專利名稱：用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，具體說(shuō)是用二元胺改性聚酯類生物材料以制備具有生物相容性的表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法。
背景技術(shù)：
聚合物生物材料因具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，在組織工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但由于這類材料特殊的應(yīng)用環(huán)境——需要直接與人體的體液、器官、組織等接觸，因此制備一種表面具有良好生物相容性尤其是細(xì)胞相容性的聚合物生物材料成為組織工程發(fā)展中非常關(guān)鍵的問(wèn)題之一。
聚酯類聚合物材料不僅具有良好的物理機(jī)械性能、無(wú)毒性、易加工成型性，而且還具有組織工程材料所特有的可生物降解性，因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但未經(jīng)過(guò)改性的聚酯類聚合物由于其本身的疏水性和表面惰性，導(dǎo)致不能提供一個(gè)友好的界面以有效促進(jìn)組織和器官的生長(zhǎng)；降解后形成的局部酸性也會(huì)導(dǎo)致周圍器官和組織產(chǎn)生嚴(yán)重炎癥反應(yīng)。因此，其在組織工程中的應(yīng)用受到很大限制。目前雖然存在多種改善其表面性能的修飾方法，但均存在操作工藝復(fù)雜，修飾表面穩(wěn)定性差，尤其不適應(yīng)于多孔的體型材料及具有其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支架材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作工藝簡(jiǎn)單，用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法。
本發(fā)明的方法包括以下步驟1)在有機(jī)溶劑中溶解二元胺制備濃度為0.001～1g/ml的二元胺溶液；2)將聚酯類聚合物材料浸入二元胺溶液中，在0～100℃溫度下，反應(yīng)0.1～10小時(shí)；3)將聚酯類聚合物材料取出二元胺溶液，用去離子水或無(wú)水乙醇浸泡清洗，真空干燥至恒重；4)用指示劑茚三酮定性或定量測(cè)試聚酯類聚合物材料表面的胺基濃度。
本發(fā)明中，二元胺可以用脂肪族二元胺，乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、二正辛胺、二正壬胺、二正癸胺中的一種或其混合物。
本發(fā)明中，用于溶解二元胺的有機(jī)溶劑包括，但不限于，乙醇、乙醇胺、正丙醇、異丙醇、乙二醇二甲醚和二甲基亞砜中的一種或其混合物。
所述的聚酯類聚合物材料，通常是聚酯類聚合物膜和多孔支架。聚酯類聚合物優(yōu)選聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(D-乳酸)(PDLA)、無(wú)定型聚(D，L-乳酸)(PDLLA)、聚己內(nèi)酯、聚乙醇酸、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(D，L-乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚酯型聚氨酯中的一種。
所使用的聚酯類聚合物材料的分子量可以不必考慮，但優(yōu)選使用分子量范圍在10,00～1,000,000的聚酯類聚合物。
多孔支架是指通過(guò)致孔劑法、相分離法、編織法、乳液凍結(jié)干燥法、徑跡刻蝕法、快速成型法或無(wú)紡法等方法制備的內(nèi)部孔洞相互連通的支架。
本發(fā)明中，用指示劑茚三酮顯藍(lán)紫色可定性證明自由胺基的存在。用已知濃度的胺及茚三酮顯色物質(zhì)的吸光度作標(biāo)準(zhǔn)曲線可定量測(cè)試材料表面的胺基濃度。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度和反應(yīng)液濃度，可以控制材料表面胺解反應(yīng)的程度或材料表面自由胺基的密度。
本發(fā)明方法操作工藝簡(jiǎn)單，可控性和重復(fù)性好，反應(yīng)條件溫和、速度快。用二元胺改性聚酯類生物材料，二元胺中的一個(gè)胺基(-NH2)與聚酯類聚合物材料上的酯基發(fā)生胺解反應(yīng)生成酰胺鍵，同時(shí)保留另一胺基(-NH2)的活性，這些自由胺基不僅能提高聚酯類材料的親水性，促進(jìn)與細(xì)胞的相互作用，從而為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供一個(gè)友好的界面；胺的存在也能中和此類聚合物在降解過(guò)程中產(chǎn)生的局部酸性。而且，自由胺基也提供了使聚合物進(jìn)一步與其它生物大分子反應(yīng)的活性位點(diǎn)，如用戊二醛作交聯(lián)劑可在表面帶自由胺基的聚合物材料表面上共價(jià)鍵合明膠、殼聚糖、膠原等蛋白質(zhì)或其它生物大分子，使材料表面的細(xì)胞相容性得到進(jìn)一步提高。本發(fā)明方法適用于對(duì)多種復(fù)雜體型的材料表面和多孔支架材料的表面修飾。