一种结晶聚乳酸-羟基乙酸的制备方法
阅读说明：本技术 一种结晶聚乳酸-羟基乙酸的制备方法 (Preparation method of crystalline polylactic acid-glycolic acid ) 是由 张天柱 戴继东 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种结晶聚乳酸-羟基乙酸的制备方法,包括以下步骤：1)将聚L-丙交酯和乙交酯在真空环境下,采用季戊四醇作为引发剂,异辛酸亚锡作为催化剂,通过开环聚合合成4arm-PLGA；2)将4arm-PLGA溶解在二氯甲烷中,加入三光气和缚酸剂,获得酰氯化后的4arm-PLGA；3)在酰氯化的4arm-PLGA中接着加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺,得到接枝后的四臂的聚乳酸-羟基乙酸,将接枝后的四臂的聚乳酸-羟基乙酸溶液在常温下挥发,经洗涤干燥后即可获得结晶的聚乳酸-羟基乙酸。本发明制备的材料可以解决常规PLGA降解初期乳酸堆积的问题,整体制备过程简单易行,扩大了PLGA材料的应用潜力。(The invention discloses a preparation method of crystalline polylactic acid-glycolic acid, which comprises the following steps: 1) synthesizing poly L-lactide and glycolide into 4arm-PLGA by ring-opening polymerization in a vacuum environment by using pentaerythritol as an initiator and stannous isooctanoate as a catalyst; 2) dissolving 4arm-PLGA in dichloromethane, adding triphosgene and an acid-binding agent to obtain 4arm-PLGA subjected to acyl chlorination; 3) and adding N, N' -methylene bisacrylamide into the acyl chlorinated 4arm-PLGA to obtain grafted four-arm polylactic acid-glycolic acid, volatilizing the grafted four-arm polylactic acid-glycolic acid solution at normal temperature, washing and drying to obtain the crystalline polylactic acid-glycolic acid. The material prepared by the invention can solve the problem of lactic acid accumulation in the initial stage of conventional PLGA degradation, the whole preparation process is simple and easy to implement, and the application potential of the PLGA material is expanded.)
技术领域
本发明属于一种医疗材料的制备方法，具体涉及一种结晶聚乳酸-羟基乙酸材料的制备方法。
背景技术
聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)是由乳酸和羟基乙酸随机聚合而成的生物可降解聚合物，其在体内和体外组织工程支架，手术缝合线和药物载体等方面都获得了广泛的应用。但是在使用该生物可降解聚合物时，应仔细控制聚合物的降解速度，使其与组织形成和生长的速度同步，以实现成功的再生或在适当的条件下实现药物输送。虽然PLGA降解速率可通过调控乳酸(LA)和乙醇酸(GA)的比例来控制，但由于提高PLGA降解速度会导致在材料降解初期产生过多的乳酸堆积，不利于细胞的黏附和生长，从而导致局部的炎症问题。因此，制备具有结晶度的PLGA可以进一步延长了PLGA的降解时间，也可以降低PLGA在降解初期突然释放LA引起炎症反应的可能性，从而扩大PLGA材料的应用潜力。
现有的制备工艺中，由L-乳酸和乙醇酸共聚得到的PLGA通常采用等温退火的方法结晶，但通过退火得到的PLGA结晶度普遍较低。通过乳酸(LA)和乙醇酸(GA)缩聚得到PLGA的过程中发现，增加的LA的浓度将导致低结晶度的PLGA。相反地，通过开环聚合，随着GA含量的增加PLGA结晶度下降。当GA含量超过30％时，LA段的长度减少到不再足够长到可以结晶的程度。此外，GA含量的增加加快了PLGA的降解速度，但同时增加了PLGA的外消旋作用，从而在一定程度上降低了PLGA的结晶度。因此，制备不同结晶度的PLGA的方法将具有重要的工业应用价值。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种结晶度可调节的聚乳酸-羟基乙酸的制备方法，解决现有技术聚乳酸-羟基乙酸应用中引发炎症的问题。
技术方案：本发明的一种结晶聚乳酸-羟基乙酸的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将聚L-丙交酯和乙交酯混合，并加入异辛酸亚锡和季戊四醇，抽真空条件下反应，将反应产物经过冷却、溶解、析出、抽滤和干燥，得到四臂的聚乳酸-羟基乙酸4arm-PLGA；
步骤二、将4arm-PLGA溶解在二氯甲烷溶液中，在冷水浴环境下加入三光气和缚酸剂，搅拌后得到酰氯化的4arm-PLGA溶液；
步骤三、在酰氯化的4arm-PLGA溶液中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和缚酸剂，继续在冰水浴的条件下搅拌，得到接枝后的4arm-PLGA溶液；
步骤四、取接枝后的4arm-PLGA溶液常温挥发，经洗涤干燥后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸。
进一步的，所述步骤一中，聚L-丙交酯和乙交酯的质量比为0.1～7：1；L-丙交酯与异辛酸亚锡的质量比为500～3000：1；L-丙交酯与季戊四醇的质量比为50～700：1。
进一步的，所述步骤一中，抽真空条件为0～10Pa，反应温度为120～170℃，反应时间为4～12h。
进一步的，所述步骤二中，4arm-PLGA、三光气与缚酸剂的质量比为1：0.005～0.01：0.01～0.02。
进一步的，所述步骤二中，搅拌反应时间为2～4h。
