王勇[1]2009年在《可生物降解两亲性聚天冬氨酸衍生物的合成及其pH敏感性研究》文中研究说明环境刺激响应高分子材料因能够对外界刺激(如pH、温度、光、电信号的变化)进行识别和响应,而在许多领域显示了良好的应用前景。如果环境刺激响应高分子同时具有亲水-疏水两亲性,则可以在选择性溶剂中形成纳米尺度的高分子胶束。以往研究的具有两亲性环境刺激响应高分子,多数为不可生物降解的高分子化合物,如聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚丙烯酸、聚4-乙烯基吡啶等,作为生物医用材料在体内使用时会受到很多限制。如果能够将环境刺激响应性能、两亲性、生物降解性能赋予一种高分子中,就可以得到适于在体内应用的新型高分子材料。这类材料形成的纳米级胶束,可以用作具有定位释放功能的纳米药物制剂的高分子载体;此类高分子也可以在特定组织中原位形成高分子水凝胶,用作诱导组织再生的支架材料(组织修复材料)。聚氨基酸由于具有良好的生物相容性,一般对生物体无毒、无副作用,并可以通过体内的水解或酶解反应最终降解为小分子氨基酸,被人体吸收或排出体外。有望广泛用于医学领域,比如作为药物控释载体等。聚(α,β-L-天冬氨酸)(α,β-L-PAsp)具有良好的生物相容性和生物降解性,而且合成简便,成本较低,作为药物载体和组织工程支架材料已多有研究。如果对聚(α,β-L-天冬氨酸)进行部分酯化,则聚(α,β-L-天冬氨酸)的侧链上含有疏水性的酯基和亲水性的羧基,部分酯化的聚(α,β-L-天冬氨酸)在一定条件下会呈现出两亲性。由于侧链羧基可以电离,在不同pH介质环境中有不同的电离度,因此部分酯化的聚(α,β-L-天冬氨酸)会表现出pH敏感性。不论聚酰胺主链还是酯基侧链,在生理条件下都是可以生物降解的。因此,部分酯化的聚(α,β-L-天冬氨酸)同时具有环境刺激响应性能、两亲性、生物降解性能,本实验室以该类高分子化合物为例,研究一类具有环境刺激响应性能的生物降解高分子纳米材料。(1)以L-天冬氨酸为起始物,采用热缩聚法制备得到聚琥珀酰亚胺(PSI),聚琥珀酰亚胺,开环水解得到聚(α,β-L-天冬氨酸)的钠盐。为调节聚合物的亲疏水平衡,赋予聚合物两亲性,对侧链羧基进行部分酯化,得到共聚物:聚(α,β-L-天冬氨酸盐)/聚(α,β-L-天冬氨酸丙酯)(PAsp-Na/PAsp-P)。利用FTIR,~1H-NMR,DSC,TG等方法对各阶段得到的聚合物中间体和两亲性目标聚合物进行了结构与性能表征。(2)对PAsp-Na/PAsp-P共聚物在水溶液中的pH诱导胶束化行为进行了系统研究。诱导胶束形成的临界pH值在3附近,由于低pH溶液环境中,PAsp-Na链段侧链羧基处于质子化状态,PAsp-Na链段和PAsp-P链段均表现为疏水性,聚合物PAsp-Na/PAsp-P在强酸性环境中会产生沉淀;pH升高,羧基去质子化,PAsp-Na链段表现为亲水性,整个PAsp-Na/PAsp-P共聚物表现为两亲性,可自组装形成胶束。对pH=4时的胶束形态进行了SEM,TEM和AFM观察,并结合动态/静态光散射验证了pH敏感核-壳胶束的存在,证明聚合物形成了以PAsp-Na为亲水性壳层,PAsp-P为疏水性核的核.壳胶束结构。而pH=6条件下,核-壳结构由于环境pH的改变而遭到破坏,形成空心曲面结构。同时利用ζ电位仪测定聚合物表面电荷,证明胶束解离与形成的驱动力的确是聚合物侧链羧基的质子化与去质子化。同时胶束形态变化具有可逆性,随pH变化,聚集体会在沉淀,核-壳胶束和空心曲面结构间相互转变。(3)为得到聚(α-L-天冬氨酸)片段含量较高的聚(α,β-L-天冬氨酸)衍生物,采用另一种反应路线制备两亲性聚天冬氨酸酯(PAsp-Na/PAsp-R)。以聚琥珀酰亚胺为研究对象,选用不同的醇钠做为亲核取代反应进攻试剂,使聚琥珀酰亚胺开环制备聚(α,β-L-天冬氨酸酯)(PAsp-R)。研究发现,不同的亲核试剂进攻聚酰亚胺环时,得到共聚物中聚α-氨基酸与聚β-氨基酸的比例不同,空间位阻和电子效应共同影响反应结果。具有较长烷基链的亲核试剂会优先选择进攻空间位阻较小的β-位羰基碳原子,从而得到聚α-氨基酸占优势的聚(α,β-L-天冬氨酸酯)。由于与α-位碳原子相连羰基碳具有更强的电正性,电负性较大的亲核试剂会优先进攻α-位羰基碳而得到聚β-氨基酸占优势的聚(α,β-L-天冬氨酸酯)。PAsp-R部分水解,得到侧链既有亲水性羧基又有疏水性酯基的两亲性聚合物。以聚(α,β-L-天冬氨酸丁酯)为例,利用UV、~1H NMR等方法研究聚合物的水解降解行为。通过~1H NMR中侧链酯基质子信号峰的消失和主链游离氨基在紫外光谱中吸光度的变化,证明水解降解过程包括侧链酯键的水解和主链酰胺键的裂解两部分,水解过程受环境温度和缓冲溶液pH值的共同影响。水解速率具有温度依赖性,环境温度越高水解速率越快(37℃时的水解速率＞25℃时的水解速率)。溶液pH对聚合物降解速率的影响体现为:pH 12＞pH 4＞pH7。实验结果证实所合成的聚(α,β-L-天冬氨酸酯)是一类性能优良且可生物降解的聚合物。
