聚乙二醇改性聚乳酸类材料的合成及应用

综述合成树脂及憋料，2003.20(6):58CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS聚乙二醇改性聚乳酸类材料的合成及应用*汪朝阳1.2赵耀明“(1.华南理工大学材料学院,广州，510640; 2. 华南师范大学化学系,广州, 510631)摘要:介绍了丙交酯与环氧乙烷开环共秦合.丙交酯与秦乙二醇(PEC)开环共聚合.以及在其基础t的扩链3种主要的聚乙二醇改性秦乳酸(PELA)合成方法,井慨括了各种PELA合成材料的性能与应用。为了得到功能化和亲水性理想的聚乳酸类生物降解商分子,聚乳酸树脂的PEG改性合成工作越来越引人注目。以PEC、乳酸等为原料,通过简单易行的直接聚合法合成PELA类材料,降低PELA类材料的成本,是未来研究的重要方向。关键词:聚乳酸类生物降解高分子 聚乙二醉 改性合成开环聚合直接聚合聚乳酸(PLA)是一种生物降解高分子,具有.要另加偶联剂,因此,其应用目前很少。最近,也有良好的生物相容性。其合成原料乳酸来自于天然利用乳酸直接聚 合法合成PELA类材料的报道。的可再生资源一淀粉发酵, 对可持续发展具有1.1 LA 与EO开环共聚合法.重要意义,其研究受到广泛关注.1。但是,PLA存.LA与EO的开环共聚合通常在甲苯溶液中在亲水性不足、官能团单一等缺点,因此,近年来进行，以锡、铝有机金属催化剂催化，获得的对PLA的功能化与亲水性改性进行了探索,合成PELA为多嵌段共聚物。但如果以萘钾.3,3-二乙了许多新型的PLA类生物降解高分子21。氧基丙醇为引发体系,采用逐步阴离子聚合法,先聚乙二醇(PEG)既溶于水又溶于有机溶剂,使EO开环变成末端活性的聚环氧乙烷大阴离具有较好的两亲性以及良好的生物相容性，端基子,再引发LA开环聚合,则可以得到PEG-PLA可以进一步反应合成新的化合物。另外,PEG分二嵌段的PELAIH。子量范围广,选择余地大,并被美国联邦药品管理在上述二嵌段的PELA中,PEG末段的缩醛局批准可用于人体田。因此,作为最常用的PLA改.结构在酸性溶液中易转变为醛基。醛基可以与蛋性手段之一,聚乙二醇改性聚乳酸(PELA)的合成白质等分子中的氨基反应而键合。因此,这种特殊与应用研究日益受到重视。的二嵌段PELA,能在水相中充分发挥PEG链段最近，随着研究的深入,PELA的合成新方阻抗非特异性蛋白的作用,或将醛基进行其他转法、材料新类型和新应用层出不穷。本文对近年来变而进--步改善材料的性能{。PELA的合成及应用进展进行了综述。1.2LA与PEG共聚合法由于PEG的处理使用比EO更方便安全,1 PELA 的合成方法因此LA与PEG共聚合法在PELA的合成中更为PELA的合成方法通常有3种:(1)丙交酯常用。此时,合成的PELA一般为PLA-PEG PLA(LA)与生成PEG的单体环氧乙烷(EO)共聚合;(2) LA与PEG共聚合;(3)在各种PLA-PEC共收稿日期: 2003-06-24。聚物基础上用二异氰酸酯、二酸酐.不饱和键光照修改稿收到日期: 2003- 08-16。华南理T.大学在读研交联聚合等扩链手段进一步提高分子量。中国煤化工的合成研究。其中，应用最多的是第二种合成方法，即用DHCNMHG8851。PEG等引发LA进行开环聚合。当然,制备PELA,通讯联系人。联系电话:(020)87113644; E -mail:也可以将PLA与PEG进行共混,但效果较差,需psymzhao@scut.edu.cno第6期.工方等.聚厶二醇改性聚乳酸类材料的合成及应用9，式的三嵌段聚合物。多嵌段聚合物简便易行四。例如,宋谋道等人哈成了特性粘数([m)在0.48-1.32 dLUg的PELA,发现PEG投料质量分数2 PELA 的应用由0.33%增加到11.76%时,PELA的[n]和强度下2.1药物缦释载体降，断裂伸长率增加，材料逐渐由脆性向韧性转目前,PELA在药物缓释载体中的应用最为.变,玻璃化转变温度(T)由37 C下降到23 C。广泛。与PLA用作药物缓释载体相比, PELA具有全大萍等人问也用LA与PEG共聚合法合成性能可"剪裁"性,即可以根据需要调整链段组成了三嵌段PELA,并发现PEG分子量或组成分数而控制降解速度、亲水性能和药物释放速度等。由越大,其降解速率越快。