CN101717515B - 一种蚕丝蛋白和聚l-乳酸的共聚物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，该共聚物具有如下结构。本发明还公开了上述共聚物的熔融聚合制备方法及其在生物医用材料中的应用。本发明采用L-丙交酯在熔融状态下开环聚合，制备聚L-乳酸预聚物，然后再与蚕丝蛋白熔融/固相共聚，制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。聚L-乳酸预聚物的分子量可以精确控制，得到由短链到长链的不同L-丙交酯链段长度的嵌段聚合物。在聚合工艺中未使用溶剂，工艺简单，产品成本低。本发明可制备不同数均分子量的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。本发明制备的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，可以改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。
Description
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物及其制备方法和应用。
背景技术：
聚乳酸(PLA)是一种生物相容性很好的可生物降解吸收高分子材料，具有优良的力学性能，且其原料可以通过淀粉发酵制备，实现资源的再生。PLA已经被广泛应用于组织工程及其他生物医药领域，其降解产物可参与人体的新陈代谢、毒性低。PLA是疏水性的高分子，对细胞的粘附性较差。纯聚乳酸作为组织工程材料植入生物体后会引起一些温和的炎症反应。聚乳酸的脆性较大，力学强度偏低，且降解周期难于控制。因此，为了提高聚乳酸材料力学性能、生物降解性能和生物相容性，常采用共聚改性法、等离子体表面处理、表面修饰法等对聚乳酸材料进行改性。其中，共聚改性是聚乳酸重要的分子工程方式，通过与其他单体或低聚物的共聚可改变材料的亲水性、结晶性等，聚合物的降解速度可根据共聚物的分子量及共聚单体或低聚物种类及配比等加以控制，从而实现聚乳酸材料在组织工程方面的广泛应用。
聚乳酸的共聚改性工艺路线包括丙交酯/共聚单体的开环聚合和乳酸/共聚单体的共缩聚两种。丙交酯或乳酸与亲水性的单体或聚合物如聚乙二醇、氨基酸、聚肽和多糖类等共聚，在疏水的聚乳酸链段中引入亲水的聚合物链段，可以提高材料的生物相容性，调节其降解速率。
聚氨基酸具有多个活性官能团，可以固定生物活性分子，如蛋白质、糖类、多肽等，其支链可以与小肽、药物或交联剂等连接，促进细胞的粘附和生长。聚氨基酸本身也具有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解产物氨基酸对人体无毒害作用。将聚氨基酸链段引入聚乳酸，可降低聚乳酸的结晶度、调节降解性能、提高亲水性。共聚物侧链的反应活性官能团可以吸附蛋白质、糖类、多肽等，使整个共聚物大分子链获得特定的氨基酸顺序以便细胞识别，从而有效固定生物活性因子，提高聚乳酸与细胞的亲和性。
乳酸-氨基酸共聚物一般通过丙交酯与氨基酸环状衍生物的开环共聚来制备，其中乳酸/赖氨酸体系的共聚研究最多。Barrera等则先合成出含有乳酸结构单元和氨基被保护的赖氨酸单元的环状二聚体，再与丙交酯一起阳离子开环共聚合得到含赖氨酸单元2.6％的乳酸-赖氨酸共聚物。该共聚物的氨基可偶联短肽，赋予它更好的生物活性，能有效提高其对细胞的黏附力(J.Am.Chem.Soc.，2004，115(23)：11010-11011)。Jin等先合成了氨基被保护的丝氨酸单元的环状二聚体，然后与丙交酯反应，合成了含丝氨酸2％的乳酸与丝氨酸的共聚物(Polymer，1998，39(21)：5155-5162)。Elisseeff和Kimura等通过设计新环而制备出乳酸与甘氨酸、赖氨酸的交替共聚物，这些材料是细胞培养及组织工程的良好载体。共聚物中氨基酸含量对其性能有显著影响，其玻璃化温度、熔点、结晶度均低于聚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。通过改变共聚物中氨基酸含量可实现聚乳酸类材料的降解速度的可调控性(Elisseeff，Macromolecules，1997，30(7)：2182～2184。Kimura，Macromolecules，2006，21(11)：3338～3340)。中国专利ZL03135454.8公开了一种聚乳酸-氨基酸酯共混物及其制备方法，采用溶液共混法改性聚乳酸，获得聚乳酸/氨基酸酯的共混物，该共混物材料有很好的生物相容性和界面相容性，可作为组织支架材料。但是氨基酸的制备与聚合成本高，工艺复杂，且共聚物中氨基酸链段的含量较低，影响了材料性能的改善。
