CN103193926A - 侧链含赖氨酸残基的共聚物及其制备方法和纤溶功能材料 - Google Patents

Abstract

一种侧链含赖氨酸残基的共聚物及其制备方法和基于该共聚物所制得的纤溶功能材料，以合成赖氨酸功能单体开始，在引发剂存在下，与乙烯基单体经自由基聚合制备侧链含赖氨酸残基的共聚物，然后将所制备的共聚物与其它市售的医用高分子原材料进行共混并通过加工成型制备出表面具有纤溶功能的生物医用功能高分子材料。所得到的材料与血液接触时，能够模拟人体自身的纤溶系统，溶解材料表面初生的血栓，本发明可以直接通过改变赖氨酸功能单体与共聚单体的投料比来调控，工艺简单；侧链含赖氨酸残基的共聚物可方便的与多种市售的医用高分子原材料共混并经多种加工成型，在制备出具有一定形状的生物材料的同时实现材料表面纤溶系统的构建，普适性强。

Description

侧链含赖氨酸残基的共聚物及其制备方法和纤溶功能材料

技术领域

本发明属于医用功能高分子材料技术领域，涉及一种医用高分子共聚物及其制备方法和应用，具体涉及一种侧链含赖氨酸残基的共聚物及其制备方法和基于该共聚物所制得的纤溶功能材料。

背景技术

生物医用材料在医学领域得到广泛地应用，但当其作为异体植入生物体内时，其血液相容性还不够理想，仍可能产生凝血及血栓现象。所以，对生物医用材料进行功能化改性获得抗凝血材料表面，进而提高其血液相容性已成为推动医用材料及器械等领域应用发展的重要举措。

多数改性策略都是从抑制血栓形成的角度出发，或抑制血小板，或抑制某种凝血因子（Sarkar S.et al,Journal of Biomedical Materials Research Part B:Applied Biomaterials2007:82:100～108;5.Tatterton M.et al,Vascular andEndovascular Surgery2012;46:212～222）。然而血栓形成过程十分复杂，涉及大量凝血因子和激活反应，想要彻底抑制血栓的形成是十分困难的。为彻底解决异体材料引起的血栓问题，少数研究提出了一种“纤溶表面”的新型抗血栓概念，通过模拟人体纤溶系统将ε-氨基自由的赖氨酸引入到材料表面，这些材料表面能够从血液中选择性结合血纤维蛋白溶酶原，这些被吸附的血纤维蛋白溶酶原在组织型纤溶酶原激活剂的作用下可转化为纤维蛋白溶酶，进而溶解还处于微米尺度的且暂时无害的初级血栓（Chen H.et al,Journal of BiomedicalMaterials Research Part A2009;90A:940～946;Li D.et al,Colloids and Surfaces B:Biointerfaces2011;86:1～6）。但这些材料表面改性的方法往往涉及多步反应且往往只针对某一种材料，不具有普适性。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种在医用材料成型的同时实现纤溶活性材料表面构建的简便、普适性方法，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种操作简单、工艺参数较易控制的普适性的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明以制备含有ε-氨基自由的赖氨酸功能单体开始，在引发剂和乙烯基单体的存在下，经自由基共聚合而得到侧链含赖氨酸残基的共聚物。

具体的，本发明的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，包括下述步骤：

1、赖氨酸功能单体的合成

将甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯缓慢滴入ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸溶液中，在三乙胺存在下，温度为0～25℃，反应3～10小时，将得到的中间体置于酸性溶液中，温度为10～35℃下，反应3～10小时脱除保护基团，得到赖氨酸功能单体；

所述的甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯与赖氨酸的摩尔比为1:1～1:1.2；

优选的，所述的ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸为ε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸。

优选的，所述的赖氨酸溶液为ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸的二氯甲烷或三氯甲烷溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，三乙胺用量为所述溶液的1～3%。