于PELA中PEG亲水链段的存在，其开始降解时在与LA熔融共聚合时，如果使用仅有一个间早于PLA,前者的质量和分子量下降也较后者端羟基的聚乙二醇单甲醚，则可获得PEG -PLA明显,所以适宜于用作亲水性药物的缓释载体网。式的二嵌段PELA。以辛酸亚锡为催化剂,共聚合例如，当采用双乳液体系溶剂抽提法制备的所得二嵌段PELA的分子量最高可达2.29 x 104m7。PELA包裹乙肝表面抗原(HBsAg)微球时,其外观不仅如此,以生物素H羧基化端基的PEC,也可规整,平均粒径2.17 μm,抗原包裏量1.25%，包裹以引发LA共聚合,形成二嵌段的PELA,其可被效率71.8%,HBsAg在微球制备过程结构保持完应用于细胞工程图。整动物实验表明,口服疫苗微球组的效果优于对在大多数情况下,LA与PEG的共聚合虽然照组叫。PELA水凝胶在蛋白质药物缓释方面的研在熔融状态下进行,但如果在四氢呋喃溶液中，以究,也值得关注。PEG钾盐为大分子引发剂，与LA室温下通过阴2.2 组织工程离子开环共聚合也可合成三嵌段PELAP。PLA-PEG共聚物丁二酸酐扩链法制备的多由乳酸和丁二酸缩合,改变两者的投料比,可.嵌段PELA材料,与PLA均聚物相比,具有相当以得到分子量不同的端二羧基PLA.其在二环已高的拉伸强度和断裂伸长率,力学性能良好,亲水基碳二亚胺(DCC) .4-二甲胺基吡啶(DMAP)存在性好。细胞培养实验表明,多嵌段PELA材料制作下与PEG缩合,可合成得到交替多嵌段PELA。差的支架的细胞亲和性也明显优于PLA均聚物,可示扫描量热法和水溶性测定表明，该共聚物是一望应用于组织工程2。种热塑性的水凝胶，可望应用于药物缓释等生物一般PELA类材料，在骨组织工程方面的应医学领域1叫。用研究，近来也比较活跃。例如，用不同分子量1.3 PLA-PEG共聚物扩链法PEG改性PLA合成得到的可塑性PELA材料,应.将PLA-PEG共聚物用甲苯二异氰酸酯进行用为骨形成蛋白载体,进行诱导新骨形成实验,发扩链，可以制备具有弹性的PELA类材料。随着材现PEG分子量为3x 10、PLA分子量为6.5x 10%料中PEG(分子量1000)质量分数由30%增加到时,效果较好心。60%，材料r。由29 C下降到3C;相同PEG含2.3其他应用量,[NCO][OH]值大时,T,高。PEC 含量和[NCOYPLA-PEG共聚物用甲苯二异氰酸酯进行扩[0H]值相同时,随着PEG分子量由1 000增至链,可以制备具有弹性的PELA类材料,应用于尿.2 00,由11 C下降到-0.5 C,但分子量达4x道支撑材料。对狗的尿道支撑实验结果表明,材料10后,因产生微晶,故T。大幅提高到26 9C川"。的各项性能基本能满足尿道材料要求。4周后,材以丁二酸酐为偶联剂，在DCC .DMAP存在料降解,尿道刀口愈合,没有发现明显的生理反应下,在二氯甲烷中室温反应24h,可使PLA-PEG和毒副作用"。预聚体扩链成多嵌段PELA。当LA/EG(摩尔比)水凝胶类PELA材料，虽然大多作为药物缓为1: 1时,扩链前M.为8.5 x 10",[n]为 0.20 dU释载体使用,但提高其机械强度后,也可以应用为g;丁二酸酐扩链后,M.为5.38x 10*,[m]为1.20骨移植材料6。例如，以末端双丙烯酸酯化的dLUg。增加LA用量,M.和[n]都相应增大,LAEG PEG-中国煤化工体,通过紫外(摩尔比)为2:1时最大,M,为11.8x 10*,[m]为光引YHCN MH C解水凝胶,降1.60 dLg。该合成方法对获得力学性能好的PELA解时间适宜 ,故以作为软骨替代材料使用。. 60.合成树脂及塑料2003年第20卷由LA与EO逐步开环聚合得到的末端为醛1998. 31(5); 1 473~1 479基的二嵌段PELA,不仅能应用于蛋白质类药物i 宋谋道，朱吉亮，张邦华等.两分子学报，1998. (4):454-458的缓释，而且有望通过生物活性物质的反应性结i全大萍，高建文。廖凯荣等.功能高分子学报。2002. 15合应用于诊断和表面修饰等生物医学领域，也可(4): 391-394以用于超大分子的构建+。! ChinI, Kirn K, ChungS, el al. Polymer Preprints, 1998.39(2): 482- 4833结语8 CnnizzaroS M, Paderna R F, Langer R, et al. Biolechnology总之，目前PELA的合成与应用研究已经有and Bioengineering, 1998, 58(5): 529~535) ZhuZX, XiongC D, Zhang L L, et al. Eur PolymJ. 