CN103275028B

CN103275028B - 乙烯砜取代的半胱氨酸-n-羧基内酸酐、其聚合物及聚合物的应用

Info

Publication number: CN103275028B
Application number: CN201310206285.XA
Authority: CN
Inventors: 邓超; 孟凤华; 程茹; 钟志远
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: CN103275028A

Abstract

本发明公开了一种乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐、其聚合物及聚合物的应用。首先制备乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐单体，再由单体制备乙烯砜修饰的聚合物，最后经过聚合物侧链修饰制备功能化聚合物、功能化聚合物膜和可注射型水凝胶。本发明中乙烯砜官能基团不受-N-羧基内酸酐单体和聚合物制备的影响，因此整个聚合物制备过程无需保护和脱保护步骤；制备得到的乙烯砜修饰的聚合物在无需催化剂室温的条件下，很容易通过迈克尔加成反应制备得到功能性聚合物、功能性聚合物膜和可注射性水凝胶；这些材料可用于制备组织工程支架以及药物缓释载体。

Description

乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐、其聚合物及聚合物的应用

技术领域

本发明涉及一种乙烯砜修饰的生物可降解材料，具体涉及一种乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐的合成，以及由其聚合得到的聚合物材料及其应用。

背景技术

生物可降解聚合物具有良好的生物相容性，能在体内降解，降解产物可被人体吸收或通过人体正常生理途径排出体外。生物可降解聚合物已广泛应用于生物医学的各个领域，如手术缝合线、骨固定器械、生物组织工程支架材料、和药物控制释放载体等。

合成的生物可降解聚合物由于具有免疫原性较低、良好的降解性能和机械性能以及性能可控而受到关注。合成的生物可降解聚合物主要有脂肪族聚酯、聚碳酸酯、聚氨基酸、聚磷酸酯、聚酸酐、聚原酸酯，其中聚碳酸酯，如聚三亚甲基环碳酸酯（PTMC），和脂肪族聚酯，如聚乙交酯（PGA）、聚丙交酯（PLA）、丙交酯-乙交酯共聚物（PLGA）、聚己内酯（PCL），是最常用的生物可降解聚合物，已获得美国食品药物管理部门（FDA）的许可。

但是，传统的生物可降解聚合物，如PTMC、PGA、PLA、PLGA和PCL，结构比较单一，缺乏可用于修饰的官能团，无法满足医学发展的需求。

近年来，含有羟基（OH）、羧基（COOH）、氨基（NH₂）、巯基（SH）等功能基团的生物可降解聚合物得到关注，因为带有这些功能性基团的聚合物可以直接键接一些药物，实现药物的可控持续释放；或者将一些具有生物活性的分子通过功能基团连接到聚合物上，就可以改善整个材料的生物相容性和生物活性。功能性生物可降解聚合物通常是通过开环聚合功能性的环状单体制备得到。

功能性生物可降解聚合物中，α-氨基酸-N-羧基内酸酐聚合得到的聚氨基酸聚合物由于具有以下优点而在生物医学领域具有广泛的应用前景：1）聚氨基酸本身含有各种功能基团，如羧基、氨基、羟基、巯基等；2）各种α-氨基酸-N-羧基内酸酐（NCA）环状单体很容易进行共聚，得到含有多种不同功能基团的共聚物；3）通过选择和调节各种氨基酸的比例可很好的控制聚氨基酸共聚物的亲水性/疏水性、电荷性、生物功能性等；4）聚氨基酸在体外很稳定，但在体内可以在酶的作用下，降解成为无毒的氨基酸小分子，而且不会在体内产生局部过酸的环境。

传统技术中，功能性的聚氨基酸需要通过保护和脱保护方法制备得到，制备工艺复杂，条件严格，限制了α-氨基酸-N-羧基内酸酐聚合制备聚氨基酸的工业化生产。中国专利申请CN201210424521.0公开了一种带有炔丙基的聚氨基酸共聚物以及其制备方法与用途，在制备聚合物的过程中免除了保护和脱保护的过程，该含炔丙基的聚氨基酸材料通过点击化学法直接与一些生物活性分子键连从而修饰得到侧链含不同官能团的功能化聚合物；但是，上述发明涉及的点击化学反应需使用有毒的金属铜催化剂。

