CN104892912A - 一种plga-peg-plga三嵌段共聚物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料加工，具体涉及一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物及其制备方法。本发明的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，所述PLGA数均分子量为2000以上，PEG数均分子量为PLGA数均分子量的2～5倍。相比于传统的Mn＜2000的PLGA与PEG匹配聚合的PLGA-PEG-PLGA共聚物，本发明的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水溶液具有更大范围的溶液-凝胶转化区域。

Description

一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工，具体涉及一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物及其制备方法。

背景技术

聚乳酸乙醇酸(PLGA)是乳酸与乙醇酸经聚合反应而成的共聚物，是一种可降解的功能高分子有机化合物，无毒且具有良好的生物相容性、成囊和成膜的性能，故被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域，在美国PLGA通过FDA认证，被正式作为药用辅料收录入美国药典。

而PLGA与聚乙二醇(PEG)聚合形成的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，由于其优异的性能，作为当今生物高分子水凝胶材料的研究热点，更是受到了广泛关注。

然而，目前PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水凝胶制备研究中，考察的多是小分子量PLGA与小分子量PEG的匹配聚合，而且是以固定分子量PEG为中心，聚接上小分子量PLGA(Mn＜2000)，这样在研究、应用方面受到很大限制。

且，PLGA-PEG-PLGA制备中PLGA的现有合成方法开环聚合法、直接溶液聚合法及熔融聚合法等，都具有若干不足与缺点。

1、开环聚合法：将乳酸、乙醇酸分别脱水环化形成二聚丙交酯和乙交酯单体，再由这两种单体开环共聚，得到无规共聚物PLGA。该工艺如下：

但是该法工艺路线长，总得率低，成本较高。

2、直接溶液聚合法：在有机溶液中用乳酸、乙醇酸直接聚合，可以得到PLGA。其工艺如下：

但是，在制备过程中不仅对合成装置要求苛刻，而且在PLGA产品后期处理中有机溶剂不易除尽。在药物辅料的应用中，成本也较高。

3、熔融聚合法：L-乳酸、羟基乙酸熔融聚合制备PLGA。相对而言具有简单易行、毒害性小等优点，近年来国内外开始逐渐倾向采用该方法。代表专利CN02111794-直接缩聚制备L-乳酸和乙醇酸的共聚物的方法。其工艺如下：

但是，该方法制备周期长。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物及其制备方法，制备的PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物的水溶液具有更大范围的溶液-凝胶转化区域，从而有利于扩大研究、应用范围，且更加便于生产、合成。

一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，由PLGA与PEG制备，所述PLGA数均分子量为2000以上，所述PEG数均分子量为PLGA数均分子量的2～5倍。

优选地，所述PEG数均分子量为PLGA数均分子量的3～4倍。

优选地，所述PLGA数均分子量为2000～10000。

所述三嵌段共聚物的水溶液随温度升高发生溶液-凝胶的相转变，相转变温度为32-46.5℃。

上述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照摩尔比2:1称取PLGA和PEG；

(2)在氮气或惰性气体的气氛下，于110～250℃下反应5～20h；然后在氮气或惰性气体氛围下冷却至室温；

(3)用4℃以下冷水溶解，然后加温至70～80℃沉淀，去除上清液；

(4)重复步骤(3)1～5次；

(5)于-18℃～-4℃下冷冻1～10h，然后25～40℃真空干燥即可。

优选地，步骤(2)在氮气或惰性气体的气氛下，于150～170℃下反应6～10h；然后在氮气或惰性气体氛围下冷却至室温。

优选地，步骤(4)中，重复步骤(3)2次。

优选地，步骤(5)于-18℃下冷冻3～4h，然后35℃真空干燥即得。

优选地，所述PLGA的合成方法如下：

A、称量：按摩尔比为1:1称取L-乳酸和乙醇酸；

B、脱水：进行加热磁力搅拌，抽取真空，在140℃、4kPa下，除水1h；

C、反应：加入0.5wt％的催化剂SnCl₂·2H₂O，升温到165℃，并在1h内逐渐抽取真空降低压力到400Pa，然后保持温度165℃，调节压力为70Pa，在该条件下反应5.5～19小时，得到粗产物；

