丙氨酸改性聚乳酸及其性能【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　丙氨酸改性聚乳酸及其性能</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　聚乳酸（PLA）具有廣闊的應(yīng)用前景，以其來源廣泛，改性后有良好的生物相容性和可降解

2、性，在醫(yī)用材料方面得到良好的推廣。除此之外，PLA改性后能夠同普通高分子一樣進(jìn)行各種成型加工，如擠出、流延制膜、吹膜、注塑、吹瓶、纖維成型等。制備的各種薄膜、片材、纖維經(jīng)過熱成型、紡絲等二次加工后得到的產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用在服裝、紡織、無紡布、包裝、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土木建筑、醫(yī)療衛(wèi)生用品、日常生活用品等領(lǐng)域。</p><p>　　PLA改性有增強(qiáng)改性、耐熱改性、增韌改性等。而用丙氨酸改性聚乳酸是為了使其更好的迎合生物醫(yī)用

3、高分子材料的要求。 PLA是一種具有優(yōu)良生物相容性并可完全生物降解的生物材料，但由于其存在親水性差、細(xì)胞粘附性較差等缺點，影響了其在組織工程和親水性藥物控制釋放等方面的應(yīng)用。因此，利用功能分子氨基酸改性PLA而獲得親水性能提高的聚(乳酸-氨基酸)(PLAA)共聚物的研究近年來研究的熱點。</p><p>　　二、相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)</p><p>　　目前，氨基酸改性PLA的研究報道

4、中，方法多為通過氨基酸、乳酸(衍生物)等，先合成環(huán)狀的嗎啉二酮或丙交酯、氨基酸-N-羧基酸酐等環(huán)狀化合物中間體，然后環(huán)狀中間體開環(huán)聚合[1,2]。因此，整體上存在合成路線冗長、制備周期久、成本高等不足，導(dǎo)致PLAA來源不易，有必要引入更經(jīng)濟(jì)有效的新方法合成PLAA。近年來，人們開始直接以氨基酸、乳酸(LA)為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。</p><p>　　改性PLA在應(yīng)用中

5、，當(dāng)作為支架材料時，不可避免地與體液、組織和細(xì)胞相接觸，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組織相容性。血液相容性是指生物材料與血液接觸時在材料表面不發(fā)生凝血及溶血現(xiàn)象，不引起血漿蛋白的變性，不破壞血液的有效成分。組織相容性是指生物材料與組織接觸時不會對組織和細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，不影響細(xì)胞正常的生理功能，不引起周圍組織的免疫反應(yīng)。細(xì)胞相容性是生物相容性的重要組成部分。對應(yīng)用于組織工程的生物材料，要求材料

6、表面有良好的細(xì)胞相容性，能夠促進(jìn)細(xì)胞的粘附、鋪展，遷移、增殖和分化，并維持細(xì)胞正常的表型和細(xì)胞正常的生理功能。Zam[4]、Spendha[5]、Taglorms[6]在PLA的生物相容性方面作了深入的研究。</p><p>　　在高分子藥物控制釋放體系中,氨基酸改性的PLA材料也能發(fā)揮重要作用。對不同的藥物要求其載體材料具有不同的釋放速度，僅靠PLA 的分子量分布調(diào)節(jié)降解速度有很大的局限性。為了改進(jìn)PLA的性能

7、，人們又開始合成以PLA 為主的各類共聚物。α-氨基酸是一類廣泛存在于自然界的物質(zhì)，同樣具有良好的生物相容性，代謝產(chǎn)物對人體無毒無害，所以，用氨基酸改性PLA是人們常用的方法。臧松濤、黃岳山、吳效明[7] 合成聚乳酸/氨基酸共聚物，并對其藥物緩釋性能做了研究。改性后的PLA藥物緩釋性能有所提高。</p><p>　　三、課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法、技術(shù)路線及研究難點，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p>&

8、lt;p><b>　　1 研究內(nèi)容</b></p><p>　　PLA是一種具有較好生物相容性和降解性的材料,可在臨床上用于藥物控制釋放、醫(yī)用縫合線、骨科固定、組織修復(fù)等方面,但PLA結(jié)晶度高、大分子鏈中不含可反應(yīng)活性基團(tuán)、親水性差、降解速度慢,從而不利于細(xì)胞在材料表面的粘附和生長,限制了其在醫(yī)學(xué)材料方面的應(yīng)用。聚氨基酸自身具有良好的生物相容性和可生物降解性,可帶有反應(yīng)性的官能團(tuán)側(cè)基

