專利名稱：一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨基酸是一種新型可生物降解高分子材料，具有優(yōu)良的生物活性和組織親和性，并且其降解產(chǎn)物為小分子氨基酸，沒有毒副作用，因此聚氨基酸在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如生物分離、組織工程、基因治療和藥物控制釋放等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。并且，許多種聚氨基酸還具有良好的側(cè)基可修飾性，可以在基因和藥物傳輸體系中引入功能基團(tuán)，具有重大的應(yīng)用價(jià)值，但是聚氨基酸力學(xué)性能的不足嚴(yán)重限制了其在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。研究人員發(fā)現(xiàn)，在聚氨基酸中引入第二組分制備復(fù)合材料是提高聚氨基酸性能的重要途徑之一，如將聚醚、聚酯、殼聚糖等高分子化合物作為第二組分與聚氨基酸進(jìn)行復(fù)合，得到不同類型的聚氨基酸復(fù)合物，通過調(diào)節(jié)第二組分種類、分子量和各組分的配比等因素可以控制復(fù)合材料的性能，賦予聚氨基酸新的特殊的性質(zhì)。例如天然高分子物質(zhì)殼聚糖其生物相容性好，可生物降解，具有抗菌性等優(yōu)點(diǎn)，且具有促進(jìn)創(chuàng)傷愈合的性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥和組織工程領(lǐng)域。因此，通過將聚氨基酸和殼聚糖進(jìn)行復(fù)合可獲得性能較為優(yōu)良的組織工程支架。申請(qǐng)?zhí)枮?0106287. 5的中國發(fā)明專利公開了一種用于生物醫(yī)學(xué)的殼聚糖/明膠網(wǎng)絡(luò)支架材料及其制備方法，該方法是將殼聚糖與明膠混合之后反應(yīng)，得到材料粗產(chǎn)品，再將材料粗產(chǎn)品經(jīng)過氫氧化鈉溶液、去離子水、戊二醛溶液以及硼氫化鈉等溶液的精制，冷凍干燥后得到殼聚糖/明膠網(wǎng)絡(luò)支架材料。該發(fā)明所制備的殼聚糖/明膠網(wǎng)絡(luò)支架材料生物相容性好，親/疏水平衡性可調(diào)，有較好的力學(xué)性能，適用于軟骨組織細(xì)胞附著生長和不同類型細(xì)胞的需要。但是該專利公開的復(fù)合支架材料制備方法較為復(fù)雜，不同組分間的分散程度較差，限制了殼聚糖/明膠網(wǎng)絡(luò)支架材料在生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料及其制備方法，該制備方法簡單，不同組分間的分散程度較好。本發(fā)明提供了一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟A)將聚氨基酸、N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合、反應(yīng)，得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸；B)將步驟A制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。優(yōu)選的，所述聚氨基酸的粘均分子量為200(Γ40000。優(yōu)選的，所述聚氨基酸為聚(L-谷氨酸)或聚(L-天冬氨酸)。優(yōu)選的，所述殼聚糖的數(shù)均分子量為200(Γ300000。
優(yōu)選的，所述催化劑為I-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4- 二甲氨基吡啶的混合物。優(yōu)選的，所述I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4-二甲氨基吡啶的摩爾比為I: (I 9)。優(yōu)選的，所述步驟A中，所述反應(yīng)的溫度為23 27°C，所述反應(yīng)的時(shí)間為12 48h。優(yōu)選的，所述步驟B具體為BI)將步驟A制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合，反應(yīng)后透析，得到聚氨基酸/殼聚糖水凝膠；B2)將所述聚氨基酸/殼聚糖水凝膠干燥，得到聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。優(yōu)選的，所述步驟BI)中，所述反應(yīng)的溫度為23 27°C，所述反應(yīng)的時(shí)間為12 48h。本發(fā)明還提供了一種使用本發(fā)明所提供的制備方法制備的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將聚氨基酸和N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合、反應(yīng)，得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸；然后將所述N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，即可制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。本發(fā)明首先在聚氨基酸側(cè)基上引入N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺，然后與殼聚糖反應(yīng)，制備方法較為簡單，而且由于N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖均為水溶性聚合物，得到的反應(yīng)產(chǎn)物分散程度好。同時(shí)，通過控制聚氨基酸、殼聚糖以及N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺的比例，可調(diào)節(jié)得到的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能。另外，本發(fā)明所制備的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料包括生物相容性良好的聚氨基酸和殼聚糖，增大了分子間的作用力，提高了聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的核磁譜圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例13制得的聚(L-谷氨酸)/殼聚糖復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例16中制得的聚(L-谷氨酸)/殼聚糖復(fù)合凝膠和對(duì)比例I提供的聚(L-谷氨酸)凝膠的力學(xué)強(qiáng)度對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟將聚氨基酸、N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合、反應(yīng)，得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸；將制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。本發(fā)明以聚氨基酸和N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺為原料，在催化劑的催化條件下反應(yīng)得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸。在本發(fā)明中，首先將聚氨基酸、N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合，其中，所述聚氨基酸優(yōu)選為聚(L-谷氨酸)或聚(L-天冬氨酸)；所述聚氨基酸的粘均分子量優(yōu)選為200(Γ40000，更優(yōu)選為500(Γ35000。所述N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺與聚氨基酸的質(zhì)量比優(yōu)選為I:(廣20)，更優(yōu)選為I: (3 10)。