蚕丝蛋白(SF)是一种天然氨基酸共聚物，具有优良的机械性能和生物相容性。蚕丝素蛋白中含有18种氨基酸，其中甘氨酸(36％)、丙氨酸(28％)、丝氨酸(14％)和酪氨酸(10％)含量较多。蚕丝蛋白的一些氨基酸广泛存在于人和脊椎动物的组织中，对人体细胞具有亲和性。蚕丝蛋白可以根据不同的研究目的和制备条件被制作为纤维、粉末、凝胶、丝肽粉及丝素膜等多种形式，可用作化妆品基材、食品添加剂和医药原料等。近年来，蚕丝蛋白的凝胶和多孔性材料已经被开发作为药物释放载体、三维细胞培养基、人造皮肤、抗凝血材料及透析膜等，但再生丝蛋白材料尚存在机械性能和降解速度难以控制的问题。而且纯丝素膜溶失率很高，不能直接使用，不溶化处理后，强度较大，但伸长很小，Tg超过200℃，膜又硬又脆，很难在生物体内使用，所以必需经过改性以后才可以作为医用材料使用。国内已有将蚕丝蛋白和聚乳酸进行混合，制备细胞黏附性优良、降解性能良好的生物医用材料的研究报导。陈建勇、张加忠等用聚L-乳酸对丝素膜进行改性，共混合膜的力学性能明显提高，透汽性也有所提高，但透湿性略有下降(化工学报，2008，3(59)：773～777；功能材料，2007，12(38)：2048～2051)。周燕、刘扬等利用蚕丝素蛋白溶液和聚乳酸溶液充分混合制得共混膜。改变蚕丝蛋白的结构性能作用，制备生物降解膜(丝绸月刊，2007，4：16～18)。
聚乳酸作为生物降解材料，具有优良的性能。蚕丝蛋白可以进行酸或碱催化水解，生成较小分子量的蚕丝蛋白。通过控制丝素溶液的浓度、水解时间、温度等可获得所需分子量的水溶性的蚕丝蛋白(SF)。因此，在综合考虑蚕丝蛋白和聚乳酸这两种材料性能的基础上，利用蚕丝蛋白作为亲水性基团，改性聚乳酸材料。
本发明人已经采用蚕丝蛋白与D，L-丙交酯开环共聚，制备了蚕丝蛋白/D，L-丙交酯共聚物(专利申请号：200810242818.9)。D，L-丙交酯链段中含有D-型和L-型两种光学异构体，因此得到的共聚物PSDLLA基本不具有光学活性。人体内只含有可以分解L-型的酶类，PSDLLA降解时产生的D-型乳酸难以分解，可能对人体形成危害。因此，需要研制L-型光学活性的蚕丝蛋白/聚L-乳酸共聚物材料。
本发明人采用了L-乳酸与蚕丝蛋白直接熔融聚合和熔融/固相聚合制备L-型光学活性的共聚物(专利申请号：200810242817.4和200810242819.3)。但是L-乳酸在高温聚合时容易产生消旋现象，降低了产物的光学活性，因此，上述采用L-乳酸的方法只能制备L-型低光学活性的共聚物材料。共聚物中存在D-型结构单元，且D-型结构分布不均匀，导致共聚物性能下降。在L-乳酸与丝素蛋白的熔融聚合和熔融/固相聚合反应中，存在着较多的酯交换反应，导致熔融聚合的样品、熔融/固相聚合的样品与开环聚合的样品的PLA和SF的嵌段结构不同，其形态差别较大，性能也有明显差异。熔融聚合容易形成多嵌段聚合物，开环聚合更容易形成双嵌段聚合物，而熔融/固相聚合则可能两种情况都存在。
蚕丝蛋白与L-丙交酯进行开环共聚，反应更容易进行，可以得到较长的L-链段的嵌段共聚物，提高共聚物的光学活性，合成高L-型光学活性的共聚物材料。但L-丙交酯与丝素蛋白共聚时，共聚物中L-丙交酯链段的长度难以精确控制，且得到的共聚物可能含有较多的多嵌段共聚物。为了精确控制共聚物中L-丙交酯链段的长度，提高双嵌段聚合物的含量，可以采用L-丙交酯先开环聚合制备聚L-乳酸预聚物，再与丝素蛋白共聚制备共聚物。该工艺可以提高共聚物的L-型光学活性，在原料中聚乳酸用量大时，共聚物L-型光学活性可以得到有效提高。聚L-乳酸预聚物的分子量可以精确控制，且可以通过分别提高聚L-乳酸预聚物的分子量和丝素蛋白的分子量的方法提高共聚物的分子量，并得到不同L-丙交酯链段长度的双嵌段聚合物，但这方面目前国内外尚无研究报导。
我国石油资源的严重匮乏已经制约着经济的发展，而我国具有丰富的乳酸类的生物资源，可以替代石化产品。同时，我国是世界上蚕丝大国，生产中的废丝和下脚茧可以制备蚕丝蛋白肽链。蚕丝蛋白/聚乳酸改性材料在生物医用材料、纺织材料、塑料和涂料等领域都具有广泛的应用前景。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，以改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。
本发明还要解决的技术问题是提供上述共聚物的制备方法。
本发明还要解决的另一个技术问题是提供上述共聚物的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，该共聚物具有如下结构：
其中，X为1～3000间的整数，Y为1～3200间的整数，侧基R为：H、-CH3、-CH2OH、-CH2SH、-CH(HO)CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3、-CH2CH2SCH3、-CH2COOH、-CH2CH2CONH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、
中的任意一种或多种；
该共聚物分子量为5000～250000，共聚物中的蚕丝蛋白链段与聚L-乳酸链段的质量比为0.5/99.5～99.5/0.5。
