CN105001425B - 一种基于壳聚糖‑聚乳酸接枝共聚物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于壳聚糖‑聚乳酸接枝共聚物的制备方法，采用1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)及N‑羟基琥珀酰亚胺(NHS)缩合体系为偶联剂，制备壳聚糖‑聚乳酸接枝共聚物。本发明制备条件为常温常压，制备过程安全、便捷，有机溶剂残留少；所制备的壳聚糖‑聚乳酸微粒粒径在4～10微米，表面形貌规整，具有良好的分散性和稳定性，可作为靶向给药的载体材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种功能高分子材料的制备方法，特别涉及一种基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，所得到的共聚物微粒可应用于医药、生物工程、环境、食品等领域。
背景技术
壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，分子链上分布着许多游离氨基、羟基和N-乙酰氨基，这些官能团使其可与多种物质发生化学反应，因而，壳聚糖及其衍生物具备许多独特的理化性质和生物活性，如生物可降解性、抑菌性、抗肿瘤活性、黏膜黏附性、保湿性等。鉴于这些优良特性，壳聚糖及其衍生物在生物医学方面广泛用于制作组织工程的支架、创伤修复的敷料、药物缓释的载体以及参与基因治疗等。
聚乳酸也是一种近年来广泛应用的生物可降解材料，不仅具有优良的机械强度，化学稳定性，还具备良好的生物相容性、可吸收性以及环境可降解性，是一种很有前途的生物医用材料和环保通用高分子材料，已获得FDA批准可用于人体的生物高分子材料。
壳聚糖和聚乳酸都是生物相容性好、生物可降解性能优异的生物医用材料，但是二者有各自的局限性，聚乳酸在体内降解的中间产物乳酸会在体内引发无菌性炎症，壳聚糖由于强大的氢键作用，分子刚性非常强，不易加工。
为了改善聚乳酸和壳聚糖的性能，通过接枝共聚的方法将聚乳酸接枝到壳聚糖分子链上，使两者在性能上的相互改进，进而获得更优异的生物医学材料。但传统制备方法引入难以除去的有机溶剂和催化剂，反应流程复杂，接枝率低；所得到的微球粒径难以控制，且分散性差。
发明内容
本发明以EDC/NHS缩合体系为偶联剂，制备壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物，此方法操作安全、便捷，有机溶剂残留少，且产物具有更好的分散性和稳定性。
本发明解决了现有技术中壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的有机溶剂残留量多、分散性差、接枝率低等问题，提供了一种低成本、安全、便捷的制备壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物制备技术。
本发明提供了一种基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，具体技术方案如下：
S1.配置浓度为1～2％(v/v)的乙酸水溶液；称取0.5～2.5g壳聚糖溶于1％(v/v)的乙酸水溶液中，配置2～10mg/mL的壳聚糖乙酸溶液；
S2.称取0.1～0.5g分子量为10000～40000的聚乳酸微粒溶于10～20mL二氯甲烷溶剂中，将此溶液加入到40～50mL、40～50mmol/L的2-(N-吗啉代)乙磺酸缓冲液中，用乙酸调节溶液至pH＝5，再向溶液中加入质量比为1～3:1的EDC/NHS，冰浴下活化1.5～2h；
S3.将配置好的壳聚糖乙酸溶液以0.5～3滴/秒的速度加到步骤S2所述的反应体系中，室温下，搅拌反应36～60h；
S4.反应结束后，向溶液加入甲醇/NaOH溶液至溶液pH达到8～10，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水依次洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物。
优选方式下，所述步骤S1中壳聚糖乙酸溶液浓度为2mg/mL。
优选方式下，所述步骤S2中聚乳酸分子量为10000。
优选方式下，所述步骤S2中偶联剂EDC/NHS质量比例为2:1。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：(1)在共聚物微球制备过程中使用EDC/NHS缩合体系为偶联剂，克服了传统方法中引入难以除去的有机溶剂和催化剂，反应流程简单易操作，接枝率高；(2)所得到的接枝共聚物微粒在3～4μm且分散性较好，可以更好的与基体材料混合；(3)该制备方法工艺简单，操作方便、安全，适用范围广。
附图说明
图1为壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物反应原理图；
图2为壳聚糖(CS)、聚乳酸(PLLA)及壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(CS-g-PLLA)的FT-IR谱图；
图3为壳聚糖(CS)及壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(CS-g-PLLA)的XRD谱图；
图4为壳聚糖(CS)及壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物(CS-g-PLLA)的DSC谱图；