优选的，所述的酸性溶液为盐酸的1,4-二氧六环溶液或三氟乙酸水溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，盐酸或三氟乙酸为所述溶液的25～30%。

2、侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备

将赖氨酸功能单体置于含有引发剂和乙烯基单体的溶液中进行反应，温度为60～80℃，反应2～6小时；

所述的引发剂与赖氨酸功能单体和乙烯基单体的摩尔比为1:100～1:400。

优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二乙基己酯、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾-亚硫酸盐体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。

优选的，所述的乙烯基单体为甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-（N,N-二甲氨基）乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯中的一种或两种以上。

优选的，所述的乙烯基单体溶液为乙烯基单体的乙腈、甲苯、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或水溶液。

本发明也提供了一种采用上述方法制备得到的侧链含赖氨酸残基的共聚物。

进一步的，本发明还提供了一种基于上述的侧链含赖氨酸残基的共聚物所制得的纤溶功能材料，所述的纤溶功能材料由侧链含赖氨酸残基的共聚物和市售的医用高分子原材料按照一定的质量比进行物理共混并经相应的成型加工而成。

优选的，所述的市售的医用高分子原材料为聚己内酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸或聚羟基乙酸。

优选的，所述的成型加工方法为挤出成型、吹塑成型、模压成型、流延成型或电纺成型。

与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

（1）操作简单、工艺参数较易控制。侧链含赖氨酸残基共聚物的制备采用自由基共聚合的方法，共聚物中赖氨酸残基的含量可以直接通过改变赖氨酸功能单体与共聚单体的投料比来调控，工艺简单。

（2）普适性强。侧链含赖氨酸残基的共聚物可方便的与多种市售的医用高分子原材料共混并经多种加工成型，在制备出具有一定形状的生物材料的同时实现材料表面纤溶系统的构建，普适性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为聚氨酯材料表面及侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸丁酯共聚物与聚氨酯按一定比例共混后材料表面的血纤维蛋白溶酶原吸附结果对比图。

具体实施方式

本发明公开了一种侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法：

1、赖氨酸功能单体的合成

在反应装置中，将甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯缓慢滴入ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸溶液中，在三乙胺存在下进行反应，反应温度为0～25℃，反应时间为3～10小时，然后将得到的中间体置于酸性溶液中脱除保护基团，反应温度为10～35℃，反应时间为3～10小时，得到赖氨酸功能单体；甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯与赖氨酸的摩尔比为1:1～1:1.2。

2、侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备

将赖氨酸功能单体置于含有引发剂和乙烯基单体的溶液中进行反应，反应温度为60～80℃，反应时间为2～6小时；引发剂与赖氨酸功能单体和乙烯基单体的摩尔比为1:100～1:400。

在上述基础上，进行纤溶功能材料的制备：

将侧链含赖氨酸残基的共聚物和市售的医用高分子原材料按照一定的质量比进行物理共混并经相应的成型加工，得到具有纤溶功能的材料。

该技术方案中所述的ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸为ε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸；所述的赖氨酸溶液为ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸的二氯甲烷或三氯甲烷溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，三乙胺用量为所述溶液的1～3%；所述的酸性溶液为盐酸的1,4-二氧六环溶液或三氟乙酸水溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，盐酸或三氟乙酸为所述溶液的25～30%；所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二乙基己酯、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾-亚硫酸盐体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系；所述的乙烯基单体为甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-（N,N-二甲氨基）乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯中的一种或两种以上；所述的乙烯基单体溶液为乙烯基单体的乙腈、甲苯、甲醇、丙酮、或水溶液；所述的市售的医用高分子原材料为聚己内酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸或聚羟基乙酸；所述的成型加工方法为挤出成型、吹塑成型、模压成型、流延成型或电纺成型。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：纤溶活性聚乳酸膜片的制备

