CN111484613A - 一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法和应用 - Google Patents

一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法和应用,该非异氰酸酯聚氨酯通过大豆油环碳酸酯与甲氧基聚乙二醇胺反应制备得到,可替代传统聚氨酯应用在生物医用材料。利用本发明非异氰酸酯聚氨酯制备纳米胶束载体,该纳米胶束载体没有剧毒异氰酸酯的残留,具有良好的生物降解性和血液相容性和较好的缓释效果。可以应用于药用缓释材料。

Description

一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用材料领域,涉及非异氰酸酯聚氨酯的制备,具体为具有良好的生物和血液相容性的温敏性非异氰酸酯聚氨酯及其制备方法和应用。
背景技术
纳米胶束主要由两亲性聚合物通过分子间氢键作用、范德华力和静电作用等自组装成核-壳结构,是目前给药系统研究热点的载体之一。其中,疏水性嵌段自组装成胶束内核,用来封埋药物、蛋白质、DNA等,提高药物的溶解性、稳定性、生物利用度和缓释效果;亲水性嵌段是胶束的外壳,主要保护疏水内核,并且减少蛋白的吸附。
聚氨酯因为良好的力学性能,生物相容性,化学稳定性和抗老化性并且品种丰富,高自由度的分子结构设计等特点具有非常广泛的应用。进几年,聚氨酯由于其微相分离结构,具有良好的生物相容性和血液相容性,在生物医学领域其应用广泛。合成聚氨酯的关键原料是高毒性和湿敏性异氰酸酯。制备异氰酸酯的原料同样是剧毒物质光气,可致命,这给人类的健康和环境带来极大的危害。长期接触异氰酸酯类物质会带来严重的健康风险,如哮喘、皮炎、合并症和急性中毒等。而且聚氨酯中残留的异氰酸酯有导致肿瘤的可能,威胁人的生命。
随着“绿色化学”的提倡和医用材料对降低不良生物反应要求的提高,制备高生物相容性的可替代聚氨酯材料的非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)成为了现阶段的研究热点,而且NIPU逐步代替传统聚氨酯是聚氨酯行业未来发展的必然趋势。环碳酸酯和胺的逐步加成聚合制备NIPU是现阶段的关注热点。该路线使用无毒无害的环碳酸酯,避免使用剧毒的异氰酸酯和光气,而且对水也不敏感。此外,环碳酸酯和胺反应不会释放任何挥发性有机化合物。由于在该聚合物链上存在伯羟基或者仲羟基,这种聚合物也被称为聚(羟基氨基甲酸酯)PHU,PHU成为新一代的环保型聚氨酯。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有良好的生物和血液相容性的温敏性非异氰酸酯聚氨酯材料,采用使用生物质环氧大豆油制备,该非异氰酸酯聚氨酯解决了异氰酸酯残留的问题。
本发明的另一目的在于提供该非异氰酸酯聚氨酯生物医用材料中的应用,利用该非异氰酸酯聚氨酯材料制备纳米胶束载体,其良好的生物降解性、血液相容性,作为纳米胶束载体在药用缓释材料上有良好的应用前景。
本发明的另一目的提供了非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体的制备方法。
为了达到上述技术目的,本发明具体通过以下技术方案:
一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯,其结构通式如下:
Figure BDA0002531726270000021
其中,R选自-C60H106O15或-C59H108O12
R'选自
Figure BDA0002531726270000031
n=8~45。
在本发明的另一方面,提供了上述非异氰酸酯聚氨酯的制备方法,包括以下步骤:
1)将环氧大豆油和催化剂溴化钾和4-二甲氨基吡啶加入到高压釜中,通入二氧化碳,在3-4Mpa、120-130℃条件下反应,洗涤后收集有机相去除溶剂,得到大豆油环碳酸酯;
2)将大豆油环碳酸酯和甲氧基聚乙二醇胺在100℃反应,提取产物。
所述的溴化钾和4-二甲氨基吡啶分别占反应原料总重量的2.5%和2.5%。
所述的大豆油环碳酸酯与甲氧基聚乙二醇胺的摩尔比为1:3~1:4。
所述的甲氧基聚乙二醇酯的分子量为400~2000。
所述的提取产物采用索氏提取器提取,提取液为乙醇。
在本发明的另一方面,提供了上述非异氰酸酯聚氨酯在作为生物医用材料中的应用。
优选的,所述的非异氰酸酯聚氨酯用于制备医用纳米胶束载体,用于药用缓释材料载体。
在本发明的另一方面,提供了上述纳米胶束载体的制备方法,将非异氰酸酯聚氨酯聚合物和模型药物溶于溶剂中,待全部溶解后将溶液转至相应的截留分子量的透析袋中,在去离子水中透析去除溶剂。
所述的溶剂选自四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或乙醇中的一种。
在本发明的另一方面,上述制备方法制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体也在本发明的保护范围之内。
本发明的有益效果为:
1)采用可生物降解和无毒植物油作为非异氰酸酯聚氨酯的基材,大豆油环碳酸酯与具有生物相容性良好的甲氧基聚乙二醇胺反应制备了温敏性的非异氰酸酯聚氨酯,不使用毒性大的异氰酸酯,而且产物不会残留异氰酸酯。
2)本分明中植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体,具有生物降解性、良好的生物和血液相容性;该纳米胶束载体包裹木犀草素和千层纸素等这类药物具有明显的缓释作用。