石峰晖[2]2008年在《聚丁二酸丁二醇酯类聚酯的合成及其作为新型生物医用材料应用的研究》文中认为聚丁二酸丁二醇酯是一种重要的生物可降解脂肪族聚酯,由于其具有良好的生物降解性、优异的成型加工性以及力学性能而倍受青睐。聚丁二酸丁二醇酯作为潜在的生物医用高分子材料应用的研究也受到广泛关注,但其系统的应用基础研究却鲜见报道。因此,研究聚丁二酸丁二醇酯类聚酯的细胞相容性,细胞毒性和模拟体液降解性能对于其在生物医用领域应用具有重要意义。同时现代医学的发展对生物材料提出更进一步的要求,期望材料具有可控降解性和功能性的活性反应位点。在PBS主链上引入可反应的氨基活性位点,一方面可通过改变主链结构和官能团的含量调节降解速率;另一方面可通过改变活性点的密度来控制材料的亲疏水平衡和表面电荷分布,促进细胞的粘附和铺展,提高生物相容性。需要特别指出的是可以通过这些活性基团将药物、蛋白质、多肽等具有生物特异活性的分子利用化学链接的方法固定到材料上,从而引发特异性的细胞反应,有望作为一类新型的靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料。在本论文工作中,我们合成了高分子量的PBS、PES和PBES共聚酯,并系统的研究了其生物相容性,生物毒性和降解性能。同时,以丁二酸、丁二醇和苄氧羰基保护的天冬氨酸为单体,利用熔融缩聚和催化氢化的方法合成了新型具有生物活性氨基的聚丁二酸天冬氨酸丁二醇共聚酯(P(BS-co-BD)),研究了氨基酸含量对共聚酯的降解性能、细胞毒性、细胞相容性和血液相容性的影响,取得了一系列成果,具体如下:(1)利用高效安全的催化体系,采用一步法成功制备了高分子量的PBS、PES和PBES共聚酯,并对反应工艺、共聚酯的结构和性能进行了研究,为其作为生物医用应用创造了良好的条件。(2)系统地研究了PBS、PES和PBES共聚酯作为生物医用材料应用的可行性。PBS、PES和PBES共聚酯在Novozym 435酶缓冲溶液中和模拟体液环境中均可发生降解,但降解行为不同:酶降解是先快后慢,模拟体液降解是先慢后快;在酶降解中共聚酯的乙二醇链段表现出较大的选择性而在模拟体液降解中选择性较小。细胞毒性评价结果表明PBS、PES和PBES共聚酯具有较低的细胞毒性,可以用于生物医用材料。细胞相容性检测表明PBS、PES和PBES共聚酯材料具有较好的细胞相容性。血液相容性研究发现PBS、PES和PBES共聚酯材料具有良好的血液相容性。总之,PBS、PES和PBES共聚酯是一类具有良好综合性能的生物材料,在可吸收的手术缝合线、可吸收的骨钉、人造血管材料和组织工程支架材料领域有良好的应用前景。(3)根据现代医学发展对生物材料的要求,本论文创新地利用熔融缩聚和催化氢化的方法将天冬氨酸引入PBS主链,得到有一类新型的含氨基活性点的P(BS-co-BD)共聚酯,同时对反应工艺、共聚酯的结构和性能进行了详细的研究。(4)系统地研究了氨基酸单元的含量对P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯作为生物医用材料应用的影响。研究发现P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯比PBS有更好的亲水性并且随天冬氨酸含量提高亲水性进一步增强。降解实验表明P(BS-co-BCD)共聚酯在Novozym 435酶缓冲溶液和模拟体液条件下共聚酯的降解速率与天冬氨酸的含量基本存在线性关系,天冬氨酸含量越高,共聚酯的降解速率越大。脱保护前后的P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯在Novozym 435酶缓冲溶液和模拟体液降解行为基本一致,说明保护基团对共聚酯的降解性能影响较小。P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯的细胞毒性为0级,对细胞的生长繁殖影响微小。共聚酯的细胞相容性P(BS-co-BD)> P(BS-co-BCD)>PBS>control,表明PBS上引入的活性氨基侧链提高了材料的亲水性,改变了材料表面电荷性能,促进了细胞粘附增殖,细胞相容性有较大的提高。同时P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯保持了良好的血液相容性。总之,P(BS-co-BCD)和P(BS-co-BD)共聚酯有望作为一类新型的靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料得到广泛应用。(5)探索了P(BS-co-BCD)共聚酯在药物缓释领域的初步应用。实验表明用溶剂挥发法,以P(BS-co-10%BCD)为壁材,PVA为乳化剂,在优化工艺下,可以制备负载吲哚美辛的微胶囊。
