1、论文编号：位位位位位位新型生物材料聚 -苹果酸/-羟基丁酸酯共聚物的合成及其性质研究学号培 养 类 别 全日制学位类型 学术学位一级学科(专业类) 化学二级学科(专业) 有机化学研究方向 生物材料改性二 O 一五年五月第四军医大学硕士学位论文目 录缩略语表 .1中文摘要 .3ABSTRACT .5前 言 .8文献回顾 .101 天然药用高分子材料 .101.1 多糖类 .101.2 蛋白质类 .111.3 多肽类 .121.3 聚酯类和其他 .132 脂肪族聚酯类的研究及应用 .142.1 -聚苹果酸的研究及应用 .142.1.1 -聚苹果酸及其共聚物的合成研究 .152.1.2 -聚苹果酸及
2、其共聚物在药物载体方面的应用 .162.2 聚-羟基丁酸酯的研究及应用 .172.2.1 聚-羟基丁酸酯的性质及其改性研究 .172.2.2 聚-羟基丁酸酯及其衍生物在药物物载体方面的应用 .183 课题的提出 .19正 文 .21第一部分 聚-羟基丁酸酯和共聚物的合成 .211 材料与仪器 .21第四军医大学硕士学位论文1.1 实验试剂 .211.2 实验仪器 .222 实验方法 .232.1 聚-羟基丁酸酯的合成 .232.2 共聚物的合成 .232.2.1 -苹果酸苄基内酯单体的合成及密度测定 .232.2.2 P(MLABe-co-BL)和 PMLABe-co-PHB 的合成 .242
3、.2.3 P(MLA-co-BL)和 PMLA-co-PHB 的合成 .252.3 测试与表征 .263 结果与讨论 .263.1 聚-羟基丁酸酯的合成 .263.2 -苹果酸苄基内酯单体的合成 .293.3 P(MLABe-co-BL) 和 PMLABe-co-PHB 的合成 .303.3 微观聚合机理分析 .343.4 P(MLA-co-BL)的合成 .37第二部分 共聚物的性质研究 .391 材料与仪器 .391.1 实验试剂 .391.2 实验仪器 .392 实验方法 .402.1 共聚物粒径、zeta 电位和溶解度的测定 .402.1.1 粒径测定 .402.1.2 Zeta 电位测
4、定 .402.1.3 溶解度测定 .402.2 共聚物的降解 .402.2.1 P(MLABe-co-BL)的降解 .402.2.2 P(MLA-co-BL)和 PMLA-co-PHB 的降解 .41第四军医大学硕士学位论文2.3 细胞毒性测定 .412.3.1 细胞的培养 .412.3.2 P(MLABe-co-BL)的细胞毒性实验 .412.3.3 P(MLA-co-BL) 和 PMLA-co-PHB 的细胞毒性实验 .422.4 溶血实验 .422.4.1 兔全血的采集和 2 %红细胞混悬液的配制 .422.4.2 P(MLABe-co-BL)的溶血实验 .432.4.3 P(MLA-c
5、o-BL) 和 PMLA-co-PHB 的溶血实验 .433 结果与讨论 .433.1 粒径、zeta 电位和溶解度的测定 .433.2 共聚物的降解 .443.2.1 P(MLABe-co-BL)的降解 .443.2.2 P(MLA-co-BL) 和 PMLA-co-PHB 的降解 .463.3 细胞毒性测定 .473.3.1 P(MLABe-co-BL)的细胞毒性测定 .473.3.2 P(MLA-co-BL) 和 PMLA-co-PHB 的细胞毒性测定 .473.4 溶血实验 .483.4.1 P(MLABe-co-BL)的溶血实验 .483.4.2 P(MLA-co-BL) 和 PML
6、A-co-PHB 的溶血实验 .48第三部分 PMLA-CO-PHB 的应用和展望 .501 材料与仪器 .501.1 实验材料 .501.2 实验仪器 .502 实验方法 .512.1 PMLA-co-PHB 空白胶束的制备 .512.2 PMLA-co-PHB 包封色胺酮胶束的制备 .522.3 PMLA-co-PHB 胶束包封率和载药率的测定 .52第四军医大学硕士学位论文2.4 PMLA-co-PHB 临界胶束浓度（CMC）的测定 .533 结果与讨论 .533.1 PMLA-co-PHB 胶束的制备 .534 材料的应用展望 .544.1 在药物载体方面的应用 .554.2 在其它方
7、面的应用 .55小 结 .57参考文献 .58附 录 .67研究成果 .71致 谢 .72第四军医大学硕士学位论文1缩略语表缩略词 英文全称 中文全称BL -butyrolactone -丁内酯MLABe benzyl -malolactone -苹果酸苄基内酯TFAA Trifluoroaceticanhydride 三氟乙酸酐P(MLABe-co-BL)Poly (benzyl -malolactone-co-butyrolactone)聚（-苹果酸苄基酯-co-羟基丁酸酯）P(MLA-co-BL) Poly (-malic acid-co-butyrolactone) 聚（-苹果酸 -c
