1、 1 文献综述 丙氨酸改性聚乳酸及其性能 1.前言 聚乳酸 (PLA) 是一种可生物降解的新型高分子材料。由于其可降解性，良好的生物相容性和低免疫原性，所以受到了越来越多的重视。但是 PLA 本身亦存在水溶性差、性脆等缺点，随着PLA 应用领域的不断开拓，单独的 PLA 均聚物已不能满足要求。如在高分子药物控制释放体系中，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
2、改性聚乳酸是人们常用的方法。选择不同的氨基酸可以使得材料获得不同的性能。例如：用丙氨酸改性可以让材料的降解性能、缓释性能、生物相容性能得到改善。 2.主题 对 PLA的合成研究最早则开始于 50年代，真正具有实际应用意义的 PLA则是 70年代时合成的具有较高分子量的具有旋光性的 D型和 L型 PLA，并开始用于药物制剂和外科临床等方面的研究。以PLA为支撑材料，移植上器官、组织的生长细胞，使其形成自然组织，目前已在肝细胞，皮肤细胞，血管修复，神经修复，视网 膜色素上皮细胞和骨等方面作过尝试。 PLA具有广阔的应用前景，但其高昂的合成成本一直是制约其迅速规模化应用的瓶颈。因此聚乳酸材料的产业化
3、至关重要。虽然 PLA的研究可以追溯到 20世纪 30年代，当时著名高分子化学家 Carothers对 PLA进行了合成研究，但 PLA的产业化直到 1994年才由日本岛津公司和钟纺公司联合开发成功。通过压轧 PLA材料可以被制成透明的、机械性能良好的纤维、薄膜、容器及镜片等1,2。 2004年日本三井公司也建成了年产 500 t的 PLA工厂，其产品主要用于一次性餐具等领域中。 均聚物 PLA为疏水性物质，降解周期难控制，通过与其他单体共聚可改善材料的疏水性、结晶性等，聚合物的降解速率可根据共聚物的分子量及共聚单体种类及配比等加以控制。常用的改性材料有亲水性好的聚乙二醇 (PEG)、聚乙醇酸
4、 (PGA)、羟基丙酸、丙烯酸及药物通透性好的聚e-己内酯 (PCL)等，此外还有多糖、蛋白质、多肽、氨基酸等。 氨基酸具有多个活性官能团，可以用来固定具有生物活性的分子，如蛋白质、糖类、多肽等，其支链可以与小肽、药物或交联剂等连接，促进细胞的黏附和生长；聚氨基酸本身也具有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解产 物氨基酸对人体无毒害作用 3,4。如果将氨基酸链段引入聚乳酸，将综合两类聚合物的优良性能 ,达到调节聚乳酸材料的降解性能和生物相容性的目的 5。 2 目前，氨基酸对聚乳酸的改性主要通过与其形成共聚物 (尤其是 PLAA)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
5、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。从最初的原料乳酸和氨基酸出发，首先将氨基酸溴乙酰化后制备反应终产物的中间体吗啉二酮衍生物；将乳酸在催化剂作用下真空脱水形成丙交酯；再将吗啉 二酮衍生物与丙交酯在催化剂作用下开环聚合制出乳酸 -氨基酸共聚物 -改性 PLA。但是环状中间体的制备与纯化工艺复杂 6,7,使 PLAA的整体合成路线冗长 ,成本高 ,限制了 PLAA的应用。目前 ,直接以乳酸和丙氨酸为原料 ,通过直接熔融聚合法合成聚乳酸类生物降解材料，已经有了长足的进步 8。早期的直接法合成的 PLA相对分子量都不高于 4000，强度极低、
6、易分解，基本上无实用价值。 。 后来有人采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压反应，可以使乳酸直接脱水缩合，并使反应物在 220-2600oC， 133Pa下进一步缩聚，得到相对分子质量高于 4000的 PLA。由于直接聚合反应后期，体系粘度急剧上升，小分子副产物的除去困难，使得反应速率急剧降低。因此，该法有反应时间长，产物在后期高温下会老化分解变色且不均匀的缺点。也有研究者通过丙交酯与氨基酸单体的共聚来改性聚乳酸，以改变聚乳酸的结晶性和亲水性，增加功能基。但总体而言，丙交酯与氨基酸单体的共聚是比较少用的方法，报道极少，还有待深入研究。例如， Barrera等 9报道了丙交酯与赖氨酸的共
7、聚，聚合物中赖氨酸单体含量为10 6 ，在室温条件下最后得到的聚合物分子量为 15000，产率 20 ；如果在低温和长时间的反应条件下，其分子量可达 94000，产率为 75 ；在 37oC碱性条件下其分子量降解为初始值一半所用的时间为 5周，而同等条件 PLA分子量降解为初始值一半所用的时间为 15周。 3.总结 PLA是以生物质资源为原料的生物高分子，摆脱了对石油资源的依赖。随着石油资源的枯竭，满足市场需求的改性聚乳酸将得到更广阔的商业前景。目前，其在医用材料领域的应用已得到认可。而氨基酸改性聚乳酸的研究基本上是以开发医用材料为目的进行的。传统合成氨基酸与乳酸的共聚物的成本较高，这阻碍了它
8、在应用 上的推广普及。直接熔融聚合法工艺路线在短时间内难有突波，唯有对传统工艺路线进行改进升级，才有助于 PLAA的生产成本得到降低。 4.参考文献 1 汪朝阳，直接熔融聚合法制备 D,L-聚乳酸类材料及其应用 D.广州：华南理工大学， 2003 2 汪朝阳，李景宁，赵耀明绿色化学通用教程 M北京：中国纺织出版社， 2007 3 Opperman F B， Picharz S， Steinbuchel A Polym Degrad Stab， 1998,59(3)： 337-334 4 Pulapura S， Kohn J Biopolymers， 1992， 32(4)： 411-417 5
9、 Masaharu A， Masaru Y， Isao K， et al Polym J， 1988， 20(3)： 281-284 3 6 唐智荣，黄虹，饶炬等 .吗啉二酮衍生物与丙交酯的共聚 J华东理工大学学报， 2002， 28(6)：618-620 7 Liu， Yuan M L， Deng X M Study on biodegradable polymers synthesis and characterization of poly(DL-lacticacid-co-lysine) random copolymerJ Eur Polym J， 2003， 39(5)： 977-983 8 侯晓娜，汪朝阳，赵海军，毛郑州，宋秀美 .熔融聚合法合成生物材料聚（乳酸 -丙氨酸） J化学研究与应用 2008， 20(5):527-530 9 Barrera D A， Zylstra E， Lausbury P T， et al Macromolecules， 1995， 28(2)： 425-432