D、提纯：将反应得到的粗产物在真空中冷却至常温，加入丙酮，磁力搅拌溶解，并在无水乙醚中沉淀。去除上清液后，再用丙酮溶解，再于无水乙醚中沉淀，反复3次；然后在110℃下真空干燥，得PLGA纯产品。

优选地，所述PLGA的合成方法如下：

A、称量：按摩尔比为1:1称取L-乳酸和乙醇酸；

B、脱水：进行加热磁力搅拌，抽取真空，在140℃、4kPa下，除水1h；

C、反应：加入0.5wt％的催化剂SnCl₂·2H₂O，165℃反应温度、400Pa下反应2h后，加入0.3wt％的甲基磺酸，提高反应温度至175℃，继续抽取真空至70Pa，反应2h，得到粗产物；

D、提纯：将反应得到的粗产物在真空中冷却至常温，加入丙酮，磁力搅拌溶解，并在无水乙醚中沉淀。去除上清液后，再用丙酮溶解，再于无水乙醚中沉淀，反复3次；然后在110℃下真空干燥，得PLGA纯产品。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明PLGA数均分子量为2000以上，利用数均分子量为PLGA数均分子量2～5倍的PEG进行匹配，制备的PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物的水溶液具有较大范围的溶液-凝胶转变特征，凝胶温度含37℃，该嵌段聚合物水溶液温敏性较强，且该溶液-凝胶转变特征为可逆型，即一旦温度低于凝胶温度区，则变为溶液态；而当在溶液态时，温度达到凝胶区间则会变为凝胶态。因此平时存储时室温低于人体温度，将呈溶液态，如果注射到人体后，则会变为凝胶态，即为适用于人体温度下的凝胶，克服了传统较小分子量PLGA-PEG-PLGA研究领域的不足。

且，本发明同时优化PLGA-PEG-PLGA制备过程中PLGA熔融聚合工艺，使制备PLGA反应时间大大缩短，可以在较短时间下得到预期不同分子量的PLGA产品，从而缩短了PLGA-PEG-PLGA总体制备时间且可制产品种类更加丰富；同时优化后处理过程，采用FDA列为三级限制化学物品的丙酮替代对人体危害较大的二级限制化学物氯仿，降低了生产过程中溶剂的危害性及后处理不完全造成溶剂残留的毒害性。经过反复实验测试，找到将制备的PLGA粗产品溶解、沉淀后在110℃真空干燥11h，可以得到无溶剂残留的纯净PLGA产品，解决了PLGA-PEG-PLGA制备中PLGA后处理溶剂残留影响制备质量的问题。

附图说明

图1为本发明制备的PLGA的核磁共振¹H NMR谱图。

图2为PLGA-PEG-PLGA的热重TG分析曲线图。

图3为PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物水凝胶特性相图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以助于更好地理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。

实施例1 PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物及其制备

1.1原料：L-乳酸，分析纯，阿拉丁试剂(上海)有限公司；乙醇酸，分析纯，阿拉丁试剂(上海)有限公司；氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)，优级纯，安耐吉化学(进口)；甲基磺酸(MSA),优级纯，安耐吉化学(进口)；PEG(PEG-2000、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000、PEG-20000)，分析纯，阿拉丁试剂(上海)有限公司。

1.2仪器

傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)：Nicolet Avatar 330，美国热电公司；核磁共振波谱仪(NMR)：Avance Ⅲ 400MHz,瑞士Bruker公司；凝胶渗透色谱(GPC)：Breeze2，美国Waters公司；紫外-可见分光光度计(UV-Vis)：UV-2100，日本岛津公司；同步热分析仪(SDT)：SDT Q600,美国TA仪器公司；智能释放试验仪：ZRS-8GD，天津市天大天发科技有限公司。