所述催化劑用于催化酰胺與仲胺鍵合的過程，優(yōu)選為I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4-二甲氨基吡啶的混合物，其中，I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4-二甲氨基吡啶的質(zhì)量比優(yōu)選為I:(1、)，更優(yōu)選為I: (3 7)，所述催化劑的用量與聚氨基酸和N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺總質(zhì)量的比優(yōu)選為I: (O. 25 2)，更優(yōu)選為I: (O. 5 I. 5)。在本發(fā)明中，優(yōu)選將混合的聚氨基酸、N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑置于溫度為23 27°C的遮光條件下反應(yīng)，所述反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為12 48h，更優(yōu)選為24 36h，反應(yīng)結(jié)束后，得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸。其中，所述N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的反應(yīng)溶液中除了含有制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸，還含有雜質(zhì)成分，所述雜質(zhì)成分為催化劑、未反應(yīng)完全的聚氨基酸和N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺，因此為了得到純凈的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸，本發(fā)明優(yōu)選將N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的反應(yīng)溶液純化，在本發(fā)明中，對(duì)于純化方法沒有特殊限制，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的透析法，所述透析法純化N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的反應(yīng)溶液的具體方法為將所述N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的反應(yīng)溶液放入透析袋中用去離子水透析48tTl00h，優(yōu)選為8(T96h，每2飛h換一次水，優(yōu)選為3 4h換一次水，得到純凈的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸溶液。所述透析袋的截留分子量為210(Γ3900，更優(yōu)選為250(Γ3500。將所述純凈的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸溶液冷凍干燥后得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸。本發(fā)明將得到的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。本發(fā)明所述Ν-(2_羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸為水溶性的，易與同樣為水溶性的殼聚糖混合，反應(yīng)產(chǎn)物的分散程度好。其中，Ν-(2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與所述殼聚糖的質(zhì)量比例范圍優(yōu)選為I: (5 20)，所述殼聚糖的數(shù)均分子量優(yōu)選為200(Γ300000，更優(yōu)選為500(Γ100000。本發(fā)明對(duì)N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖的混合方式?jīng)]有特殊限制，優(yōu)選按照如下方法進(jìn)行混合將N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸溶于去離子水中，然后再加入殼聚糖的醋酸水溶液混合均勻后進(jìn)行反應(yīng)。在本發(fā)明中，優(yōu)選將N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸和殼聚糖的混合溶液置于溫度為23 27°C的條件下反應(yīng)，所述反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為12 48h，更優(yōu)選為24 36h，反應(yīng)結(jié)束后，得到含有聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液。為了得到純凈聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料，本發(fā)明優(yōu)選將聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液純化，在本發(fā)明中，對(duì)于純化方法沒有特殊限制，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的透析法，所述透析法純化聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液的具體方法為將所述聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液放入透析袋中用去離子水透析48tTl00h，優(yōu)選為8(T96h，每2 6h換一次水，優(yōu)選為3 4h換一次水，得到純凈的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液。將所述純凈的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的水溶液冷凍干燥后得到聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。本發(fā)明在聚氨基酸側(cè)基上接枝了殼聚糖，增大了分子間的作用力，相應(yīng)的增加了聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度。本發(fā)明首先在聚氨基酸側(cè)基上引入N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺，然后與殼聚糖反應(yīng)，制備方法較為簡單，而且由于N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖均為水溶性聚合物，得到的反應(yīng)產(chǎn)物分散程度好。同時(shí)，通過控制聚氨基酸、殼聚糖以及N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺的比例，可調(diào)節(jié)得到的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能。本發(fā)明還提供了一種由本發(fā)明提供的制備方法制備的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。該聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料中，所述聚氨基酸優(yōu)選為聚(L-谷氨酸)或聚(L-天冬氨酸)；所述聚氨基酸的粘均分子量優(yōu)選為200(Γ40000，更優(yōu)選為500(Γ35000 ;所述殼聚糖的數(shù)均分子量優(yōu)選為200(Γ300000，更優(yōu)選為500(Γ100000。本發(fā)明所提供的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料分散程度好，并且力學(xué)強(qiáng)度高。為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料及其制備方法進(jìn)行說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。