图5为壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的表面形貌电镜图。
具体实施方式
本发明利用EDC/NHS缩合体系制备了一种基于壳聚糖-聚乳酸的接枝共聚物，其反应原理如图1所示，其具体工艺步骤如下：
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置
配置浓度为1％(v/v)的乙酸水溶液；再称取适量壳聚糖于烧杯中，加入一定比例的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，加入一定量乙酸溶液定容，配置成浓度为2～10mg/mL的壳聚糖乙酸溶液；
(2)活化聚乳酸
将分子量为10000～40000的聚乳酸(EDC)与二氯甲烷按固液比1g:100mL配置成溶液；配置50mmol/L的MES缓冲溶液，将MES缓冲溶液按比例加入聚乳酸溶液中，加入比例为1～3:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h；
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水依次洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物。
下面通过几个具体实施例对本发明做进一步说明。
实例1
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置
先量取10mL冰乙酸定容1000mL，配置浓度为1％(v/v)的乙酸水溶液；再称取0.5g的壳聚糖于烧杯中，加入100mL的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，定容250mL，配置成浓度为2mg/mL的壳聚糖乙酸溶液。
(2)活化聚乳酸
称取0.2g分子量为10000的聚乳酸溶于装有20mL二氯甲烷的250mL三口烧瓶中；称取1.085g MES于烧杯中，加入50mL蒸馏水搅拌溶解，定容100mL，配置成50mmol/L的MES缓冲溶液，取40mL缓冲溶液加入三口烧瓶中，加入比例为2:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h。
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入大量的甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水分别洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物，其接枝率为60.88％。
实例2
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置
先量取10mL冰乙酸定容1000mL，配置浓度为1％(v/v)的乙酸水溶液；再称取0.5g的壳聚糖于烧杯中，加入100mL的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，定容250mL，配置成浓度为2mg/mL的壳聚糖乙酸溶液。
(2)活化聚乳酸
称取0.2g分子量为20000的聚乳酸溶于装有20mL二氯甲烷的250mL三口烧瓶中；称取1.085gMES于烧杯中，加入50mL蒸馏水搅拌溶解，定容100mL，配置成50mmol/L的MES缓冲溶液，取40mL缓冲溶液加入三口烧瓶中，加入比例为1:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h。
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入大量的甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水分别洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物，其接枝率为46.49％。
实例3
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置
先量取10mL冰乙酸定容1000mL，配置浓度为1％(v/v)的乙酸水溶液；再称取0.5g的壳聚糖于烧杯中，加入100mL的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，定容250mL，配置成浓度为2mg/mL的壳聚糖乙酸溶液。
(2)活化聚乳酸
称取0.2g分子量为40000的聚乳酸溶于装有20mL二氯甲烷的250mL三口烧瓶中；称取1.085gMES于烧杯中，加入50mL蒸馏水搅拌溶解，定容100mL，配置成50mmol/L的MES缓冲溶液，取40mL缓冲溶液加入三口烧瓶中，加入比例为3:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h。
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入大量的甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水分别洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物，其接枝率为25.57％。
实例4
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置
