1、 1 毕业设计 开题报告 高分子材料与工程 丙氨酸改性聚乳酸及其性能 一、 选题的背景、意义 聚乳酸（ PLA）具有广阔的应用前景，以其来源广泛，改性后有良好的生物相容性和可降解性，在医用材料方面得到良好的推广。除此之外， PLA 改性后能够同普通高分子一样进行各种成型加工，如挤出、流延制膜、吹膜、注塑、吹瓶、纤维成型等。制备的各种薄膜、片材、纤维经过热成型、纺丝等二次加工后得到的产品可以广泛应用在服装、纺织、无纺布、包装、农业、林业、土木建筑、医疗卫生用品、日常生活用品等领域。 PLA改性有增强改性、耐热改性、增 韧改性等。而用丙氨酸改性聚乳酸是为了使其更好的迎合生物医用高分子材料的要求。
2、PLA是一种具有优良生物相容性并可完全生物降解的生物材料，但由于其存在亲水性差、细胞粘附性较差等缺点，影响了其在组织工程和亲水性药物控制释放等方面的应用。因此，利用功能分子氨基酸改性 PLA而获得亲水性能提高的聚 (乳酸 -氨基酸 )(PLAA)共聚物的研究近年来研究的热点。 二、 相关研究的最新成果及动态 目前，氨基酸改性 PLA的研究报道中，方法多为通过氨基酸、乳酸 (衍生物 )等，先合成环状的吗啉二酮或丙交酯、氨基酸 -N-羧基酸酐等 环状化合物中间体，然后环状中间体开环聚合 1,2。因此，整体上存在合成路线冗长、制备周期久、成本高等不足，导致 PLAA来源不易，有必要引入更经济有效的新
3、方法合成 PLAA。近年来，人们开始直接以氨基酸、乳酸(LA)为原料采用熔融共聚法合成 PLAA，涉及的氨基酸中就有 丙氨 酸 3等。 改性 PLA在应用中，当作为支架材料时，不可避免地与体液、组织和细胞相接触，因此要求其具有良好的生物相容性。生物材料的生物相容性主要包括血液相容性和组织相容性。血液相容性是指生物材料与血液接触时在材料表面不发生凝血及溶血现 象，不引起血浆蛋白的变性，不破坏血液的有效成分。组织相容性是指生物材料与组织接触时不会对组织和细胞产生毒害作用，不影响细胞正常的生理功能，不引起周围组织的免疫反应。细胞相容性是生物相容性的重要组成部分。对应用于组织工程的生物材料，要求材料表
4、面有良好的细胞相容性，能够促进细胞的粘附、铺展，迁移、增殖和分化，并维持细胞正常的表型和细胞正常的2 生理功能。 Zam4、 Spendha5、 Taglorms6在 PLA的生物相容性方面作了深入的研究。 在高分子药物控制释放体系中 ,氨基酸改性的 PLA材料也能发挥重要作 用。 对不同的药物要求其载体材料具有不同的释放速度，仅靠 PLA 的分子量分布调节降解速度有很大的局限性。为了改进 PLA的性能，人们又开始合成以 PLA 为主的各类共聚物。 -氨基酸是一类广泛存在于自然界的物质，同样具有良好的生物相容性，代谢产物对人体无毒无害，所以，用氨基酸改性 PLA是人们常用的方法。臧松涛、黄岳山
5、、吴效明 7 合成聚乳酸 /氨基酸共聚物，并对其药物缓释性能做了研究。 改性后的 PLA药物缓释性能有所提高。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 1 研究内容 PLA是一种具有较好生物相容性和降解性的材料 ,可在临床上用于药物控制释放、医用缝合线、骨科固定、组织修复等方面 ,但 PLA结晶度高、大分子链中不含可反应活性基团、亲水性差、降解速度慢 ,从而不利于细胞在材料表面的粘附和生长 ,限制了其在医学材料方面的应用。聚氨基酸自身具有良好的生物相容性和可生物降解性 ,可带有反应性的官能团侧基 ,但其大分子内和大分子间易形成链内或链间氢键 ,不溶于多数溶剂
6、,不易加工成型 ,其用途受到限制。因此，研究点正是将氨基酸链段引入 PLA,得到的共聚物 PLAA，并对所得到的产物进行检测。 2 研究 方法 目前，氨基酸对聚乳酸的改性主要通过与其形成共聚物来完成。根据聚合的机理和方式的不同，大致分为缩聚法 、 吗啉二酮开环聚合 、 分子修饰改性，以及丙交酯与氨基酸单体的共聚等四种方法。其中，最常用的是吗啉二酮的开环聚合。 本文主要尝试采用以辛酸亚锡为引发剂，采用本体聚合，以 3-（ R,S） -甲基 -吗啉 -2，5-二酮与 D,L-丙交酯共聚合成丙氨酸改性的聚乳酸，达到改善聚乳酸的生物降解性和亲水性。 通过红外光谱可以对高聚物的化学结构、构象、空间立构、