冯晨[3]2016年在《仿生聚合物的合成及其用于多功能缓控释肥料的研究》文中研究说明世界人口在过去40年间呈现爆炸式的增长,导致了人们对粮食产量的需求也随之不断地提高。为了获得更高的粮食产量,化肥、农药和灌溉用水在农业生产中的投入量逐年增加。然而,施用后的肥料只有很少一部分可以被农作物吸收利用,绝大多数的养分在施用后会通过挥发而逸入大气中或者经过淋溶而渗入地下水中,从而致使养分不断地流失,造成了严重的环境污染和资源浪费。为了提高养分利用率和植物对有效的养分摄取量,缓控释肥料得到了人们的广泛研究,以解决现代农业中日益突出的环境污染和资源浪费问题。仿生材料是指模仿生物体的某些特点和特性而制备的材料,如模拟荷叶叶面自清洁作用的仿生超疏水材料、模拟蛋白质结构和功能的聚氨基酸或者多肽、基于仿生原理的贻贝化学等。作为近年来新兴的高分子材料,仿生材料通常具备优良的理化性质,如较高的化学活性、良好的生物降解性和优异的生物相容性等。因此,将仿生材料用于缓控释肥料的研究,具有十分重要的意义。本学位论文以仿生聚合物材料聚天冬氨酸和基于仿生原理的贻贝化学为基础,分别利用自由基共聚、Diels-Alder反应和表面原子转移自由基聚合叁种合成方式制备了叁种类型的缓控释肥料,考察了这叁种肥料的缓控释性能,同时分析了其养分组成,观察了其形貌。具体研究内容及结果如下:1.以尿素、魔芋葡甘露聚糖和多聚磷酸铵为原料混合造粒,将其作为肥料内核,以脱除乙酰基团的魔芋葡甘露聚糖作为内层包膜材料,以魔芋葡甘露聚糖、丙烯酰胺、丙烯酸、聚天冬氨酸和基于聚天冬氨酸的大分子交联剂为原料制备的一种可生物降解的保水剂作为外层包膜材料,采用包膜法制备了一种双层包膜的环境友好缓控释肥料。将所制备的保水剂材料作为肥料的外层包膜,不仅可以降低养分释放速率,还可以提高土壤的含水量。同时降解实验表明,该保水剂具有良好的降解能力。此外,我们也对外层保水剂材料在土壤中的吸水和保水性能以及所制备出的缓控释肥料的释放性能进行了系统的研究。2.采用Diels-Alder反应,以糠胺修饰的聚天冬氨酸钠盐、末端修饰马来酰亚胺基团的聚乙二醇和聚天冬氨酸钠盐为原料制备了一种半互穿的农用保水剂。同时采用钙离子对已制备的农用保水剂材料进行离子交联,得到一种双重交联的保水剂。分别以这两种保水剂作为肥料载体负载尿素,制备了一种可生物降解的环境友好缓释肥料,并对这两种肥料在水和土壤中的缓释性能分别进行了考察。同时对两种保水剂的表面形貌、吸水溶胀性能和降解性能进行了系统考察。3.以微溶性无机盐磷酸锌铵作为肥料内核,以聚多巴胺涂层为内层包膜,利用表面原子转移自由基聚合技术在包膜层表面修饰上聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷,制备了一种具有pH值和温度双重敏感性的“智能”肥料。利用透射电子显微镜观察了肥料颗粒的形貌,采用差示扫描量热仪测定了“智能”肥料的低临界溶解温度,同时利用综合热分析仪测定了“智能”肥料中聚多巴胺包膜层和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷的含量。详细地研究了该肥料在不同温度和pH值条件下的释放性能。
周俊[4]2004年在《新型生物高分子材料聚天冬氨酸的合成及应用研究》文中研究表明聚天冬氨酸是一种可生物降解、无毒、不破坏生态环境、被人们誉为“绿色”产品的新型生物高分子材料，其用途十分广泛，涉及到工业水处理、农业、医药、日用化学品和石油钻井等行业。由于其优良的性能，逐渐受到世界上各大化学公司的关注，对聚天冬氨酸的合成及应用做了大量的研究。而国内则起步较晚，只是在近几年才有一些研究机构开始进行此方面的研究。本工作是西安市科技攻关计划的预研课题，研究了以L—天冬氨酸为主要原料合成聚天冬氨酸的缩合工艺，探讨了各种影响因素；表征了产物的结构；完成了初步的应用试验。 主要研究工作如下： 1．综述了生物高分子材料聚天冬氨酸的合成方法及在工业、农业及医药等方面的应用。 2．以L-天冬氨酸为主要原料，优化了传统工艺，合成了浅色高质量的聚天冬氨酸，避免了产物脱色过程。 3．研究了合成过程中各种因素对反应的影响。结论为：反应温度应在180～220℃，提高反应温度有利于加速反应进程，但也使反应产物颜色加深：反应时间一般取1～2h，催化剂量应取1.67～10％，催化剂量太少时反应速度较慢，大于10％时反应物结块；水解5克中间体聚琥珀酰亚胺需要2mol／L的NaOH溶液30ml，水解温度50～60℃，时间1h；将水解液用0.008molHCl中和，缓慢滴入高速搅拌的甲醇中，甲醇用量为水解液质量的3～6倍。在此工艺下得到聚天冬氨酸钠粉术，外观为白色的轻质粉术，堆积密度0.35g／ml，不用进行脱色和粉碎。 4．用红外光谱和核磁共振谱图对聚天冬氨酸进行了表征。 5．对合成的聚天冬氨酸钠对CaCO_3的阻垢性能进行了研究。结果表明：在Ca~(2+)离子浓度120mg/L(以碳酸钙计300mg/L)，HCO_3~-离子浓度为366mg/L(以碳酸钙计600mgL)，PH值=9.0的条件下，阻垢剂浓度达到12.5mg/L时阻垢率可达99％。 6．对PASP的工业化生产进行了初步设计。
