聚酯及可生物降解類高分子

1、.,聚酯及可生物降解類高分子,聚酯,.,聚乳酸類聚合物,（P175）,.,發(fā)展歷史,1989年 日本鐘紡公司與島津公司合作開發(fā)PLA纖維 1994年開發(fā)出lactron纖維 1998年開發(fā)出用此纖維制造的服飾產(chǎn)品 三井化學 固相縮聚直接合成PLA低聚物 在惰性氣體中得到分子質(zhì)量較高的PLA 帝人公司 纖維級耐熱PLA Biofront 熔點210 德國STFI研究所和Leibniz聚合物研究所 以 PLA為原料的紡黏非織造布 國內(nèi) PLA 的生產(chǎn)技術(shù)仍處于起步階段 2010年 南開大學 可代替金屬材料的骨折內(nèi) 固定釘,.,聚乳酸類聚合物,.,聚乳酸的結(jié)構(gòu),.,聚乳酸的制備方法,丙交酯的開環(huán)聚合

2、和乳酸的直接縮聚 丙交酯的開環(huán)聚合是主要的聚合方法,缺點：丙交酯開環(huán)聚合法合成的聚乳酸成本高，不適合規(guī)?；a(chǎn)； 直接縮聚法在進一步提供分子量和分子量分布方面存在一定缺陷。,.,丙交酯的開環(huán)聚合,.,.,乳酸直接縮聚制備聚乳酸,.,熔融縮聚法,.,.,PLA的性質(zhì),.,聚乳酸能溶于有機溶劑，易加工。其降解是水解反應(yīng)，降解速度與分子量和結(jié)晶度有關(guān)。分子量越大降解越慢。降解首先發(fā)生在無定型區(qū)，約21天后，結(jié)晶區(qū)開始降解，50天后結(jié)晶區(qū)消失。,.,聚乳酸共聚物,1,乳酸與乙醇酸共聚物,2,3,聚乳酸及其共聚物在藥物控釋系統(tǒng)的應(yīng)用,聚乳酸與聚乙二醇嵌段共聚物,.,.,乳酸/羥基乙酸共聚物也主要用作注射

3、用微球、微囊以及埋植劑載體材料。,.,乙醇酸共聚物 （PLGA）,無定型聚合物，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為4555，特性粘數(shù)IV(dl/g)范圍：0.102.0，分子量0.530萬。 可用作醫(yī)用手術(shù)防粘連膜，注射用微膠囊、微球及埋植劑等緩釋制劑的輔料，同時可用作組織工程細胞培養(yǎng)的多孔支架，孔隙率、孔徑和降解速率可調(diào)。,.,.,2）聚乳酸與聚乙二醇嵌段共聚物,嵌段共聚物 AAABBBBBBBBAAA,.,PEG/PLA嵌段共聚物的性質(zhì),1.溶解性:易溶于鹵化烷烴，溶于四氫呋喃，乙酸乙酯和丙酮，不溶于醇類試劑，在水中則形成膠束。由于PLA的疏水性，其分子鏈在水中呈卷曲狀，而PEG在水中呈伸展構(gòu)象，在水中自由

4、裝成核殼結(jié)構(gòu)的膠束，形成原理見第三章第三節(jié)。 2。把共聚物與藥物的混合溶液或其他干燥物通過溶劑蒸發(fā)法等方法分散到水中，即可得到藥物的聚合物膠束。載藥量與聚合物與藥物間的相容性有關(guān)，相容性越好，載藥量越高。注意要控制共聚物中PLA的比列，當PLA比例超過70%時，共聚物較難形成穩(wěn)定的膠束。,.,3.PEG/PLA嵌段共聚物和表面活性劑相似，存在一形成膠束的臨界濃度，叫臨界聚集濃度（CAC），但其數(shù)值遠低于小分子表面活性劑的CAC值。 4. PEG/PLA嵌段共聚物膠束水分散液穩(wěn)定性好，受PH值影響較小，但在較高濃度的電解質(zhì)下也會發(fā)生聚沉。PEG/PLA嵌段共聚物膠束水分散液冷凍干燥后能重新分散在

5、水中形成膠束，膠束尺寸及粒徑分布與凍干前相近，因此，適用于制備凍干注射粉制劑。,表面活性劑一般為具有親水與疏水基團的有機兩性分子，可溶于有機溶液和水溶液。,.,5.PEG/PLLA嵌段共聚物的結(jié)晶性較強，降解速率和藥物釋放速率較慢，而PEG/PDLLA中的PDLLA相是非晶態(tài)，具有較高的降解速率和藥物釋放速率，因此用來做藥物的納米載體。 6. PEG/PLLA嵌段共聚物膠束作為藥物載體，可以有效的增溶疏水性藥物，提高藥物的生物利用度，還可大大降低藥物的毒副作用，增強藥物的靶向作用,.,可降解塑料制品,1,2,藥物釋放材料,3,組織工程材料,4,骨折固定件,5,其他,聚乳酸及其共聚物的應(yīng)用,.,