进一步的，所述步骤二中，酰氯化的4arm-PLGA、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺与缚酸剂的质量比为1：0.0025～0.01：0.01～0.02。
进一步的，所述步骤三中，搅拌反应时间为2～4h。
进一步的，所述缚酸剂为吡啶或三乙胺。
进一步的，所述步骤四中，挥发时间为70～75h，干燥时间为10～15h，干燥温度为20～30℃。
本发明的合成过程为：
第一步：L-丙交酯和乙交酯在催化剂异辛酸亚锡的作用下进行开环共聚，然后共聚物上的-OH与季戊四醇中对应的四个羟基进行脱水反应，得到4arm-PLG，具体过程如下：
其中，
第二步：对4arm-PLG进行酰氯化，以三光气作为改性原料，具有毒性低反应条件温和的特点，三光气与4arm-PLG末端的-H进行反应，形成酰氯基团，并采用缚酸剂来中和反应过程中产生的酸，避免酸影响反应或反应平衡，得到4arm-PLG-Cl，具体过程如下：
其中，
第三步：采用N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为结构改性组分，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺中的碳碳双键与4arm-PLG-Cl中酰氯基团进行接枝反应，得到CN4-PLGA，具体过程如下：
其中，
上述的过程中，由于N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的引入，可以使星型结构的4arm-PLGA连接成为线性结构，从而使得原本单一存在的4arm-PLGA进行两两或者多个的组合，从而可以得到有序排列的线性4arm-PLGA的结构。在后续挥发结晶的过程中，由于线性4arm-PLGA结构的均一性，从而使制备的PLGA具有结晶性质。
有益效果：与现有技术相比，本发明的具有如下显著优点：本发明通过开环聚合的方式合成四臂的PLGA，然后通过三光气对4arm-PLGA端基酰氯化并与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)反应，制备形成线性的PLGA，通过溶剂挥发结晶的方式，制备了不同结晶度的PLGA，结晶的PLGA能够有效保护酯键从而减少PLGA在初期快速降解过程中产生大量的酸性产物，以达到防止降解太快导致降解初期乳酸堆积的问题，本发明的整体制备过程简单易行，扩大了PLGA材料的应用潜力。
附图说明
图1是实施例1条件下PLGA晶体的POM图；
图2是实施例2条件下PLGA晶体的POM图；
图3是实施例3条件下PLGA晶体的POM图；
图4是实施例4条件下PLGA晶体的POM图；
图5是实施例5条件下PLGA晶体的POM图；
图6是实施例6条件下制备的PLGA晶体SEM图；
图7是实施例1、2、3、6下制备的结晶PLGA与PLGA及实施例1条件下的4arm-PLGA的XRD图；
图8是实施例6条件下合成的PLGA晶体与4arm-PLGA体外降解速率对比。
图9是实施例1制备的结晶聚乳酸-羟基乙酸的XPS测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
(1)将7.2g聚L-丙交酯和1.3g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0027g催化剂异辛酸亚锡和0.18g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa。将烧瓶密封，放到160℃的烘箱中反应4h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到的4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入10mL二氯甲烷和40μL除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
(3)将0.005g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μL三乙胺，继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的POM图如图1所示，图中可以看到大量较粗的纤维状晶体，说明了得到的是结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
实施例2
(1)将4.3g聚L-丙交酯和4.3g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.003g催化剂异辛酸亚锡和0.045g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa。将烧瓶密封，放到165℃的烘箱中反应4h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到得4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入20mL二氯甲烷和30μL除水后的吡啶，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.015g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
(3)将0.01g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入60μL吡啶，继续搅拌4h。搅拌结束后，取50μL溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的POM图如图2所示，与图1相比，具有更细的纤维状晶体，说明了得到的是结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
实施例3
(1)将1.3g聚L-丙交酯和7.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.002g催化剂异辛酸亚锡和0.17g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa以下。将烧瓶密封，放到170℃的烘箱中反应6h，每隔二十分钟摇晃一次.反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到得4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入30mL二氯甲烷和40μL除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌3h。