楚延锋[5]2014年在《新型聚乙二醇—聚天冬氨酸衍生物药物载体的合成及医用高分子HPLC的表征》文中研究指明以聚乙二醇(PEG)为亲水性链段的两亲性高分子在水中可自组装形成纳米胶束装载药物,该载药体系具有较好的稳定性,能延长药物在体液中循环的时间和提高药效。以聚氨基酸骨架为基础的各类改性聚合物由于具有生物相容性好、可降解、降解产物无毒等特点,在药物载体和组织工程等领域得到广泛的关注。本工作首先采用高效液相色谱(HPLC)表征功能化的PEG衍生物的端基结构,并设计合成了一系列新型聚乙二醇-聚天冬氨酸衍生物药物载体,研究了其载药释药特性,同时也对基因载体用还原敏感性的PEI衍生物分子量的尺寸排除色谱(SEC)测试条件进行了优化。第一章,概述了高分子胶束药物载体的发展及应用,系统介绍了聚氨基酸可降解材料的合成方法及其在药物控制释放领域的发展现状。同时,我们对HPLC(包含SEC)在表征聚合物方面的应用进行了简要的介绍。药物或者药物载体的PEG化(PEG修饰)在现代新型药物及其控释系统的开发中得到了普遍的应用,线型PEG的两个端基结构对PEG化的高分子药物载体的制备具有重要作用,如何准确表征功能化的PEG的端基结构是高分子表征领域的难点之一。在第二章中,我们合成了一系列对羧基苯甲醛改性的聚乙二醇衍生物作为代表,通过HPLC依据其端基官能团的不同进行分离和准确表征。我们使用多种类型色谱柱对这些PEG衍生物进行了分离条件的探索,找到了一种比较合适的方法依据其端基官能团的不同进行了分离,利用超高效液相色谱系统,可以实现PEG衍生物在短时间(30s)内的快速分离。第叁章,以端基改性的聚乙二醇为引发剂,通过酶催化开环聚合、N-羧酸内酸酐(NCA)开环聚合以及点击化学反应合成了一种同时含有聚乙二醇、聚ε-己内酯和聚天冬氨酸苄酯的Y型叁嵌段聚合物mPEG-PBLA/PCL (MPBC)。该Y型嵌段两亲性聚合物胶束所包裹的药物会以比较缓慢的速度释放出来。体外细胞毒性实验表明,空白聚合物胶束基本无毒,这是由于该聚合物的组成成分均具有良好的生物相容性；而装载了阿霉素的聚合物胶束则和游离的阿霉素一样,具有杀死癌细胞(HeLa)的能力。由于在合成该聚合物时采用了多种聚合方式,为今后进行多功能化非线型聚合物的合成提供了新的思路。第四章,以端基改性的聚乙二醇为引发剂,利用开环聚合和侧链取代的方法合成了可生物降解的双重敏感性的聚天冬氨酸类嵌段共聚物mPEG-SS-P(BLA-co-APILA)。由于聚合物链段上双硫键和咪唑基团的存在,该聚合物具有pH和还原双重敏感性能。该聚合物可以通过简便的调节溶液pH值(从3.0至7.4)的方法制备聚合物胶束和聚合物载药胶束,在此过程中可以完全避免有毒有机溶剂的使用。聚合物载药胶束的体外释药及细胞毒性研究表明,在偏酸性和还原环境中聚合物胶束所装载的药物可以快速释放出来,具有杀死癌细胞(HeLa细胞)的能力,而空白聚合物胶束基本无毒。该双重敏感的聚合物胶束药物载体在细胞内快速释药方面具有良好的应用前景。聚合物的分子量及其分布是高分子的一个非常重要的参数,一般通过SEC来进行测试。但是对于水相SEC,由于高分子的功能基团与柱填料表面之间存在相互作用,常常引起非体积排除效应(离子排除效应、离子相互作用及疏水性相互作用等),使我们得到不准确甚至错误的分子量结果。在第五章,我们使用Shodex OHpak SB型色谱柱,通过优化流动相的方法研究含双硫键的聚乙烯亚胺(PEI)衍生物在尺寸排除色谱中的分离情况。有机溶剂乙腈的加入可以减弱聚合物和固定相之间的疏水性相互作用。PEI衍生物的绝对分子量及其分子量分布可以直接使用多角度激光光散射/示差检测器联用(SEC-MALLS/RI)测得。实验结果表明经过优化的分离条件在测定基因载体用含双硫键的还原敏感性的PEI衍生物分子量时可以得到非常好的结果。
