聚酯及可生物降解类高分子

1、.,聚酯及可生物降解类高分子,聚酯,.,聚乳酸类聚合物,（P175）,.,发展历史,1989年 日本钟纺公司与岛津公司合作开发PLA纤维 1994年开发出lactron纤维 1998年开发出用此纤维制造的服饰产品 三井化学 固相缩聚直接合成PLA低聚物 在惰性气体中得到分子质量较高的PLA 帝人公司 纤维级耐热PLA Biofront 熔点210 德国STFI研究所和Leibniz聚合物研究所 以 PLA为原料的纺黏非织造布 国内 PLA 的生产技术仍处于起步阶段 2010年 南开大学 可代替金属材料的骨折内 固定钉,.,聚乳酸类聚合物,.,聚乳酸的结构,.,聚乳酸的制备方法,丙交酯的开环聚合

2、和乳酸的直接缩聚 丙交酯的开环聚合是主要的聚合方法,缺点：丙交酯开环聚合法合成的聚乳酸成本高，不适合规模化生产； 直接缩聚法在进一步提供分子量和分子量分布方面存在一定缺陷。,.,丙交酯的开环聚合,.,.,乳酸直接缩聚制备聚乳酸,.,熔融缩聚法,.,.,PLA的性质,.,聚乳酸能溶于有机溶剂，易加工。其降解是水解反应，降解速度与分子量和结晶度有关。分子量越大降解越慢。降解首先发生在无定型区，约21天后，结晶区开始降解，50天后结晶区消失。,.,聚乳酸共聚物,1,乳酸与乙醇酸共聚物,2,3,聚乳酸及其共聚物在药物控释系统的应用,聚乳酸与聚乙二醇嵌段共聚物,.,.,乳酸/羟基乙酸共聚物也主要用作注射

3、用微球、微囊以及埋植剂载体材料。,.,乙醇酸共聚物 （PLGA）,无定型聚合物，玻璃化转变温度为4555，特性粘数IV(dl/g)范围：0.102.0，分子量0.530万。 可用作医用手术防粘连膜，注射用微胶囊、微球及埋植剂等缓释制剂的辅料，同时可用作组织工程细胞培养的多孔支架，孔隙率、孔径和降解速率可调。,.,.,2）聚乳酸与聚乙二醇嵌段共聚物,嵌段共聚物 AAABBBBBBBBAAA,.,PEG/PLA嵌段共聚物的性质,1.溶解性:易溶于卤化烷烃，溶于四氢呋喃，乙酸乙酯和丙酮，不溶于醇类试剂，在水中则形成胶束。由于PLA的疏水性，其分子链在水中呈卷曲状，而PEG在水中呈伸展构象，在水中自由

4、装成核壳结构的胶束，形成原理见第三章第三节。 2。把共聚物与药物的混合溶液或其他干燥物通过溶剂蒸发法等方法分散到水中，即可得到药物的聚合物胶束。载药量与聚合物与药物间的相容性有关，相容性越好，载药量越高。注意要控制共聚物中PLA的比列，当PLA比例超过70%时，共聚物较难形成稳定的胶束。,.,3.PEG/PLA嵌段共聚物和表面活性剂相似，存在一形成胶束的临界浓度，叫临界聚集浓度（CAC），但其数值远低于小分子表面活性剂的CAC值。 4. PEG/PLA嵌段共聚物胶束水分散液稳定性好，受PH值影响较小，但在较高浓度的电解质下也会发生聚沉。PEG/PLA嵌段共聚物胶束水分散液冷冻干燥后能重新分散在