(3)将0.015g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μL三乙胺，继续搅拌3h。搅拌结束后，取50μL溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置75h后，取出样品，用甲醇洗涤，在20℃下真空干燥10h后，得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的POM图如图3所示，图中可以看到大量的纤维状的晶体，纤维更细，并沿着一个中心外延生长，这是因为减少了交联剂含量从而导致结晶度的下降，同时配置的溶液更稀，难以形成粗纤维。
实施例4
(1)将6.4g聚L-丙交酯和2.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0032g催化剂异辛酸亚锡和0.026g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa以下。将烧瓶密封，放到160℃的烘箱中反应6h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到得4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入40mL二氯甲烷和33μL除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.021g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌2h。
(3)将0.015g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入33μL三乙胺，继续搅拌2h。搅拌结束后，取50μL溶液于偏光显微镜下观察，剩余溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置70h后，取出样品，用甲醇洗涤，在30℃下真空干燥15h后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的POM图如图4所示，图中可以看到大量的消光十字状的球晶结构，同时伴随着大量的纤维状的晶体，这是因为配置的溶液浓度低，存在的晶体形貌以球晶为主。
实施例5
(1)将2.2g聚L-丙交酯和6.4g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0032g催化剂异辛酸亚锡和0.037g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa以下。将烧瓶密封，放到120℃的烘箱中反应8h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到得4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入200mL二氯甲烷和35μL除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.011g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h。
(3)将0.005g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入35μL三乙胺，继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，偏光显微镜下的POM图如图5所示，图中可以看到明显的消光十字状的球晶结构。
实施例6
(1)将5.4g聚L-丙交酯和3.2g乙交酯加入双口烧瓶中，加入0.0021g催化剂异辛酸亚锡和0.01g引发剂季戊四醇，用真空泵将真空抽至10Pa以下。将烧瓶密封，放到150℃的烘箱中反应8h，每隔二十分钟摇晃一次。反应结束后维持真空并冷却到室温，用二氯甲烷溶解产物，再将溶液缓慢加入溶液体积十倍以上量的甲醇中析出，抽滤得到4arm-PLGA。
(2)取2g上面合成得到得4arm-PLGA加入双口烧瓶中，加入10mL二氯甲烷和40μL除水后的三乙胺，在冰水浴中加入转子300rpm搅拌。另外，将0.02g三光气溶解5mL的二氯甲烷中，逐滴加入到搅拌的溶液中，滴加完成后继续搅拌4h.
(3)将0.02g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入到上述溶液中，逐滴加入40μL三乙胺，继续搅拌4h。搅拌结束后，将溶液取出加入到玻璃培养皿中，在常温下放置72h后，取出样品，用甲醇洗涤，在25℃下真空干燥12h后得到结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料。
对制备的聚乳酸-羟基乙酸材料进行表征测试，扫描显微镜下的SEM图如图6所示，SEM图中可观察到均一的片状晶体结构，说明了可以通过调整溶剂挥发的方式来得到不同晶体结构的聚乳酸-羟基乙酸材料。
参见下表1，为实施例1-6中步骤(1)制备的4arm-PLGA的GPC测试结果。
表1不同条件下合成的4arm-PLGA的GPC测试结果
由表1可知，实施例1-6中，制备的4arm-PLGA重均分子量为11.3～26.1kg/mol，分子量分布为1.14～1.51，分子量分布较窄，因此通过步骤(1)的方法可以制备出具有四臂结构的PLGA。
进一步的，对实施例1制备的结晶的聚乳酸-羟基乙酸材料进行XPS N 1s测试，如图9所示，与4arm-PLGA相比，经MBAM交联后的4arm-PLGA出现了N 1s的峰，因此可以证明N,N'-亚甲基双丙烯酰胺参与了反应。
将实施例1-3和实施例6的样品进行XRD测试，如图7所示，与常规聚合的PLGA以及4arm-PLGA相比，随着N,N'-亚甲基双丙烯酰胺MBAM含量改变，可以看到在17.1°和17.9°处出现了变化，证明了了MBAM的加入改变了4arm-PLGA的结构，形成了晶体。
将实施例6中，步骤(3)合成的结晶的4arm-PLGA与常规的PLGA以及步骤(1)合成的4arm-PLGA进行体外降解速率比较，具体试验过程为：将样品放置在20ml的离心管中，加入pH＝7.4的PBS于37℃保存，在不同时间取出，用乙醇清洗并在常温下真空干燥。干燥后称量并进行计算；测试结果参见图8，由图8可知，结晶的4arm-PLGA较常规PLGA和4arm-PLGA的降解速率降低了六倍，因此说明了具有结晶的PLGA的降解速率较慢，能够有效保护酯键从而减少PLGA在初期快速降解过程中产生大量的酸性产物，以达到防止降解太快导致降解初期乳酸堆积的问题。
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