另外，目前聚氨基酸膜的研究主要集中在聚赖氨酸或/和聚谷氨酸构成的聚合物膜。如Haynie等用聚赖氨酸和聚谷氨酸通过电荷作用构建了多层膜，实现对血红素的有效包裹（参见：Zhi Z, Haynie DT. Macromolecules 2004, 37, 8668-8675）；但这些基于聚赖氨酸或/和聚谷氨酸膜的后修饰需要用到毒性的偶联剂。

现有的聚氨基酸水凝胶主要是通过物理交联制备。如Yang等制备了赖氨酸和亮氨酸的嵌段共聚物通过自组装制备了聚氨基酸水凝胶，该水凝被用于神经中枢系统能较好的与脑组织融合，并吸引血管和神经胶质细胞生长（参见：Yang CY, Song B, Ao Y, et al. Biomaterials, 2009, 30, 2881-2898）；Jeong等用聚乙二醇-聚（丙氨酸-苯丙氨酸）共聚物制备了温敏性水凝胶，实现了胰岛素的控制释放（参见：Jeong Y, Joo MK, Bahk KH, et al. J Control Release 2009, 137, 25-30.）；但这些产物的物理力学性能相对较弱，稳定性较差。Markland等用聚谷氨酸与末端双氨基的聚乙二醇通过缩合反应制备化学交联水凝胶，化学交联的聚氨基酸水凝胶比较稳定，但需要用到有毒的交联剂（参见：Markland P, Zhang Y, Amidn GL, et al. J. Biomed. Mater. Res., 1999,47,595-602）。

所以，需要研究新的α-氨基酸-N-羧基内酸酐以简易、有效地合成含功能基团的聚氨基酸；并且聚氨基酸可以方便地通过聚合后修饰，制备得到不同种类的功能化材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐及其制备方法，并用该乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐通过开环均聚/共聚制备乙烯砜修饰的聚合物，该聚合物能在无催化剂的条件下制备功能性聚合物、功能性聚合物膜和可注射性水凝胶。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有式Ⅰ结构的乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐：

式Ⅰ。

上述乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐的制备方法如下：

第一步以二乙烯砜、半胱氨酸盐酸盐为原料，在甲醇中反应得到乙烯砜取代的半胱氨酸；第二步以上述制备的乙烯砜取代的半胱氨酸、蒎烯、三光气为反应物，在无水四氢呋喃中回流反应，制备得到所述的乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐；

所述乙烯砜取代的半胱氨酸的分子式如式Ⅱ所示；所述半胱氨酸盐酸盐为D型半胱氨酸盐酸盐或者L型半胱氨酸盐酸盐；

式Ⅱ。

上述技术方案中，具体反应过程如下：

（1）中间体乙烯砜取代的半胱氨酸的制备：将二乙烯砜的甲醇溶液滴加到半胱氨酸盐酸盐的甲醇溶液中，30～60℃条件下反应50～150小时后，将得到的溶液经减压浓缩后用乙酸乙酯沉淀，过滤，干燥，得到白色固体粉末，即为中间体乙烯砜取代的半胱氨酸（VSCys）；

（2）乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐的制备：将步骤（1）制备的乙烯砜取代的半胱氨酸与蒎烯、三光气溶解在无水四氢呋喃中，混合均匀，在回流条件下反应1～2小时后，用石油醚沉淀得到粗产品；将粗产品溶于乙酸乙酯，所得溶液分别用0℃饱和NaHCO₃溶液和0℃冰水洗涤，有机层用无水MgSO₄干燥过夜，过滤，滤液旋蒸浓缩，用石油醚沉淀，得淡黄色油状产物，再用无水乙酸乙酯和石油醚将沉淀洗涤三次，最终得到淡黄色油状液体，即为产物乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐（VSCys-NCA）。

