一种利用引发转移终止剂改性弹性蛋白的方法

摘要

本发明提供了一种利用引发转移终止剂改性弹性蛋白的方法，弹性蛋白先经对氯甲基苯甲酰氯氯化、二乙基二硫代氨基甲酸钠硫化制备大分子引发转移终止剂，再以大分子引发转移终止剂为引发剂，在紫外光照射下引发甲基丙烯酸－β－羟乙酯聚合，合成了聚甲基丙烯酸－β－羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。通过此方法改性弹性蛋白后，弹性蛋白的疏水性能得到明显改善，并降低了其热稳定性，同时在紫外光照下进行聚合反应具有反应过程容易控制，设备简单等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用引发转移终止剂改性材料的方法，尤其涉及一种利用引发转移终止剂改性弹性蛋白的方法。

背景技术

弹性蛋白(elastin)是细胞外基质中不溶、高交联的大分子纤维状蛋白质，在体内可与微原纤维结合形成弹性纤维，主要功能是被动伸缩、赋予所在组织和器官以伸缩性和可逆的变形能力。目前，国内外对弹性蛋白的研究主要集中在利用弹性蛋白的水解产物α-elastin和K-elastin制备组织工程支架和生物降解弹性体以及基因工程产物类丝弹性蛋白聚合物的合成和应用等方面，而弹性蛋白由于高度不溶、高度疏水和高交联性，不易用化学和物理方法加工、生产和难以加工成型，极大地限制了其应用。

近年来，表面改性已成为传统材料转化为具有可设计的特定性能的新材料的最受欢迎的方法之一。众多的表面改性方法中，近年来，表面改性已成为传统材料转化为具有可设计的特定性能的新材料的最受欢迎的方法之一。众多的表面改性方法中，引发转移终止剂(iniferter)以其可聚合单体多，能方便的制备接枝和嵌段共聚物，而且在紫外光照下进行聚合反应具有反应过程容易控制，设备简单等优点而倍受关注，已成功应用于石英晶体、铝、硅及硅氧烷、金等的表面改性。但未见硫代-iniferter技术对弹性蛋白表面改性方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于利用硫代-引发转移终止剂(iniferters)法，采用光引发聚合的方法，将亲水性的聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯引入到弹性蛋白表面，旨在不改变弹性蛋白结构和功能(弹性功能)的条件下，合成聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物，对弹性蛋白进行表面改性，探索弹性蛋白基材料的制备方法及其性能研究。

本发明的一种利用引发转移终止剂改性弹性蛋白的方法，按照以下步骤进行：

(1)弹性蛋白经三乙胺和对氯甲基苯甲酰氯氯化制备氯化弹性蛋白；

(2)将(1)制备的氯化弹性蛋白和二乙基二硫代氨基甲酸钠硫化制备大分子引发转移终止剂；

(3)以大分子引发转移终止剂为引发剂，在惰性气体保护和无水的条件下，加入甲基丙烯酸-β-羟乙酯和无水甲醇，再由紫外光照射引发其在弹性蛋白上聚合。

所述的弹性蛋白预先经过二甲基亚砜的溶胀，二甲基亚砜与弹性蛋白的质量比为1～50，溶胀时间为10～24h。

所述的大分子引发转移终止剂预先经过二甲基亚砜的溶胀，二甲基亚砜与大分子引发转移终止剂的质量比为1～50，溶胀时间为10～24h。

所述步骤(1)中的三乙胺和对氯甲基苯甲酰氯的摩尔比为0.8～1.2，反应温度为15～35℃，反应时间为12～24h。

所述步骤(2)中的二乙基二硫代氨基甲酸钠与步骤(1)中的氯甲基苯甲酰氯的摩尔比为1.3～0.8，反应温度为15～35℃，反应时间为10～24h。

所述的惰性气体是氮气、氦气和氩气中的任意一种。

所述步骤(3)中采用的溶剂为无水甲醇、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的任意一种。

所述步骤(3)中的溶剂和甲基丙烯酸-β-羟乙酯的体积比为1∶1～5∶1，反应温度为15～50℃，反应时间为10～96h。

红外(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和动态接触角对改性弹性蛋白进行了表征。结果表明：甲基丙烯酸-β-羟乙酯键接到了弹性蛋白上(见附图2、3a和3b)；SEM显示改性后弹性蛋白的表面比未改性前变得光滑(见附图6a-6f)，但改性后样品的热性能均低于未改性样品，起始热分解温度由改性前的307.0℃变为260.2℃，最大失重速率温度由347℃降到316.3℃(见附图4a和4b)；动态接触角实验表明改性后样品具有良好的亲水性，反应72h后前进角由改性前的130.45°下降到35.40°，接触角滞后由70.42°变为35.40°(见附图5)。

通过此方法改性弹性蛋白后，弹性蛋白的亲水性能得到明显改善，并降低了其热稳定性。弹性蛋白改性是弹性蛋白在生物医用高分子材料的仿生合成研究工作的基础，并为其在药物控制释放、生物弹性体、组织工程中的应用提供理论依据。