上述蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，包括如下步骤：
(1)熔融开环聚合制备聚L-乳酸(PLLA)：
将催化剂和L-丙交酯加入聚合釜中，在0～30毫米汞柱压力下，140～200℃下，熔融开环聚合1～40小时，得到聚L-乳酸；所述的催化剂为金属化合物、或金属化合物与质子酸的复合体系、或金属化合物与烷基化试剂的复合体系。催化剂复合体系中，金属化合物的摩尔含量占整个催化剂复合体系的1～99％；催化剂中金属化合物的质量为L-丙交酯质量的0.01～6.0％；
(2)熔融聚合制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)：
保持步骤(1)的反应温度、压力和催化剂不变，将脱水后的蚕丝蛋白粉加入聚合釜中，与步骤(1)所得的PLLA进行聚合反应2～40小时，制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)。所述蚕丝蛋白与L-丙交酯的质量比为1/99～99/1；
(3)固相聚合制备高分子量的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物：
将步骤(2)所得的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物熔体维持压力0～30毫米汞柱，反应温度降低至100～160℃，使体系变为固相；维持该反应温度为进行固相聚合，反应时间为0～40小时；
(4)蚕丝蛋白肽链和聚L-乳酸的共聚物(PLLASF)的纯化：
将步骤(1)得到的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10～16小时，得到纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。
PLLASF的结构可由核磁共振谱确定(见图1、图2)。图1中，聚L-乳酸链段的吸收峰在1.6ppm、5.2ppm处，而蚕丝蛋白的吸收峰在3.75ppm、7.07ppm和7.48ppm处。在图2所示的PLLASF共聚物的13C-NMR核磁共振谱上，蚕丝蛋白链段的特征吸收峰为44.8ppm、50.6ppm、166.6ppm和169.6ppm，聚L-乳酸链段的特征吸收峰位于69.2ppm、169.48ppm，而聚L-乳酸链段和蚕丝蛋白共聚连接的吸收峰66-72ppm处，即该共聚物由聚乳酸链段和蚕丝蛋白肽链段组成。
步骤(1)所述的聚L-乳酸分子量为500～150000。
步骤(1)所述的蚕丝蛋白的相对分子质量为1000～100000。蚕丝蛋白的分子量对共聚物的结构与性能同样具有明显的影响，可通过蚕丝蛋白的水解条件得到不同的链长度的丝肽链段，本发明所用蚕丝蛋白的分子量为1000～100000。
步骤(1)和(2)所述的催化剂为金属化合物、或金属化合物与质子酸的复合体系，或金属化合物与烷基化试剂的复合体系，所谓复合体系即将上述两种物质混合均匀形成的体系。金属化合物为I、II、III、IV、V族的金属和过渡金属的氧化物、卤化物、氢氧化物、金属有机化合物、羧酸盐以及这些金属化合物的水合物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物，优选SnCl2、SnCl2·2H2O、SnCl4、SnCl4·2H2O、ZnCl2·H2O、SbF3、TiCl4、MgCl2、Sb2O3、MgO、PbO、二乙氧基铝、三异丙氧基铝、辛酸亚锡、异辛酸亚锡和三丁基甲氧基锡中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；质子酸为盐酸、磷酸、亚磷酸、乙酸、辛酸和卤代羧酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；烷基化试剂为氟磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羟甲基、乙基、二乙基、丙基或异丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
所述的催化剂复合体系，对于金属化合物与质子酸的复合体系优选SnCl2/乙酸、SnCl2·2H2O/辛酸、MgCl2/氯乙酸和异辛酸亚锡/辛酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；金属化合物与烷基化试剂的复合体系优选SnCl2/苯磺酸、SnCl4/苯磺酸、SnCl2/对甲基苯磺酸、SnCl2/萘磺酸、SnCl2/萘二磺酸、辛酸亚锡/萘磺酸和辛酸亚锡/萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