5、水中形成胶束，胶束尺寸及粒径分布与冻干前相近，因此，适用于制备冻干注射粉制剂。,表面活性剂一般为具有亲水与疏水基团的有机两性分子，可溶于有机溶液和水溶液。,.,5.PEG/PLLA嵌段共聚物的结晶性较强，降解速率和药物释放速率较慢，而PEG/PDLLA中的PDLLA相是非晶态，具有较高的降解速率和药物释放速率，因此用来做药物的纳米载体。 6. PEG/PLLA嵌段共聚物胶束作为药物载体，可以有效的增溶疏水性药物，提高药物的生物利用度，还可大大降低药物的毒副作用，增强药物的靶向作用,.,可降解塑料制品,1,2,药物释放材料,3,组织工程材料,4,骨折固定件,5,其他,聚乳酸及其共聚物的应用,.,

6、可降解塑料制品,.,PLA对比塑料的优点,生物可降解性良好,使用后能被自然界 中微生物完全降解 ，最终生成二氧化碳和水,乳酸,聚乳酸,乳酸,CO2+H2O,.,药物释放材料,.,组织工程材料 （组织再生的支架与模板，聚合物材料在组织中具有诱导组 织再 生、调节细胞生长和功能分化的的材料。即相当于人工细胞外基质。,.,骨折固定件,.,其他,.,研究展望,虽然聚乳酸的合成工艺日益完善，但还有许多方面值得研究，比如催化剂体系及聚合机理的研究仍是一个重要课题。研制无毒、高活性、反应条件温和、聚合物相对分子质量及分布可控的催化剂尤其是活性聚合催化剂仍是今后研究的重点。另外，降低丙交酯的成本仍值得进一步研

7、究。当丙交酯的成本降低到一定程度后，聚乳酸将成为通用降解塑料的首选。 聚乳酸的直接合成是相对于间接开环法发展起来的，它比间接法有许多优点，不仅可以避开二步法繁琐的中间过程，而且可大大降低成本，这对于聚乳酸的工业化应用有很大的推动作用。我国开展这方面的研究比较晚，报道的文献多数集中在传统工艺的探索，且得到产物相对分子质量不高，极大限制了聚乳酸的实际应用。期望多途径的研究聚乳酸的合成，通过化学合成法得到较高相对分子质量的聚乳酸，同时进一步开发低相对分子质量聚乳酸的用途，为聚乳酸的工业化生产和大规模应用创造条件。 降低成本，提高竞争力是今后聚乳酸工业发展需要解决的问题。预计几年后聚乳酸价格可望达到与

8、所有热塑性树脂竞争的水平。,.,其他可生物降解聚合物,（P180）,.,其他可生物降解聚合物,生物降解聚合物多应用于控制释放制剂、人工器官、组织工程。常用剂型为植入剂、皮下注射或静脉注射用的微粒、微球、微囊等。,聚酯类,01,03,聚酸酐类,02,含磷聚合物,04,分类,聚原酸酯,.,聚酯类,来源：-羟基酸，即乙醇酸 结构单元：-O-CH2-CO- 理化性质：具有简单规整的线性分子结构，是简单的线性脂肪族聚酯，有较高的结晶度，形成结晶状聚合物，结晶度一般为40% 80%，熔点在225左右，不溶于常用的有机溶剂，只溶于像六氟代异丙醇这样的强极性有机溶剂。 应用：医用缝合线、药物控释载体、骨折固定

9、材料、组织工程支架、缝合补强材料。,聚乙醇酸（PGA）,.,聚己内酯（PCL）,生物相容性 在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长，并可降解成CO2和H2O。,生物降解性 在土壤和水环境中，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、天然橡胶等很好地互容。,良好溶剂溶解性 芳香化合物、酮类和极性溶剂中很好地溶解。不溶于正己烷。,高结晶性和低熔点性 Tg为-60C，非常柔软，具有极大的伸展性；其熔点为60-63C，可在低温成型。,.,聚己内酯生产方法,.,聚己内酯应用领域：, 可控释药物载体、细胞、组织培养