8、o-羟基丁酸酯）IR Infrared Spectroscopy 红外光谱CMC Critical Micelle Concentration 临界胶束浓度GPC Gel Permeation Chromatography 凝胶渗透色谱PHB Poly (-hydroxybutyrate) 聚-羟基丁酸酯PMLA Poly (-malic acid) -聚苹果酸Mw Weight-average Molecular Weight 重均分子量PMLABe-co- PHBPoly (benzyl -malolactone)-co-Poly (-hydroxybutyrate)聚-苹果酸苄基酯-co
9、-聚羟基丁酸酯PMLA-co- PHBPoly ( -malic acid)-co-Poly (-hydroxybutyrate)-聚苹果酸-co-聚羟基丁酸酯PHAs polyhydroxyalkanoates 聚羟基脂肪酸Mn Number-average Molecular Weight 数均分子量PCL polycaprolactone 聚己内酯第四军医大学硕士学位论文2缩略词 英文全称 中文全称NMR Nuclear Magnetic Resonance 核磁共振PBS Phosphate Buffered Saline 磷酸盐缓冲液THF Tetrahydrofuran 四氢呋喃P
10、EO polyoxyethylene 聚氧化乙烯PVA Poly (vinyl alcohol) 聚乙烯醇PLA Poly(lactic acid) 聚乳酸PDI Polydispersity Index 多分散系数PLGA Poly(lactide-co-glycolide)聚（丙交酯-co-乙交酯）ROP Ring-opening Polymerization 开环聚合法PASP Polysucciuimide 聚天冬氨酸Y-PGA Poly glutamic acid 聚谷氨酸PLH Poly-L-histidine 聚组氨酸PArg Poly-L-arginine 聚精氨酸PL Pol
11、ylysine 聚赖氨酸GSH Glutathione 谷胱甘肽PEG Polyethylene glycol 聚乙二醇MDI Methylenediphenyl Diisocyanate二苯基甲烷二异氰酸酯第四军医大学硕士学位论文3新型生物材料聚 -苹果酸/-羟基丁酸酯共聚物的合成及其性质研究中文摘要聚苹果酸（PMLA）是一种结构规整的水溶性脂肪族聚酯，具有生物降解性、生物相容性和无免疫原性，主链上具有多个悬挂羧基，可以很好的被修饰或改性形成聚合物前药，但 PMLA 亲水性强、降解过快，用作生物高分子材料存在诸多缺陷。聚-羟基丁酸酯（PHB）是一种由细菌发酵产生的热塑性聚酯，具有良好的生物相
12、容性，但存在易结晶、疏水性强和降解时间长等缺点。本课题拟采用 PHB 改性PMLA，以期达到优势互补，改善聚苹果酸的性能。以苯甲酸四乙铵为引发剂，通过阴离子开环引发 -苹果酸苄基内酯（MLABe）和 -丁内酯（ BL）开环共聚。研究中考察了不同比例的混合单体在不同的反应时长、反应温度及不同的加入顺序等条件对共聚的影响。两单体通过混合均匀后同时聚合或是分时段加入而分别得到两种疏水性的共聚物：无规共聚物聚（- 苹果酸苄基酯-co- 羟基丁酸酯） （P(MLABe-co-BL)）和嵌段共聚物 -聚苹果酸苄基酯-co-聚羟基丁酸酯（PMLABe-co-PHB） 。氢化苄基后分别得到两亲性的共聚物：聚（
13、- 苹果酸-co- 羟基丁酸酯） （P(MLA-co-BL)）和 -聚苹果酸-co-聚羟基丁酸酯（PMLA-co-PHB） 。在共聚之前，先优化了 -苹果酸苄基内酯单体的合成过程。课题组前期的研究已表明引发剂苯甲酸四乙铵能够引发 -苹果酸苄基内酯单体开环聚合形成 PMLA，但未证实对 -丁内酯有同样的引发作用，本实验用 1H-NMR， 13C-NMR 和 FT-IR 表征了 -丁内酯开环聚合形成的产物聚-羟基丁酸酯，证实该引发剂对 -丁内酯有同样的开环作用，为 -苹果酸苄基内酯和 -丁内酯单体共聚提供实验基础。对无规共聚物 P(MLABe-co-BL)聚合过程的研究发现，加入不同聚合单体的比第
14、四军医大学硕士学位论文4例，共聚物组成有明显差别。MLABe 的竞聚率比 BL 的大，加入 BL 的比率越多，聚合时间就越长。MLABe/BL 为 50/50（mol/mol）时的微观聚合机理表明，聚合过程中酯交换剧烈，趋向于无规共聚。MLABe/BL 为 75/25（mol/mol）时，聚合时间短、共聚产物分子量适中且分布宽度窄，所以后续实验均使用该比例聚合。P(MLA-co-BL)、PMLA-co-PHB 的亲水性、降解性和溶解度分别介于P(MLABe-co-BL)和 PMLA 之间，改善了 PMLA 用做药物载体降解快、负电性大的特点。通过细胞毒性实验和溶血实验发现 P(MLABe-co
15、-BL)有一定的细胞毒性，但没有溶血现象。低浓度（0.4 mg/mL 以下）的 P(MLA-co-BL)没有抑制细胞增长，反而具有促进作用；随着浓度的增加，在高于 0.8 mg/mL 后有轻微的抑制作用。嵌段共聚物 PMLA-co-PHB 随着浓度的增加没有呈现出细胞毒性。在溶血实验中，材料浓度为 0.2 mg/mL 时，无规共聚物的溶血率（0.5543 0.05 %）小于嵌段共聚物（3.249 0.04 %） ，可能是嵌段共聚物相比无规共聚物在溶液中更容易形成胶束。随着材料浓度的增加，细胞成棕褐色并有沉降产生。课题进一步开展了嵌段共聚物 PMLA-co-PHB 形成纳米胶束用作药物载体的研究