1.3、合成PLGA

制备预期分子量PLGA，按如下步骤进行：

称量：按1:1摩尔比称取一定量的L-乳酸和乙醇酸加入到100mL三口烧瓶中；

脱水：在电加热套加热中进行磁力搅拌。抽取真空，在140℃、4kPa下，除水1h；

第一反应方式：加入0.5wt％催化剂SnCl₂·2H₂O，提高反应温度至165℃，并在1h内逐渐抽取真空降低压力到400Pa，然后保持165℃，调节压力为70Pa，在该条件下反应5.5～19小时，得到粗产物；根据反应时间的不同，可得到不同数均分子量的PLGA粗产物，反应时间根据需要得到的数均分子量的PLGA来选择。

如果需要短时间内制备大分子量PLGA，可将反应步骤改进为第二反应方式：加入0.5wt％的催化剂SnCl₂·2H₂O，165℃反应温度、400Pa下反应2h后，加入0.3wt％的甲基磺酸，提高反应温度至175℃，继续抽取真空至70Pa，反应2h，得到粗产物；

提纯：上述两种合成方法按预定时间得到预期PLGA粗产物后，在真空中冷却至常温，加入丙酮磁力搅拌溶解(丙酮的加入量以能完全溶解PLGA粗产物为准)，并在无水乙醚中沉淀，去除上清液后再用丙酮溶解，再于无水乙醚中沉淀，反复3次；然后在110℃下真空干燥，得PLGA纯产品。

1.4、合成PLGA-PEG-PLGA共聚物

(1)称取一定量上述已知数均分子量的PLGA，按照PLGA与PEG的摩尔比为2:1称取相应量不同分子量PEG的某一种(PLGA与PEG分子量对应匹配参见表2)，加入到50mL三口烧瓶中；其中，PEG数均分子量为PLGA数均分子量的3倍，可参见表2选择匹配的有凝胶区出现的PLGA(Mn＝6600)、PEG(Mn＝20000)。

(2)在常压下通入氮气或惰性气体，磁力搅拌下电加热套加热至160℃，反应8h。得到不同分子量匹配下PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物粗产品，氮气或惰性气体氛围下冷却至室温；

(3)用一定量4℃以下冷水溶解(冷水的添加量以能完全溶解聚合物粗产品为准)，加温至75℃沉淀，去除上清液；

(4)重复步骤(3)2次；

(5)再于-18℃下冷冻3h，35℃真空干燥，得到纯净PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，合成PLGA-PEG-PLGA共聚物的步骤如下：

(1)称取一定量上述已知数均分子量的PLGA，按照PLGA与PEG的摩尔比为2:1称取相应量不同分子量PEG的某一种(PLGA与PEG分子量对应匹配参见表2)，加入到50mL三口烧瓶中；其中，PEG数均分子量为PLGA数均分子量的3.7倍，可参见表2选择匹配的有凝胶区出现的PLGA(Mn＝5411)与PEG(Mn＝20000)。

(2)在常压下通入氮气或惰性气体，磁力搅拌下电加热套加热至110℃，反应18h。得到不同分子量匹配下PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物粗产品，氮气或惰性气体氛围下冷却至室温；

(3)用一定量3℃冷水溶解(冷水的添加量以能完全溶解聚合物粗产品为准)，加温至70℃沉淀，去除上清液；

(4)重复步骤(3)3次；

(5)再于-10℃下冷冻6h,25℃真空干燥，得到纯净PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，合成PLGA-PEG-PLGA共聚物的步骤如下：

(1)称取一定量上述已知数均分子量的PLGA，按照PLGA与PEG的摩尔比为2:1称取相应量不同分子量PEG的某一种(PLGA与PEG分子量对应匹配参见表2)，加入到50mL三口烧瓶中；其中，PEG数均分子量为PLGA数均分子量的4倍，可参见表2选择匹配的有凝胶区出现的PLGA(Mn＝2000)与PEG(Mn＝8000)。

(2)在常压下通入氮气或惰性气体，磁力搅拌下电加热套加热至230℃，反应6h。得到不同分子量匹配下PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物粗产品，氮气或惰性气体氛围下冷却至室温；

(3)用一定量2℃冷水溶解(冷水的添加量以能完全溶解聚合物粗产品为准)，加温至80℃沉淀，去除上清液；

(4)重复步骤(3)5次；

(5)再于-4℃下冷冻10h，40℃真空干燥，得到纯净PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物。