9、,但其大分子內(nèi)和大分子間易形成鏈內(nèi)或鏈間氫鍵,不溶于多數(shù)溶劑,不易加工成型,其用途受到限制。因此，研究點正是將氨基酸鏈段引入PLA,得到的共聚物PLAA，并對所得到的產(chǎn)物進(jìn)行檢測。</p><p><b>　　2 研究方法</b></p><p>　　目前，氨基酸對聚乳酸的改性主要通過與其形成共聚物來完成。根據(jù)聚合的機(jī)理和方式的不同，大致分為縮聚法、嗎啉二酮開環(huán)聚合

10、、分子修飾改性，以及丙交酯與氨基酸單體的共聚等四種方法。其中，最常用的是嗎啉二酮的開環(huán)聚合。</p><p>　　本文主要嘗試采用以辛酸亞錫為引發(fā)劑，采用本體聚合，以3-（R,S）-甲基-嗎啉-2，5-二酮與D,L-丙交酯共聚合成丙氨酸改性的聚乳酸，達(dá)到改善聚乳酸的生物降解性和親水性。</p><p>　　通過紅外光譜可以對高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、空間立構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和取向結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測定。

11、紅外光譜的簡單原理及用途紅外光譜是獲得有機(jī)物結(jié)構(gòu)信息尤其是官能團(tuán)信息的快速和直觀的方法。當(dāng)有機(jī)物受到紅外光譜的照射時，分子中的各種化學(xué)鍵就會以不同的振動方式吸收與其振動頻率相適應(yīng)的那部分紅外光，如果將透過樣品后的紅外光的強(qiáng)度接收、記錄下來就會得到紅外光強(qiáng)度隨波長變化而變化的曲線。對于特定的官能團(tuán)來說，它伸縮振動的頻率受分子結(jié)構(gòu)的影響不大，這種官能團(tuán)的吸收總是發(fā)生在其特定出現(xiàn)的區(qū)域。因此，可以用紅外譜圖來鑒定化合物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基

12、團(tuán)。改性后的PLA屬聚酯酰胺。聚酯酰胺在1658 cm-1和1544cm-1處出現(xiàn)酰胺吸收峰，而乳酸預(yù)聚物和丙氨酸的紅外圖譜中沒有這兩個峰，并且隨著酰胺鍵占比的增加，吸收強(qiáng)度增強(qiáng)。</p><p>　　關(guān)于丙氨酸改性聚乳酸的核磁共振圖譜，在δ=8.0ppm處的質(zhì)子位移峰為2處酰胺N上所連的活潑氫H；δ=5.4ppm處的位移峰3、5、7處高分子鏈上C-H所連的H的質(zhì)子位移峰；δ=4.8ppm處的多分裂質(zhì)子位移峰為1

13、處亞甲基的質(zhì)子位移峰，理論上此處位移峰為單峰。</p><p><b>　　3 技術(shù)路線</b></p><p>　　由PLA本體的合成機(jī)理知道，以辛酸亞錫作催化劑對丙交酯的兩個內(nèi)酯之一的羰基作用開環(huán)聚合而對另一個羰基幾乎沒有什么影響。本課題就從這里出發(fā)，以丙氨酸為原料利用丙氨酸的羧基合成一個六元內(nèi)酯，然后以合成的內(nèi)酯與丙交酯共聚，從而在PLA中引入丙氨酸單元。&l

14、t;/p><p><b>　　4 研究難點</b></p><p>　　在合成的時候，反應(yīng)溫度設(shè)定，反應(yīng)時間的控制，還有催化劑的選擇需要通過正交實驗確定，因此合成過程繁雜。</p><p>　　5 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　得到的紅外與核磁共振圖譜符合對丙氨酸改性聚乳酸的結(jié)構(gòu)特征。</p><

15、;p>　　論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p><p>　　合成丙交酯；合成3-(R,S)-甲基嗎啉-2，5-二酮；丙交酯與3-(R,S)-甲基嗎啉-2，5-二酮的共聚；改性聚乳酸的親水性研究；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 侯曉娜，王朝陽，趙海軍 氨基酸改性聚乳酸[J].高分子通報.2007，（5）

16、48-53.</p><p>　　[2] Feng Y K,Guo JT.Biodegradablepolydepsipetides[J].IntJ.Mol.Sci., 2009,10(2):</p><p><b>　　589-615.</b></p><p>　　[3] Abe H,Tetsuka H,Doi Y.Synthesis and

17、 characterization of periodic co-polymers from L-lactic acid and L-alainine[J].Polym.Prepr-Japan,2005,5(2):5243-5244.</p><p>　　[4] Zam K,Schakenraad J,Esselbruge H,et al.The effect of phagocyotosis of poly(L

18、-lactic) fragments on cellular,morpholygy and viability, J Biomed Mater Rets,1993,27:1569</p><p>　　[5] Spendha Esselbrugge H,Schakenraad J,et al.Biodegradation of porus versus mon-porous poly(L-lactic acid)

19、films,J Mater Sci;Mater Med,1994,5:101</p><p>　　[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.</p>