實(shí)施例I :將O. 2g粘均分子量為2000的聚(L-谷氨酸)，放入50mL的圓底燒瓶中，稱取O. 0219g的N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺溶于5mL 二甲基亞砜中，然后再分別加入O. 0189g的4- 二甲氨基吡啶和O. 1486g的I-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽，混合均勻后得到反應(yīng)液，室溫遮光條件下反應(yīng)24h，然后將所述反應(yīng)液裝入透析袋中，所述透析袋的截留分子量為3500，用去離子水透析3天，每3h換水一次，將透析袋內(nèi)的液體真空冷凍干燥，即得N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)。測(cè)定N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)的接枝率與反應(yīng)產(chǎn)率，試驗(yàn)結(jié)果見表1，表I為N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)接枝率及反應(yīng)產(chǎn)率。將制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)進(jìn)行核磁共振測(cè)定，其中，圖I為本發(fā)明實(shí)施例I制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸的核磁譜圖，從圖I可知，N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)成功的合成。實(shí)施例2 將O. 2g粘均分子量為2000的聚(L-谷氨酸)，放入50mL的圓底燒瓶中，稱取O. 0656g的N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺溶于5mL 二甲基亞砜中，然后再分別加入O. 0567g的4-二甲氨基吡啶和0.4458g的I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽，混合均勻后得到反應(yīng)液，室溫遮光條件下反應(yīng)24h，然后將所述反應(yīng)液裝入透析袋中，所述透析袋的截留分子量為3500，用去離子水透析3天，每3h換水一次，將透析袋內(nèi)的液體真空冷凍干燥，即得N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)。測(cè)定N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)的接枝率與反應(yīng)產(chǎn)率，試驗(yàn)結(jié)果見表1，表I為N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)接枝率及反應(yīng)產(chǎn)率。實(shí)施例3 將O. 2g粘均分子量為2000的聚(L-谷氨酸)，放入50mL的圓底燒瓶中，稱取O. 1094g的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺溶于5mL 二甲基亞砜中，然后再分別加入0.0945g的4- 二甲氨基吡啶和O. 743g的I-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽，混合均勻后得到反應(yīng)液，室溫遮光條件下反應(yīng)24h，然后將所述反應(yīng)液裝入透析袋中，所述透析袋的截留分子量為3500，用去離子水透析3天，每3h換水一次，將透析袋內(nèi)的液體真空冷凍干燥，即得N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)。測(cè)定N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)的接枝率與反應(yīng)產(chǎn)率，試驗(yàn)結(jié)果見表1，表I為N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)接枝率及反應(yīng)產(chǎn)率。表I. N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚(L-谷氨酸)接枝率及反應(yīng)產(chǎn)率
權(quán)利要求
1.一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 A)將聚氨基酸、N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合、反應(yīng)，得到N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸； B)將步驟A制得的N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述聚氨基酸的粘均分子量為2000 40000。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述聚氨基酸為聚(L-谷氨酸)或聚(L-天冬氨酸)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖的數(shù)均分子量為2000^300000 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述催化劑為I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4- 二甲氨基吡啶的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與4-二甲氨基吡啶的摩爾比為I: (Γ9)0
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A中，所述反應(yīng)的溫度為23 27°C，所述反應(yīng)的時(shí)間為12 48h。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B具體為 BI)將步驟A制得的N- (2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合，反應(yīng)后透析，得到聚氨基酸/殼聚糖水凝膠； B2)將所述聚氨基酸/殼聚糖水凝膠干燥，得到聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟BI)中，所述反應(yīng)的溫度為23 27°C，所述反應(yīng)的時(shí)間為12 48h。
10.一種使用權(quán)利要求Γ9任意一項(xiàng)所述的制備方法制備的聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟將聚氨基酸、N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺和催化劑混合、反應(yīng)，得到N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸；將步驟A制得的N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖混合、反應(yīng)，制得聚氨基酸/殼聚糖復(fù)合材料。本發(fā)明制備方法較為簡單，而且由于N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺-聚氨基酸與殼聚糖均為水溶性聚合物，得到的反應(yīng)產(chǎn)物分散程度好。同時(shí)，通過控制聚氨基酸、殼聚糖以及N-(2-羥乙基)馬來酰亞胺的比例，可調(diào)節(jié)得到的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能。
文檔編號(hào)C08G81/00GK102924725SQ20121050068
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者陳學(xué)思, 韓錦東, 丁建勛, 肖春生, 莊秀麗, 尹靜波 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所