CN103923227A

CN103923227A - 一类具有温敏性的壳聚糖衍生物

Info

Publication number: CN103923227A
Application number: CN201310009457.4A
Authority: CN
Inventors: 魏长征; 奚宏伟; 侯春林; 蒋丽霞; 吴剑英
Original assignee: QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明涉及一种壳聚糖经疏水化化修饰的衍生物结构及制备方法，在结构上其主要特征为壳聚糖衍生物分子上必须保证适度的氨基暴露以及引入适度的疏水基团，其疏水基团上必须带有小的亲水基团片段，同时满足上述特征外，同时确保分子中的氨基的含量为10-100％，疏水基团接枝率或取代度为1-2的壳聚糖衍生物具有高度的温度响应性。

Description

一类具有温敏性的壳聚糖衍生物

技术领域

本发明涉及一类具有温敏性壳聚糖衍生物，以及这类衍生物的制备方法，该类衍生物可用于组织工程、药物载体领域，属于生物技术领域。

背景技术

甲壳素是自然界除了蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子，每年生物合成量约在100亿吨，产量仅次于纤维素，是地球上第二大再生资源，其中海洋生物的生成量在10亿吨以上。甲壳素在自然界分布广泛，主要存在于甲壳类、昆虫类动物的外壳，真菌和某些低等植物的细胞壁中，作为生物体外部结构的组成成分，同时也发挥生理作用。

甲壳素在高温和强碱的作用下，分子中的乙酰氨基会发生部分或全部的脱落，生成的产物为壳聚糖，它具有区别于甲壳素的一些独特性质如溶于稀酸、分子表面富含阳离子、较强的抑菌性等等。这些性质的产生的结构基础便是2位的伯氨基，因此壳聚糖的脱乙酰度是影响壳聚糖性质的最主要因素之一。伯氨基的暴露一部分提高了壳聚糖分子表面的阳离子浓度，另一方面也影响着整个壳聚糖分子中的氢键作用以及亲水-疏水相互作用，作用力的变化改变了壳聚糖分子体系的结构，进而进一步引起壳聚糖以及壳聚糖衍生物的理化性质。目前，基于壳聚糖制备智能温敏性生物医用材料引起了诸多的关注，其中以羟丁基壳聚糖为主，该衍生物是在壳聚糖链上引入了羟丁基基团，其产生温敏性的机理是羟丁基基团的引入打破了原有壳聚糖体系中的氢键作用力、范德华力以及疏水作用力的平衡，进而当温度升高时，氢键作用力被破坏，疏水作用力占据主导地位，最终发生相体积转变产生温敏效应。

本发明是涉及一类具有温敏特性的壳聚糖衍生物的结构限定，该结构限定的核心便是限定了壳聚糖衍生物中的氨基与引入的改性基团之间的比例。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型壳聚糖衍生物，其对温度具有响应的特性，低温时具有良好的流动性，高温时凝固成凝胶。其结构特征为，在具有一定游离氨基含量的壳聚糖上，引入不同具有疏水基团，根据游离氨基与疏水基团之间的比例，使其具有温敏特性。

本发明的新型壳聚糖衍生物是以几丁质为原料，按本发明要求，首先脱乙酰得到具有一定脱乙酰度的壳聚糖，再采用常用制备的方法，制备得到具有以下结构的壳聚糖衍生物：

其中R1为碳数为4～10，含有羟基、酰胺基、羧基、氨基中的一种或几种的脂肪族基团；

本发明的壳聚糖衍生物，其游离氨基含量为5～100％；基团R1的取代度范围在1到2之间。

具体内容如下：

方法一：

一、壳聚糖的制备：

首先配置质量分数为30～50％的氢氧化钠水溶液，然后按照1份几丁质加入10～20份的氢氧化钠水溶液混合，待混合均匀后，放入微波反应釜中微波反应3～20分钟，然后用去离子水洗涤至中性后，干燥。

二、壳聚糖疏水化

首先，将脱乙酰度在40～90％的壳聚糖用质量分数为10～50％的氢氧化钠水溶液活化20～40h。

然后将活化好的壳聚糖挤去溶剂后，放入反应瓶中，加入疏水基团试剂及分散相后，搅拌反应，再经处理，得到壳聚糖衍生物粗品。

三、乙酰化

将修饰好的壳聚糖衍生物粗品，用酸性溶液溶解后，加入含有乙酸酐的有机相进行乙酰化反应，反应完成后，再经处理，得到乙酰化壳聚糖衍生物。

方法二：

一、壳聚糖的制备：

二、乙酰化

将壳聚糖，用酸性溶液溶解后，加入含有乙酸酐的有机相进行乙酰化反应，反应完成后，再经处理，得到乙酰化壳聚糖。

三、壳聚糖疏水化

首先，将脱乙酰化壳聚糖用质量分数为10～50％的氢氧化钠水溶液活化20～40h。

然后将活化好的壳聚糖挤去溶剂后，放入反应瓶中，加入疏水基团试剂及分散相后，搅拌反应，再经处理，得到壳聚糖衍生物。

本发明涉及的壳聚糖衍生物，当其游离氨基在＜10％，R1基团的取代度＞1，具有良好的水溶性；

当其游离氨基在10～100％，R1基团的取代度＞1，具有良好的水溶性、温敏性。

具体实施方式

现结合实施例，对本发明作详细描述，但本发明的实施不仅限于此。

实施例1

第一步壳聚糖的制备：

首先配置质量分数为50％的氢氧化钠水溶液400ml，然后称取几丁质20g加入氢氧化钠水溶液300g，待混合均匀后，放入微波反应釜中微波反应4分钟，然后用去离子水洗涤至中性后，干燥。