1999.了长足的进展。一方面,启发了人们用类似的研究35(10); 1 821-1 828方法,去进行更多PLA的合成改性研究。另一方) HuhK M. Bar Y H. Polymer, 1999 40(22): 6 147-6 155面,推进了更复杂的PELA类材料的研究1.。但1 宋谋道，朱吉亮，张邦华等.高分子学报，1998. (4):就PELA的合成研究而言,以下问题值得注意:393~398由于目前PELA的大部分合成方法都离不开12陈文娜， 杨建，王身国等.高分子学报，2002,. (5): 695~LA的开环聚合,而LA通常由乳酸合成,为了获3任建敏，邹全明,王缚鯤等.第二军医大学学报，2002, 24698得高分子量的开环聚合产物,LA必须多次重结晶(8): 995-996提高纯度。这样,LA的产率一般不足40% ,从而使14李孝红， 周绍兵，袁明龙等.合成化学，199 7(4): 389-最起始原料乳酸合成PELA的转化率降低。PELA93的成本现在比较高,使PELA类生物降解材料的15 SaitoN， OkadaT, Tobus， et al. Joumal of Bionedial应用受到限制。只有成功降低PELA的成本,才有Materials Research, 199, 47(1): 104-110利于其推广应用。16 Melters A T, Anseth K s, Bownan C N. Biomedical SciencesInstumentation, 1998, 35: 33-38现在,由乳酸出发合成PLA类生物降解高分17 DengXM, Liu Y, Yuan M L. Eur PolymJ, 2002. 38(7):子材料的直接聚合法已经有了显著进展1931,分子1 435-1 441量高的可达数+万uz，而且获得的材料具有实用18 ShimMS, Iee HT, Shim W s. et al. Journal of Biomedical价值凹。因此，为了降低PELA的合成成本,由Materials Research, 2002, 61(2): 188-196PEG和乳酸直接缩聚合成应值得注意。但目前这19 汪朝用， 赵耀明.化学世界, 2003. (6): 323-32620 WangZY, ZhaoY M. Mai H z, et al. Polymer Preprints,方面的文献很少,具体的合成研究更有待展开。2002, 43(1): 528-5291 Ajioka M. Suizu C, Higuchi C, el al. Poalymer Degradation参考文献and Sability, 1998,. 59: 137-1431 Kricheldorf H R. Chenophere, 2001, 43: 49~5422 MoonSI, LeeC W. Miyamoto M. e al. Polyan Sci, Part A:2张国栋， 杨纪元，冯新德等化学进展.2000, 12(1); 89~Polym Chen, 2000 38(9); 1 673-1 6790223汪朝阳, 赵规明,王浚等.功能高分子学报，2002, I5<4):3王东， 冯新德.高分子通报，1998. (2): 32-39377-~382(编辑:宋玉春)4 Negasaki Y, Okada T, Scholz C. et al. Macromolecules.Synthesis and application of PELA biodegradable materialsWang fang', Wang Zhaoyang", Zhao Yaoming'(1. Intiute of Marials, South China Univrsity of Technology. Guanghou, 510640;2. Department of Chenistry, South Ching Normal University, Guangzhou, 510631)Abstrac中国煤化工This paper introduced the ring- opening copolymerizaCNMHGle and lactide withpolyethylene glycol (PEG) as well as the synthetic meuuul puny (aIyGHI B4yUOy -poly (lactic acid)copolymers (PELA) involving chain extension on the basis of the copolymerization.The properties and第6期工方等.