优选的技术方案，上述步骤（2）中首先将乙烯砜取代的半胱氨酸与蒎烯置于50℃油浴中反应30min，再加入固体三光气继续反应。

上述技术方案中，半胱氨酸盐酸盐与二乙烯砜的摩尔比为1∶3～20；优选为1∶5；二乙烯砜用量过少会导致产物收率低，过多会造成原料残留，增加成本。

上述技术方案中，乙烯砜取代的半胱氨酸、蒎烯以及三光气的摩尔比为2∶4～6∶1～2，优选2∶4.5∶1。

上述制备方法可表示如下：

本发明还公开了由上述乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐聚合制备的聚合物，聚合物的分子量为1000～500000；聚合物中，乙烯砜取代的半胱氨酸单元的摩尔百分数为0.5%～100%。

上述聚合物包括均聚聚合物、嵌段共聚聚合物以及无规共聚聚合物。

所述均聚聚合物由上述乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐开环聚合制备得到，化学结构式如式Ⅲ所示，该均聚由于乙烯砜基团不影响开环聚合，所以聚合工艺无需保护和脱保护过程；

式Ⅲ。

所述无规共聚聚合物由上述乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐与其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐聚合制备得到，化学结构式如式Ⅳ所示：

式Ⅳ。

所述嵌段共聚聚合物由上述乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐与其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐聚合制备得到，化学结构式如式Ⅴ或者式Ⅵ所示：

式Ⅴ；

式Ⅵ。

上述技术方案中，R₁来自N-羧基内酸酐开环聚合制备聚氨基酸所使用的引发剂，所述引发剂属于现有技术，本领域技术人员可以根据需要自行选择，本发明优选三甲基硅氮烷引发剂，包括小分子和大分子引发剂。分子式见式Ⅶ：

式Ⅶ；

其中，R ₁为，，，，，或者。

上述技术方案中，R₂来自聚合物制备过程所使用的其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐，所述其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐属于现有技术，本领域技术人员可以根据需要自行选择，本发明优选为甘氨酸-N-羧基内酸酐、丙氨酸-N-羧基内酸酐、苯丙氨酸-N-羧基内酸酐、（异）亮氨酸-N-羧基内酸酐、（γ-苄基）谷氨酸-N-羧基内酸酐、（β-苄基）天冬氨酸-N-羧基内酸酐、（ε-苄氧羰基）赖氨酸-N-羧基内酸酐、（γ-苄氧羰基）鸟氨酸-N-羧基内酸酐、（N^im-二硝基苯）组氨酸-N-羧基内酸酐、（N^ω,ω’ -二苄氧羰基）-精氨酸-N-羧基内酸酐、（S-叔丁基硫代）-半胱氨酸-N-羧基内酸酐、（O-叔丁基）-丝氨酸-N-羧基内酸酐、胱氨酸-N-羧基内酸酐、蛋氨酸-N-羧基内酸酐或者色氨酸-N-羧基内酸酐。

上述聚合物的制备过程在有机溶剂如N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮中进行，本发明优选N,N-二甲基甲酰胺作溶剂。

本发明进一步公开了上述聚合物在制备功能性聚合物、功能性聚合物膜和聚合物水凝胶等方面的应用。

由于上述聚合物含有乙烯砜取代的半胱氨酸单元，因此可以在无催化剂的条件下通过迈克尔加成反应进一步得到功能化的聚合物、功能化的聚合物膜和可注射性水凝胶。具体制备方法为：

在氮气气氛中，向上述聚合物溶液中，加入含巯基化合物，然后在室温和无需催化剂条件下进行迈克尔加成反应，能制得侧链含不同基团或生物活性分子的功能化的聚合物；

含有乙烯砜基团的聚氨基酸膜很容易通过悬涂或溶剂蒸发法方便制备，这种聚合物膜的最大优点就是可以在无需催化剂和水环境条件下，通过乙烯砜基团与含巯基的小分子或大分子进行迈克尔加成反应方便地在膜表面引入各种官能团或生物活性分子而得到功能化的聚合物膜；