在熔融开环聚合时，催化剂种类、催化剂用量、催化剂配比、单体原料配比、反应温度、反应时间、反应压力等因素对共聚物PLLASF的微结构、分子量、分子量分布和光学活性具有显著的影响。表1、表2和表3是在不同催化剂配比下PLLASF的特性粘数和光学活性。由表中的数据可以看出，催化剂的配比对PLLASF的分子量(用特性粘数表示)和光学活性有显著的影响。当SnCl2/萘二磺酸的摩尔比为1∶1时，可以得到高L-光学活性的蚕丝蛋白/聚乳酸共聚物，且随着L-丙交酯用量的增加，PLLASF的光学活性也增大。但是D，L-丙交酯与丝素蛋白共聚所得的共聚物，其光学活性基本为零。
表1不同催化剂配比下PLLASF的特性粘数
反应条件：L-丙交酯开环聚合时间6h，反应温度170℃，L-丙交酯∶蚕丝蛋白＝10∶1(质量比)，熔融共聚时间6h，SnCl2用量0.5wt％。固相聚合时间5h。
催化剂配比：A：SnCl2/萘二磺酸＝2∶1(摩尔比)；B：SnCl2/萘二磺酸＝1∶1(摩尔比)；C：SnCl2/萘二磺酸＝1∶2(摩尔比)。
表2不同催化剂配比下PLLASF的特性粘数
反应条件：L-丙交酯开环聚合时间8h，反应温度170℃，丙交酯∶蚕丝蛋白＝6∶1(质量比)，反应时间5h，SnCl2用量0.5wt％。固相聚合时间15h。
催化剂配比：A：SnCl2/萘二磺酸＝2∶1(摩尔比)；B：SnCl2/萘二磺酸＝1∶1(摩尔比)；C：SnCl2/萘二磺酸＝1∶2(摩尔比)。
表3不同催化剂配比下PLLASF的特性粘数
反应条件：L-丙交酯∶蚕丝蛋白＝4∶1(质量比)，反应时间6h，反应温度170℃，SnCl2用量0.5wt％。固相聚合时间15h。
催化剂配比：A：SnCl2/萘二磺酸＝2∶1(摩尔比)；B：SnCl2/萘二磺酸＝1∶1(摩尔比)；C：SnCl2/萘二磺酸＝1∶2(摩尔比)。
L-丙交酯由L-乳酸环化二聚而成，主要杂质为残留的乳酸、水、及低聚物，它们所含的-OH对L-丙交酯的开环聚合影响很大，可使催化剂失去催化活性，此外-OH可参与链引发、转移、终止，因此很难得到高分子量的聚乳酸，所以粗制的L-丙交酯必须经过精制，才能用于均聚物和共聚物的制备。蚕丝素蛋白容易吸水，而微量水可能导致L-丙交酯的水解，从而影响开环聚合的顺利实施。因此本发明所用的蚕丝素蛋白需经过40-70℃真空脱水8-10小时才能使用，脱水的主要目的是除去原料中的水分，抑制L-丙交酯的水解反应。
L-丙交酯在催化剂存在的条件下，可以与少量的活性基团进行开环聚合反应。蚕丝蛋白的羧基端基和氨基端基都具有较高的活性，在催化剂的作用下，可以与L-丙交酯开环聚合，反应方程如下图所示：
其中，X为1～3000间的整数，Y为1～3200间的整数，侧基R为：H、-CH3、-CH2OH、-CH2SH、-CH(HO)CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3、-CH2CH2SCH3、-CH2COOH、-CH2CH2CONH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、
中的任意一种或多种；
上述蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物可以在医用缝合线、药物控制释放、人造器官和组织工程材料等生物医用材料领域的广泛应用，也可以在医用缝合线、药物控制释放、人造器官和组织工程材料领域的广泛应用，并开发其在在纺织材料、塑料和涂料等领域应用。
本发明通过改变L-丙交酯和蚕丝蛋白的配比，制备具有不同降解速率和力学性能的聚L-乳酸-蚕丝蛋白共聚物，来满足不同的用途。共聚物的分子量、熔点、玻璃化温度、结晶度及降解速率均随着单体的比例改变而改变。X-射线衍射的结果表明，以SnCl2/萘二磺酸(两组分摩尔比为1∶1)为催化剂时，当L-丙交酯/蚕丝蛋白的质量大于等于6/1时，PLLASF样品具有结晶态结构。而L-丙交酯/蚕丝蛋白的质量比为小于等于4/1时，PLLASF样品具有无定形态结构(见图3)。低分子量的PLLASF可以用于药物助剂、药物载体、蛋白质释放载体和疫苗助剂等，而高分子量的PLLASF则可以用于制备薄膜、湿法纺丝和组织工程材料。
有益效果：本发明采用熔融开环聚合制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，在合成工艺中未使用溶剂，因而工艺简单，产品成本低。本发明可以制备不同数均分子量的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，分子量为5000～250000。本发明制备的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，可以改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。
附图说明
图1为蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物的1H-NMR谱图。
