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高分子量生物可降解聚碳酸酯的酶促合成及改性

程峰  
【摘要】:脂肪族聚碳酸酯是一类表面溶蚀性的生物可降解高分子材料,具有良好的生物相容性和机械加工性能,在生物医用领域具有广泛的用途,如用作手术缝合线、骨固定材料、药物控制释放载体等。生物可降解脂肪族聚碳酸酯一般可以通过二元醇与光气或二烷基碳酸酯的缩合聚合、二氧化碳与环氧化合物的共聚以及环状碳酸酯的开环聚合来制备。其中,环状碳酸酯的开环聚合是合成生物可降解脂肪族聚碳酸酯的重要方法。生物可降解脂肪族聚碳酸酯可以通过引入功能化侧基、与其它单体共聚以及与其它高分子材料共混等方法进行改性,以满足在生物医用领域中的不同需要。本文从合成、改性以及应用等方面对生物可降解脂肪族聚碳酸酯的研究进展进行了综述。 酶促开环聚合是近年来发展起来的具有生物安全性的高分子合成方法,已经广泛用于聚酯和聚碳酸酯等生物可降解高分子材料的合成,但酶促开环聚合方法存在一些不足有待改善,如酶催化活性和热稳定性不高,以及聚合物分子量普遍较低等。酶的固定化已经证明是提高酶的活性和热稳定性的有效方法。在环状碳酸酯开环聚合的研究中己发现:六员环和七员环状碳酸酯在聚合过程中伴随有明显的体积膨胀现象。本文针对这一特点,以多孔硅球固定化猪胰脂肪酶作催化剂,分别以5,5-二甲基-三亚甲基碳酸酯和5-苄氧基-三亚甲基碳酸酯为模型单体,首次利用真空度调控的方法成功地合成了高分子量的聚碳酸酯。研究了反应体系真空度和固定化酶浓度对聚合反应的影响。结果表明,通过调控真空度来获得高分子量的聚碳酸酯是一种新颖有效的方法,有望用于其它酶促开环聚合体系。 聚碳酸酯的疏水性较强,降解速率较慢,对于一些需要快速释放的体系不能很好的适用,使其在药物控制释放领域的应用受到一定的限制。聚乙二醇(PEG)是一类具有良好的亲水性和溶解性、低毒性以及无抗原性和免疫原性的聚合物,在生物医用领域具有广泛的用途。将PEG引入到聚碳酸酯主链上可以调节聚碳酸酯的性能。本文以多孑L硅球固定化猪胰脂肪酶为催化剂,研究了5,5-二甲基-三亚甲基碳酸酯(DTC)和PEG的共聚反应,成功地合成了一系列不同组成的 PDTC一PEG一PDTC三嵌段共聚物,并通过‘H NMR、GPC和DSC对共聚物进行了 表征。详细研究了固定化酶浓度以及单体投料比对PDTC一PEG一PDTC三嵌段共聚 物的组成、分子量与分散度、以及反应产率的影响;对不同组成的嵌段共聚物的 热学性质进行了研究,同时还比较了有机金属化合物催化和固定化酶催化DTC和 PEG的共聚反应。结果表明:聚合产物的组成与投料比基本一致;固定化酶具有 与有机金属催化剂相当的催化活性。 本文进一步研究了不同组分PDTC一PEG一PDTC三嵌段共聚物的亲水性、机械 性能、体外降解性能和药物释放性能。PEG的引入对聚碳酸酩的亲水性有明显的 改善,随着PEG含量的增大,聚合物的亲水性增强。PEG的含量对聚碳酸酷的机 械性能和药物释放性能也有明显的影响,但对体外降解性能影响不大。


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