乙烯砜修饰的聚氨基酸还可在无催化剂和水环境条件下，直接与含多巯基的小分子或大分子通过迈克尔加成反应制备可注射性水凝胶。

所述巯基化合物为现有技术，本发明优选为：巯基乙醇、巯基乙胺、巯基乙酸、含巯基的RGD短肽、含巯基的半乳糖、含巯基的聚乙二醇、含巯基的壳聚糖、含巯基的胶原蛋白等。

经过侧链修饰后的聚合物的化学结构式如下：

，，，；其中R₃选自：巯基乙醇、巯基乙胺、巯基乙酸、含巯基的RGD短肽、含巯基的半乳糖、含巯基的聚乙二醇、含巯基的壳聚糖、含巯基的胶原蛋白等。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:

1．本发明制备的α-氨基酸-N-羧基内酸酐含有乙烯砜官能团，可开环聚合得到性能可控的聚氨基酸，同时避免了含功能基团的聚氨基酸制备过程中通常需要的保护和脱保护反应步骤；

2．本发明制备的乙烯砜修饰的聚氨基酸可在无任何催化剂室温的条件下通过迈克尔加成反应进行聚合后修饰，得到侧链含不同官能基团的功能化聚合物、功能化的聚合物膜和可注射性水凝胶；

3. 本发明制备方法简单，所用原料来源广泛，从而具有良好的应用前景。

附图说明

图1是实施例一中乙烯砜取代的VSCys-NCA的氢核磁谱图和碳核磁谱图；

图2是实施例三中VSCys-NCA与其它N-羧基内酸酐的开环共聚反应示意图；

图3是实施例三中聚合物P（BLG-co-VSCys）的氢核磁谱图；

图4是实施例三中聚合物P（ZLL-co-VSCys）的氢核磁谱图；

图5是实施例三中聚合物P（Leu-co-VSCys）的氢核磁谱图；

图6是实施例三中聚合物P（Glu-co-VSCys）的氢核磁谱图；

图7是实施例三中聚合物P（LL-co-VSCys）的氢核磁谱图；

图8是实施例五中聚合物PVSCys的氢核磁谱图；

图9是实施例七中聚氨基酸共聚物侧链修饰改性反应示意图；

图10是实施例七中聚氨基酸共聚物侧链修饰改性后的氢核磁谱图；

图11是实施例八中聚氨基酸共聚物膜修饰后的接触角测试结果图；

图12是实施例八中聚氨基酸共聚物膜修饰后的荧光测试结果图；

图13是实施例九中聚氨基酸水凝胶的模量随聚合物浓度的变化图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一乙烯砜取代的半胱氨酸N-羧基内酸酐（VSCys-NCA）的合成。

(1)将半胱氨酸盐酸盐4.45g（25mmol）溶于80 ml甲醇，逐滴滴入二乙烯砜（12.55ml，125mmol）的甲醇溶液中；于50℃油浴中搅拌，反应100h；所得溶液经减压浓缩用乙酸乙酯沉淀，过滤，干燥，得到白色固体粉末（乙烯砜取代的L-半胱氨酸，VSCys）6.58g，产率94.4%。

(2)称取VSCys（3.75 g，13.6 mmol）于干燥的三颈圆底烧瓶中，加入无水THF（100 ml），再加入蒎烯（α-pinene）（5.0 ml, 31.5 mmol），将反应体系置于50℃油浴中反应30min后加入固体三光气（2.02 g, 6.8 mmol）；将反应温度升至70℃，反应1h后用石油醚沉淀得到VSCys-NCA粗产品；将粗产品再次溶于乙酸乙酯，所得溶液分别用0℃饱和NaHCO₃溶液和0℃冰水洗涤，有机层用无水MgSO₄干燥过夜，过滤，滤液旋蒸浓缩，用石油醚沉淀，得淡黄色油状产物，再用无水乙酸乙酯和石油醚将沉淀洗涤三次，最终得到淡黄色油状液体VSCys-NCA（2.2g，产率85%）。