（1）赖氨酸功能单体的制备

将1.36gε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸盐酸盐、0.82g三乙胺、40mL干燥二氯甲烷置于100mL反应瓶中，搅拌溶解。将0.42mL甲基丙烯酰氯缓慢滴入反应瓶中，室温下搅拌反应6小时，过滤除去沉淀并将滤液真空旋转蒸发除去溶剂得到中间体。将中间体置于20mL28%的1,4-二氧六环溶液中，室温下搅拌反应8小时后，真空旋转蒸发除去溶剂得到赖氨酸功能单体。

（2）聚甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯共聚物的制备

将0.3g赖氨酸功能单体、3.0g甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯，0.028g偶氮二异丁腈、12mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺置于50mL反应瓶中，在氮气保护下，反应混合液在搅拌下加热至65℃并保温反应3小时，反应结束后经透析，冷冻干燥得到侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯共聚物。

（3）纤溶活性聚乳酸膜片的制备

将0.2g共聚物、5g聚乳酸置于50mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下搅拌溶解，然后将混合液倒入聚四氟乙烯培养皿中，挥发溶剂、真空干燥得到表面具有纤溶活性的聚乳酸膜片。

实施例2：纤溶活性聚乳酸纳米纤维的制备

（1）赖氨酸功能单体的制备

将1.36gε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸盐酸盐、0.82g三乙胺、40mL干燥二氯甲烷置于100mL反应瓶中，搅拌溶解。将0.42mL甲基丙烯酰氯缓慢滴入反应瓶中，室温下搅拌反应6小时，过滤除去沉淀并将滤液真空旋转蒸发除去溶剂得到中间体。将中间体置于20mL28%的1,4-二氧六环溶液中，室温下搅拌反应8小时后，真空旋转蒸发除去溶剂得到赖氨酸功能单体。

（2）聚甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯共聚物的制备

将0.3g赖氨酸功能单体、3.0g甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯，0.028g偶氮二异丁腈、12mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺置于50mL反应瓶中，在氮气保护下，反应混合液在搅拌下加热至65℃并保温反应3小时，反应结束后经透析，冷冻干燥得到侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯共聚物。

（3）纤溶活性聚乳酸纳米纤维的制备

将0.3g共聚物、1g聚乳酸置于10mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下搅拌溶解，然后将混合液通过静电纺丝方法得到纤溶活性聚乳酸纳米纤维。

实施例3：纤溶活性聚氨酯膜片的制备

（1）赖氨酸功能单体的制备

将1.36gε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸盐酸盐、0.82g三乙胺、40mL干燥二氯甲烷置于100mL反应瓶中，搅拌溶解。将0.42mL甲基丙烯酰氯缓慢滴入反应瓶中，室温下搅拌反应6小时，过滤除去沉淀并将滤液真空旋转蒸发除去溶剂得到中间体。将中间体置于20mL28%的1,4-二氧六环溶液中，室温下搅拌反应8小时后，真空旋转蒸发除去溶剂得到赖氨酸功能单体。

（2）聚甲基丙烯酸正丁酯共聚物的制备

将0.8g赖氨酸功能单体、2.8g甲基丙烯酸正丁酯，0.023g偶氮二异丁腈、10mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺置于50mL反应瓶中，在氮气保护下，反应混合液在搅拌下加热至65℃并保温反应5小时，反应结束后经透析，冷冻干燥得到侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸正丁酯共聚物。

（3）纤溶活性聚氨酯膜片的制备

将0.4g共聚物、3g聚氨酯置于30mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下搅拌溶解，然后将混合液倒入聚四氟乙烯培养皿中，挥发溶剂、真空干燥得到表面具有纤溶活性的聚氨酯膜片。

实施例4：纤溶活性聚氨酯纳米纤维的制备

（1）赖氨酸功能单体的制备

将1.36gε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸盐酸盐、0.82g三乙胺、40mL干燥二氯甲烷置于100mL反应瓶中，搅拌溶解。将0.42mL甲基丙烯酰氯缓慢滴入反应瓶中，室温下搅拌反应6小时，过滤除去沉淀并将滤液真空旋转蒸发除去溶剂得到中间体。将中间体置于20mL28%的1,4-二氧六环溶液中，室温下搅拌反应8小时后，真空旋转蒸发除去溶剂得到赖氨酸功能单体。