6、可降解塑料制品,.,PLA對比塑料的優(yōu)點,生物可降解性良好,使用后能被自然界 中微生物完全降解 ，最終生成二氧化碳和水,乳酸,聚乳酸,乳酸,CO2+H2O,.,藥物釋放材料,.,組織工程材料 （組織再生的支架與模板，聚合物材料在組織中具有誘導(dǎo)組 織再 生、調(diào)節(jié)細胞生長和功能分化的的材料。即相當于人工細胞外基質(zhì)。,.,骨折固定件,.,其他,.,研究展望,雖然聚乳酸的合成工藝日益完善，但還有許多方面值得研究，比如催化劑體系及聚合機理的研究仍是一個重要課題。研制無毒、高活性、反應(yīng)條件溫和、聚合物相對分子質(zhì)量及分布可控的催化劑尤其是活性聚合催化劑仍是今后研究的重點。另外，降低丙交酯的成本仍值得進一步研

7、究。當丙交酯的成本降低到一定程度后，聚乳酸將成為通用降解塑料的首選。 聚乳酸的直接合成是相對于間接開環(huán)法發(fā)展起來的，它比間接法有許多優(yōu)點，不僅可以避開二步法繁瑣的中間過程，而且可大大降低成本，這對于聚乳酸的工業(yè)化應(yīng)用有很大的推動作用。我國開展這方面的研究比較晚，報道的文獻多數(shù)集中在傳統(tǒng)工藝的探索，且得到產(chǎn)物相對分子質(zhì)量不高，極大限制了聚乳酸的實際應(yīng)用。期望多途徑的研究聚乳酸的合成，通過化學合成法得到較高相對分子質(zhì)量的聚乳酸，同時進一步開發(fā)低相對分子質(zhì)量聚乳酸的用途，為聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。 降低成本，提高競爭力是今后聚乳酸工業(yè)發(fā)展需要解決的問題。預(yù)計幾年后聚乳酸價格可望達到與

8、所有熱塑性樹脂競爭的水平。,.,其他可生物降解聚合物,（P180）,.,其他可生物降解聚合物,生物降解聚合物多應(yīng)用于控制釋放制劑、人工器官、組織工程。常用劑型為植入劑、皮下注射或靜脈注射用的微粒、微球、微囊等。,聚酯類,01,03,聚酸酐類,02,含磷聚合物,04,分類,聚原酸酯,.,聚酯類,來源：-羥基酸，即乙醇酸 結(jié)構(gòu)單元：-O-CH2-CO- 理化性質(zhì)：具有簡單規(guī)整的線性分子結(jié)構(gòu)，是簡單的線性脂肪族聚酯，有較高的結(jié)晶度，形成結(jié)晶狀聚合物，結(jié)晶度一般為40% 80%，熔點在225左右，不溶于常用的有機溶劑，只溶于像六氟代異丙醇這樣的強極性有機溶劑。 應(yīng)用：醫(yī)用縫合線、藥物控釋載體、骨折固定

9、材料、組織工程支架、縫合補強材料。,聚乙醇酸（PGA）,.,聚己內(nèi)酯（PCL）,生物相容性 在體內(nèi)與生物細胞相容性很好，細胞可在其基架上正常生長，并可降解成CO2和H2O。,生物降解性 在土壤和水環(huán)境中，6-12月可完全分解成CO2和H2O。,良好相容性 可和PE、PP、ABS、AS、PC、PVAC、PVB、PVE、PA、天然橡膠等很好地互容。,良好溶劑溶解性 芳香化合物、酮類和極性溶劑中很好地溶解。不溶于正己烷。,高結(jié)晶性和低熔點性 Tg為-60C，非常柔軟，具有極大的伸展性；其熔點為60-63C，可在低溫成型。,.,聚己內(nèi)酯生產(chǎn)方法,.,聚己內(nèi)酯應(yīng)用領(lǐng)域：, 可控釋藥物載體、細胞、組織培養(yǎng)