VSCys-NCA核磁表征见附图1，¹H NMR （400 MHz, DMSO-d₆）: δ 6.24-7.02 (m, 3H, -CH=CH ₂), 4.77 (t, 1H, -CHNH), 3.42 (t, 2H, -SO₂ CH ₂CH₂-), 3.00 (t, 2H, -SO₂CH₂ CH ₂), 2.81 (d, 2H, -CH₂ CH ₂S-), 9.15 (s, 1H, -CONH-)；¹³C NMR (400 MHz, DMSO-d₆): δ 171.77, 153.34, 137.89, 131.96, 59.44, 54.54, 30.77, 26.32；VSCys-NCA的元素分析为C, 37.11; H, 4.68; N, 5.09（理论：C, 36.22; H, 4.18; N, 5.28）。质谱：265.01（理论分子量：265.01）。

实施例二乙烯砜取代的半胱氨酸N-羧基内酸酐（VSCys-NCA）的合成

(1)将半胱氨酸盐酸盐4.45g（25mmol）溶于80 ml甲醇，逐滴滴入二乙烯砜（50.2 ml，500 mmol）的甲醇溶液中；于40℃油浴中搅拌反应60h；所得溶液经减压浓缩用乙酸乙酯沉淀，过滤，干燥，得到白色固体粉末（乙烯砜取代的L-半胱氨酸，VSCys）6.97g，产率95.7%。

(2)称取VSCys（3.75 g，13.6 mmol）于干燥的三颈圆底烧瓶中，加入无水THF（100 ml），再加入蒎烯（α-pinene）（6.5 ml, 40.8 mmol），将反应体系置于50℃油浴中反应30min后加入固体三光气（2.02 g, 13.6 mmol）；将反应温度升至70℃，反应1h后用石油醚沉淀得到VSCys-NCA粗产品；将粗产品再次溶于乙酸乙酯，所得溶液分别用0℃饱和NaHCO₃溶液和0℃冰水洗涤，有机层用无水MgSO₄干燥过夜，过滤，滤液旋蒸浓缩，用石油醚沉淀，得淡黄色油状产物，再用无水乙酸乙酯和石油醚将沉淀洗涤三次，最终得到淡黄色油状液体VSCys-NCA（2.3 g，产率89%）。

实施例三 VSCys-NCA和其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐共聚制备聚氨基酸无规共聚物

按照表1中各组分的比例，在手套箱中分别将其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐与VSCys-NCA固体溶于无水DMF中；加入小分子引发剂丙烯基三甲基硅氮烷的DMF溶液，反应在无水条件下置于40℃油浴中反应48 h，用两滴醋酸终止反应；聚合物溶液在冰乙醚中沉淀，经过过滤、常温真空干燥得到产物聚氨基酸。

附图2为上述无规共聚反应示意图。对反应用红外监测：反应进行48 h后，红外谱图中对应的两种单体酸酐的羰基吸收峰1869 cm^-1（VS-Cys NCA）和1789 cm^-1（BLG-NCA）消失，证明聚合完全。

其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐为BLG-NCA、ZLL-NCA或者Leu-NCA，表1为所得聚合物的表征结果，不同的聚合物分子量是由单体与引发剂不同的摩尔比来控制的。

表1聚氨基酸的表征

a：单体与引发剂的摩尔比； b：VSCys单元单体投料中的摩尔分数； c：用¹H NMR计算出的VSCys单元在聚合物中的实际摩尔分数； d：用¹H NMR分析端基的计算结果； e：GPC的计算结果（流动相: DMF, 流速: 1.0mL/min, 标准: 聚苯乙烯）。

