具有内在荧光特性的可生物降解聚酸酐组成及其合成方法

摘要

本发明公开了一种具有内在荧光特性的可生物降解聚酸酐组成及其合成方法。聚酸酐的化学结构为

说明书

本发明涉及由碳-碳不饱和键的聚合以外的反应得到的未指明的高分子化合物的组成物，尤其涉及一种具有内在荧光特性的可生物降解聚酸酐组成及其合成方法。

在过去二十多年中，生物降解聚合物在生物医学工程领域受到广泛重视，一些材料已在临床中得到应用，例如聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)被美国食品与药物管理局(FDA)批准用作可吸收缝线与药物控制释放载体，聚(双-对(羧基苯氧基丙基)-共-癸二酸酐)(P(CPP-SA))与聚(脂肪酸二体-共-癸二酸酐)P(FAD-SA)两类聚酸酐也因为其优良的生物降解与生物相容性得到FDA批准，作为药物控释载体在临床中应用。与聚(丙交酯-共-乙交酯)相比，聚酸酐具有降解速度调节范围广、表面降解等特点。同时，通过对聚酸酐的结构进行分子设计，还可获得满足不同使用要求的载体材料。Hanes等人将能加强机体免疫响应的L-酪氨酸引入到聚酸酐主链中，以获得一种具有较好免疫刺激性的生物降解材料用作抗原的控释载体。Uhrich等人则设计了一种主链含水杨酸的聚(酯-酸酐)用作抗炎的高分子前体药物，与传统的侧基型高分子药物相比，这种高分子前体药物具有载药量高、恒速释放等特点；另外他们还发现这类聚酸酐在体内可以更好地诱导新骨形成，因而此类材料有望用于矫形外科术方面。近来，聚酸酐亦被用作组织工程的支架材料。Staubli等人为了提高聚酸酐的机械强度将酰亚胺键引入到聚酸酐主链中，获得了一类新型的具有较高机械强度的可生物降解材料。Laurencin等人则用此类具有较高机械强度的载体材料进行成骨细胞培养，发现成骨细胞能在材料表面很好地增殖，细胞的形态和表型与对照的聚苯乙烯类似，证明该类材料可以用作骨修复支架载体。鉴于聚酸酐化学结构的广泛可调性，通过分子设计有望能获得具有特定功能的可生物降解材料满足特定需要。例如生物降解微球可以用作药物载体，携带药物穿过胃肠道或血-脑屏障，大大提高药物的生物利用度，在药物控释领域具有非常广阔的应用前景。对微球的体内吸收的跟踪，通常需对微球进行荧光探针标记，用荧光显微技术进行测定。而荧光标记物的引入一方面会导致微球表面性质的改变，另一方面在测定过程中包埋的荧光标记物会从微球中释放出来，因而其应用具有很大的局限性，这制约了生物降解微球作为药物控释载体的发展。如果能获得一种具有较强内在荧光特性的生物降解聚合物，将其制备成高分子微球，可以直接利用材料本身的荧光性质，进行体内跟踪。另外，随着荧光技术在生物医学领域的广泛使用，这类材料也将在越来越多的方面得到应用。而目前还缺乏这种具有内在荧光特性的生物降解高分子材料。

具有内在荧光特性的聚合物在过去二十多年中也普遍受到人们的关注，其中电致荧光聚合物在很多领域显示出令人振奋的应用前景。很多具有强荧光性能的聚合物为共扼结构，而完全共扼结构的高分子为非生物降解材料；对于非共扼的荧光高分子其主链中均含有一发色基团(通常情况下为芳环)与一柔性间隔链，芳环的大小与柔性链的长度对材料的荧光性能具有很大的影响。而具有较大芳环的材料具有潜在的致畸与致突变性，生物相容性较差；柔性链的长度影响相邻发色基团的相互作用或电荷转移作用，著名的n＝3规律就是一个例证。对于主链中含有疏水性较大芳环的聚酯或聚酰胺材料，基本为非生物降解。我们选择较易降解的聚酸酐，进行分子设计，合成了一系列具有不同柔性链长度的芳香-脂肪交替的聚酸酐，首次发现了一类具有较强内在荧光特性的生物降解聚合物。

本发明的目的是提供一种具有内在荧光特性的可生物降解聚酸酐组成及其合成方法。

为了达到上述目的本发明采取下列措施：

具有内在荧光特性的可生物降解聚酸酐的分子式为：

其中X为O或NH，R为芳环取代基，x为2。

其制备方法为：0.05～1.0mol苯甲酸衍生物与0.05～1.0mol环状酸酐在0.05～1.0mol有机胺催化下于20～200ml有机溶剂中回流1～24h，得到对应的二元酸；1～100g二元酸经10～1000ml乙酸酐回流1～3h制备得到预聚物；1～50g预聚物在160～180℃、0.01～2mmHg熔融缩聚1～4h得到聚酸酐。