卢静琼[6]2015年在《可生物降解聚天冬氨酸互穿网络吸水性树脂的合成与性能研究》文中研究指明聚天冬氨酸吸水性树脂是一种吸水性能良好的可生物降解高分子材料,生物相容性好且容易合成,在环境保护、农业生产、医疗卫生等领域有着极为广阔的应用前景,也是目前国际上吸水性树脂研究的热点。然而,化学交联法制备的聚天冬氨酸树脂有毒性,合成过程中的中间体聚琥珀酰亚胺不溶于水,产物后处理困难且有环境隐患。同时,聚天冬氨酸水凝胶在乙醇溶液中的溶胀倍率很低,载药量不高,严重限制了这类材料在医药方面的应用。另外,聚天冬氨酸吸水性树脂还存在结构单一、耐盐性能差、热稳定性差等缺点,必须对其性能进行改进研究。互穿网络技术是常用的对聚合物进行改性的有效方法。本文首先采用γ-氨丙基叁乙氧基硅烷(KH550)对聚琥珀酰亚胺改性,在水体系通过水解交联反应合成改性的聚天冬氨酸吸水性树脂。随后将互穿聚合物网络引入到吸水性树脂中,通过形成互穿网络结构实现了各组分之间性能上的互补和功能上的协同,在不改变树脂生物降解、生物相容性的前提下,采用聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基壳聚糖与聚天冬氨酸进行互穿,得到既能继承聚天氨酸的两性pH敏感性和良好的热敏感性,又具有较高吸液倍率、耐盐性和较高载药能力及药物缓释性能的互穿网络吸水性树脂。本论文的主要研究内容和创新结果包括以下几个方面:1、制备了环境友好型的聚天冬氨酸吸水性树脂。采用γ-氨丙基叁乙氧基硅烷(kh550)作为改性剂,先对聚琥珀酰亚胺进行改性,然后通过水解和交联两步合成了新型结构的聚天冬氨酸(kpasp)吸水性树脂,交联反应在水溶液中实现,避免了有毒性的二胺类化合物的使用。结果表明制备的kpasp吸水性树脂在蒸馏水中吸水倍率最高可达180g/g。kpasp吸水性树脂在人工血和人工尿中的吸液性能分别达到57g/g和28g/g,且保持了较好的盐敏感性和ph敏感性。研究结果表明合成的聚天冬氨酸吸水性树脂有望在医疗卫生领域获得重要应用。2、在水体系中采用一步互穿法合成聚天冬氨酸/聚乙烯醇互穿网络(kpasp/pvaipn)高吸水性树脂,当kpasp与pva的质量比为1:0.5时,树脂吸液倍率在蒸馏水中可达到273g/g,在0.9%的nacl溶液中为89g/g。kpasp/pvaipn吸水性树脂在人工血和人工尿中的吸液倍率分别达到167g/g和70g/g,以水杨酸作为模型药物,kpasp/pvaipn吸水性树脂在ph=9的介质环境中的药物释放率达到65%。3、通过简单无污染的二步加热-溶液聚合法将聚天冬氨酸交联网络与羧甲基纤维素交联网络相互贯穿,合成了聚天冬氨酸/羧甲基纤维素半互穿(kpasp/cmcsemi-ipn)、全互穿网络(kpasp/cmcipn)高吸水性树脂,并以水杨酸为模型药物,研究了各个树脂的载药率和其在不同介质中的释放行为。互穿网络树脂的最佳合成条件为:kpasp与cmc的质量比为1:1,二次加热温度为145℃,加热时间为15分钟。kpasp/cmcipn吸水性树脂吸液倍率在蒸馏水中可达到413g/g,在0.9%的nacl溶液中为114g/g。在人工血和人工尿中的吸液性能分别达到261 g/g和86 g/g,在pH=9.0的介质环境中的药物释放率高达76%。4、羧甲基壳聚糖分子中含有大量的-OH、-NH2、-COOH等基团,可以大大提高它与金属离子络合反应的能力及其速度。我们用戊二醛作为羧甲基壳聚糖交的联剂,将改性后的聚天冬氨酸和羧甲基壳聚糖树进行互穿,制备了聚天冬氨酸/羧甲基壳聚糖互穿网络吸水性树脂。KPAsp与CMCTS的质量比为1:0.6,KPAsp/CMCTS IPN吸水性树脂吸液倍率在蒸馏水中可达到306 g/g,在0.9%的NaCl溶液中为95 g/g。KPAsp/CMCTS IPN吸水性树脂在人工血和人工尿中的吸液倍率分别达到201 g/g和75 g/g,对KPAsp/CMCTS IPN吸水性树脂的药物缓释进行测试,KPAsp/CMCTS IPN吸水性树脂在pH=9介质环境中的药物释放率为73%。对吸水性树脂的pH、温度、盐敏感性进行测试,结果表明,IPN技术使得两种树脂网络穿插在一起,既保留了聚天氨酸的两性pH敏感性和良好的热敏感性,又提高了树脂的吸液性能.5、用Korsmeyer–Peppas理论对药物缓释行为进行动力学分析,水杨酸从KPAsp/PVA IPN吸水性树脂中的释放过程遵循非Fickian扩散机理。溶胀动力学研究表明:KPAsp吸水性树脂的溶胀行为属于Fickian扩散过程,而KPAsp/CTS IPN树脂的溶胀行为属于非Fickian扩散过程。
冷一欣[7]2005年在《聚天冬氨酸的合成与应用研究》文中研究表明聚天冬氨酸(Polyaspartic acid，PASP)是近几年来在全球销量日增的绿色化学品，它是一种带有羧酸侧链、可完全生物降解、对环境友好的聚氨基酸。国外文献广泛报道了聚天冬氨酸作为阻垢剂，用于循环冷却水系统、锅炉及油气田水处理；作为降粘剂，用于钻井液处理；作为肥料增效剂，促进植物生长，增加作物产量。近年来，国内对聚天冬氨酸的研究报道主要集中在阻垢方面，而其它领域几乎未曾涉及。本文旨在对聚天冬氨酸的合成及动力学进行研究的基础上，探索不同相对分子质量的PASP与其应用领域之关系，在国内首次开展了聚天冬氨酸在降粘、肥料增效、高吸水树脂制备等方面的应用研究。 