一种蚕丝蛋白与聚Ｌ－乳酸的共聚物及其固相聚合制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种蚕丝蛋白与聚Ｌ－乳酸的共聚物，该共聚物具有如上结构，其分子量为５０００～２０００００，蚕丝蛋白链段与聚Ｌ－乳酸链段的质量比为１／９９～９９／１。本发明专利技术还公开了上述共聚物的固相聚合制备方法及其在生物医用材料中的应用。本发明专利技术采用直接聚合方法，本体熔融／固相聚合制备蚕丝蛋白与聚Ｌ－乳酸的共聚物，在合成工艺中未使用溶剂，因而工艺简单，产品成本低，且生产周期短、无污染。本发明专利技术可以制备不同数均分子量的蚕丝蛋白和Ｌ－聚乳酸共聚物，分子量为５０００～２０００００。通过本发明专利技术制备的蚕丝蛋白与聚Ｌ－乳酸的共聚物，可以改善聚乳酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物及 其制备方法和应用。
技术介绍
聚乳酸(PLA)是一种生物相容性很好的可生物降解吸收高分子材料，具有生物相 容性好、降解的产物可参与人体的新陈代谢、毒性低等优点，已经被广泛应用于组织工 程及其他生物医药领域。但是聚乳酸也存在性能缺陷，如脆性较大、力学强度较低和降 解周期难于控制等。此外，PLA是疏水性的高分子，对细胞的粘附性较差。纯聚乳酸 作为组织工程材料植入生物体后会引起一些温和的炎症反应，因此必须对聚乳酸材料进 行改性。因此，为了提高聚乳酸材料在生物体内的相容性和细胞亲和性，常采用的改性 方法包括共聚改性法、等离子体表面处理、表面修饰法等。共聚是聚乳酸重要的分子工 程方式，通过与其他单体或低聚物的共聚可改变材料的亲水性、结晶性等，聚合物的降 解速度可根据共聚物的分子量及共聚单体或低聚物种类及配比等加以控制，从而实现聚 乳酸材料一在组织工程方面的广泛应用。聚乳酸的共聚改性工艺路线包括丙交酯/共聚单体的开环聚合和乳酸/共聚单体的 共縮聚两种。丙交酯或乳酸与亲水性的单体或聚合物如聚乙二醇、氨基酸、聚肽和多糖 类等共聚，在疏水的聚乳酸链段中引入亲水的聚合物链段，可以提高材料的生物相容性， 调节其降解速率。聚氨基酸具有多个活性官能团，可以固定生物活性分子，如蛋白质、糖类、多肽等， 其支链可以与小肽、药物或交联剂等连接，促进细胞的粘附和生长。聚氨基酸本身也具 有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解产物氨基酸对人体无毒害作用。将聚氨基 酸链段引入聚乳酸，可以综合两类聚合物的优良性能，达到改性聚乳酸材料的目的。乳 酸-氨基酸共聚物具有无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等多种类型。 氨基酸链段的引入可降低聚乳酸的结晶度、调节降解性能、提高亲水性。共聚物侧链的 反应活性官能团可以吸附蛋白质、糖类、多肽等，使整个共聚物大分子链获得特定的氨 基酸顺序以便细胞识别，从而有效固定生物活性因子，提高聚乳酸与细胞的亲和性。乳酸与氨基酸共聚物一般通过丙交酯与氨基酸环状衍生物的开环共聚来制备，其中 乳酸/赖氨酸体系的共聚研究最多。Barrera等则先合成出含有乳酸结构单元和氨基被保 护的赖氨酸单元的环状二聚体，再与丙交酯一起阳离子开环共聚合得到含赖氨酸单元2.6%的乳酸/赖氨酸共聚物。该共聚物的氨基可偶联短肽，赋予它更好的生物活性，能 有效提高其对细胞的黏附力(J.Am.Chem. Soc., 2004， 115(23):11010-11011 )。 Jin等先合 成了氨基被保护的丝氨酸单元的环状二聚体，然后与丙交酯反应，合成了含丝氨酸2% 的乳酸与丝氨酸的共聚物(Polymer,1998,39(21):5155-5162)。 Elisseeff和Kimura等通过 设计新环而制备出乳酸与甘氨酸、赖氨酸的交替共聚物，这些材料是细胞培养及组织工 程的良好载体。共聚物中氨基酸含量对其性能有显著影响，其玻璃化温度、熔点、结晶 度均低于聚L-乳酸(PLLA)，而其降解速度略快于PLLA。共聚物中氨基酸含量越高， 降解速度越快。通过改变共聚物中氨基酸含量可实现聚乳酸类材料的降解速度的可调控 性(Elisseeff， Macromolecules，1997,30(7):2182 2184。 Kimura， Macromolecules, 2006， 21(11):3338 3340)。中国专利ZL03135454.8公开了一种聚乳酸-氨基酸酯共混物及其制 备方法，采用溶液共混法改性聚乳酸，获得聚乳酸/氨基酸酯的共混物，该共混物材料有 很好的生物相容性和界面相容性，可作为组织支架材料。但是氨基酸的制备与聚合成本 高，工艺复杂，且共聚物中氨基酸链段的含量较低，影响了材料性能的改善。蚕丝素蛋白(SF)是一种天然氨基酸共聚物，具有优良的机械性能和生物相容性。 蚕丝素蛋白中含有18种氨基酸，其中甘氨酸(36%)、丙氨酸(28%)、丝氨酸(14%)和酪氨 酸(10%)含量较多。蚕丝蛋白的一些氨基酸广泛存在于人和脊椎动物的组织中，对人体 细胞具有亲和性。