在多種具有復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)用裝置和多孔組織工程支架材料的表面修飾中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是聚己內(nèi)酯膜材料表面胺基密度隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線，表面的胺基密度最高可達(dá)2×10-7mol/cm2；圖2是聚己內(nèi)酯膜材料表面胺基經(jīng)羅丹明B異硫氰酸酯標(biāo)記后熒光相對(duì)強(qiáng)度隨己二胺濃度的變化曲線，它反映聚己內(nèi)酯平面膜表面胺基隨己二胺濃度的變化情況；圖3是聚己內(nèi)酯膜材料胺解反應(yīng)前后原子力顯微鏡照片，其中圖3a是聚己內(nèi)酯空白對(duì)照，圖3b是與己二胺反應(yīng)后的聚己內(nèi)酯膜材料；圖4是聚己內(nèi)酯膜材料與己二胺反應(yīng)不同時(shí)間后，人臍帶內(nèi)皮細(xì)胞在其上分別生長(zhǎng)12小時(shí)和4天后的粘附率(■)和增殖率(□)，其中a為組織培養(yǎng)聚苯乙烯(TCPS)，b為空白對(duì)照聚己內(nèi)酯膜材料，c為聚己內(nèi)酯膜材料與己二胺反應(yīng)3分鐘，d為聚己內(nèi)酯膜材料與己二胺反應(yīng)10分鐘，e為聚己內(nèi)酯膜材料與己二胺反應(yīng)30分鐘，f為聚己內(nèi)酯膜材料與己二胺反應(yīng)2小時(shí)；圖5是聚己內(nèi)酯膜材料胺解反應(yīng)及用戊二醛固定明膠后，人臍帶內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)4天后形貌的電鏡照片；圖6是聚己內(nèi)酯膜材料胺解反應(yīng)及用戊二醛固定膠原后，人臍帶內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)4天后形貌的電鏡照片；圖7是聚(L-乳酸)膜材料胺解反應(yīng)后，人臍帶內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)生長(zhǎng)4天后形貌的電鏡照片。其中圖7a放大倍數(shù)為1000倍，圖7b放大倍數(shù)為200倍。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但這些實(shí)例并不用來(lái)限制本發(fā)明。
實(shí)例1將聚己內(nèi)酯溶解于1，4-二氧六環(huán)中(聚己內(nèi)酯重量百分比含量為10％)，并澆鑄于成膜模具中流延成膜。在異丙醇中溶解1，6-己二胺制得濃度為0.1g/ml的1，6-己二胺/異丙醇溶液，將聚己內(nèi)脂膜浸入上述溶液中，在37℃下反應(yīng)45分鐘，用去離子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米長(zhǎng)和1厘米寬的表面改性聚己內(nèi)酯膜，在濃度為1.0mol/L的茚三酮/無(wú)水乙醇溶液中浸泡1分鐘取出，在80℃下加熱，膜表面呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)紫色，表明在該膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。用已知濃度的胺及茚三酮顯色物質(zhì)的吸光度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，可定量計(jì)算材料表面的胺基密度隨己二胺反應(yīng)時(shí)間的變化曲線，最高可達(dá)2×10-7mol/cm2(假設(shè)膜表面足夠光滑和平整)，結(jié)果見(jiàn)圖1。聚己內(nèi)酯平面膜表面胺基經(jīng)羅丹明B異硫氰酸酯標(biāo)記后，測(cè)量熒光強(qiáng)度，可得到熒光相對(duì)強(qiáng)度隨己二胺濃度的變化曲線，它反映聚己內(nèi)酯平面膜表面胺基隨己二胺濃度的變化情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。用原子力顯微鏡觀察反應(yīng)前后聚己內(nèi)酯平面膜表面形貌發(fā)生了變化(圖3a和圖3b)。通過(guò)對(duì)胎兒臍帶內(nèi)皮細(xì)胞的培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)聚己內(nèi)酯平面膜經(jīng)胺解反應(yīng)后，細(xì)胞粘附率和增殖率都比未改性聚己內(nèi)酯有所提高，結(jié)果見(jiàn)圖4。用戊二醛作交聯(lián)劑，在此胺解后的材料表面固定明膠和膠原等生物大分子后，材料表面對(duì)胎兒臍帶內(nèi)皮細(xì)胞的相容性明顯提高，結(jié)果見(jiàn)圖5，6。
實(shí)例2將聚乳酸溶解于1，4-二氧六環(huán)中(聚乳酸重量百分比含量為3％)，并澆鑄于成膜模具中流延成膜。在正丙醇中溶解1，6-己二胺制得濃度為0.06g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液，將聚乳酸膜浸入上述溶液中，在50℃下反應(yīng)8分鐘，用去離子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米長(zhǎng)和1厘米寬的表面改性聚乳酸膜，在濃度為1.0mol/L的茚三酮/無(wú)水乙醇溶液中浸泡1分鐘取出，在80℃下加熱，膜表面呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)紫色，表明在該膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。用已知濃度的胺及茚三酮顯色物質(zhì)的吸光度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，可定量計(jì)算材料表面的胺基濃度為1.6×10-7mol/cm2(假設(shè)膜表面足夠光滑和平整)。經(jīng)過(guò)如此改性后的聚乳酸膜對(duì)胎兒臍帶內(nèi)皮細(xì)胞的相容性明顯提高。結(jié)果見(jiàn)圖7a，7b。