1.5、检测及结果

1.5.1、PLGA-PEG-PLGA水溶液制备

用2～4℃的去离子水将实施例1-3得到的PLGA-PEG-PLGA于5mL带盖玻璃试管(Φ15×100)中分别配制质量分数为10％、15％、25％、35％、45％的水溶液，存在2～4℃冰箱中，待测。

1.5.2、测试

1.5.2.1、PLGA溶剂残留测试

考虑到无论用于骨架材料、作为药物缓释载体辅料还是手术缝合等医药工程领域，都与人体紧密相关，从健康、安全性角度，对后处理工艺进行优化是很有必要的。氯仿被药物管理局(FDA)列为二级限制化学物品，而丙酮为三级限制化学物品，即在同样吸入量上，丙酮对人体危害程度较氯仿轻，则考虑用丙酮代替氯仿作后处理溶剂。同时，用丙酮替代氯仿作为制备PLGA-PEG-PLGA中PLGA后处理溶剂，在110℃真空干燥11h后，¹H NMR检测谱图上没有再出现溶剂峰(丙酮在DMSO-d6中杂质峰δ＝2.09ppm)，如图1所示，证明该制备后处理提纯优化处理很好地解决了溶剂残留问题，保证了后续制备PLGA-PEG-PLGA的质量与安全性。其中，图1中，谱1为以氯仿做溶解溶剂的谱图，谱2为以丙酮作溶解溶剂的谱图，谱3为以丙酮作溶解溶剂后真空干燥的谱图。

1.5.2.2、凝胶渗透色谱(GPC)检测结果分析与讨论

表1是第一反应方式的不同反应时间下得到的PLGA进行GPC测试结果。表1中，“rea-”表示反应，如“rea-2h”表示反应2h的PLGA样品。可以看到不同反应时间PLGA产物对应的分子量值，根据该表格结果，可以在PLGA生产过程中，通过控制反应时间得到预期相对应分子量的PLGA，实现PLGA分子量可控制化。同时从表中数据趋势可以看到，随着反应时间的增加，PLGA分子量也是逐渐上升的，这与羧基和羟基缩聚反应过程机理是一致的，随着反应的进行，羧基和羟基不断反应，是合成的PLGA链不断加长，从而得到越来越大的分子量产物。而不同分子量PLGA降解速率不同，大分子量PLGA降解速率较小分子量PLGA降解速率高，因此可以根据不同周期需要选择控制制备不同分子量的PLGA。

表1.不同反应时间PLGA产品之GPC测试结果

另外，采用第二反应方式，反应只需要2h就可以得到较大分子量PLGA(Mn＝2.0*10⁴)产物，较之已经报导的相关研究反应时间15h或以上，极大缩短了反应时间。

1.5.2.3、PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物

差示扫描量热法表征嵌段结构

将合成的不同分子量PLGA和PEG制备的PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物分别进行TG分析，得到的图形基本一致。参考图2，从TG分析曲线可知，合成的三嵌段聚合物有明显的双峰，分别在299.3℃和377.9℃处TG曲线出现双峰，可以判定为两种情况：检测聚合物是嵌段共聚物或接枝共聚物，而由PLGA与PEG反应化学结构来看，形成的共聚物不可能得到接枝结构，则可以判断形成的PLGA-PEG-PLGA为嵌段共聚物。

水溶液Sol-Gel转变相图测试结果分析

通过试管倒置法，可以测定一定分子量PLGA与相应不同分子量PEG匹配合成的PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物水溶液，在温度由低到高变化中，能否形成凝胶化及在凝胶化过程中存在的状态。测试发现，对于一定分子量的PLGA(Mn≥2000)，能够与之匹配合成PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物，且其水溶液在温度变化中能够凝胶化的PEG的数均分子量有一个规律，即PEG数均分子量应为PLGA数均分子量的2～5倍，如数均分子量为2000的PLGA，用PEG-4000～PEG-10000与之匹配，合成的PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物水溶液，在试管倒置法测试中出现了溶液-凝胶转化的现象，不同数均分子量PLGA与对应数均分子量PEG匹配及结果见表2。

