聚乳酸—聚己内酯嵌段共聚物的合成、表征和酶降解

论文摘要

近二十年来,一类被称为可生物降解材料因为其在生物医学、环境保护等方而的应用越来越受到人们的重视。其中,脂肪组聚酯因其良好的生物相容性、适宜的可加工型、降解产物可被人体吸收,以及最终降解产物为水和二氧化碳对环境无影响,而受到特别的关注。PCL-PLLA嵌段共聚物因为具有精确可控的链段构成,可调节的降解速率和机械性能,可在生物医药、组织工程、药学等领域得到进一步的应用。首先,我们利用表面张力仪和环境扫描电镜（ESEM）研究了蛋白酶K（proteinease K）分别在左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA）底物上的吸附情况,以初步探讨酶降解和酶吸附的关系。ESEM表明proteinase K只能吸附于PLLA底物上,不能吸附于PDLA底物上。接触角测试和表面张力测试也证明了上述结论。结合proteinase K只能降解PLLA,不能降解PDLA的事实,我们可以证明:酶吸附是酶降解的前提条件。利用分步本体开环熔融聚合方法得到了不同己内酯/L-丙交酯（ε-caprolactone/L-lactide）比例（CL组分占优势）的PCL-PLLA-PCL三嵌段共聚物BPLLA5、BPLLA10、BPLLA20和BPLLA33,其中命名中的数字代表中问嵌段PLLA的摩尔含量。差示热量扫描（DSC）、X射线衍射（XRD）均表明在这四种聚合物中,只有PCL纽分可以结晶,PLLA组分不结晶,PLLA含量越多,PCL的结晶越受限,结晶度越小。为了研究四种聚合物的酶降解规律,利用溶液浇铸溶剂挥发的方法制备了尺寸为10×10×0.4mm3的薄膜样品。研究了PCL-PLLA-PCL体系在含有假单胞菌属脂肪酶（pseudonomas lipase）的磷酸盐缓冲溶液（PBS）溶液中的降解情况。降解实验表明,PCL均聚物和四种聚合物样品的吸水曲线和降解行为具有显著差异。PCL均聚物吸水最慢,其次是BPLLA5,BPLLA33吸水最快;PCL均聚物降解最快,其次是BPLLA5,BPLLA33最慢。这表明,随着中间嵌段组分PLLA的增多,体系吸水速率增加,但降解速率显著变慢。这与PLLA组分的吸水性优于PCL是一致的。降觯速率方面,与共混体系不同,嵌段体系中PCL与PLLA组分是通过酯键链接,因而相分离程度大大减小。增多的PLLA组分会影响pseudonomas lipase的吸附,降低体系的降解速率;最终,四种膜样品几乎都完全失重,表明中间的低分子量的PLLA组分也可以被pseudonomas lipase所降解。GPC测试表明,降解过程中膜样品的分子量没有明显变化;1H NMR测试表明,降解过程中CL/LA组分比变化很小。证明了酶降解机理是表面降解（又称异相降解）。最后,我们还合成了PCL-PLLA的两嵌段,三嵌段和星形嵌段共聚物并研究了三者在proteinase K和pseudonomas lipase下的降解行为。三种共聚物具有相同的投料比和分子组成,但链段结构不同。星形嵌段共聚物呈现最快的降解速率,其次是三嵌段,两嵌段最慢。这是因为星形共聚物分子空间体积较大,堆积松散;并且PCL、PLLA链段长度只有两嵌段共聚物的四分之一,因为链段结晶度低,因此降解时体现为较大的吸水率和失重率;而两嵌段共聚物序列长度最长,排列有序度最高,堆积最为致密,链段疏水性强,因此吸水率和失重率都很低。三嵌段共聚物中PLLA序列链段较短,结晶度低,在proteinase K作用下的酶降解速率要快于两嵌段共聚物。因此,嵌段序列的长度,分子堆积的致密程度以及结晶度都是影响降解的因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物可降解高分子材料
• 1.2 聚乳酸、聚左旋乳酸和聚己内酯共聚物的表示
• 1.3 降解
• 1.3.1 水解（hydrolysis）
• 1.3.2 微生物降解（microorganism-catalyzed degradation）
• 1.3.3 光降解（photodegradation）
• 1.3.4 酶降解（enzymatic degradation）
• 1.4 本论文的主要工作和内容
• 第二章 Proteinase K在PLLA膜上的吸附和降解
• 2.1 实验材料:
• 2.2 实验仪器:
• 2.3 ESEM观察Proteinase K在PLLA/PDLA薄膜上的吸附
• 2.4 酶吸附量的确定-表面张力法
• 2.5 本章小结
• 第三章 PCL-PLLA-PCL三嵌段共聚物的酶降解
• 3.1 PCL-PLLA-PCL三嵌段共聚物的合成路线
• 3.2 PLLA预聚体、PCL-PLLA-PCL三嵌段共聚物的表征
• 3.3 PCL-PLLA-PCL三嵌段共聚物的酶降解研究
• 3.3.1 PCL-PLLA-PCL共聚物膜的表征
• 3.3.2 PCL-PLLA-PCL在proteinase K催化下的酶降解
• 3.3.3 降解过程中的热力学性质变化和降解过程中的再结晶
• 3.4 本章小结
• 第四章 PLLA-b-PCL两嵌段、三嵌段和星形共聚物的酶降解
• 4.1 PLLA-b-PCL两嵌段、三嵌段和星形嵌段共聚物的合成路线
• 4.2 PCL预聚体、PLA-b-PCL嵌段共聚物的表征
• 4.3 Proteinase K催化的酶降解
• 4.3.1 失重和吸水
• 4.3.2 降解过程中热性能的变化
• 4.3.3 降解过程中共聚物组分的变化
• 4.3.4 降解形态的ESEM观察
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表文章
• 致谢