CN104387537A - 一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法 - Google Patents

一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物材料和纳米材料领域，具体涉及一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法。具体步骤为：以溴化的壳聚糖(CS-Br)为大分子引发剂，引发2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)的原子转移自由基聚合(ATRP)，得到CS- g -P(MEO2MA- co -OEGMA)-Br；再以CS- g -P(MEO2MA- co -OEGMA)-Br为大分子引发剂，引发甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的ATRP聚合，得到CS- g -P(MEO2MA- co -OEGMA)- b -PHEMA；最后通过酯化反应和点击化学，得到壳聚糖为主链、接枝半乳糖的温敏性共聚物。该聚合物具有生物相容性、生物可降解性、温度响应性和肝靶向性，其在水溶液中可以自组装形成胶束，在药物控释、靶向治疗、生物传感器等领域有广泛的应用前景。本发明所述制备方法简单易行，原料可工业化生产，具有很好的推广应用价值。

Description

一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法
技术领域
本发明属于生物材料和纳米材料领域，具体涉及一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法。
背景技术
壳聚糖是一种天然的生物聚多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在医学、食品、化妆品等诸多领域都有广泛的应用。但壳聚糖的化学结构相对简单，功能比较单一，因此为了满足更高的应用要求，需要通过物理或化学方法对其进行改性。Dong等(Feng H.， Dong C. M.. Biomacromolecules, 2006, 7, 3069)以Sn(Oct)2为催化剂，通过开环聚合(Ring Opening Polymerization, ROP)制备了支链为聚乳酸的壳聚糖接枝共聚物；Bai等(Li, N.， Bai, R. B.，Liu C. K.. Langmuir, 2005, 21, 11780)利用可逆加成-断裂链转移聚合(Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization, RAFT)制备了支链为聚丙烯酰胺的壳聚糖接枝聚合物，并研究了其对汞离子的吸附行为。
环境敏感性聚合物因其独特的性质而越来越受到人们的关注。2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(2-(2-methoxyethoxy)ethylmethacrylate, MEO2MA)和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(oligo(ethylene glycol) methacrylate, OEGMA)的无规共聚物是近年来研究最多的温度敏感性聚合物之一，该聚合物不仅具有很好的生物相容性，而且其最低临界溶解温度可以通过改变两种单体在共聚物中的比例进行调节。Yuan等(Yuan，W. Z., Shen T. X., Liu X., Ren J.. Mater. Lett., 2013, 111, 9)制备了以P(MEO2MA-co-OEGMA)为臂的星形大分子，并研究了其温度敏感性。
聚甲基丙烯酸羟乙酯(poly(2-Hydroxyethyl methacrylate), PHEMA)具有良好的生物相容性，同时有具有含水率高、柔软及高弹性等特点，因此在生物医学领域有广泛的应用，例如：补齿、药物缓释、烧伤涂覆、器官移植、接触镜制造、细胞培养等。半乳糖可以被去唾液酸糖蛋白受体特异性识别，因此常将其与大分子偶联作为肝特异性靶向的药物载体，实现药物的靶向传递。
利用壳聚糖本身良好的生物相容性和生物降解性，结合原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP)和点击化学(Click Chemistry)，在壳聚糖侧基上引入P(MEO2MA-co-OEGMA)链段、PHEMA链段和半乳糖，可以制备壳聚糖为主链、连接有糖分子的温度敏感性接枝共聚物，这在生物医学、纳米药物载体等领域将具有广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法。
本发明的目的是将具有温度敏感性的聚合物P(MEO2MA-co-OEGMA)、具有良好生物相容性聚合物PHEMA及具有靶向性的半乳糖分子作为支链接枝到壳聚糖分子上，使所获得的接枝共聚物同时具有良好的生物相容性、生物降解性、生物活性、温度敏感性。本发明用商品化的壳聚糖、MEO2MA单体、OEGMA单体、HEMA单体和半乳糖，采用ATRP、点击化学等方法，制备一系列连接有糖分子的壳聚糖温度敏感性枝聚共聚物。
本发明提出的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，具体步骤如下：
(1) 将溴化的壳聚糖(CS-Br)溶于溶剂A中，按照CS-Br中溴原子摩尔数15～150倍的量加入单体MEO2MA和OEGMA，在催化剂B作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～80oC，反应时间为2～60小时，透析，冷冻干燥，制得以壳聚糖为主链，侧链为MEO2MA和OEGMA无规共聚物的接枝聚合物CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。其中：MEO2MA单体与OEGMA单体的投料摩尔比为50:1～4:1；
(2) 将CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br溶于溶剂C中，按照CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br中溴原子摩尔数20～200倍的量加入单体HEMA，在催化剂D作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～100oC，反应时间为1～72小时，透析，冷冻干燥，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA;
(3) 将CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA溶于溶剂E中，分别按照PHEMA嵌段中羟基摩尔数1～10倍的量加入炔丙基-3-羧基丙酸酯和脱水剂F，体系在10～40oC下反应，反应时间为12～72小时，抽滤，浓缩，沉淀，并真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA；
(4) 将炔基化的CS-g- P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA、叠氮化的半乳糖溶解在溶剂G中，在催化剂H作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～80oC，反应时间为4～72小时，透析，冷冻干燥，即得所需产物。
本发明中，所述溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
本发明中，所述催化剂B为氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、氯化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺或溴化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺中的一种或几种。
本发明中，所述溶剂C为苯甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
本发明中，所述催化剂D为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、氯化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺或溴化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺中的一种或几种。
本发明中，所述溶剂E为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
本发明中，所述脱水剂F为N,N-二环己基碳二亚胺、氯磺酸或亚硫酰氯中的一种或几种。
本发明中，所述溶剂G为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
本发明中，所述催化剂H为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/三（2-甲氨基乙基）胺、溴化亚铜/三（2-甲氨基乙基）胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺或溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺中的一种或几种。
本发明的有益效果在于：
本发明的优点在于：原料来源广泛，所用的壳聚糖、MEO2MA单体、OEGMA单体、HEMA单体、半乳糖、溶剂、脱水剂、催化剂等均可工业化生产，合成方法简单易行。合成的连接有糖分子的壳聚糖接枝共聚物同时具有温度响应性、生物相容性、生物可降解性以及靶向性。同时，该接枝共聚物为两亲性共聚物，其在水溶液中可以很容易地自组装形成稳定的纳米胶束。共聚物的最低临界互溶温度可以通过改变支链中MEO2MA与OEGMA两种单体的比例进行调节。所得稳定纳米胶束同时具有温度敏感性、生物降解性、生物相容性和靶向性，在在药物控释、靶向治疗、生物传感器等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1：实施例1制备的连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的结构示意图。
图2：实施例1制备的连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的1H核磁谱图。
