一种美拉德产物改性聚己内酯在离子液体中的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种美拉德产物改性聚己内酯在离子液体中的合成方法，属于聚己内酯改性技术领域。本发明专利技术方法是将含有伯羟基的小分子还原糖的溶液和胶原蛋白缓冲溶液混合，冷冻干燥得到混合物，然后将混合物分散于离子液体中，于60～150℃下反应；反应完毕后，降温至100℃以下，加入己内酯单体和脂肪酶，以美拉德产物为引发剂，在脂肪酶的催化下进行开环聚合反应，得到美拉德产物改性聚己内酯。本发明专利技术方法在离子液体中合成了美拉德产物并采用脂肪酶催化合成改性聚己内酯，具有反应条件温和，无金属离子残留等优点。

Method for synthesizing modified poly (caprolactone) in ionic liquid by Maillard product

The invention discloses a synthesis method of a Maillard product modified polycaprolactone in an ionic liquid, belonging to the technical field of polycaprolactone modification. The method of the invention is a small molecule containing primary hydroxyl reducing sugar solution and collagen buffer solution mixing, freeze-drying to obtain mixture, then the mixture is dispersed in an ionic liquid, from 60 to 150 DEG C reaction; after the reaction, cooled to 100 DEG C, adding caprolactone monomer and lipase in Maillard reaction products as the initiator for ring opening polymerization in the presence of lipase, by Maillard reaction products of modified polycaprolactone. The method of synthesizing the Maillard product in an ionic liquid and synthesizing lipase modified by lipase catalyzed by the invention has the advantages of mild reaction condition, no residual of metal ions, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种美拉德产物改性聚己内酯在离子液体中的合成方法
本专利技术涉及一种美拉德产物改性聚己内酯在离子液体中的合成方法，属于聚己内酯改性