（2）聚甲基丙烯酸正丁酯共聚物的制备

将0.8g赖氨酸功能单体、2.8g甲基丙烯酸正丁酯，0.023g偶氮二异丁腈、10mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺置于50mL反应瓶中，在氮气保护下，反应混合液在搅拌下加热至65℃并保温反应5小时，反应结束后经透析，冷冻干燥得到侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸正丁酯共聚物。

（3）纤溶活性聚氨酯膜片的制备

将0.2g共聚物、1g聚氨酯置于10mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下搅拌溶解，然后将混合液通过静电纺丝方法得到纤溶活性聚氨酯纳米纤维。

将本发明的侧链含赖氨酸残基的聚甲基丙烯酸正丁酯共聚物与聚氨酯按一定比例共混并经流延成膜后，得到可选择性结合血纤维蛋白溶酶原的聚氨酯材料表面，如图1所示，改性后血纤维蛋白溶酶原的吸附量约是改性前的7倍，较好的实现了聚氨酯材料表面纤溶活性的构建。

综上所述，本发明的侧链含赖氨酸残基共聚物的制备采用自由基共聚合的方法，共聚物中赖氨酸残基的含量可以直接通过改变赖氨酸功能单体与共聚单体的投料比来调控，工艺简单；侧链含赖氨酸残基的共聚物可方便的与多种市售的医用高分子原材料共混并经多种加工成型，在制备出具有一定形状的生物材料的同时实现材料表面纤溶系统的构建，普适性强。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）赖氨酸功能单体的合成

将甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯缓慢滴入ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸溶液中，在三乙胺存在下，温度为0～25℃，反应3～10小时，将得到的中间体置于酸性溶液中，温度为10～35℃下，反应3～10小时脱除保护基团，得到赖氨酸功能单体；

所述的甲基丙烯酰氯或丙烯酰氯与赖氨酸的摩尔比为1:1～1:1.2；

（2）侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备

将赖氨酸功能单体置于含有引发剂和乙烯基单体的溶液中进行反应，温度为60～80℃，反应2～6小时；

所述的引发剂与赖氨酸功能单体和乙烯基单体的摩尔比为1:100:～1:400。

2.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸为ε-氨基和羧基被叔丁氧羰基保护的赖氨酸。

3.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的赖氨酸溶液为ε-氨基和羧基被保护的赖氨酸的二氯甲烷或三氯甲烷溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，三乙胺用量为所述溶液的1～3%。

4.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的酸性溶液为盐酸的1,4-二氧六环溶液或三氟乙酸水溶液，按质量-体积百分浓度（W/V）计，盐酸或三氟乙酸为所述溶液的25～30%。

5.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二乙基己酯、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾-亚硫酸盐体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。

6.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的乙烯基单体为甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-（N,N-二甲氨基）乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸-（2-羟基）乙酯中的一种或两种以上。

7.根据权利要求1所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物的制备方法，其特征在于：所述的乙烯基单体溶液为乙烯基单体的乙腈、甲苯、甲醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或水溶液。

8.一种侧链含赖氨酸残基的共聚物，其特征在于：所述的共聚物由权利要求1～7任一项所述的方法制备而成。

9.一种纤溶功能材料，其特征在于：所述的纤溶功能材料由权利要求8所述的侧链含赖氨酸残基的共聚物和市售的医用高分子原材料按照一定的质量比进行物理共混并经相应的成型加工而成。

10.根据权利要求9所述的纤溶功能材料，其特征在于：所述的市售的医用高分子原材料为聚己内酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸或聚羟基乙酸。

11.根据权利要求9所述的纤溶功能材料，其特征在于：所述的成型加工方法为挤出成型、吹塑成型、模压成型、流延成型或电纺成型。

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