實(shí)例3將聚酯型聚氨酯溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，使聚合物溶液濃度達(dá)到0.13g/mL，將此溶液澆鑄于成膜模具中流延成膜。將聚酯型聚氨酯膜浸入濃度為0.06g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，浸入濃度為0.06g/mL的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，37℃下反應(yīng)8分鐘，用去離子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
取2厘米長(zhǎng)和1厘米寬的表面改性聚酯型聚氨酯膜，在濃度為1.0mol/L的茚三酮/無(wú)水乙醇溶液中浸泡1分鐘取出，在80℃下加熱，膜表面呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)紫色，表明在該膜表面上存在自由的胺基(-NH2)。
實(shí)例4將聚乳酸溶解于1，4-二氧六環(huán)中(聚乳酸重量百分比含量為3％)，采用熱致相分離法制備平均孔徑約為80微米的聚乳酸多孔支架。將聚乳酸多孔支架浸入濃度為0.02g/ml的1，6-己二胺/正丙醇溶液中，50℃下反應(yīng)5分鐘，用無(wú)水乙醇終止反應(yīng)，并用去離子水浸泡清洗，真空干燥至恒重。
將改性聚乳酸多孔支架在濃度為1.0mol/L的茚三酮/無(wú)水乙醇溶液中浸泡5分鐘取出，在80℃下加熱，聚乳酸多孔支架表面及里面均呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)紫色，表明在改性聚乳酸多孔支架上存在自由的胺基(-NH2)。
權(quán)利要求
1.用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是包括以下步驟1)在有機(jī)溶劑中溶解二元胺制備濃度為0.001～1g/ml的二元胺溶液；2)將聚酯類聚合物材料浸入二元胺溶液中，在0～100℃溫度下，反應(yīng)0.1～10小時(shí)；3)將聚酯類聚合物材料取出二元胺溶液，用去離子水或無(wú)水乙醇浸泡清洗，真空干燥至恒重；4)用指示劑茚三酮定性或定量測(cè)試聚酯類聚合物材料表面的胺基濃度。
2.按權(quán)利要求1所述的用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是所說(shuō)的二元胺是脂肪族二元胺，乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、二正辛胺、二正壬胺、二正癸胺中的一種或其混合物。
3.按權(quán)利要求1所述的用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是用于溶解二元胺的有機(jī)溶劑是乙醇、乙醇胺、正丙醇、異丙醇、乙二醇二甲醚、二甲基亞砜中的一種或其混合物。
4.按權(quán)利要求1所述的用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是所說(shuō)的聚酯類聚合物材料為聚酯類聚合物膜和多孔支架。
5.按權(quán)利要求1或4所述的用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是所說(shuō)的聚酯類聚合物為聚(L-乳酸)(PLLA)、聚(D-乳酸)(PDLA)、無(wú)定型聚(D，L-乳酸)(PDLLA)、聚己內(nèi)酯、聚乙醇酸、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(D，L-乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、聚酯型聚氨酯中的一種。
6.按權(quán)利要求4所述的用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法，其特征是所說(shuō)的多孔支架是指通過(guò)致孔劑法、相分離法、編織法、乳液凍結(jié)干燥法、徑跡刻蝕法、快速成型法或無(wú)紡法等方法制備的內(nèi)部孔洞相互連通的支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用胺解制備表面帶自由胺基的聚酯類生物材料的方法。它包括以下步驟:1)在有機(jī)溶劑中溶解二元胺制備濃度為0.001～1g/ml的二元胺溶液;2)將聚酯類聚合物材料浸入二元胺溶液中,在0～100℃溫度下,反應(yīng)0.1～10小時(shí);3)將聚酯類聚合物材料取出二元胺溶液,用去離子水或無(wú)水乙醇浸泡清洗,真空干燥至恒重;4)用指示劑茚三酮定性或定量測(cè)試聚酯類聚合物材料表面的胺基濃度。本發(fā)明方法操作工藝簡(jiǎn)單,可控性和重復(fù)性好,反應(yīng)條件溫和、速度快。本發(fā)明方法適用于對(duì)多種復(fù)雜體型的材料表面和多孔支架材料的表面修飾。在多種具有復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)用裝置和多孔組織工程支架材料的表面修飾中具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08J7/00GK1389499SQ02112169
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者高長(zhǎng)有, 竺亞斌, 劉興宇, 沈家驄 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)