图3：实施例1制备的连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物在水溶液中自组装形成胶束的透射电镜图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
该连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的分子结构用核磁共振分析仪（NMR）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测定。最低临界溶解温度（LCST）用带热台的紫外-可见分光光度计测定，LCST定义为透光率降至初始值的50%时所对应的温度。组装所得纳米胶束用透射电镜(TEM)与原子力显微镜(AFM)测定。纳米胶束粒径用动态激光光散射仪(DLS)测定。
实施例1
称取0.6克CS-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入MEO2MA单体5.2克、OEGMA单体0.3克，再加入催化剂氯化亚铜（80毫克）/五甲基二乙烯基三胺(40毫克)，体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于40oC下反应18小时，透析，冷冻干燥后，得CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。称取3.6克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br，溶于N,N-二甲基乙酰胺中，加入HEMA单体2.0克，再加入催化剂氯化亚铜（48毫克）/联吡啶（105毫克），体系经抽真空-充氮气过程三次，在氮气保护下于60oC下反应10小时，透析，冷冻干燥后，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取2.8克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙基-3-羧基丙酸酯2.4克、N,N-二环己基碳二亚胺3.2克，20oC下反应48小时，抽滤，浓缩，沉淀，真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取1.8克炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二乙基甲酰胺中，加入叠氮化的半乳糖1.1克，再加入催化剂溴化亚铜（48毫克）/五甲基二乙烯基三胺（25 毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于35oC下反应48小时，透析，冷冻干燥，即得连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物。
实施例2
称取0.6克CS-Br，溶于N,N-二乙基甲酰胺中，加入MEO2MA单体4.8克、OEGMA单体0.7克，再加入催化剂溴化亚铜（111毫克）/五甲基二乙烯基三胺(40毫克)，体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于45oC下反应16小时，透析，冷冻干燥后，得CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。称取2.4克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入HEMA单体1.5克，再加入催化剂氯化亚铜（52毫克）/五甲基二乙烯基三胺（26毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于45oC下反应18小时，透析，冷冻干燥后，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取2.0克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙基-3-羧基丙酸酯1.2克、氯磺酸0.9克，25oC下反应40小时，抽滤，浓缩，沉淀，真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取1.2克炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二乙基甲酰胺中，加入叠氮化的半乳糖0.4克，再加入催化剂溴化亚铜（36毫克）/联吡啶（82 毫克），体系经抽真空-充氮气过程三次，在氮气保护下于40oC下反应42小时，透析，冷冻干燥，即得连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物。
实施例3
称取0.6克CS-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入MEO2MA单体6.0克、OEGMA单体1.3克，再加入催化剂溴化亚铜（110毫克）/六甲基三亚乙基四胺(103毫克)，体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于50oC下反应12小时，透析，冷冻干燥后，得CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。称取3.9克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br，溶于N,N-二甲基乙酰胺中，加入HEMA单体1.8克，再加入催化剂溴化亚铜（48毫克）/联吡啶（108毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于55oC下反应12小时，透析，冷冻干燥后，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取3.2克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二乙基甲酰胺中，加入炔丙基-3-羧基丙酸酯1.3克、亚硫酰氯1.0克，30oC下反应32小时，抽滤，浓缩，沉淀，真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取1.6克炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化的半乳糖0.9克，再加入催化剂氯化亚铜（60毫克）/五甲基二乙烯基三胺（30 毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于45oC下反应36小时，透析，冷冻干燥，即得连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物。
实施例4
称取0.6克CS-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入MEO2MA单体5.8克、OEGMA单体0.9克，再加入催化剂氯化亚铜（80毫克）/六甲基三亚乙基四胺(105毫克)，体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于55oC下反应10小时，透析，冷冻干燥后，得CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。称取3.8克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入HEMA单体2.1克，再加入催化剂氯化亚铜（40毫克）/五甲基二乙烯基三胺（20毫克），体系经抽真空-充氮气过程三次，在氮气保护下于70 oC下反应8小时，透析，冷冻干燥后，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取2.4克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙基-3-羧基丙酸酯1.2克、N,N-二环己基碳二亚胺1.6克，35oC下反应24小时，抽滤，浓缩，沉淀，真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取1.8克炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二乙基甲酰胺中，加入叠氮化的半乳糖0.8克，再加入催化剂溴化亚铜（46毫克）/联吡啶（105 毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于25oC下反应60小时，透析，冷冻干燥，即得连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物。
实施例5
称取0.6克CS-Br，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入MEO2MA单体6.2克、OEGMA单体0.7克，再加入催化剂氯化亚铜（82毫克）/五甲基二乙烯基三胺(41毫克)，体系经抽真空-充氮气过程三次，在氮气保护下于60oC下反应8小时，透析，冷冻干燥后，得CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br。称取3.2克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br，溶于N,N-二甲基乙酰胺中，加入HEMA单体2.1克，再加入催化剂氯化亚铜（50毫克）/六甲基三亚乙基四胺（66毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于50 oC下反应14小时，透析，冷冻干燥后，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取2.6克CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙基-3-羧基丙酸酯1.6克、氯磺酸1.2克，15oC下反应60小时，抽滤，浓缩，沉淀，真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA。称取2.0克炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化的半乳糖0.8克，再加入催化剂溴化亚铜（42毫克）/联吡啶（96 毫克），体系经抽真空-充氩气过程三次，在氩气保护下于30oC下反应54小时，透析，冷冻干燥，即得连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物。