图2为蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的13C-NMR谱图。
图3为不同聚L-乳酸和蚕丝蛋白配比的PLLASF的X-衍射谱图。聚合反应条件：单体的质量比为丙交酯∶蚕丝蛋白＝8∶1，反应时间6h，反应温度170℃，固相聚合时间8h。SnCl2用量0.5wt％；催化剂体系的摩尔配比为1∶1。A：L-丙交酯和丝蛋白配比为2∶1；B：L-丙交酯和丝蛋白配比为4∶1；C：L-丙交酯和丝蛋白配比为6∶1。
具体实施方式：
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1：
将L-丙交酯、SnCl2/对甲苯磺酸催化剂体系(SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的50％，SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％。)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到0毫米汞柱(压力计读数)后密封，反应温度为170℃，反应10小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量1.2万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白质量比为4∶1)加入反应釜，维持反应条件继续反应10小时。然后降温至140℃，进行固相反应2小时。聚合结束后，纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物为黄色粉末，分子量1.6万，收率为73％，比旋光度93°。
实施例2：
将L-丙交酯、SnCl2/萘磺酸催化剂体系(SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％，SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到10毫米汞柱后密封，反应温度为170℃，反应时间为5小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.8万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为6∶1)加入反应釜，维持反应条件继续反应7小时。然后降温至130℃，固相反应10小时。聚合结束后，纯化的共聚物为黄色粉末，分子量2.4万，收率为73％，熔点126℃，比旋光度113°。
实施例3：
将L-丙交酯、异辛酸亚锡/萘磺酸催化剂体系(异辛酸亚锡的用量为L-丙交酯的0.5wt％，异辛酸亚锡的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到2毫米汞柱后密封，反应温度为170℃，反应时间为2小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.5万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为1000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为10∶1。)加入反应釜，维持反应条件继续反应7小时。然后降温至140℃，固相反应10小时后结束。纯化的共聚物为黄色粉末，分子量2.9万，收率为74％，熔点130℃，比旋光度117°。
实施例4：
将L-丙交酯、SnCl4/苯磺酸催化剂体系(SnCl4的用量为L-丙交酯的0.5wt％，SnCl4的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下后密封，反应温度为170℃，反应时间为2小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.5万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为1000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为2∶1。)加入反应釜，维持反应条件继续反应12小时。然后降温至100℃，固相反应10小时后结束。该共聚物纯化后为黄色粉末，分子量2.0万，无熔点，收率为65％，比旋光度为62°。
实施例5：