附图3为上述P(BLG-co-VSCys)聚合物的核磁表征：¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆): δ 7.32 (m, 5H, C₆ H ₅), 6.23 and 6.94 (m, 3H, -SO₂CH=CH ₂), 5.06 and 5.76 (m, 3H, -CH=CH ₂; 2H, -CH ₂C₆H₅), 4.29-4.46 (m, 2H, -CHNH-), 3.68 (m, 2H, CH₂=CHCH ₂-), 2.76-2.87 (m, 4H, -CH ₂SCH ₂-), 2.37 (t, 2H, -COCH ₂CH₂-), 1.80-1.93 (m, 2H, -COCH₂CH ₂-), 8.10-8.48 (m, 3H, -NH-)；附图4为上述P（ZLL-co-VSCys）聚合物的核磁表征：¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆): δ 7.28 (m, 5H, C₆ H ₅), 6.23 and 6.93 (m, 3H, -SO₂CH=CH ₂), 5.73 (m, 1H, -CH₂CH=CH₂), 4.95 (m, 2H, -CH=CH ₂; 2H, -CH ₂C₆H₅), 4.21-4.44 (m, 2H, -CHNH-), 3.68 (m, 2H, CH₂=CHCH ₂-), 2.76-2.93 (m, 4H, -CH ₂SCH ₂-; m, 2H, -CH ₂NH-), 1.21-1.61 (m, 6H, -CHCH ₂CH ₂CH ₂CH₂NH-), 7.89-8.13 (m, 3H, -NH-)；附图5为上述P（Leu-co-VSCys）聚合物的核磁表征：¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆): δ 6.30 and 6.98 (m, 3H, -SO₂CH=CH ₂), 5.05 and 5.75 (m, 3H, -CH=CH ₂), 4.32-4.47 (m, 2H, -CHNH-), 3.69 (m, 2H, CH₂=CHCH ₂-), 2.65-2.88 (m, 4H, -CH ₂SCH ₂-), 1.56 (m, 1H, -CH₂CH(CH₃)₂), 1.43 (m, 2H, -CH ₂CH(CH₃)₂), 0.86 (d, 6H, -CH₂CH(CH ₃)₂), 7.91-8.57 (m, 3H, -NH-)。

P(Glu-co-VSCys)和P(LL-co-VSCys)是用33%的HBr/AcOH溶液酸解P（BLG-co-VSCys）、 P（ZLL-co-VSCys）制备得到。以P(Glu-co-VSCys)制备为例：将P（BLG-co-VSCys）17.1% （0.2 g, 0.024 mmol）用 CF₃COOH溶解，加入6倍于聚合物中苄基量的33%的HBr/AcOH溶液（0.82 ml, 4.61 mol）；0℃下反应两小时，所得溶液在冰乙醚中沉淀，经过过滤、常温真空干燥得到产物。P(Glu-co-VSCys)的氢核磁共振图谱见附图6(400 MHz, DMSO-d₆): δ 6.28-6.96 (m, 3H, -SO₂CH=CH ₂), 5.06-5.76 (m, 3H, -CH=CH ₂), 4.26-4.47 (m, 2H, -CHNH-), 3.68 (m, 2H, CH₂=CHCH ₂-), 2.68-2.88 (m, 4H, -CH ₂SCH ₂-), 2.23 (t, 2H, -COCH ₂CH₂-), 1.88-1.73 (m, 2H, -COCH₂CH ₂-), 7.94-8.45 (m, 3H, -NH-)；P(LL-co-VSCys)的氢核磁共振图谱见附图7(400 MHz, DMSO-d₆) : δ 6.31-7.02 (m, 3H, -SO₂CH=CH ₂), 5.06-5.78 (m, 3H, -CH=CH ₂), 4.27-4.48 (m, 2H, -CHNH-), 3.93 (m, 2H, CH₂=CHCH ₂-), 2.79-2.89 (m, 4H, -CH ₂SCH ₂-; m, 2H, -CH ₂NH₂), 1.34-1.56 (m, 6H, -CH ₂CH ₂CH ₂CH₂NH₂), 7.87-8.06 (m, 3H, -NH-; 2H, -NH ₂)。

