一种氨基酸类聚酯弹性体及其制备方法

摘要

本发明涉及一种氨基酸类聚酯弹性体及其制备方法，本发明以木糖醇为主单体，癸二酸和N-Boc-谷氨酸为共聚单体，采用熔融缩聚的方法得到氨基酸类聚酯弹性体。本发明制备方法简单，无催化剂，后处理简单，得到的弹性体有很好的生物相容性；通过单体摩尔配比和反应条件的控制，材料的力学性能、亲水性能和吸水率可调；且细胞粘附性相比不含氨基酸的弹性体有所提高。该材料以期用在临床医学和组织工程方面应用，如作药物缓释载体、止血剂、骨蜡、组织工程支架等方面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基酸类聚酯弹性体及其制备方法，属于高分子材料技术 领域。

背景技术

在第一次世界大战以前，人们所使用的医用材料被归类为第一代生物医用 材料，如石膏、棉花、各种金属等；随后，科学家为了模拟生物组织的结构和 功能，并使材料起到长期代替的作用，发展了第二代生物医用材料，此类研究 的思路仍然是改善材料本身的力学性能和生理性能，这类材料主要有羟基磷灰 石、聚羟基乙酸、胶原、纤维蛋白等；随着医学的不断进步，人们对医用材料 的要求也越显苛刻，科学家们通过材料与材料间的复合，材料与细胞的融合等 方式，研究出具有再生作用和促进人体自身修复作用的复合材料，此类材料为 第三代生物医用材料，如骨形态发生蛋白（BMP）材料。

生物医用高分子材料可分为可生物降解型和非生物降解型，后者需要其在 人体内长期稳定，具有良好的机械性能，主要用于人体软硬组织修复、人工器 官、人造血管、接触镜等方面；而前者则要求其在人体内有规律的降解，且产 物对人体无害，能被机体吸收或通过新陈代谢排出体外。生物医用高分子材料 的研究涉及多个学科，是目前生物高分子的最重要研究方向。

线型聚酯生物材料由于其优良的生物相容性和可生物降解性能，在硬组织 工程修复、药物释放、外科缝合线等方面已得到广泛的应用。新型的具有网络 型结构的聚酯生物材料，以共价键交联，具有优良的生物相容性、柔韧性、生 物降解性、结构的可设计性和性能的可调节性等优点。

弹性体具有较好的生物相容性、生物降解性和低毒性；木糖醇属于多羟基 单体，与其他单体共聚时，可以通过改变共聚单体的种类和组成来调节聚合物 的交联密度，从而实现结构的可设计性和可调性；氨基酸含有氨基，弹性体复 合材料侧链含氨基，可作为人体生产因子，促进或抑制细胞的增殖、分化和迁 移，同时促进降解；实验产物属于网络型生物弹性体，降解速度较均匀，在较 长的时间内形状保持率高；细胞粘附性相比不含氨基酸的弹性体有所提高；并 且具有优良的生物相容性，柔韧性，聚合物适用范围广。

发明内容

本发明的目的是提供一种氨基酸类聚酯弹性体，其具有良好的生物相容性、 生物降解性、细胞粘附性和物理机械性能。

本发明的技术方案：一种氨基酸类聚酯弹性体，该弹性体单体配比如下:

一种氨基酸类聚酯弹性体，该类弹性体是由木糖醇和二元酸共聚而成的聚 酯类弹性体，木糖醇与二元酸的摩尔比为1︰1～1︰3。

根据上述的氨基酸类聚酯弹性体，所述的二元酸包括N-Boc谷氨酸和癸二 酸，癸二酸与N-Boc谷氨酸的摩尔比为0.95︰0.05～0.80︰0.20。

以木糖醇、癸二酸与N-Boc谷氨酸为单体时，所得共聚物的结构为：

R=H or聚合物链，本发明的弹性体为交联结构，聚合物链可以为所示相同 的链结构。

所述的氨基酸类聚酯类弹性体的制备方法，其特征在于采用两步熔融缩聚 法制备聚酯类弹性体；

两步法：按配比称取木糖醇、癸二酸与N-Boc谷氨酸置于反应器中，升温 至140～160℃，待反应物完全熔融，打开磁力搅拌，同时开始通氮气，反应5～6 小时后得到预聚物；将预聚体倒入聚四氟乙烯模具中自然流平，放入真空烘箱 中140～160℃下交联8～24h，交联完成后，即得到氨基酸类聚酯类弹性体。