先量取10mL冰乙酸定容1000mL，配置浓度为1％(v/v)的乙酸水溶液；再称取0.5g的壳聚糖于烧杯中，加入100mL的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，定容250mL，配置成浓度为5mg/mL的壳聚糖乙酸溶液。
(2)活化聚乳酸
称取0.2g分子量为40000的聚乳酸溶于装有20mL二氯甲烷的250mL三口烧瓶中；称取1.085gMES于烧杯中，加入50mL蒸馏水搅拌溶解，定容100mL，配置成50mmol/L的MES缓冲溶液，取40mL缓冲溶液加入三口烧瓶中，加入比例为1:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h。
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入大量的甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水分别洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物，其接枝率为21.86％。
实例5
(1)壳聚糖乙酸溶液的配置：
先量取10mL冰乙酸定容1000mL，配置浓度为1％(v/v)的乙酸溶液；再称取2.5g的壳聚糖于烧杯中，加入100mL的乙酸溶液，60℃加热搅拌，待壳聚糖充分溶解后，冷却，定容250mL，配置成浓度为10mg/mL的壳聚糖乙酸溶液。
(2)活化聚乳酸
称取0.2g分子量为10000的聚乳酸溶于装有20mL二氯甲烷的250mL三口烧瓶中；称取1.085gMES于烧杯中，加入50mL蒸馏水搅拌溶解，定容100mL，配置成50mmol/L的MES缓冲溶液，取40mL缓冲溶液加入三口烧瓶中，加入比例为3:1的EDC/NHS，通氮气保护，冰浴活化1.5h。
(3)壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备
将配置好的壳聚糖乙酸溶液逐滴加入到上述反应体系中，室温下搅拌反应48h，反应结束后，将溶液倒入大量的甲醇/NaOH溶液中，搅拌离心析出沉淀，用甲醇、乙醇和水分别洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物，其接枝率为37.47％。
本发明利用EDC/NHS缩合体系来制备一种基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，其反应原理如图1所示。
图2对比了壳聚糖、聚乳酸及壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的红外谱图，其中，A为CS，B为PLLA；C为CS-g-PLLA。由图中可以看出，的红外光谱1650cm-1处存在酰胺Ⅰ谱带(乙酰基的C＝O伸缩振动吸收峰)和1550cm-1处存在酰胺Ⅱ谱带(N-H弯曲振动吸收峰)，且在1750cm-1处存在PLLA中羰基的伸缩振动峰，在3460cm-1处存在CS中羧基的O-H的伸缩振动峰，这些官能特征吸收峰的存在证明了PLLA的羧基与壳聚糖的氨基成功的通过酰胺键共价连接到了一起。
经X-衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)测试了壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的性能，如图3和4所示，结果显示：经过接枝后的壳聚糖-聚乳酸共聚物降低了结晶性，并提高了热稳定性。图5为接枝共聚物的扫描电镜形貌图，由图可以看出，共聚物微粒具有光滑的表面和良好的球面形状，可用于载药微粒的载体材料。
表1为调节壳聚糖浓度、聚乳酸分子量及EDC/NHS比例后，产物接枝率的数据，从表中可知，当壳聚糖浓度为2mg/mL、聚乳酸分子量为10000、EDC/NHS比例为2:1时，接枝率最大，可达到60.88％。
表1
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，包括：
S1.称取0.5～2.5g壳聚糖溶于体积浓度为1～2％的乙酸水溶液中，配置2～10mg/mL的壳聚糖乙酸溶液；
S2.称取0.1～0.5g分子量为10000～40000的聚乳酸微粒溶于10～20mL二氯甲烷溶剂中，将此溶液加入到40～50mL、40～50mmol/L的2-(N-吗啉代)乙磺酸缓冲液中，用乙酸调节溶液至pH＝5，再向溶液中加入质量比为1～3:1的偶联剂EDC/NHS，冰浴下活化1.5～2h；
S3.将配置好的壳聚糖乙酸溶液以0.5～3滴/秒的速度加到步骤S2所述的反应体系中，室温下，搅拌反应36～60h；
S4.反应结束后，向反应溶液中加入甲醇/NaOH溶液至溶液pH达到8～10，搅拌离心，析出沉淀，用甲醇、乙醇和水依次洗涤沉淀物，冷冻干燥制得产物。
2.根据权利要求1所述基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤S1壳聚糖乙酸溶液浓度为2mg/mL。
3.根据权利要求1所述基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中聚乳酸分子量为10000。
4.根据权利要求1所述基于壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中偶联剂EDC/NHS质量比例为2:1。
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