实施例四 VSCys-NCA和BLG-NCA共聚制备聚氨基酸三嵌段共聚物

在手套箱中，将（0.43 g，1.62 mmol）BLG-NCA固体溶于5 ml无水N-甲基-2-吡咯烷酮中，再加入大分子引发剂聚乙二醇三甲基硅氮烷（M _n=1000 g/mol, 50 mg, 0.05mmol）的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，在40℃油浴中反应48 h至BLG-NCA单体完全聚合（对反应用红外监测，红外谱图中对应的BLG-NCA单体酸酐的羰基吸收峰1789 cm^-1消失，表明聚合完全）；然后，再向反应溶液中加入VSCys-NCA（0.11g，0.41mmol）固体，在40℃油浴中再反应48 h至VSCys-NCA单体完全聚合（红外检测：红外谱图中对应的VS-Cys NCA单体酸酐的羰基吸收峰1869 cm^-1消失，表明聚合完全），用两滴醋酸终止反应；聚合物溶液在冰乙醚中沉淀，经过过滤、常温真空干燥得到产物PEG-b-PBLG-b-PVSCys。

实施例五 VSCys-NCA聚合制备聚氨基酸均聚聚合物

在手套箱中将VSCys-NCA（0.11g，0.41mmol）固体溶于6ml无水N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入引发剂丙烯基三甲基硅氮烷（1.3mg, 0.01mmol）的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，反应在无水条件下置于40℃油浴中反应48 h，用两滴醋酸终止反应；聚合物溶液在冰乙醚中沉淀，经过过滤、常温真空干燥得到产物PVSCys，表1为所得聚合物的表征结果。对反应用红外监测：反应进行48 h后，红外谱图中对应酸酐的羰基吸收峰1869 cm^-1（VS-Cys NCA）消失，证明聚合完全。核磁表征见附图8。

实施例六 VSCys-NCA与BLG-NCA开环共聚制备聚氨基酸无规共聚物

在手套箱中分别将（0.43 g，1.62 mmol）BLG-NCA与VSCys-NCA（0.11 g，0.41 mmol）固体溶于9ml无水DMF中；加入聚乙二醇三甲基氮硅烷（M _n=2000 g/mol, 100 mg, 0.05 mmol）做引发剂，反应在无水条件下置于40℃油浴中反应48 h（对反应用红外监测：反应进行48 h后，红外谱图中对应的两种单体酸酐的羰基吸收峰1869 cm^-1（VS-Cys NCA）和1789 cm^-1（BLG-NCA）消失，证明聚合完全），用两滴醋酸终止反应；聚合物溶液在冰乙醚中沉淀，经过过滤、常温真空干燥得到产物PEG₂₀₀₀-b-P（BLG-co-VSCys）共聚物。

实施例七 P(Leu-co-VSCys) 聚氨基酸共聚物侧链修饰改性

P(Leu-co-VSCys)共聚物的侧链修饰改性反应示意图见附图9，其中巯基化合物为巯基乙醇，巯基乙胺，半胱氨酸，巯基半乳糖。具体反应步骤如下：在氮气保护下，聚合物P(Leu-co-VSCys)（VSCys单元的摩尔百分数为：46.9%）溶在DMF中，装入密封反应器中，加入2倍聚合物摩尔量的巯基化合物（摩尔比：VS/SH=1/2），该反应在氮气保护和室温条件下进行1天，反应结束后用体积比为1/4的冰乙醚/乙醇混合溶剂进行沉淀、过滤，常温真空干燥后得到产物。

附图10为上述P（Leu-co-VSCys）经巯基乙醇和巯基半乳糖修饰后的氢核磁共振图谱。

实施例八聚氨基酸共聚物膜的制备及其表面的功能化

将聚合物P（Leu-co-VSCys）（VSCys单元的摩尔百分数为：17.1%）的DMF溶液均匀涂在载玻片表面，常温真空下挥发24小时至溶剂彻底挥发；将覆有涂层的载玻片放在1 mg/mL含巯基的分子（巯基乙醇）的水溶液进行表面修饰，在室温下反应24h；将覆有涂层的载玻片在水中浸润作为对照。待反应结束后，用去离子水清洗膜片数次，置于五氧化二磷干燥器内干燥；用静态水相接触角测量仪测定表面修饰和未修饰的聚氨基酸膜材料的接触角，附图11为测试结果，发现用巯基乙醇和半胱氨酸修饰后的膜表面的水解触角变小，说明聚合物膜的亲水性增强。