本发明的有益效果：材料在室温下为无定形态和结晶态共存的微相分离结 构，且材料的玻璃化转变温度都低于室温，因此弹性体在室温或人体内都呈现 类似于橡胶的性质，能和人体组织、器官相匹配，且有较好的力学性能，拉伸 强度为0.17～2.67MPa。弹性体的吸水率不大，使其在水环境中具有较好的稳定 性。此类生物弹性体亲水性较好，生物降解性与单体配比相关，降解速度可通 过改变单体配比进行控制。改弹性体的细胞粘附性相比不含氨基酸的弹性体有 较高提高。由于其本身的交联网状结构，使降解较均匀，短时间降解后其形状 保持率好，这一特点有利于其作为替换材料用于组织工程领域。

本发明以木糖醇为主单体，癸二酸和N-Boc-谷氨酸为共聚单体，采用熔融 缩聚的方法得到氨基酸类聚酯弹性体。弹性体具有较好的生物相容性、生物降 解性和低毒性；木糖醇属于多羟基单体，与其他单体共聚时，可以通过改变共 聚单体的种类和组成来调节聚合物的交联密度，从而实现结构的可设计性和可 调性；氨基酸含有氨基，弹性体复合材料侧链含氨基，可作为人体生产因子， 促进或抑制细胞的增殖、分化和迁移，同时促进降解；实验产物属于网络型生 物弹性体，降解速度较均匀，在较长的时间内形状保持率高；并且具有优良的 生物相容性，柔韧性，聚合物适用范围广。本发明制备方法简单，无催化剂， 后处理简单，得到的弹性体有很好的生物相容性；通过单体摩尔配比和反应条 件的控制，材料的力学性能、亲水性能和吸水率可调；且细胞粘附性相比不含 氨基酸的弹性体有所提高。该材料以期用在临床医学和组织工程方面应用，如 作药物缓释载体、止血剂、骨蜡、组织工程支架等方面。

附图说明

图1不同单体摩尔配比的氨基酸类弹性体的红外谱图。

具体实施方式

实施例1

分别按木糖醇与二元酸（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为0.95:0.05） 摩尔配比1:1，在100mL三口烧瓶中称取一定量的单体，用油浴加热，反应温度 为150℃，待反应物料熔融后，打开磁力搅拌，同时开始通氮气，反应5小时后， 得到浅黄色粘稠的预聚体（预聚合）。将预聚体倒入聚四氟乙烯模具中待其自然 流平，放入抽真空烘箱，于150℃下交联一段时间，即得到弹性体（后固化）。 所得氨基酸类聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测 试。其结果见表1。

化学反应式为：

实施例2

除了所述的木糖醇与二元酸（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为 0.95:0.05）摩尔配比2:3以外，其余条件均与实施例1相同。所得氨基酸类聚酯 弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表1。

实施例3

除了所述的木糖醇与二元酸（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为 0.95:0.05）摩尔配比1:2以外，其余条件均与实施例1相同。所得氨基酸类聚酯 弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表1。

实施例4

除了所述的木糖醇与二元酸（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为 0.95:0.05）摩尔配比2:5以外，其余条件均与实施例1相同。所得氨基酸类聚酯 弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表1。

实施例5

除了所述的木糖醇与二元酸（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为 0.95:0.05）摩尔配比1:3以外，其余条件均与实施例1相同。所得氨基酸类聚酯 弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表1。

实施例6

分别按木糖醇与二元酸摩尔配比2:5（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔比为 0.95:0.05），在100mL三口烧瓶中称取一定量的单体，用油浴加热，反应温度为 150℃，待反应物料熔融后，打开磁力搅拌，同时开始通氮气，反应5小时后， 得到浅黄色粘稠的预聚体（预聚合）。将预聚体倒入聚四氟乙烯模具中待其自然 流平，放入抽真空烘箱，于150℃下交联一段时间，即得到弹性体（后固化）。 所得氨基酸类聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测 试。其结果见表2。