第二步壳聚糖的活化处理：

将前步得到的壳聚糖10g用质量分数为30％的氢氧化钠水溶液150g，室温活化24h。

第三步壳聚糖的疏水化：

加入100ml异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加100ml 1，2-环氧丁烷，常温下反应3天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状的壳聚糖衍生物。

第四步乙酰化

将得到的壳聚糖衍生物用10％的乙酸水溶液100ml溶解后，加入含有6g醋酸酐的乙醇溶液100ml后，搅拌均匀后，静置反应3h，然后用水溶解后，透析处理，冷冻干燥得到乙酰化羟丁基壳聚糖。

实施例2

第一步壳聚糖的制备：

首先配置质量分数为50％的氢氧化钠水溶液，然后称取几丁质20g加入氢氧化钠水溶液300g，待混合均匀后，放入微波反应釜中微波反应4分钟，然后用去离子水洗涤至中性后，干燥；再按1g壳聚糖加入15g的氢氧化钠水溶液混合，微波反应4分钟，用去离子水洗涤至中性后，干燥。

第二步壳聚糖的活化处理：

同实施例1的第二步骤。

第三步壳聚糖的疏水化：

同实施例1的第三步骤。

第四步乙酰化

实施例3

第一步壳聚糖的制备：

首先配置质量分数为50％的氢氧化钠水溶液400ml，然后称取几丁质20g加入氢氧化钠水溶液300g，待混合均匀后，放入微波反应釜中微波反应6分钟，然后用去离子水洗涤至中性后，干燥。

第二步壳聚糖乙酰化

将前步得到的壳聚糖10g用10％的乙酸水溶液100ml溶解后，加入含有6g醋酸酐的乙醇溶液100ml后，搅拌均匀后，静置反应3h，然后均匀分散到去离子水中，滴加氢氧化钠水溶液，直至析出壳聚糖白色沉淀，该沉淀用去离子水洗至中性后，干燥。

第三步壳聚糖的活化处理：

第四步壳聚糖的疏水化：

加入100ml异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加100ml 4-氯丁醇，常温下反应4天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状的壳聚糖衍生物。

实施例4

第一步壳聚糖的制备：

首先配置质量分数为50％的氢氧化钠水溶液400ml，然后称取几丁质20g加入氢氧化钠水溶液300g，待混合均匀后，放入微波反应釜中微波反应4分钟，然后用去离子水洗涤至中性后，干燥；再按1g壳聚糖加入15g的氢氧化钠水溶液混合，微波反应4分钟，用去离子水洗涤至中性后，干燥。

第二步壳聚糖乙酰化

将前步得到的壳聚糖10g用10％的乙酸水溶液100ml溶解后，加入含有8g醋酸酐的乙醇溶液100ml后，搅拌均匀后，静置反应3h，然后均匀分散到去离子水中，滴加氢氧化钠水溶液，直至析出壳聚糖白色沉淀，该沉淀用去离子水洗至中性后，干燥。

第三步壳聚糖的活化处理：

同实施例3的第三步骤。

第四步壳聚糖的疏水化：

同实施例3的第四步骤。

实施例5

第一步壳聚糖的制备：

第二步壳聚糖乙酰化

第三步壳聚糖的活化处理：

第四步壳聚糖的疏水化：

加入100ml异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加100ml，10％谷氨酰胺水溶液，常温下反应4天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状的壳聚糖衍生物。

实施例6

第一步壳聚糖的制备：

第二步壳聚糖乙酰化

第三步壳聚糖的活化处理：

同实施例5的第三步骤。

第四步壳聚糖的疏水化：

同实施例5的第四步骤。

实施例7

壳聚糖衍生物的脱乙酰度及取代度的测定

将实施例1-4制得的壳聚糖衍生物，105℃恒重后，进行元素分析测定元素N、C和H的百分含量，再根据分子式C₆H₁₁O₄N·(C₂H₃O)a·(R1)b·(H2O)c，计算出脱乙酰度(1-a)及取代度(b)。结果列于下表中：

样品	游离氨基含量	取代度
			1	18％	1.2
2	40％	1.4
			3	23％	1.3
4	28％	1.4
			5	24	1.3
6	37	1.3

Claims

1.一类具有温敏性特性的壳聚糖衍生物，其主要特征在于壳聚糖衍生物分子中同时保留适度的氨基以及适度含量的外部引入接枝基团，具体特征如下：

。

2.如权利要求1所述，适度的氨基含量是指壳聚糖分子主链上暴露氨基的百分率为10-100％。

3.如权利要求1所述，适度的外部引入基团含量是指取代度或接枝率的为1～2。

4.如权利要求1所述，一种具有温敏性的壳聚糖衍生物的结构特征为同时满足氨基含量为10-100％和引入基团的取代度或接枝率为1-2这两个条件。

5.如权利要求1所述，外部引入的基团的特征为必须同时含有疏水基团和亲水基团的脂肪族基团，其中疏水基团的碳链长度为4-10个碳。

6.如权利要求2所述，适度的氨基含量的控制是通过几丁质的脱乙酰化作用得到合适的氨基含量的壳聚糖原料然后通过化学改性得到温敏性壳聚糖衍生物或壳聚糖原料通过化学改性后得到温敏性壳聚糖衍生物，然后再通过乙酰化作用获得适度氨基含量的温敏性壳聚糖衍生物。

7.如权利要求5所述，外部引入基团中的亲水基团分别可以为羟基、酰胺基、羧基、氨基中的一种或几种。