Claims (9)

1.一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1) 将溴化的壳聚糖(CS-Br)溶于溶剂A中，按照CS-Br中溴原子摩尔数15～150倍的量加入单体2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，在催化剂B作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～80oC，反应时间为2～60小时，透析，冷冻干燥，制得以壳聚糖为主链，侧链为2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物的接枝聚合物CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br；其中：2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯的摩尔比为50:1～4:1；
(2) 将步骤(1)得到的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br溶于溶剂C中，按照CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-Br中溴原子摩尔数20～200倍的量加入单体甲基丙烯酸羟乙酯，在催化剂D作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～100oC，反应时间为1～72小时，透析，冷冻干燥，得到CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA；
(3) 将步骤(2)得到的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA溶于溶剂E中，分别按照聚甲基丙烯酸羟乙酯嵌段中羟基摩尔数1～10倍的量加入炔丙基-3-羧基丙酸酯和脱水剂F，体系在10～40oC下反应，反应时间为12～72小时，抽滤，浓缩，沉淀，并真空干燥后，得到炔基化的CS-g-P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA；
(4) 将步骤(3)得到的炔基化的CS-g- P(MEO2MA-co-OEGMA)-b-PHEMA、叠氮化的半乳糖溶解在溶剂G中，在催化剂H作用下，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为20～80oC，反应时间为4～72小时，透析，冷冻干燥，即得所需产物。
2.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述催化剂B为氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、氯化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺或溴化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述溶剂C为苯甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述催化剂D为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺、氯化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺或溴化亚铜/2-吡啶甲醛缩正丙胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述溶剂E为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述脱水剂F为N,N-二环己基碳二亚胺、氯磺酸或亚硫酰氯中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述溶剂G为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种连接有糖分子的壳聚糖温敏性共聚物的制备方法，其特征是所述催化剂H为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯基三胺、氯化亚铜/三（2-甲氨基乙基）胺、溴化亚铜/三（2-甲氨基乙基）胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺或溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺中的一种或几种。
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