将L-丙交酯、SnCl2/对甲苯磺酸/萘二磺酸催化剂体系(SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％，SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的50％，对甲苯磺酸和萘二磺酸的摩尔比1/1)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下后密封，反应温度为200℃，反应时间为8小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量1.3万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为1000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为99∶1。)加入反应釜，维持反应条件继续反应12小时。然后降温至160℃，固相反应9小时后结束。纯化的共聚物为黄色粉末，分子量1.8万，熔点130℃，收率为70％，比旋光度为117°。
实施例6：
将L-丙交酯、SnCl2/乙酸催化剂体系(SnCl2的用量为L-丙交酯的6.0wt％，SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的99％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下后密封，反应温度为140℃，反应时间为40小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.6万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为100000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为1∶99。)加入反应釜，维持反应条件继续反应40小时。然后降温至100℃，固相反应2小时。聚合结束后，将得到的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀。滤出的沉淀物在65℃下真空干燥16小时，得到纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。该共聚物纯化后为黄色粉末，分子量11.5万，无熔点，收率为64％，比旋光度为13°。
实施例7：
将L-丙交酯、SnCl2/对甲苯磺酸催化剂体系(SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％，SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入聚合釜中。将体系压力逐步降到0毫米汞柱(压力计读数)后密封，反应温度为170℃，反应时间为2小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.4万)。再将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为4∶1。)加入反应釜，维持反应条件继续反应20小时。然后降温至100℃，固相反应2小时结束。纯化的共聚物为黄色粉末，分子量8000，收率为45％，无熔点，比旋光度为50°。
实施例8：
将L-丙交酯、SnCl2/萘二磺酸催化剂体系(SnCl2的用量为L-丙交酯的0.05wt％，SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的1％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到0毫米汞柱后密封，反应温度为170℃，反应时间为6小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.5万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为2∶1。)加入反应釜，维持反应条件继续反应10小时。然后降温至120℃，固相反应40小时后结束。纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物分子量2.3万，收率为73％，无熔点，比旋光度80°。
实施例9：
将L-丙交酯、SnCl2/萘二磺酸催化剂体系(SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的60％，SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％。)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到0毫米汞柱后密封，反应温度为170℃，反应时间为10小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量1.8万)。然后加入脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为20∶1。)，维持反应条件继续反应9小时。然后降温至150℃，固相反应15小时。聚合结束后，将得到的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀。滤出的沉淀物在65℃下真空干燥16小时，得到纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。该共聚物分子量10.0万，收率为74％，熔点146℃，比旋光度为124°。