技术介绍
聚己内酯是一种重要的医用生物可降解材料，它被广泛用作手术缝线、药物缓释材料以及医用支架材料。但是作为医用材料，聚己内酯存在疏水性过强的缺陷，这会导致聚己内酯与细胞培养基不易浸润，细胞在其表面的粘附生长比较困难，久而久之会出现异物反应等生物不相容性反应，引发无菌性炎症。因此，为了提高聚己内酯的细胞相容性，有必要对其进行改性。已有一些报道，利用几丁质、壳聚糖、羟乙基纤维素以及淀粉等基团在脂肪酶或者其他无机金属催化剂的催化下引入到聚己内酯末端，实现了聚己内酯的功能改性。与普通的多糖类物质相比，蛋白是动物体中普遍存在的一种大分子蛋白质，其细胞相容性更好，因此，若能将蛋白引入聚己内酯组织材料中，对提高其细胞亲和性和生物相容性更有利。但是没有人能够采用脂肪酶催化方法合成蛋白类改性的聚己内酯，这是因为蛋白本身缺乏足够的脂肪酶催化位点，因此采用酶法催化无法直接实现其官能化改性，如果采用金属离子催化，则由于其高温条件限制，蛋白在催化过程中会发生变性，失去改性意义。美拉德产物是还原糖末端羰基和蛋白质上的氨基在简单加热条件下形成的一种蛋白质-糖共价复合物。由于在蛋白质分子中引入了糖链，所以经过美拉德反应后，蛋白质的性质，如：溶解性、乳化性、起泡性、热稳定性等，都较改性之前有了很大改善。目前针对美拉德反应的研究主要应用于食品领域，这是因为美拉德反应主要发生在食品的加工过程中，美拉德反应对食品香味、色泽、蛋白的溶解/乳化及食品的保鲜均有重要影响。此外，最新研究显示美拉德产物还具有特殊的抗氧化性能以及抗菌性能，因此将美拉德产物用作抗氧化剂以及其他添加剂的研究也逐渐得到重视，最近有研究显示身体内的美拉德反应对人体健康也有重要影响，但是将其应用于聚己内酯改性目前尚未有人研究。在美拉德产物合成方面，现有方法主要分为湿法和干法，其中湿法只适合于糖和蛋白均溶于水的情况，其反应速度较慢，往往需要几十个小时以上；干法主要采用粉末状物质混合后进行加热，该法反应非常迅速，反应过程剧烈，基本无法有效控制，产物性能较差。最近，有研究者公开了一种壳聚糖-木聚糖美拉德反应产物及其制备方法和应用(CN103304682A)在该专利技术中，研究者利用了离子液体作为溶剂来进行美拉德反应，但是这种方法仍然是属于湿法的范畴，只能对于溶解于氯代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体中的物质有用，而且该离子液体对蛋白类物质的溶解程度有限，所以这种应用是受限的。在现有的聚己内酯改性方法中，利用生物合成技术将天然高分子与聚己内酯进行酶催化接枝共聚是比较有吸引力的一种绿色改性方法。在此过程中，酶必须在无水环境中进行催化，但是传统的非水相体系多以有毒溶剂为主，对酶活以及稳定性都有负面影响，很大程度上限制了该方法的应用。近年来，随着离子液体这一新型绿色溶剂的发展，该问题有望得到解决。很多研究显示，离子液体是脂肪酶催化合成的理想介质。大部分脂肪酶在离子液体中的稳定性和选择性都有增加，产物的转化率也相当有吸引力。现有的离子液体中聚己内酯的改性研究主要集中于利用离子液体的强溶解能力对淀粉、纤维素或者壳聚糖等天然产物进行溶解后，得到均相接枝物，然后再利用传统的无机金属离子催化剂做引发剂来实现己内酯的开环聚合，最终实现聚己内酯末端官能化改性。例如：刘继延以1-丁基-3-甲基咪唑溴离子液体作为淀粉和己内酯的共溶剂，在异辛酸亚锡的催化下合成了生物可降解的淀粉/聚己内酯接枝共聚物，但是该产物分子量较低，因此可以溶于水。黄清采用室温离子液体氯代1-丁基-3-甲基咪唑作为魔芋葡甘聚糖的溶剂，以辛酸亚锡作为催化剂成功在魔芋葡甘聚糖表面接枝了聚己内酯长链；ZhaodongWang在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中采用异辛酸亚锡催化合成了壳聚糖/聚己内酯接枝共聚物。这些研究在本质上仍然是传统的无机金属催化开环聚合，离子液体在其中仅扮演了溶剂的角色。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了在离子液体中直接酶法合成一种胶原蛋白改性聚己内酯的方法，通过在聚己内酯材料中引入细胞识别性较好的胶原蛋白大分子，提高聚己内酯材料的细胞亲和性与功能性。由于胶原蛋白分子中缺乏适于脂肪酶催化的伯羟基位点，无法直接以其作为引发剂对己内酯进行酶法开环聚合。为此，本专利技术通过美拉德反应将含有伯羟基的小分子还原糖接枝到胶原蛋白上，提升蛋白上的伯羟基数目，得到适于脂肪酶催化的美拉德产物，再以此为引发剂，借助于脂肪酶催化己内酯单体进行开环聚合反应，最终得到美拉德产物改性聚己内酯。该法避免了传统金属催化剂开环聚合时高温对蛋白质的破坏及其金属离子残留问题，而且引入的美拉德产物是一种糖蛋白，其生物相容性更好，该产物有助于提高聚己内酯的生物相容性。本专利技术方法还具有高效、选择性好、作用条件温和以及环境友好等特点。本专利技术的在离子液体中合成美拉德产物改性聚己内酯的方法，所述方法是将含有伯羟基的小分子还原糖的溶液和胶原蛋白缓冲溶液混合，冷冻干燥得到混合物，然后将混合物分散于离子液体中，于60～150℃下反应；反应完毕后，降温至100℃以下，加入己内酯单体和脂肪酶，在脂肪酶的催化下进行开环聚合反应，得到美拉德产物改性聚己内酯。在本专利技术的一种实施方式中，所述含有伯羟基的小分子还原糖为葡萄糖、半乳糖、乳糖等中的任意一种或者多种。在本专利技术的一种实施方式中，所述糖和胶原蛋白的质量比为1:1～1:3。在本专利技术的一种实施方式中，所述分散是将混合物按照质量分数0.1％～5％的比例分散于离子液体中。在本专利技术的一种实施方式中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或者1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。在本专利技术的一种实施方式中，所述的离子液体与己内酯单体之间的质量比为0.1～10。在本专利技术的一种实施方式中，所述60～150℃下反应的时间为5～240分钟。在本专利技术的一种实施方式中，所述降温是降温至60～100℃以下。在本专利技术的一种实施方式中，所述脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B或者猪胰脂肪酶。在本专利技术的一种实施方式中，所述脂肪酶添加量为己内酯单体质量的0.1％～10％。在本专利技术的一种实施方式中，所述脂肪酶的酶活为3000U/g。在本专利技术的一种实施方式中，所述开环聚合反应是在温度为60～100℃下振荡反应1～144小时。在本专利技术的一种实施方式中，所述制备方法还包括，在开环聚合反应完毕后向反应混合物中加入二氯甲烷，使目标产物完全溶解，过滤，再向滤液中加入适当体积的-20℃～-4℃冷甲醇，于-20℃～-4℃环境中静置一段时间，再过滤，得到粗产物；以丙酮为溶剂抽提上述粗产物，得到美拉德产物改性聚己内酯。在本专利技术的一种实施方式中，本专利技术的方法具体是：(1)分别配制1％质量分数的乳糖溶液和胶原蛋白磷酸盐缓冲液(pH＝7.8)，按照体积比1:3比例混合均匀，-20℃冷冻干燥48小时后，将该混合物按照质量分数0.1％～5％的比例分散于离子液体中，之后将离子液体温度升至60～150℃，反应5～240分钟；(2)反应完毕后，将上述离子液体温度降至60℃，分别加入ε-己内酯单体和脂肪酶，通氮气密封后将其置于温度为60～100℃恒温振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性聚己内酯的方法，其特征在于，所述方法是将含有伯羟基的小分子还原糖的溶液和胶原蛋白缓冲溶液混合，冷冻干燥得到混合物，然后将混合物分散于离子液体中，于60～150℃下反应得到美拉德产物；反应完毕后，降温至100℃以下，加入己内酯单体和脂肪酶，在脂肪酶的催化下进行开环聚合反应，得到美拉德产物改性聚己内酯。

【技术特征摘要】
1.一种改性聚己内酯的方法，其特征在于，所述方法是将含有伯羟基的小分子还原糖的溶液和胶原蛋白缓冲溶液混合，冷冻干燥得到混合物，然后将混合物分散于离子液体中，于60～150℃下反应得到美拉德产物；反应完毕后，降温至100℃以下，加入己内酯单体和脂肪酶，在脂肪酶的催化下进行开环聚合反应，得到美拉德产物改性聚己内酯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含有伯羟基的小分子还原糖为以下任意一种或者多种：葡萄糖、半乳糖、乳糖。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或者1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散是将混合物按照质量分数0.1％～5％的比例分散于离子液体中；所述的离子液体与己内酯单体之间的质量比为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：袁久刚，王平，王强，范雪荣，申璇，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32