本文对二类合成聚天冬氨酸的方法进行了研究，一类以L-天冬氨酸为原料，另一类以马来酸酐及其衍生物为原料。以马来酸酐及其衍生物为原料合成聚天冬氨酸，具有原料易得，生产成本低的优势，但所得聚合产品的分子量较低；以L-天冬氨酸为原料，在有或无催化剂存在下，热缩合成聚天冬氨酸，工艺简单，反应过程除生成少量水蒸汽外，对环境无任何污染，根据反应条件的不同，可得到产品的重均相对分子质量M_w在1000-140000范围内。对于用作阻垢和肥料增效剂的聚天冬氨酸，较适宜的反应条件为无催化、反应温度200℃～240℃，反应时间3～4h；用于降粘和高吸水树脂制备的聚天冬氨酸，所需相对分子质量较高，可采用天冬氨酸与磷酸的质量比为5：1，180℃，真空度0.088MPa条件下进行缩聚反应，用线性方程M_w=-7082+10110t，根据所需聚天冬的M_w来确定反应时间，实现可控反应。 本文研究了天冬氨酸及其衍生物的逐步聚合反应。在前人对该类线型缩聚反应研究基础上，分别对200℃、220℃、240℃、250℃、260℃，无催化情况下，进行动力学参数测定，得到相应的速率常数分别为3.339×10~(-5)、4.124×10~(-5)、6.643×10~(-4)、1.231×10~(-3)、2.603×10~(-3)[kg~2／(mol~2·min)]，反应活化能为168.9kJ／mol，频率因子为2.032×10~(13)kg~2／(mol~2·min)。反应机理和实验数据表明，在本文研究范围内，无催化的缩聚反应属于叁级反应，生成聚合物聚合度的平方与天冬氨酸初始浓度的平方和反应时间成正比。 本文的研究表明，聚天冬氨酸是对CaCO_3垢、CaSO_4垢有良好抑制作用的绿色阻垢剂。文中采用静态阻垢评定法对聚天冬的阻垢性能进行了系统的研究，并与常用的阻垢剂聚马来酸、聚丙烯酸等进行了对比。研究发现，聚天冬氨酸相对分子质量的高低对阻垢性能有显着影响。相对分子质量为4700的聚天冬氨酸阻CaCO_3垢性能最好，优于聚马来酸和聚丙烯酸。当聚天冬氨酸加入量为4mg／L时，
狄颖颖[8]2014年在《药用聚天冬氨酸材料的开发》文中研究指明温敏性聚合物是一类能对温度变化具有可逆响应行为的智能材料。目前，温敏性聚合物材料已广泛应用于药物释放、生物分离、组织工程和医药制品等生物医学领域。因此，良好的生物相容性与生物可降解性是温敏性聚合物材料的客观要求，这种材料的分子设计与开发无疑就是该领域最重要的课题之一。本论文的主要内容分为叁部分：一、文献综述部分，简单介绍了温敏性聚合物、聚氨基酸材料及温敏性聚天冬氨酸材料的制备方法和实际应用。二、以L-天冬氨酸、乙二醇、丙酸酐为原料，合成了N-丙酰基-L-天冬氨酸、N-丙酰基-L-天冬氨酸酰氯，以此制备出温度响应性的聚N-丙酰基-L-天冬氨酸/乙二醇材料。通过红外光谱、核磁共振谱等技术表征了中间体、单体和聚合物材料的化学结构。紫外光谱数据表明：聚N-丙酰基-L-天冬氨酸/乙二醇具有最高临界溶解温度（UCST），其UCST为1.5-37.6oC。另外，该温敏聚合物材料具有优异的生物相容性，48小时之内聚合物材料对HeLa细胞成活率接近100%。叁、以L-天冬氨酸、丁二醇、甲酸为原料，制备了N-甲酰基-L-天冬氨酸酐、N-甲酰基-L-天冬氨酸、N-甲酰基-L-天冬氨酸酰氯，并制备出温度响应性的聚N-甲酰基-L-天冬氨酸/丁二醇材料。通过红外光谱、核磁共振谱技术对中间体、单体和聚合物的化学结构进行了表征。研究表明：聚N-甲酰基-L-天冬氨酸/丁二醇具有最高临界溶解温度（UCST），其UCST为20℃。同时，该温敏聚合物材料也具有优异的生物相容性，48小时之内聚合物材料对Hela细胞成活率接近100%。显然，良好的生物相容性和温敏特性为该聚合物材料在生物医学领域的实际应用，提供了良好的性能与安全保障。
孙波[9]2006年在《聚天（门）冬氨酸材料的设计、合成与应用基础研究》文中进行了进一步梳理环境友好型化学品—聚天(门)冬氨酸(PAA)是一种具有多肽结构的可降解生物高分子物质。研究开发各种类型的PAA材料,并进行应用研究已成为世界各国共同感兴趣的课题,力图将这些材料直接应用于某些重要领域,或替换目前在一些重要领域中正在使用的有害物质。本工作重点研究开发具有脱除重金属功能的聚天冬氨酸材料,研究其结构与性能之间的“构效关系”,并尝试将它们应用于脱除中药中重金属这一领域,具有重要的理论意义和实用价值。本文的主要工作和得出的重要结论如下:1.首先采用分散悬浮聚合方式,研究了(线性)聚天冬氨酸(盐)的前驱体—聚丁二酰亚胺的合成。详细考察了聚合过程中原料粒度、反应温度、反应时间、催化剂及其用量等因素对分子量及分布的影响。实验结果表明,对分子量及分布影响最大的因素是原料粒度和聚合温度,在减小原料L-或DL-天冬氨酸的粒度并提高聚合温度(~240℃)的条件下,可得到重均分子量20 000~30 000的聚丁二酰亚胺(以聚苯乙烯为标准),分子量分布系数为1.3~1.5。