～2000間的整數(shù)，Y為1～2000間的整數(shù)，R為H、-CH3、-CH2OH、-CH2SH、-CH(HO)CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3、-CH2CH2SCH3、-CH2COOH、-CH2CH2CONH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、中的任意一種；該共聚物的分子量為5000～180000，蠶絲蛋白鏈段與聚L-乳酸鏈段的質(zhì)量比為1/99～99/1。
2、 權(quán)利要求l所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1) L-乳酸水溶液脫水預(yù)聚合制備乳酸低聚物在140 18(TC下，將質(zhì)量濃度為70-99%的L-乳酸單體水溶液先在常壓下脫水1~4 小時(shí)，然后再降壓至100~200毫米汞柱繼續(xù)脫水1~4小時(shí)，最后在10~50毫米汞柱繼續(xù) 脫水1 6小時(shí)，得到L-乳酸低聚物； .(2) 熔融聚合制備蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物 將蠶絲蛋白和催化劑體系加入步驟(1)制得的L-乳酸低聚物中，在0 30毫米汞柱壓力下，140 20(TC下，反應(yīng)2 40小時(shí)；聚合過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物丙交酯通過(guò)裝有分子 篩和分水器的冷凝回流裝置返回到反應(yīng)釜，冷凝回流裝置的溫度控制在20 9(TC;所述 的催化劑體系為金屬化合物與質(zhì)子酸的復(fù)合體系，或金屬化合物與垸基化試劑的復(fù)合體 系，其中金屬化合物的摩爾含量占整個(gè)催化劑體系的1~99%;催化劑體系中的金屬化合 物的用量為L(zhǎng)-乳酸低聚物質(zhì)量的0.01~6.0 wt%，蠶絲蛋白與L-乳酸低聚物質(zhì)量比為 5/95~95/5;(3) 蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的純化 將步驟(2)制得的共聚物溶于乙酸乙酯，過(guò)濾并用乙醚沉淀，濾出的沉淀物在65。C下真空干燥10~16小時(shí)，得到純化的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方法，其 特征在于步驟(1)所述的L-乳酸低聚物分子量為500-2000。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方法，其特征在于步驟(2)所述的蠶絲蛋白的分子量為1000-100000。
5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方法，其 特征在于步驟(2)所述的催化劑體系中，金屬化合物為I、 II、 III、 IV、 V族的金屬和 過(guò)渡金屬的氧化物、卣化物、氫氧化物、金屬有機(jī)化合物、羧酸鹽以及這些金屬化合物 的水合物中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物；質(zhì)子酸為鹽酸、磷酸、亞磷酸、 乙酸、辛酸和鹵代羧酸中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物；烷基化試劑為氟磺 酸、苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羥甲基、乙 基、二乙基、丙基或異丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一種或兩種以上任意 比例的混合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方法，其 特征在于步驟(2)所述的催化劑體系中，金屬化合物為SnCl2、 SnCl2*2H20、 SnCl4、 SnCl4'2H20、 ZnCl2.H20、 SbF3、 TiCl4、 MgCl2、 Sb203、 MgO、 PbO、 二乙氧基鋁、三 異丙氧基鋁、辛酸亞錫和三丁基甲氧基錫中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物的熔融聚合制備方 法，其特征在于步驟(2)所述的金屬化合物與質(zhì)子酸的復(fù)合體系為SnCl2/乙酸、 SnCl2，2H20/辛酸、MgCl2/氯乙酸和辛酸亞錫/辛酸中的任意一種；金屬化合物與烷基化 試劑的復(fù)合體系為SnCl2/苯磺酸、SnCU/苯磺酸、SnCl2/對(duì)甲基苯磺酸、SnCl2/萘磺酸、 SnCl2虔二磺酸、辛酸亞錫/萘磺酸和辛酸亞錫/萘二磺酸中的任意一種或兩種以上任意比 例的混合物。
8、權(quán)利要求1所述的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物在生物醫(yī)用材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物，該共聚物具有如上結(jié)構(gòu)，其分子量為5000～180000，蠶絲蛋白鏈段與聚L-乳酸鏈段的質(zhì)量比為1/99～99/1。本發(fā)明還公開了上述共聚物的制備方法及其在生物醫(yī)用材料中的應(yīng)用。本發(fā)明將蠶絲蛋白作為親水性基團(tuán)引入聚L-乳酸中，制備一種蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物，制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、成本低、無(wú)污染。通過(guò)本發(fā)明制備出的蠶絲蛋白與聚L-乳酸的共聚物可以有效改善聚乳酸材料的親水性、生物相容性、細(xì)胞親和性，控制材料的降解速度。
文檔編號(hào)C08H1/00GK101445606SQ20081024281
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者吳國(guó)成, 周壯麗, 李明子, 高勤衛(wèi) 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)