10、基架 完全可降解塑料手术缝合线 高强度的薄膜丝状成型物 塑料低温冲击性能改性剂和增塑剂 医用造型材料、工业、美术造型材料、玩具、有机着色剂、热复写墨水附着剂、热熔胶合剂。,口罩,形状记忆夹板,药物缓释包衣,口罩,形状记忆夹板,药物缓释包衣,.,几内酯/D，L-乳酸共聚物：兼具聚D，L-乳酸的渗透性好和聚-已内酯的较高的玻璃化转变温度（60-70）的特点，有较快的生物降解性，适于药物的控制释放。 含有己内酯的双亲性嵌段共聚物：泊洛沙姆、PEG，能够组装形成胶束，是疏水性药物的优良载体。,.,结构单元：-OCH(CH3)CH2CO-硬而脆酶解，产物为3-羟基丁酸，为人体内源性成分，具有良好的相容性

11、。PHB/聚羟戊酸酯：近无定型，适用制备整体溶蚀的骨架片剂。,聚羟丁酸酯（PHB）,.,聚酸酐是一类新的可生物降解的高分子材料，具有优良的生物相容性和表面溶蚀性，在医学领域正得到愈来愈广的应用。,聚酸酐类,.,聚酸酐类分类：,.,1.具有优良的生物相容性和表面溶蚀性 2.表面酸酐键的高度水不稳定性和疏水性阻止了水分的进入，聚酐主要是进行表面侵蚀 3.聚酐主要由二元羧酸单体熔融缩聚制得，分子量常在2000-200000之间。 4.药物释放中得到应用的：聚1,3-双(对羧基苯氧基)丙烷-癸二酸 ，聚(芥酸二聚体癸二酸) 、聚(富马酸癸二酸) 等,.,5.局部植入给药是聚酸酐控释制剂应用的主要形式。

12、主要作为骨架型控释材料，目前已有人用其制备阿司匹林、肌红蛋白、胰岛素植入片。这表明此类聚合物对分子量大小不同的药物都具有适应性。释药先有一个时滞，以后速度近于恒定。 如：用热熔法和溶剂挥发法制备了聚酸酐胰岛素纳米球，用于糖尿病治疗。动物实验结果表明，尽管经过两步加工成球过程，胰岛素仍保持活性，并能在3-4天维持正常糖水平。,.,聚原酸酯,多元原酸或多元原酸酯与多元醇在无水条件下缩合形成原酸酯键而制得的。,.,制备方法,二元醇与原酸酯或原碳酸酯经酯交换反应合成POE 双烯酮与多元醇反应制备POE 烷基原酸酯与三元醇聚合，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，也不发生溶胀。 2.降解是由于原酸酯键的水解引起的，产物为水溶性小分子，易被生物体代谢掉。 3.毒性低，局部有刺激，FDA审批正在进行中。 4.POE基药物缓释体系，制成膜状、小片，用于长效释放苯并噻嗪，二氯吩和胰岛素等药物；植入眼腔内，释放药物治疗眼疾；还可以制成骨钉等短期体内植入物；POE的载药微包囊与纳米包囊用于对癌症器官的靶向治疗。,.,含磷聚合物,聚磷腈(polyphosphazene),结构及反应机理:,.,1.聚磷腈具有独特的磷-氮骨架和显著的合成多样性，侧链降解而不是主链降解，水解最终产物为磷酸、氨、氨基酸和乙醇等无毒物质。 2.可通过侧基结构的变化和组合，调节聚磷腈降解的速度从而控制药物释放速率，还可通过生物大分子及其组合体在聚磷腈表面的固定化，达到生物功能化和智能化的目的。,.,如：聚(二羧基苯酚磷酸盐) 可使药物分子在温和环境下包进聚磷腈微球中。 含羟苯甲酸和甲氧基、乙氧基侧基的聚磷腈被用作pH敏感的水凝胶，通过改变两个侧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机械性能的可降解材料。聚氨酯被用作与血液接触的生物材料、药物的控制释放。通过把磷酸酯接到聚氨酯上，可提供一种即保持聚氨酯固有机械性能又可降解