聚乙二醇改性聚乳酸类材料的合成及应用1。applications of various kinds of PELA synthetic materials were outlined.In order to acquire perfectfunctionalized or hydrophilic polylactic acid biodegradable polymer, more and more efforts have been focusedon the synthetic process of polylactic acid resin modified with PEC. The direct polymerization technology forsynthesizing PELA malerials with taking lactic acid and PEG as reactants can significantly reduce theproductive cost and furthermore, represent an important direction of the future researches on PELA.Key Words: polylactic acid biodegradable polymer; polyethylene glycol; modification; synthesis; ring-opening polymerization; direct polymerization新书介绍《合成树脂及塑料牌号手册》2003年,中国石化出版社隆重推出《合成树脂及塑料牌号手册》(上、下册)。其中,上册涵盖了国内外近百家公司的近万种通用树脂的牌号,品种包括低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、高压乙烯共聚物、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物和聚氯乙烯树脂。下册涵盖了国内外近百家公司工程塑料、热固性树脂和特种塑料的近万种牌号,其中工程塑料包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯和改性聚苯醚;热固性树脂有聚氨酯、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂和氨基树脂;特种塑料包括氟树脂、聚苯硫醚、砜树脂、聚酰亚胺、液晶聚合物和聚酮;以及丙烯酸系树脂、聚丁烯、阻隔性树脂和淀粉基聚合物等。每个牌号基本包括牌号名称、生产公司、熔体流动指数、密度、屈服拉伸强度、屈服伸长率、弯曲模量、Izod冲击强度、热变形温度、电性能指标、加工方式、聚合物类型、特征和应用等项目。每种树脂牌号表前都有该种树脂的概述。概述包括该种树脂的一般介绍、性能、国内外供需狀况、国内外主要生产公司、主要生产工艺和应用消费构成。本书具有以下特点:数据新资料大部分来自 2001年以来的出版物、网上资料和公司有关资料:品种全涵盖了国内外上百家公司的通用树脂 、工程塑料.热固性树脂和特种塑料的上万种牌号;便于查询可按目 录树脂品种进行查询,亦可按公司名称顺序从索引检索得到。.该手册可为合成树脂生产厂家技术人员、塑料加工技术人员、管理人员、销售人员参考使用。本书上册9万字,定价85元;下册145万字,定价110元。本书为16开本,平装。开户名称:中国石化出版社联系人:白素萍车平开户银行:工商银行北京和平里分理处电话: (010)84289938; 84289974中国煤化工账号: 0200004219200028406通讯地址:北京市3048信箱(邮编: 10011)MYHCNMHG