7、凝聚态结构和取向结构等进行测定。红外光谱的简单原理及用途红 外光谱是获得有机物结构信息尤其是官能团信息的快速和直观的方法。当有机物受到红外光谱的照射时，分子中的各种化学键就会以不同的振动方式吸收与其振动频率相适应的那部分红外光，如果将透过样品后的红外光的强度接收、记录下来就会得到红外光强度随波长变化而变化的曲线。对于特定的官能团来说，它伸缩振动3 的频率受分子结构的影响不大，这种官能团的吸收总是发生在其特定出现的区域。因此，可以用红外谱图来鉴定化合物的结构组成或确定其化学基团。改性后的 PLA属聚酯酰胺。聚酯酰胺在 1658 cm-1和 1544cm-1处出现酰胺吸收峰，而乳 酸预聚物和丙氨酸
8、的红外图谱中没有这两个峰，并且随着酰胺键占比的增加，吸收强度增强。 关于丙氨酸改性聚乳酸的核磁共振图谱，在 =8.0ppm处的质子位移峰为 2处酰胺 N上所连的活泼氢 H； =5.4ppm处的位移峰 3、 5、 7处高分子链上 C-H所连的 H的质子位移峰；=4.8ppm处的多分裂质子位移峰为 1处亚甲基的质子位移峰，理论上此处位移峰为单峰。 3 技术路线 由 PLA本体的合成机理知道，以辛酸亚锡作催化剂对丙交酯的两个内酯之一的羰基作用开环聚合而对另一个羰基几乎没有什么影响。本课题就从这里出发，以丙氨酸为原 料利用丙氨酸的羧基合成一个六元内酯，然后以合成的内酯与丙交酯共聚，从而在 PLA中引入
9、丙氨酸单元。 4 研究难点 在合成的时候，反应温度设定，反应时间的控制，还有催化剂的选择需要通过正交实验确定，因此合成过程繁杂。 5 预期达到的目标 得到的红外与核磁共振图谱符合对丙氨酸改性聚乳酸的结构特征。 四、 论文详细工作进度和安排 合成丙交酯；合成 3-(R,S)-甲基吗啉 -2， 5-二酮；丙交酯与 3-(R,S)-甲基吗啉 -2，5-二酮的共聚；改性聚乳酸的亲水性研究； 参考文献 1 侯晓娜，王朝阳，赵海军 氨基酸改性聚 乳酸 J.高分子通报 .2007，（ 5） 48-53. 2 Feng Y K,Guo JT.BiodegradablepolydepsipetidesJ.Int
10、J.Mol.Sci., 2009,10(2): 589-615. 3 Abe H,Tetsuka H,Doi Y.Synthesis and characterization of periodic co-polymers from L-lactic acid and L-alainineJ.Polym.Prepr-Japan,2005,5(2):5243-5244. 4 Zam K,Schakenraad J,Esselbruge H,et al.The effect of phagocyotosis of poly(L-lactic) fragments on cellular,morph
11、olygy and viability, J Biomed Mater Rets,1993,27:1569 5 Spendha Esselbrugge H,Schakenraad J,et al.Biodegradation of porus versus mon-porous 4 poly(L-lactic acid) films,J Mater Sci;Mater Med,1994,5:101 6 Taglorms M,Daniels A,Andriano K,et al Six Bioabsorbable polymers:in vitro toxicity of accumulated degradation products,J Appl Biomater,1994,5:151. 7 臧松涛、黄岳山、吴效明 改性聚乳酸的合成及缓释 性能研究 .医疗卫生装备 .2005年 第26卷 第 10期 .