H3PO4为适宜催化剂,加入适量的H3PO4,既可保护-NH2,减少副反应;又可降低聚合反应的活化能,加快聚合反应,缩短反应时间;还可提高分子量。但催化剂过量时起封端作用,不利于分子量的提高,因此可用催化剂用量调节分子量。2.以对水溶液中Ca2+的阻垢效果为目标函数,运用正交试验设计研究了聚丁二酰亚胺碱性水解制备(线性)聚天冬氨酸(盐)的反应过程。考察了水解温度、水解时间、碱的浓度和用量等因素对(线性)聚天冬氨酸(盐)分子量的影响。实验结果表明,对分子量影响最大的因素是水解温度;由实验结果可推测聚丁二酰亚胺的碱性水解动力学为2级连串反应;在此基础上估算出聚丁二酰亚胺中酰亚胺环(结构单元)水解反应的活化能为28.1 kJ/mol,而聚天冬氨酸中酰胺水解反应的活化能为40.1 kJ/mol。3.阻垢性能测试表明,若以制备阻垢剂为目的,无论采用何种原料路线(L-或DL-天冬氨酸还是顺丁烯二酸酐),只要反应条件适宜均可得到具有优异阻垢性能的聚天冬氨酸。不同原料得到的聚天冬氨酸的阻垢效果相差不大,与目前正在使用的聚丙烯酸型水处理剂的阻垢性能相仿。当采用分散悬浮聚合法时,制备具有优异阻垢性能的聚天门冬氨酸的适宜聚合条件为220℃,0.02~0.03 mol H3PO4/mol L-天门冬氨酸,反应时间为1.5 h,产品阻垢率90~95%,产品色浅;适宜水解条件为:水解温度50~90℃,水解时间约30 min,NaOH浓度2 mol/L,用量为与聚丁二酰亚胺等摩尔数(每克聚丁二酰亚胺约0.45~0.48 g NaOH)。聚天门冬氨酸(钠)以络合增溶、晶格畸变、凝聚分散等叁种方式发挥阻垢作用。4.运用离子选择电位法研究了聚天冬氨酸材料的一次化学结构——线性聚天冬氨酸(钠)对重金属Pb2+的吸附作用,实验结果表明,线性聚天冬氨酸(钠)对Pb2+有很强的吸附作用,它不仅吸附容量高(按聚丁二酰亚胺质量计为1.0 g Pb2+/g ),而且具有较低的平衡吸附浓度(<0.25 mg Pb2+/L);尽管线性聚天冬氨酸及其Pb2+盐是水溶性的,但它对Pb2+的平衡吸附数据仍可用Langmuir和Freundlich方程较好的拟合。5.以重均分子量为10 000～30 000的聚丁二酰亚胺(以聚苯乙烯为标准)为原料,选用适宜的交联剂,采用微波技术合成了非水溶性聚天冬氨酸水凝胶。探讨了原料配比、反应温度或加热方式、反应时间、交联剂及其用量等对反应的影响。实验结果显示:聚天冬氨酸水凝胶也是优良的Pb2+吸附剂,它对Pb2+的吸附量随溶液中Pb2+的浓度、pH等的变化而不同,但受温度的影响较小,而且达到吸附平衡所需要的时间短。初步研究表明,适宜的脱附剂是柠檬酸/柠檬酸叁钠和乙酸/乙酸钠混合物。根据红外光谱数据推测聚天冬氨酸水凝胶对Pb2+的吸附作用既有离子交换作用又有配位络合作用。6.在研究聚天冬氨酸水凝胶的制备工艺中,探索了以水为介质的清洁制备工艺,通过加入钙模板剂,提高了聚天冬氨酸水凝胶的强度和吸附容量。实验结果表明,加入Ca~(2+)模板剂后,聚天冬氨酸水凝胶对Pb~(2+)的吸附性能有所增强,而且也增强了水凝胶的强度。聚天冬氨酸水凝胶的吸附容量约为4.0 mmol/g。7.将带有胺基侧链的聚天冬氨酸与壳聚糖交联共聚,开发了一种新型“绿色”高分子材料—聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物,其结构与与细胞壁的肽聚糖结构相似。它遇水体积膨胀系数小,可用于固定床操作。采用不同的制备工艺,可制得不同形式的聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物材料,例如颗粒型,膜型,巯基型。研究了合成过程中各种因素的影响。通过实验确定了制备颗粒型聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的适宜条件为:壳聚糖:带胺基侧链的聚天冬氨酸(g/g)=1:1.5,0.5～1.0 ml 50 %戊二醛/g (带胺基侧链的聚天冬氨酸),所得共聚物的含N量约8.0 %。在制备聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的过程中,加入适宜的致孔剂,可制得既具有离子交换/吸附功能,又具有一定孔径的双功能超滤膜。此外,将制得的聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物与巯基乙酸反应,还可制得含巯基的聚天冬氨酸与壳聚糖的共聚物,巯基含量约为2.0 %。巯基的存在可能会有利于脱除有机重金属离子(例如甲基汞等)。聚天冬氨酸与壳聚糖的共聚物对原料聚丁二酰亚胺的分子量要求不高,可利用较低分子量的聚丁二酰亚胺作为原料。