本发明的优点是：

1)可生物降解，降解速度可简单地通过与其它二酸单体共聚在很广的时间范围内进行调节。

2)聚合物在固体状态或有机溶液中均具有较强的内在荧光性能。聚合物的最大荧光发射波长依赖于激发光波长，通过双波长光激发，可以避免体内其它荧光物质的干扰作用。λ_ex为356nm时，λ_em为429nm；λ_ex为470nm时，λ_ex为480/520nm。

3)聚合物的荧光强度与其数均分子量基本成线性关系，可以用荧光方法跟踪测定聚合物的降解。

4)与其它非荧光二酸单体共聚，所得聚酸酐共聚物仍具有内在荧光特性。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

图1是聚(对-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸酐)(PCEFB)的荧光光谱图；

图2是聚(对-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸酐-共-癸二酸酐)P(CEFB-co-SA)的荧光光谱图。(SA/CEFB比为1：80/20，2：60/40，3：40/60，4：20/80 and 5：0/100)

上述X的取代位置是在邻、间或对位。芳环取代基为YR’或R’，Y为O、NH、NR’、S、OC(O)、NHC(O)、SC(O)、C(O)、C(O)O、C(O)NH或C(O)S，R’为C₁-C₂₀，它的位置是在邻、间或对位。

苯甲酸衍生物为：对羟基苯甲酸、水杨酸、对氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸、邻氨基苯甲酸、对氨基水杨酸、5-氨基水杨酸。有机胺为：三乙胺、吡啶、二甲基氨基吡啶或它们的混合物。有机溶剂为：THF、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺、二氧六环或它们的混合物。

实施例1

对羟基苯甲酸(0.2mol)与琥珀酸酐(0.2mol)溶解于75ml二氧六环中，加入吡啶(0.2mol)，反应体系在干燥氮气保护下回流三天，减压蒸馏，剩余固体用热乙酸乙酯萃取三次，丙酸重结晶，得对羧基苯基琥珀酸单酯(CPS)(产率：16％)。将10g CPS于100ml乙酸酐中回流2h，50℃恒温水浴中减压蒸馏出乙酸酐，剩余物用干燥的无水乙醚萃取，磁力搅拌过夜，倾析出乙醚，固体产物于放有P₂O₅的真空干燥器中真空干燥，得预聚物。精确称取一定量的预聚物到干燥的聚合管中，于180℃油浴中高真空(0.1mmHg)脱乙酸酐2h，冷却后用氯仿溶解，石油醚沉淀，得聚(对羧基苯基琥珀酸单酯酸酐)(PCPS)。PCPS/THF溶液的荧光光谱类似于实例2。

实施例2

对氨基苯甲酸(0.05mol)与琥珀酸酐(0.05mol)溶解在40ml二氧六环中，反应混合物在氮气保护下回流过夜。过滤出反应过程中产生的沉淀，真空干燥，得对-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸(CEFB)(产率：78％)。预聚物与聚合物的合成与实例1类似。聚(对-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸酐)(PCEFB)/THF的荧光光谱如图1所示。

实施例3

对氨基水杨酸(0.25mol)与琥珀酸酐(0.25mol)溶解在150ml THF中，反应混合物在氮气保护下回流过夜。过滤出反应过程中产生的沉淀，真空干燥，得邻-羟基-对-(对羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸(HCEFB)(产率：87％)。预聚物与聚合物的合成与实例2类似。聚(邻-乙酰基-对-(对羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸酐)(PACEFB)的荧光性质与PCEFB类似。

实施例4

CEFB预聚物与癸二酸(SA)预聚物按一定的比例混合，加入到干燥的聚合管中，于180℃油浴中高真空(0.1mmHg)脱乙酸酐2h，冷却后用氯仿溶解，石油醚沉淀，得P(CEFB-co-SA)共聚物。共聚物荧光谱如图2所示。

实施例5

间氨基苯甲酸(0.15mol)与琥珀酸酐(0.15mol)溶解在50ml THF中，反应混合物在氮气保护下回流过夜。过滤出反应过程中产生的沉淀，真空干燥，得间-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸(m-CEFB)(产率：71％)。预聚物与聚合物的合成与实例1类似。聚(间-(羧基乙基甲酰胺基)苯甲酸酐)(P(m-CEFB))的荧光性质与PCEFB类似。