附图说明

图1是硫代-iniferters法改性弹性蛋白的合成路线图。

图2是弹性蛋白、硫化弹性蛋白、聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的红外光谱图。

图3a是弹性蛋白的X射线光电子能谱图。

图3b是硫化弹性蛋白的X射线光电子能谱图。

图3c是聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的X射线光电子能谱图。

图4a是弹性蛋白和聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的热重曲线图。

图4b是弹性蛋白和聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的微分热重曲线图。

图5是聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的动态前进接触角随聚合时间变化的曲线图。

图6a悬弹性蛋白的扫描电子显微镜照片(100×)。

图6b是弹性蛋白的扫描电子显微镜照片(1000×)。

图6c是硫化弹性蛋白的扫描电子显微镜照片(100×)。

图6d是硫化弹性蛋白的扫描电子显微镜照片(1000×)。

图6e是聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的扫描电子显微镜照片(100×)。

图6f是聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物的扫描电子显微镜照片(1000×)。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

实例1

(1)3g未经溶胀的弹性蛋白，1.36g的三乙胺，2.03g对氯甲基苯甲酰氯，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)1.5g氯化弹性蛋白和3.84g二乙基二硫代氨基甲酸钠于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在N₂保护下加入11.2mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、11.2mL无水甲醇和0.50g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入250W紫外灯反应箱中，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实例2

(1)4g未经溶胀的弹性蛋白，20g的三乙胺，57.14g对氯甲基苯甲酰氯，于35℃反应12h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)2.5g氯化弹性蛋白和44.53g二乙基二硫代氨基甲酸钠于25℃反应18h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在N₂保护下加入50mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、60mL无水甲醇和1.50g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入300W紫外灯反应箱中，于40℃反应48h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实例3

(1)5g未经溶胀的弹性蛋白，40g的三乙胺，74.75g对氯甲基苯甲酰氯，于35℃反应24h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)4g氯化弹性蛋白和115.78g二乙基二硫代氨基甲酸钠于30℃反应24h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在Ar保护下加入60mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、90mL无水甲醇和3g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入400W紫外灯反应箱中，于35℃反应96h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例4

(1)5g未经溶胀的弹性蛋白，40g的三乙胺，74.75g对氯甲基苯甲酰氯，于15℃反应24h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)4g氯化弹性蛋白和115.78g二乙基二硫代氨基甲酸钠于15℃反应24h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在He保护下加入60mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、240mL二甲基甲酰胺和3g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入400W紫外灯反应箱中，于50℃反应10h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例5

(1)5g未经溶胀的弹性蛋白，40g的三乙胺，74.75g对氯甲基苯甲酰氯，于25℃反应20h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)4g氯化弹性蛋白和115.78g二乙基二硫代氨基甲酸钠于35℃反应10h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在N₂保护下加入60mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、120mL二甲基亚砜和3g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入400W紫外灯反应箱中，于15℃反应85h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例6

(1)先将4g弹性蛋白和4g二甲基亚砜混合，溶胀24h，而后将溶胀后的弹性蛋白、20g的三乙胺，57.14g对氯甲基苯甲酰氯，于35℃反应12h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)2.5g氯化弹性蛋白和44.53g二乙基二硫代氨基甲酸钠于25℃反应18h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在N₂保护下加入50mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、100mL无水甲醇和1.50g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入300W紫外灯反应箱中，于40℃反应48h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例7

(1)先将3g弹性蛋白和150g二甲基亚砜混合，溶胀20h，而后将溶胀后的弹性蛋白、1.59g的三乙胺，2.03g对氯甲基苯甲酰氯，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)1.5g氯化弹性蛋白和2.37g二乙基二硫代氨基甲酸钠于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在Ar保护下加入12mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、60mL二甲基甲酰胺和0.50g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入250W紫外灯反应箱中，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例8

(1)先将3g弹性蛋白和75g二甲基亚砜混合，溶胀10h，而后将溶胀后的弹性蛋白、1.06g的三乙胺，2.03g对氯甲基苯甲酰氯，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)1.5g氯化弹性蛋白和3.03g二乙基二硫代氨基甲酸钠于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)在Ar保护下加入12mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、60mL二甲基甲酰胺和0.50g大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入250W紫外灯反应箱中，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。

实施例9

(1)先将3g弹性蛋白和75g二甲基亚砜混合，溶胀15h，而后将溶胀后的弹性蛋白、1.06g的三乙胺，2.03g对氯甲基苯甲酰氯，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)1.5g氯化弹性蛋白和3.03g二乙基二硫代氨基甲酸钠于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)将0.50g大分子硫代引发转移终止剂和25g二甲基亚砜混合溶胀10h，然后在Ar保护下加入12mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、60mL二甲基甲酰胺和0.50g经过溶胀的大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入250W紫外灯反应箱中，于20℃反应15h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。的溶胀，二甲基亚砜与大分子引发转移终止剂的质量比为1～50，溶胀时间为10～24h。

实施例10

(1)先将4g弹性蛋白和4g二甲基亚砜混合，溶胀24h，而后将溶胀后的弹性蛋白、20g的三乙胺，57.14g对氯甲基苯甲酰氯，于35℃反应12h，产物经过充分洗涤和干燥，得到氯化弹性蛋白。

(2)2.5g氯化弹性蛋白和44.53g二乙基二硫代氨基甲酸钠于25℃反应18h，产物经过充分洗涤和干燥，得到硫化弹性蛋白，即大分子硫代引发转移终止剂。

(3)将1.50g大分子硫代引发转移终止剂和1.5g二甲基亚砜混合溶胀24h，然后在N₂保护下加入50mL甲基丙烯酸-β-羟乙酯、100mL无水甲醇和1.50g经过溶胀的大分子硫代引发转移终止剂，将反应瓶放入300W紫外灯反应箱中，于40℃反应48h，产物经过充分洗涤和干燥，得到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯改性的弹性蛋白聚合物。