实施例10：
将L-丙交酯、SnCl2/对甲苯磺酸催化剂体系(SnCl2的摩尔含量占整个催化剂体系的50％)加入聚合釜中。SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为6∶1。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下后密封。反应温度为170℃，反应12小时后，得到聚L-乳酸预聚物(分子量1.3万)。再加入脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为1000)，保持原条件继续反应12小时后结束。共聚物纯化后为黄色粉末，分子量6.0万，熔点135℃，收率为69％，比旋光度为116°。
实施例11：
将L-丙交酯、异辛酸亚锡加入聚合釜中，异辛酸亚锡的用量为L-丙交酯的0.5wt％。将体系的压力逐步降低到1毫米汞柱以下后密封，反应温度170℃，反应12小时后，得到聚L-乳酸预聚物(分子量5.8万)。再加入对甲苯磺酸催化剂体系(甲苯磺酸与异辛酸亚锡等摩尔比)、脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为30000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为15∶1)，混合均匀后，保持原条件继续反应12小时后。然后降温至150℃，固相反应15小时。共聚物纯化后为黄色粉末，分子量25.0万，熔点155℃，收率为78％，比旋光度为126°。
实施例12：
将L-丙交酯、SnCl2(SnCl2的用量为L-丙交酯的0.5wt％)加入聚合釜中。将体系的压力逐步降低到10毫米汞柱后密封，反应温度为170℃，反应时间为5小时，得到聚L-乳酸预聚物(分子量0.3万)。然后将脱水后的蚕丝蛋白粉(数均相对分子质量为3000，L-丙交酯与蚕丝蛋白的质量比为4∶1)加入反应釜，维持反应条件继续反应7小时。然后降温至130℃，固相反应8小时。聚合结束后，纯化的共聚物为黄色粉末，分子量0.8万，收率为55％，无熔点，比旋光度65°。
Claims (8)
1.一种蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物，其特征在于该共聚物具有如下结构：
其中，X为1～3000间的整数，Y为1～3200间的整数，侧基R为：H、-CH3、-CH2OH、-CH2SH、-CH(HO)CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3、-CH2CH2SCH3、-CH2COOH、-CH2CH2CONH2、-CH2CH2CH2CH2NH2、
中的任意一种或多种；
该共聚物分子量为5000～250000，蚕丝蛋白链段与聚L-乳酸链段的质量比为0.5/99.5～99.5/0.5；
该共聚物按如下步骤制备而得：
(1)熔融开环聚合制备聚L-乳酸：
将催化剂和L-丙交酯加入聚合釜中，在0～30毫米汞柱压力下，140～200℃下，熔融开环聚合1～40小时，得到聚L-乳酸；所述的催化剂为金属化合物、或金属化合物与质子酸的复合体系、或金属化合物与烷基化试剂的复合体系；催化剂复合体系中，金属化合物的摩尔含量占整个催化剂复合体系的1～99％；催化剂中金属化合物的质量为L-丙交酯质量的0.01～6.0％；
(2)熔融聚合制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物：
保持步骤(1)的反应温度、压力和催化剂不变，将脱水后的蚕丝蛋白粉加入聚合釜中，与步骤(1)所得的聚L-乳酸进行聚合反应2～40小时，制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物；所述蚕丝蛋白与L-丙交酯的质量比为1/99～99/1；
(3)固相聚合制备高分子量的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物：
将步骤(2)所得的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物熔体维持压力0～30毫米汞柱，反应温度降低至100～160℃，使体系变为固相；维持该温度，反应0～40小时；
(4)蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的纯化：