16、。以色胺酮为药物模型通过透析法制备载药胶束，包封率为 8.35 0.29 %，载药率为 2.67 0.2 %，粒径为 242 nm。为 PMLA-co-PHB 用作聚合物纳米药物运载体系提供了前期实验基础。下一步我们将开展 PMLA-co-PHB 作为药物载体以及P(MLA-co-BL)在组织工程支架方面的应用。关键词：-苹果酸苄基内酯；- 羟基丁酸酯；聚合物胶束；聚合物药物载体；降解第四军医大学硕士学位论文5Synthesis and biological properties of new biological materials -malic acid/-butyrolactone co
17、polymersAbstractPoly(-L-malic acid) (PMLA) is a natural aliphatic polyester, and it was proved to be biodegradable, non-toxic and non-immunogenic. Furthmore, it could provide multiple suspend carboxyl to form polymer pro-drugs. However, its strong hydrophilicity and fast degradation time limits its
18、application. Poly(-hydroxybutyrate) (PHB) is a thermoplastic polyester produced by a bacterial fermentation, and it has good biocompatibility. But it is strongly hydrophobic and shows long degradation time. In this study, PHB was used to modify PMLA, realizing complementary advantages.The copolymer
19、was synthesized by ring-opening polymerization of benzyl -malo- lactone (MLABe) and -butyrolactone (BL), using tetraethylammonium benzoic acid as initiator. Ratio of the two monomers, reaction times, temperatures and adding orders were studied to examine the impact of these factors on the copolymeri
20、zation. Two monomers were added simultaneously or successively, and two different hydrophobic polymers were obtained: random copolymers P(MLABe-co-BL) and block copolymers PMLABe-co-PHB. Amphiphilic copolymers P(MLA-co-BL) and PMLA-co-PHB were obtained by hydrogenation. The synthetic process of benz
21、yl -malolactone monomers was optimized before the copolymerization. In our previous study, the initiator tetraethylammonium benzoate was used to trigger the ring-opening polymerization to form PMLA. However, this study still need to confirm if the initiator can also trigger the polymerization of -butyrolactone. 1H-NMR, 13C-NMR and FT-IR were used to characterize the polymer poly(-hydroxybutyrate) (PHB). The results showed that the initiator could be used to initiate the polymerization of -butyrolactone, which laid the foundation for