3)本分明采用经济的、可再生资源环氧大豆油作为基材,和温室气体二氧化碳加压反应生成大豆油环碳酸酯。该反应条件温和、成本经济。
附图说明
图1是本发明实施例1中环碳大豆油的红外光谱图;
图2是本发明实施例1中非异氰酸酯聚氨酯的共振光散射谱图随温度的变化;
图3是本发明实施例1中非异氰酸酯聚氨酯溶液在400nm处的共振光散射强度(I400)随温度的变化;
图4是本发明实施例4中不同浓度的非异氰酸酯聚氨酯对L929细胞的相对存活率;
图5是本发明实施例5中不同浓度的非异氰酸酯聚氨酯的溶血率;
图6是本发明实施例6的制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹木犀草素在磷酸缓冲液中的累计释放量;
图7是本发明实施例8的制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹木犀草素在磷酸缓冲液中的累计释放量。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例,对本发明技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1非异氰酸酯聚氨酯的制备
本实施例提供了一种非异氰酸酯聚氨酯的制备方法,具体内容如下:
1)将100g的环氧大豆油、2.5g溴化钾和2.5g 4-二甲氨基吡啶加入到高压釜中,密闭反应釜,开启搅拌与冷凝装置,以CO2气体置换3次,以20ml/min的流量通入CO2,压力保持在4Mpa,温度在120℃条件下,反应6小时。100g粗产品用250ml的乙酸乙酯溶解加热,以热水洗涤3次,收集有机相并减压蒸除溶剂和水,得到产物环碳大豆油。
2)将110g的环碳大豆油和160g的甲氧基聚乙二醇胺(分子量为400)在100℃反应24h。非异氰酸酯聚氨酯产物放入截留分子量为2000的透析袋中,提取液是乙醇,用索氏提取器提取48h。
如图1制备的环碳大豆油的红外光谱图所示,环氧的特征峰810cm-1和821cm-1消失,而碳酸酯的特征峰1810cm-1出现在环碳大豆油的谱图上,由此可见,环氧大豆油合成了环碳大豆油。
如图2所制备的非异氰酸酯聚氨酯的共振光散射谱图随着温度的变化,1%的非异氰酸酯聚氨酯溶液的最大散射强度对应的波长λmax位于400nm处,标记为I400。随着温度的升高,I400增强,是因为非异氰酸酯聚氨酯浓度的体积增大,也就是随着温度的升高,聚乙二醇链段脱水,导致非异氰酸酯聚氨酯在水中的溶解度变差,而导致聚集,从而体积增大。体现了非异氰酸酯聚氨酯的温敏性。
如图3所示,制备非异氰酸酯聚氨酯溶液在400nm处的共振光散射强度(I400)随温度的变化,根据图2,在低温,I400没有变化,一直到温度升高到33℃时,I400增强。由此可看出,非异氰酸酯聚氨酯具有温敏性。
实施例2
一种温敏性的非异氰酸酯聚氨酯的制备方法,与实施例1的方法基本相同,区别在于:在步骤(2)中,甲氧基聚乙二醇胺(分子量为400)的用量为120g。其余步骤相同。
实施例3
一种温敏性的非异氰酸酯聚氨酯的制备方法,与实施例1的方法基本相同,区别在于:在步骤(2)中,甲氧基聚乙二醇的分子量为2000,而且甲氧基聚乙二醇(分子量2000)的用量为800g。所用的透析袋的截留分子量为5000。其余步骤相同。
实施例4体外毒性测试
以实施例1制备得到的非异氰酸酯聚氨酯进行体外毒性测试。小鼠成纤维细胞(L929)接种在含10%(体积分数)胎牛血清培养基的培养瓶中,在37℃、5%CO2及饱和湿度条件下培养箱中常规培养。取处于生长期、生长状态良好的L929细胞,配成细胞密度为5×105细胞/孔的细胞悬浮液,接种在96孔板,每组设6个复孔。培养24h后,加入浓度依次为0.5、1和2mg/mL的非异氰酸酯聚氨酯。分别在37℃、5%CO2及饱和湿度条件下培养24、48和72h后,吸去上清液后,用缓冲液清洗两次,每孔加5mg/mL的MTT溶液,再培养4h后,每孔加150μL的DMSO,在微量振荡器上振荡混匀5min,使甲瓒溶解。MMT的吸收在波长570nm酶标仪检测,平行测试3次取平均值,计算细胞相对增殖率。
结果如图4所示,本发明所制备的非异氰酸酯聚氨酯对L929细胞的相对存活率在培养24h、48h和72h,该非异氰酸酯聚氨酯浓度为0.25和0.5g/L时,培养24h、48h和72h对L929细胞均无明显细胞毒性,但随着非异氰酸酯聚氨酯浓度增加,细胞存活率逐渐降低,即细胞毒性均逐渐增强,当非异氰酸酯聚氨酯浓度增加至2g/L时,培养24h、48h和72h时细胞存活率仍全部保持在75%以上,可见该非异氰酸酯聚氨酯的生物相容性良好。
实施例5溶血率测试
1)兔子自心脏抽取血液5ml,加入0.2ml抗凝剂EDTA,用PBS洗涤、离心(1500r·min-1离心15min),除去表面的白细胞,至上清液不显红色,弃上清液后,即得沉淀的红细胞再用PBS同上法洗涤3次,上清液不显红色,取4ml再加入200ml的PBS液稀释,配成2%的红细胞悬液供试验用,用时摇匀。
2)将材料用PBS溶液调整浓度为0.5,1和2mg/mL。分别取2ml溶液置于试管中作为实验组,2ml生理盐水作为阴性对照组,2mL新鲜蒸馏水作为阳性对照组。上述各管摇匀后置于37℃恒温水浴箱中30min。然后各管中分别加入2%兔子红细胞混悬液2mL,轻轻摇匀后,置于37℃水浴24h,取出,离心5min(2500r/min)。上清液取出后于540nm波长测试各管的吸收值。每组设3个重复。计算相应的溶血率。