10、基架 完全可降解塑料手術(shù)縫合線 高強度的薄膜絲狀成型物 塑料低溫沖擊性能改性劑和增塑劑 醫(yī)用造型材料、工業(yè)、美術(shù)造型材料、玩具、有機著色劑、熱復(fù)寫墨水附著劑、熱熔膠合劑。,口罩,形狀記憶夾板,藥物緩釋包衣,口罩,形狀記憶夾板,藥物緩釋包衣,.,幾內(nèi)酯/D，L-乳酸共聚物：兼具聚D，L-乳酸的滲透性好和聚-已內(nèi)酯的較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（60-70）的特點，有較快的生物降解性，適于藥物的控制釋放。 含有己內(nèi)酯的雙親性嵌段共聚物：泊洛沙姆、PEG，能夠組裝形成膠束，是疏水性藥物的優(yōu)良載體。,.,結(jié)構(gòu)單元：-OCH(CH3)CH2CO-硬而脆酶解，產(chǎn)物為3-羥基丁酸，為人體內(nèi)源性成分，具有良好的相容性

11、。PHB/聚羥戊酸酯：近無定型，適用制備整體溶蝕的骨架片劑。,聚羥丁酸酯（PHB）,.,聚酸酐是一類新的可生物降解的高分子材料，具有優(yōu)良的生物相容性和表面溶蝕性，在醫(yī)學領(lǐng)域正得到愈來愈廣的應(yīng)用。,聚酸酐類,.,聚酸酐類分類：,.,1.具有優(yōu)良的生物相容性和表面溶蝕性 2.表面酸酐鍵的高度水不穩(wěn)定性和疏水性阻止了水分的進入，聚酐主要是進行表面侵蝕 3.聚酐主要由二元羧酸單體熔融縮聚制得，分子量常在2000-200000之間。 4.藥物釋放中得到應(yīng)用的：聚1,3-雙(對羧基苯氧基)丙烷-癸二酸 ，聚(芥酸二聚體癸二酸) 、聚(富馬酸癸二酸) 等,.,5.局部植入給藥是聚酸酐控釋制劑應(yīng)用的主要形式。

12、主要作為骨架型控釋材料，目前已有人用其制備阿司匹林、肌紅蛋白、胰島素植入片。這表明此類聚合物對分子量大小不同的藥物都具有適應(yīng)性。釋藥先有一個時滯，以后速度近于恒定。 如：用熱熔法和溶劑揮發(fā)法制備了聚酸酐胰島素納米球，用于糖尿病治療。動物實驗結(jié)果表明，盡管經(jīng)過兩步加工成球過程，胰島素仍保持活性，并能在3-4天維持正常糖水平。,.,聚原酸酯,多元原酸或多元原酸酯與多元醇在無水條件下縮合形成原酸酯鍵而制得的。,.,制備方法,二元醇與原酸酯或原碳酸酯經(jīng)酯交換反應(yīng)合成POE 雙烯酮與多元醇反應(yīng)制備POE 烷基原酸酯與三元醇聚合，所用原酸酯主要有三甲基原乙酸酯、三乙基原乙酸酯。,.,1.疏水性聚合物，不溶

13、于水，也不發(fā)生溶脹。 2.降解是由于原酸酯鍵的水解引起的，產(chǎn)物為水溶性小分子，易被生物體代謝掉。 3.毒性低，局部有刺激，F(xiàn)DA審批正在進行中。 4.POE基藥物緩釋體系，制成膜狀、小片，用于長效釋放苯并噻嗪，二氯吩和胰島素等藥物；植入眼腔內(nèi)，釋放藥物治療眼疾；還可以制成骨釘?shù)榷唐隗w內(nèi)植入物；POE的載藥微包囊與納米包囊用于對癌癥器官的靶向治療。,.,含磷聚合物,聚磷腈(polyphosphazene),結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機理:,.,1.聚磷腈具有獨特的磷-氮骨架和顯著的合成多樣性，側(cè)鏈降解而不是主鏈降解，水解最終產(chǎn)物為磷酸、氨、氨基酸和乙醇等無毒物質(zhì)。 2.可通過側(cè)基結(jié)構(gòu)的變化和組合，調(diào)節(jié)聚磷腈降解的速度從而控制藥物釋放速率，還可通過生物大分子及其組合體在聚磷腈表面的固定化，達到生物功能化和智能化的目的。,.,如：聚(二羧基苯酚磷酸鹽) 可使藥物分子在溫和環(huán)境下包進聚磷腈微球中。 含羥苯甲酸和甲氧基、乙氧基側(cè)基的聚磷腈被用作pH敏感的水凝膠，通過改變兩個側(cè)基的比例可控制聚磷腈的pH敏感性。,.,.,聚磷酸酯（polyphosphoester）,聚磷酸酯是把磷酸酯接到聚氨酯上，生成保持聚氨酯固有機械性能的可降解材料。聚氨酯被用作與血液接觸的生物材料、藥物的控制釋放。通過把磷酸酯接到聚氨酯上，可提供一種即保持聚氨酯固有機械性能又可降解