马来酰二胺酸改性聚乳酸的合成、表征与评价

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大量研究已表明侧链同时含有羧基和氨基的二胺改性聚乳酸材料可有效提高聚乳酸的亲水性,削弱聚乳酸降解产物的酸性,具有明显优于聚乳酸的细胞相容性,且I型胶原、粘附多肽RGDS等活性分子已被成功引入二胺改性聚乳酸中,制得了一系列的生物活性材料和仿生材料。但是,现有关于二胺改性聚乳酸的制备工艺——“聚乳酸—马来酸酐改性—二胺改性”——存在工艺路线长、分离纯化步骤多,且由于二胺直接与聚乳酸主链接触,酯键易发生氨解反应而导致聚合物分子量降低,这在很大程度上损害了改性材料的力学性能,限制了改性材料在组织工程中的应用。  本研究设计出了一条全新的制备二胺改性聚乳酸的工艺路线,并对其可行性进行了较全面的研究:以马来酸酐(MAH)和己二胺(HDA)为原料先制马来酰己二胺酸单体(HOOC-MAH-HDA-NH2);然后采用自由基熔融接枝技术将HOOC-MAH-HDA-NH2引入到PDLLA骨架中,形成了结构与己二胺改性聚乳酸(HMPDLLA)相似的马来酰己二酸改性聚乳酸(MHPDLLA)材料。此新工艺路线的优点是聚乳酸只参与自由基聚合反应并只经历一次共沉淀纯化,因此,工艺简化且在很大程度上减少了聚乳酸降解的机率。  采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、核磁共振碳谱(13CNMR)、DEPT135和离子回旋共振质谱(FT-MS)对HOOC-MAH-HDA-NH2和MHPDLLA的化学结构进行了定性和定量表征;对PDLLA、HMPDLLA和MHPDLLA进行了分子量、氨基含量、降解过程中失重率、吸水率和pH值变化的的考察;以玻璃盖玻片为空白,PDLLA和HMPDLLA为对照,对MHPDLLA进行了初步细胞相容性(细胞形态学观察和细胞增殖)的考察。主要研究内容和结论如下:  (1)采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、离子回旋共振质谱(FT-MS)、核磁共振碳谱(13CNMR)和DEPT135对HOOC-MAH-HDA-NH2和MHPDLLA的化学结构进行了定性和定量表征,结果表明,成功的制备了单体HOOC-MAH-HDA-NH2和MHPDLLA;DSC分析显示合成得到的HOOC-MAH-HDA-NH2的熔点峰值温度为155.3℃;  (2)以PDLLA为空白,HMPDLLA为对照,对MHPDLLA的分子量进行了测定,结果表明:采用新的合成工艺使聚合物的分子量下降从原有的66%-68%降低到了33%-34%,且合成路线更简单;  (3)采用茚三酮显色法测定HMDPLLA和MHPDLLA材料中HDA和HOOC-MAH-HDA-NH2的含量并计算接枝率,结果表明,当HMPDLLA材料中MAH含量为10%时,HDA所占的质量百分含量为1.53%,和MHPDLLA材料中的HOOC-MAH-HDA-NH2含量为10%时,合成得到的DPLA材料中HDA所占的质量百分含量为1.21%;  (4)以PDLLA和HMPDLLA为对照,考察了聚MHPDLLA材料的理化性能,主要包括材料的亲/疏水性能和降解性能。其中,亲/疏水性的评价指标是静态水接触角和吸水率,降解性能的评价采用体外实时降解试验。结果表明:  ①三种材料静态水接触角的大小依次为:PDLLA(114.8o)>MHPDLLA(75.4o)>HMPDLLA(73.6o),吸水率的大小依次为:HMPDLLA(3.82%)>MHPDLLA(3.64%)>PDLLA(1.32%),这说明HMPDLLA和MHPDLLA材料与PDLLA相比,其亲水性明显提高;  ②PDLLA材料在降解前期蒸馏水介质的pH值下降较快,pH值变化速率较高,明显地出现了酸致自催化降解现象;而HMPDLLA和MHPDLLA材料在降解过程中其介质的pH值基本趋于恒定,HMPDLLA和MHPDLLA材料在降解过程中pH值变化差异不大,说明新工艺合成的MHPDLLA与传统工艺合成的HMPDLLA材料理化性能差异不大。  (5)以玻璃盖玻片为空白,PDLLA和HMPDLLA为对照,对MHPDLLA进行了初步细胞相容性(细胞形态学观察和细胞增殖能力)的考察,结果表明:HMPDLLA和MHPLLA与成骨细胞的细胞相容性明显优于PDLLA,且HMPDLLA和MHPDLLA与成骨细胞的细胞相容性相当。  上述研究结果表明,采用新工艺合成的MHPDLLA,不但工艺路线简单,分子量下降小,而且具有与HMPDLLA相当的理化性能和细胞相容性,提示新工艺路线可以替代旧工艺路线,新工艺路线为二胺改性聚乳酸的工艺放大生产奠定了基础,可望在生物医学领域尤其是组织工程领域中有广泛的应用前景。
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