结果如图5所示,为本发明所制备的非异氰酸酯聚氨酯溶血率图,该非异氰酸酯聚氨酯浓度增加到2g/L,溶血率只有3%,溶血率小于5%说明了该物质具有良好的血液相容性。
实施例6
将80mg大豆油非异氰酸酯聚氨酯聚合物(单甲醚聚乙二醇胺的分子量为400)和20mg模型药物木犀草素溶于四氢呋喃和二甲基甲酰胺的混合溶剂中,待全部溶解后将溶液转至截留分子量为1500Da的透析袋中,在去离子水中透析48小时,每4h换一次水来去除混合溶剂。
实施例7
一种植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体的制备方法,与实施例6的方法基本相同,区别在于:甲氧基聚乙二醇胺(分子量为2000)的用量为75g,其余步骤相同。
实施例8
一种植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体的制备方法,与实施例1的方法基本相同,区别在于:亚麻油基非异氰酸酯聚氨酯聚合物80mg,包裹药物选用20mg的千层纸素其余步骤相同。
实施例9体外释放测试
对实施例6制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体进行体外释放测试:
用分析天平称取50mg的上述制备的载药胶束溶液,置于截留分子量为1500Da的透析袋中,透析袋密封浸入pH 7.4磷酸缓冲溶液中,置于恒温摇床,参数设置为37℃,速度为150次/min,在预设的时间点取样5mL,补加同体积的磷酸缓冲液。取出的样品经0.22μm滤膜过滤,采用UV-1800紫外可见分光光度计测定释放介质在255nm时的吸光度,并且计算药物累计释放量。
结果如图6所示,为本发明制备的植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹木犀草素在磷酸缓冲液中的累计释放量,在pH为7.4的磷酸缓冲液中,植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体在释药初期(0~6h)释药较快,累计释放量已在达到55%,此后,达到药物最大释放量88%的时间是9h。与原料药相比,本发明提供的植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹木犀草素具有明显的缓释特征。
对实施例8制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体进行体外释放测试,采用UV-1800紫外可见分光光度计测定释放介质在275nm时的吸光度,其余步骤相同。结果如图7所示,为制备的植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹千层纸素在磷酸缓冲液中的累计释放量,在pH为7.4的磷酸缓冲液中,植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体达到药物最大释放量90%的时间是12h。与原料药相比,本发明提供的植物油基非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体包裹千层纸素具有明显的缓释特征。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种温敏性非异氰酸酯聚氨酯,其特征在于,其结构通式如下:
Figure FDA0002531726260000011
其中,R选自-C60H106O15或-C59H108O12
R'选自
Figure FDA0002531726260000012
n=8~45。
2.权利要求1所述的非异氰酸酯聚氨酯的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将环氧大豆油和催化剂溴化钾和4-二甲氨基吡啶加入到高压釜中,通入二氧化碳,在3-4Mpa、120-130℃条件下反应,洗涤后收集有机相去除溶剂,得到大豆油环碳酸酯;
2)将大豆油环碳酸酯和甲氧基聚乙二醇胺在100℃反应,提取产物。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述的溴化钾和4-二甲氨基吡啶分别占反应原料总重量的2.5%和2.5%。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述的大豆油环碳酸酯与甲氧基聚乙二醇胺的摩尔比为1:3~1:4。
5.权利要求1所述的非异氰酸酯聚氨酯在作为生物医用材料中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述的非异氰酸酯聚氨酯用于制备医用纳米胶束载体。
7.权利要求6所述的纳米胶束载体的制备方法,其特征在于,将权利要求1所述非异氰酸酯聚氨酯聚合物和模型药物溶于溶剂中,待全部溶解后将溶液转至相应的截留分子量的透析袋中,在去离子水中透析去除溶剂。
8.根据权利要求7的制备方法,其特征在于,所述的溶剂选自四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或乙醇中的一种。
9.权利要求7所述的制备方法制备得到的非异氰酸酯聚氨酯纳米胶束载体。
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