蚕丝蛋白可以根据不同的研究目的和制备条件被制作为纤维、粉末、 凝胶、丝肽粉及丝素膜等多种形式，可用作化妆品基材、食品添加剂和医药原料等。近 年来，蚕丝素蛋白的凝胶和多孔性材料己经被开发作为药物释放载体、三维细胞培养基、 人造皮肤、抗凝血材料及透析膜等，但再生丝蛋白材料尚存在机械性能和降解速度难以 控制的问题。而且纯丝素膜溶失率很高，不能直接使用，不溶化处理后，强度较大，但 伸长很小，Tg超过20(TC，膜又硬又脆，很难在生物体内使用，所以必需经过改性以后 才可以作为医用材料使用。在改善提高丝素膜的性能方面，主要是采用与其他聚合物共 混的方法来实现，如采用聚酰胺、聚乙二醇、聚L-丙氨酸、聚丙烯酸、海藻酸钠、纤维 素共混膜、壳聚糖等聚合物共混改性蚕丝素蛋白。国内已有将蚕丝蛋白和聚乳酸进行混合，制备细胞黏附性优良、降解性能良好的生 物医用材料的研究报导。陈建勇、张加忠等用聚L-乳酸对丝素膜进行改性，共混合膜的 力学性能明显提高，透汽性也有所提高，但透湿性略有下降(化工学报，2008, 3(59): 773 777;功能材料,2007,12(38): 2048 2051)。周燕、刘扬等利用蚕丝蛋白溶液和聚乳酸溶 液充分混合制得共混膜。改变蚕丝素蛋白的结构性能作用，制备生物降解膜(丝绸月刊， 2007, 4: 16 18)。聚乳酸作为生物降解材料，具有优良的性能。蚕丝蛋白可以进行酸或碱催化水解，生成较小分子量的蚕丝蛋白。通过控制丝素溶液的浓度、水解时间、温度等可获得所需 分子量的水溶性的蚕丝素蛋白(SF)。丝肽所含的氨基酸的NH2和COOH端基可以与聚 乳酸的OH和COOH端基进行共縮聚反应。因此，在综合考虑蚕丝蛋白和聚乳酸这两种 材料性能的基础上，进行仿生设计，蚕丝蛋白可以作为亲水性基团，与聚乳酸进行共聚 合成嵌段共聚物。该共聚物具有两亲性，可以作为聚乳酸自组装材料，提高PLA材料 的细胞相容性。但这方面目前国内外尚无研究报导。目前，由乳酸与其他小分子单体(如乙醇酸)出发合成聚乳酸类生物可降解材料的直 接縮聚法己经有了显著进步，分子量高的可达数十万，合成工艺简单，而且获得的材料 具有实用价值。我国石油资源的严重匮乏已经制约着经济的发展，而我国具有丰富的乳酸类的生物 资源，可以替代石化产品。同时，我国是世界上蚕丝大国，生产中的废丝和下脚茧可以 制备蚕丝蛋白肽链。蚕丝蛋白/聚乳酸改性材料在生物医用材料、纺织材料、塑料和涂料 等领域都具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，以改善聚乳 酸材料的亲水性、生物相容性、细胞亲和性，控制材料的降解速度。 本专利技术还要解决的技术问题是提供上述共聚物的制备方法。 本专利技术还要解决的另一技术问题是提供上述共聚物的应用。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下 一种蚕丝蛋白与聚L-乳酸的共聚物，该共聚物具有如下结构h+o<!:h—c( j<hn-(!;h-cohhn-^;h-cO"HN"(!:h-co^ oh其中，聚L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚕丝蛋白与聚Ｌ－乳酸的共聚物，其特征在于该共聚物具有如下结构：　Ｈ－（－Ｏ＊Ｈ－ＣＯ－）↓［ｙ］－（－ＨＮ－＊Ｈ－ＣＯ－ＨＮ－＊Ｈ－ＣＯ－ＨＮ－＊Ｈ－ＣＯ－）↓［ｘ］－ＯＨ，　其中，Ｘ为１～２０００间的整数，Ｙ为１～２０００间的整数，Ｒ为：Ｈ、－ＣＨ↓［３］、－ＣＨ↓［２］ＯＨ、－ＣＨ↓［２］ＳＨ、－ＣＨ（ＨＯ）ＣＨ↓［３］、－ＣＨ（ＣＨ↓［３］）↓［２］、－ＣＨ↓［２］ＣＨ（ＣＨ↓［３］）↓［２］、－ＣＨ（ＣＨ↓［３］）ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［３］、－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＳＣＨ↓［３］、－ＣＨ↓［２］ＣＯＯＨ、－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＯＮＨ↓［２］、－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨ↓［２］、－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨ↓［２］、－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨ＊ＮＨ↓［２］　－ＣＨ↓［２］－＊　－ＣＨ↓［２］＊＊＊　－ＣＨ↓［２］－＊　－ＣＨ↓［２］－＊－ＯＨ　中的任意一种；　该共聚物分子量为５０００～２０００００，蚕丝蛋白链段与聚Ｌ－乳酸链段的质量比为１／９９～９９／１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高勤卫，李明子，周壮丽，吴国成，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]