基本信息
- 项目名称：
- 天然氨基酸封端聚ε-己内酯的合成
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 聚ε-己内酯[poly(ε-caprolactone)，简称PCL] 是一种性能优良的生物医用材料，被广泛用做生物医用材料。但是，由于它在体内降解速度缓慢，耐油性，耐热性不是很理想，在一些特定的情况下生物相容性还达不到要求，一定程度上限制了PCL的应用。本试验旨在运用天然氨基酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应，再经酸化，得到含有氨基酸端基的PCL，在一定程度上提高PCL的生物相容性和在体内的降解速率。
- 详细介绍：
- 聚ε-己内酯[poly(ε-caprolactone)，简称PCL] 是一种性能优良的生物医用材料，由于它具有良好的渗透性，独特的生物相容性，生物降解性，以及低毒性和免疫原性，因而被广泛用做生物医用材料。但是，由于它在体内降解速度缓慢，耐油性，耐热性不是很理想，在一些特定的情况下生物相容性还达不到要求，一定程度上限制了PCL的应用。天然氨基酸是蛋白质的基本单元，而蛋白质是人体的三大基本营养物质之一，具有很好的生物相容。本试验旨在运用天然氨基酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应，再经酸化，得到含有氨基酸端基的PCL，在一定程度上提高PCL的生物相容性和在体内的降解速率。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 聚ε-己内酯[poly(ε-caprolactone)，简称PCL] 是一种性能优良的生物医用材料，被广泛用做生物医用材料。但是，由于它在体内降解速度缓慢，耐油性，耐热性不是很理想，在一些特定的情况下生物相容性还达不到要求，一定程度上限制了PCL的应用。本试验旨在运用天然氨基酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应，再经酸化，得到含有氨基酸端基的PCL，在一定程度上提高PCL的生物相容性和在体内的降解速率。
科学性、先进性及独特之处
- 对于PCL的研究，主要集中于催化剂的筛选，ε-己内酯与其他单体共聚，合成含有特殊端官能团的PCL等。但选择天然氨基酸作为引发剂，对PCL进行氨基酸封端改性还未见报道。本文选择天然氨基酸钠作为引发剂，得到氨基酸封端的不同分子量的PCL，为PCL封端改性提供了一种新的思路。同时，合成了该物质，在一定程度上改善PCL的生物相容性和体内的降解速率，进一步拓展PCL在生物医学领域中的应用。
应用价值和现实意义
- 运用天然氨基酸对PCL进行封端改性还未见报道。本文选择氨基酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应，为ε-己内酯的封端改性提供了一种新的思路。本文通过氨基酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应，得到不同分子量的PCL，在一定程度上改善了PCL的生物相容性，扩展了PCL在生物支架方面的应用。同时，合成的PCL材料含有特殊的官能团，是其他药物或者生物活性分子的结合位点，拓宽了PCL在药物载体领域的应用。
学术论文摘要
- 摘要：本实验以天然氨基酸为引发剂，由氨基引发ε-己内酯发生聚合反应，并对所得产物进行表征。以亮氨酸钠引发ε-己内酯发生聚合反应为例，合成了含有L-亮氨酸残基封端不同分子量的PCL，并运用1H-NMR和GPC对所合成的产物进行表征。天然氨基酸不仅可以引发ε-己内酯发生聚合反应，还可以应用于引发其他环内酯或环双酯发生聚合反应。所合成的聚合物一端含有氨基酸残基，另一端含有羧基，预计可以提高聚合物材料的生物相容性，控制材料在体内的降解速率。本研究成果为生物材料改性提供了一种新的思路。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Okada M. Chemical syntheses of biodegradable polymers [J]. Progress in Polymer Science, 2002, 27(1):87-133. [2] Rohner D, Hutmacber DW, See P, et al. Individually CADCAM technique designed, bioresorbable 3-dimensional polycaprolactone framework for experimental reconstruction of craniofacial defects in the pig[J]. Mund Kiefer Gesichtschir, 2002, 6(3):162-167. [3] 宋存先, 王彭延, 孙洪范等. 聚己内酯在体内的降解、吸收和排泄[J]. 生物医学工程学杂志, 2000, 17(1):25-28. [4] 李佳, 郑玉峰. 医用聚ε-己内酯的合成及热行为研究[J]. 中国科技论文在线，2008, 4(4):274-278.
同类课题研究水平概述
- 目前，PCL在医学上的研究主要着眼于以下几个方面： 1、无论是作为药物缓释、靶向治疗，还是作为生物支架，都需要一定分子量，且分子量分布较窄的PCL。尤其是作为生物支架，需要一定的强度，对PCL的分子量的要求就显得更为重要。不同的分子量和分子量分布不同，将会直接影响PCL的物理性质，从而影响对药物的负载作用或者支架在体内的代谢情况。现今，有许多研究着眼于选择不同的催化剂，从而得到某一特定范围分子量，且分子量分布较窄的PCL。如倪旭峰等研究了稀土席夫碱配合物催化ε-己内酯开环聚合。结果表明选用稀土席夫碱配合物可以很好的控制己内酯的聚合反应，且得到分子量较高，分子量分布很窄的PCL。 2、PCL与药物的简单物理混合，然后进行给药实验，并与直接给药进行对比。如Shenoy等研究了将胰岛素与PCL混合制成微滴，经皮下注射入糖尿病模型鼠，并与直接注射胰岛素的糖尿病模型鼠做对照，定期检测血糖水平和胰岛素浓度。得出结果为：实验组明显优于对照组，且在试验期间，实验组胰岛素血浆浓度一直保持平稳。Rutledge等以PCL+6%托普霉素做成棒状，植入兔体内，治疗骨髓炎。以直接给药托普霉素为对照组。实验4周后，实验组疗效明显优于对照组。 3、选择带有特殊官能团的有机物作为引发剂，合成带有特殊官能团的PCL，如氨基、羧基等，可以改善PCL的亲水性。含有的官能团可以为生物活性分子，如激素、多肽、蛋白质等提供结合位点，起到负载药物的作用，也可以起到药物靶向治疗的目的。如彭琦云等报道富勒烯衍生物引发己内酯聚合，合成了富勒烯末端封端的PCL。国内外对PCL进行了大量的研究，合成了各种PCL生物材料。但到目前为止，大部分还只是停留在动物体上的研究，还没有引用在临床上。虽然PCL低毒，但是在植入动物体内初期，还是会引起短时间的炎症反应，要想最终用于人体，还需要进一步提高PCL的生物相容性。同时，己内酯有多个亚甲基，疏水性比较强，在生物体内降解的时间比较长，可用于作为长期植入体内材料，而对于短效药物，不益于选择PCL，这就需要对PCL进行改性，提高其亲水性，缩短PCL在体内的降解时间。因此，还需要进一步研究，从而合成各种不同强度，生物相容性更好的生物材料，满足各种特殊的需求，进一步拓宽PCL在生物医用领域范围的应用。