实施例7

除了所述的木糖醇与二元酸摩尔配比2:5（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔 比为0.90:0.10），其余条件均与实施例6相同。所得氨基酸类聚酯弹性体样品， 进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表2。

实施例8

除了所述的木糖醇与二元酸摩尔配比2:5（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔 比为0.85:0.15），其余条件均与实施例6相同。所得氨基酸类聚酯弹性体样品， 进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表2。

实施例9

除了所述的木糖醇与二元酸摩尔配比2:5（其中癸二酸与N-Boc谷氨酸摩尔 比为0.75:0.25），其余条件均与实施例6相同。所得氨基酸类聚酯弹性体样品， 进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。其结果见表2。

对比例1

分别按木糖醇与癸二酸摩尔配比1:1，在100mL三口烧瓶中称取一定量的单 体，用油浴加热，反应温度为150℃，待反应物料熔融后，打开磁力搅拌，同时 开始通氮气，反应5小时后，得到浅黄色粘稠的预聚体（预聚合）。将预聚体倒 入聚四氟乙烯模具中待其自然流平，放入抽真空烘箱，于150℃下交联一段时间， 即得到弹性体（后固化）。所得对比例聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条， 进行各项力学性能测试。其结果见表1。

对比例2

除了所述的木糖醇与癸二酸摩尔配比2:3以外，其余条件均与对比例1相同。 所得对比例聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。 其结果见表1。

对比例3

除了所述的木糖醇与癸二酸摩尔配比1:2以外，其余条件均与对比例1相同。 所得对比例聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。 其结果见表1。

对比例4

除了所述的木糖醇与癸二酸摩尔配比2:5以外，其余条件均与对比例1相同。 所得对比例聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。 其结果见表1。

对比例5

除了所述的木糖醇与癸二酸摩尔配比1:3以外，其余条件均与对比例1相同。 所得对比例聚酯弹性体样品，进行裁剪制备标准样条，进行各项力学性能测试。 其结果见表1。

表1不同弹性体力学性能数据

  拉伸强度（MPa） 拉伸断裂伸长率（%） 实施例1 0.17 971.8 实施例2 0.29 462.3 实施例3 1.64 409.9 实施例4 1.79 226.0 实施例5 2.35 148.6 实施例6 1.79 226.1 实施例7 2.67 349.6 实施例8 2.02 471.6 实施例9 0.77 686.1 对比例1 0.24 251.7 对比例2 0.56 163.2 对比例3 0.94 114.3 对比例4 2.20 136.6 对比例5 2.45 82.0

表2不同弹性体细胞粘附率检测结果（%）

组别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅴ Ⅵ 平均数 对比例1 43.1 44.5 43.7 42.9 44.3 43.7 对比例2 39.7 40.1 40.2 39.3 41.3 40.1 对比例3 36.6 35.4 37.1 37.8 36.7 36.7 对比例4 33.3 34.7 33.5 32.1 34.0 33.5 对比例5 26.7 26.5 25.2 28.0 27.9 26.9 实施例1 66.1 65.3 63.8 65.5 64.7 65.1 实施例2 63.0 63.6 62.2 62.8 63.7 63.1 实施例3 61.9 62.7 62.0 60.8 61.2 61.7 实施例4 58.9 57.6 57.2 56.3 57.1 57.4 实施例5 52.5 51.7 52.7 52.1 52.6 52.3 实施例6 62.5 59.6 60.3 61.6 60.1 60.8

实施例7 64.4 63.6 64.1 65.0 64.7 64.4 实施例8 66.3 65.8 66.5 66.7 67.1 66.5 实施例9 70.7 68.2 68.9 71.4 69.7 69.8

通过实施例与对比例的比较，弹性体中氨基酸的引入，在拉伸强度基本不 变的前提下可增加弹性体的拉伸断裂伸长率；弹性体细胞粘附率明显提升。