表2.不同分子量PLGA与PEG匹配分配及结果

按照PEG:PLGA分子量比为2～5倍匹配合成的三嵌段聚合物，其水溶液(由1.5.1、PLGA-PEG-PLGA水溶液制备得到)在随温度由低到高凝胶化过程中，变化状态依次为：溶液态(a)、凝胶态(b)、溶液与沉淀共存的两相态(c)，并且该溶液-凝胶转变特征为可逆型，其中，凝胶态的温度为32-46.5℃。参考图3，曲线1为PLGA(Mn＝6600)-PEG(Mn＝20000)-PLGA(Mn＝6600)的水溶液相图曲线，曲线2为PLGA(Mn＝5411)-PEG(Mn＝20000)-PLGA(Mn＝5411)的水溶液相图曲线，曲线3为PLGA(Mn＝2000)-PEG(Mn＝8000)-PLGA(Mn＝2000)的水溶液相图曲线。各曲线单独看来，1-a区域、2-a区域、3-a区域分别为各三嵌段共聚物对应的溶液态区(包含凝胶区温度上限以上的溶液与沉淀共存区)，1-b区域、2-b区域、3-b区域分别为各三嵌段共聚物对应的凝胶态区。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，由PLGA与PEG制备，其特征是，所述PLGA数均分子量为2000以上，所述PEG数均分子量为PLGA数均分子量的2～5倍。

2.根据权利要求1所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，其特征是，所述PEG数均分子量为PLGA数均分子量的3～4倍。

3.根据权利要求1或2所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，其特征是，所述PLGA数均分子量为2000～10000。

4.根据权利要求1或2所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，其特征是，所述三嵌段共聚物的水溶液随温度升高发生溶液-凝胶的相转变，相转变温度为32-46.5℃。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)按照摩尔比2:1称取PLGA和PEG；

(2)在氮气或惰性气体的气氛下，于110～250℃下反应5～20h；然后在氮气或惰性气体氛围下冷却至室温；

(3)用4℃以下冷水溶解，然后加温至70～80℃沉淀，去除上清液；

(4)重复步骤(3)1～5次；

(5)于-18℃～-4℃下冷冻1～10h，然后25～40℃真空干燥即可。

6.根据权利要求5所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，步骤(2)在氮气或惰性气体的气氛下，于150～170℃下反应6～10h；然后在氮气或惰性气体氛围下冷却至室温。

7.根据权利要求5所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，步骤(4)中，重复步骤(3)2次。

8.根据权利要求5所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，步骤(5)于-18℃下冷冻3～4h，然后35℃真空干燥即得。

9.根据权利要求5至8任意一项所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，所述PLGA的合成方法如下：

A、称量：按摩尔比为1:1称取L-乳酸和乙醇酸；

B、脱水：进行加热磁力搅拌，抽取真空，在140℃、4kPa下，除水1h；

C、反应：加入0.5wt％的催化剂SnCl₂·2H₂O，升温到165℃，并在1h内逐渐抽取真空降低压力到400Pa，然后保持温度165℃，调节压力为70Pa，在该条件下反应5.5～19小时，得到粗产物；

D、提纯：将反应得到的粗产物在真空中冷却至常温，加入丙酮，磁力搅拌溶解，并在无水乙醚中沉淀，去除上清液后，再用丙酮溶解，再于无水乙醚中沉淀，反复3次；然后在110℃下真空干燥，得PLGA纯产品。

10.根据权利要求5至8任意一项所述的一种PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的制备方法，其特征是，所述PLGA的合成方法如下：

A、称量：按摩尔比为1:1称取L-乳酸和乙醇酸；

B、脱水：进行加热磁力搅拌，抽取真空，在140℃、4kPa下，除水1h；

C、反应：加入0.5wt％的催化剂SnCl₂·2H₂O，165℃反应温度、400Pa下反应2h后，加入0.3wt％的甲基磺酸，提高反应温度至175℃，继续抽取真空至70Pa，反应2h，得到粗产物；

D、提纯：将反应得到的粗产物在真空中冷却至常温，加入丙酮，磁力搅拌溶解，并在无水乙醚中沉淀，去除上清液后，再用丙酮溶解，再于无水乙醚中沉淀，反复3次；然后在110℃下真空干燥，得PLGA纯产品。