将步骤(3)得到的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10～16小时，得到纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。
2.权利要求1所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)熔融开环聚合制备聚L-乳酸：
将催化剂和L-丙交酯加入聚合釜中，在0～30毫米汞柱压力下，140～200℃下，熔融开环聚合1～40小时，得到聚L-乳酸；所述的催化剂为金属化合物、或金属化合物与质子酸的复合体系、或金属化合物与烷基化试剂的复合体系；催化剂复合体系中，金属化合物的摩尔含量占整个催化剂复合体系的1～99％；催化剂中金属化合物的质量为L-丙交酯质量的0.01～6.0％；
(2)熔融聚合制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物：
保持步骤(1)的反应温度、压力和催化剂体系不变，将脱水后的蚕丝蛋白粉加入聚合釜中，与步骤(1)所得的聚L-乳酸进行聚合反应2～40小时，制备蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物；所述蚕丝蛋白与L-丙交酯的质量比为1/99～99/1；
(3)固相聚合制备高分子量的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物：
将步骤(2)所得的蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物熔体维持压力0～30毫米汞柱，反应温度降低至100～160℃，使体系变为固相；维持该温度，反应0～40小时；
(4)蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的纯化：
将步骤(3)得到的共聚物溶于乙酸乙酯，过滤并用乙醚沉淀，滤出的沉淀物在65℃下真空干燥10～16小时，得到纯化的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物。
3.根据权利要求2所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的聚L-乳酸分子量为500～150000。
4.根据权利要求2所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的蚕丝蛋白的相对分子质量为1000～100000。
5.根据权利要求2所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于步骤(1)和(2)所述的催化剂中，金属化合物为I、II、III、IV、V族的金属和过渡金属的氧化物、卤化物、氢氧化物、金属有机化合物、羧酸盐以及这些金属化合物的水合物中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；质子酸为盐酸、磷酸、亚磷酸、乙酸、辛酸和卤代羧酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物；烷基化试剂为氟磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、萘二磺酸及含甲基、二甲基、三甲基、羟甲基、乙基、二乙基、丙基或异丙基的苯磺酸、萘磺酸和萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
6.根据权利要求5所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的催化剂中，金属化合物为SnCl2、SnCl2·2H2O、SnCl4、SnCl4·2H2O、ZnCl2·H2O、SbF3、TiCl4、MgCl2、Sb2O3、MgO、PbO、二乙氧基铝、三异丙氧基铝、辛酸亚锡、异辛酸亚锡和三丁基甲氧基锡中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
7.根据权利要求6所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的催化剂中，金属化合物与质子酸的复合体系为SnCl2/乙酸、SnCl2·2H2O/辛酸、MgCl2/氯乙酸和异辛酸亚锡/辛酸中的任意一种；金属化合物与烷基化试剂的复合体系为SnCl2/苯磺酸、SnCl4/苯磺酸、SnCl2/对甲基苯磺酸、SnCl2/萘磺酸、SnCl2/萘二磺酸、异辛酸亚锡/萘磺酸和异辛酸亚锡/萘二磺酸中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
8.权利要求1所述的蚕丝蛋白和聚L-乳酸的共聚物在生物医用材料中的应用。
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