将表面修饰半胱胺和未修饰半胱胺的P（ZLL-co-VSCys）膜片放在6孔细胞培养板内，用磷酸缓冲溶液浸泡2h，然后将溶解在25 mL磷酸盐缓冲溶液（PBS, 20 mM, pH 9.0）中的FITC-NCS（12.50 mg）加入到6孔细胞培养板中，每个孔内加入4 mL的FITC-NCS溶液，37℃下避光反应24h，实验平行三组；反应后，取出膜片，用去离子水冲洗数次，干燥后用荧光显微镜（莱卡DM4000M）观察。附图12为其荧光显微镜照片，可以发现用半胱胺修饰后的聚合物P(Leu-co-VSCys)涂层在与FITC-NCS反应后可以清楚的看到强烈的绿色荧光（图12A）；表面没有用半胱胺修饰的聚合物膜片观察不到绿色荧光（图12B），这也说明了半胱胺被成功的修饰到聚合物膜上面，而且修饰上的氨基仍然具有较高的反应活性，能与FITC-NCS高效反应，从而制备得到绿色荧光聚合物膜。

实施例九原位可注射性聚氨基酸水凝胶的制备

将P（Glu-co-VSCys）溶于MES（pH 5.3， 10 mM）中配置成不同浓度的溶液（1.2～2.0 wt%），将含巯基的乙二醇壳聚糖GC-SH（巯基取代度为17%）溶于HEPES（pH 8.0，1 mM）制备成2.0 wt%溶液，再把两种溶液在室温下混合均匀后，置于37 ℃形成水凝胶。附图13为水凝胶的模量与聚合物浓度的关系图，发现随着聚合物的浓度增加，水凝胶的储存模量也同时增大；水凝胶模量可方便地控制在2.3 kPa到6.1 kPa之间。

Claims

1.一种具有式Ⅰ结构的乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐：

式Ⅰ。

2.一种权利要求1所述的乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述乙烯砜取代的半胱氨酸的结构式如式Ⅱ所示；所述半胱氨酸盐酸盐为D型半胱氨酸盐酸盐或者L型半胱氨酸盐酸盐；

式Ⅱ。

3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述半胱氨酸盐酸盐与二乙烯砜的摩尔比为1∶3～20；乙烯砜取代的半胱氨酸、蒎烯以及三光气的摩尔比为2∶4～6∶1～2。

4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：第一步反应的温度为30～60℃，时间为50～150小时；第二步的反应时间为1～2小时。

5. 一种由权利要求1所述的乙烯砜取代的半胱氨酸-N-羧基内酸酐与其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐聚合制备的聚合物；所述聚合物的分子量为1000～500000；所述聚合物中乙烯砜取代的半胱氨酸单元的摩尔百分数为0.5%～46.9%。

6. 根据权利要求5所述的聚合物，其特征在于：所述其它α-氨基酸-N-羧基内酸酐为甘氨酸-N-羧基内酸酐、丙氨酸-N-羧基内酸酐、苯丙氨酸-N-羧基内酸酐、亮氨酸-N-羧基内酸酐、异亮氨酸-N-羧基内酸酐、γ-苄基谷氨酸-N-羧基内酸酐、β-苄基天冬氨酸-N-羧基内酸酐、ε-苄氧羰基赖氨酸-N-羧基内酸酐、γ-苄氧羰基鸟氨酸-N-羧基内酸酐、N^im-二硝基苯组氨酸-N-羧基内酸酐、N^ω,ω’-二苄氧羰基-精氨酸-N-羧基内酸酐、S-叔丁基硫代-半胱氨酸-N-羧基内酸酐、O-叔丁基-丝氨酸-N-羧基内酸酐、胱氨酸-N-羧基内酸酐、蛋氨酸-N-羧基内酸酐或者色氨酸-N-羧基内酸酐。

7. 权利要求5所述的聚合物在制备功能性聚合物中的应用。

8. 权利要求5所述的聚合物在制备功能性聚合物膜中的应用。

9. 权利要求5所述的聚合物在制备聚合物水凝胶中的应用。