8.系统研究了聚天冬氨酸材料脱除重金属离子的功能,通过改变结构中的官能团,研究了“构效”关系。通过比较几种具有不同侧链聚天冬酰胺衍生物对Pb~(2+)的作用,证实聚天冬氨酸盐是聚天冬酰胺衍生物中最理想的重金属去除剂。它单位质量捕集容量大,极限平衡浓度低。既可用于重金属浓度较高的场合,又可用于重金属浓度较低的场合。实验结果还显示,交联聚天冬氨酸水凝胶的除铅性能优于聚丙烯酸基树脂和一般螯合树脂,也优于天然高分子材料壳聚糖。红外光谱数据和XPS分析显示聚天冬氨酸水凝胶对Pb~(2+)的作用同时存在离子交换作用和配位络合作用。结合线性聚天冬氨酸对Pb~(2+)的吸附数据,可推测Pb~(2+)与聚天冬氨酸形成配位数为4的络合物。与此同时,以Ca~(2+)为参照物,通过实验证实聚天冬氨酸对重金属离子Cd~(2+)和Hg~(2+)的吸附作用机理与对Pb~(2+)吸附作用机理相似。9.将聚天冬氨酸材料应用于脱除中药中的重金属。选择了几种重金属含量较高的中草药来考察聚天冬氨酸材料脱除中药中重金属的能力。实验结果显示,聚天冬氨酸水凝胶可有效除去甘草、当归、绞股兰等中药水溶液中的Pb~(2+)、Hg~(2+)、Cd~(2+)等二价重金属离子,中药浓度(或固含量)对水凝胶吸附性能有一定的影响;但实验也发现,聚天冬氨酸结构对以其它形式存在的Hg元素的脱除效果不好。而含巯基聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物既可有效脱除中药中的Pb和Cd元素,也可有效脱除Hg元素。10.通过BOD/COD、总有机碳法(TOC)变化、生长分级、质量变化、扫描电镜,元素分析、红外光谱等多种分析测试手段,评价了各种类型的聚天冬氨酸材料的生物降解性。实验结果表明,在评价水溶性聚天冬氨酸生物降解性的方法中,总有机碳法(TOC)法比较好。该方法实验操作较简单,数据可靠,重复性好;按照OECD 201B标准,经过驯化接种后,水溶性聚天冬氨酸属于易生物降解聚合物。评价非水溶性聚天冬氨酸材料生物降解性的适宜方法是生长分级法并配合扫描电镜,失重法并配合残余物元素分析、红外光谱分析等;实验结果显示,聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的生物降解性优于聚天冬氨酸水凝胶,二者生物降解性均比市售凝胶型聚丙烯酸类离子交换树脂110好。
杨平[10]2013年在《聚天冬氨酸—谷氨酸接枝共聚物的合成与应用研究》文中进行了进一步梳理长期以来,以叁聚磷酸钠(STPP)为代表的含磷洗涤助剂因助洗效果好,在合成洗涤剂工业中得到了广泛的应用,但STPP会引起水体的富营养化,严重影响生态环境,目前多个国家已经实行禁磷、限磷。现在常用的无磷替代品聚丙烯酸钠及丙烯酸类共聚物,助洗效果好,但生物降解性差,在环境中长期积累也会引起环境问题。聚天冬氨酸(PASP)生物降解性好,分子结构中含大量羧基,具有良好的螯合分散性,防止碳酸钙的沉积,但其螫合和分散能力不如丙烯酸类共聚物。谷氨酸(GLU)分子内含有一个氨基、两个羧酸基,可以提高螫合分散性能,因此本课题拟在碱性条件下,使GLU与聚琥珀酰亚胺(PSI)氨解反应得到聚天冬氨酸-谷氨酸接枝共聚物(PASP-GLU),使其侧链羧酸基的数目增加,改善PASP的螯合分散性。具体研究内容如下：首先,马来酸酐、尿素热缩聚合成聚琥珀酰亚胺(PSI),水解得到聚天冬氨酸(PASP)。优化的工艺条件为：聚合阶段,n马来酸酐：n尿素为1.0：0.7,在180℃下聚合1.00h,得到Mv为1.00×104的PSI；水解阶段,保持反应体系的pH值为9.0,在25℃下水解2h。在优化工艺条件下合成的PASP的钙螫合力为179.9mg CaCO3/g,钙分散力为100.9mgCaCO3/g,碱缓冲力为1.50mLHCl/g。用傅里叶变换红外(FTIR),核磁共振(1H-NMR)对PSI、PASP的化学结构进行了表征,并用极限黏度法测定了PSI的粘均分子量。在碱性条件下,PSI与谷氨酸(GLU)发生氨解反应,合成了主链含有酰胺键,侧链含有羧酸基的接枝共聚物(PASP-GLU),优化的工艺条件为：nPSI：nGLU为1.0：1.8,在25℃下氨解24h。在优化工艺条件下合成的PASP-GLU的接枝率达最大值60%,其钙螫合力为232.7mgCaCO3/g,钙分散力为108.9mgCaCO3/g,碱缓冲力为1.67mLHCl/g,助洗性能均优于PASP。用FTIR,1H-NMR和凝胶过滤色谱(GFC)对PASP-GLU的化学结构与质均分子量(Mw)进行了表征,结果表明：PASP-GLU质均分子量在1.20×104-2.96×101g/mol之间,多分散系数在1.01-1.76之间。研究了PASP-GLU接枝率对其助洗性能的影响。随着接枝率的增加,PASP-GLU的钙螯合合能力显着提高,而分散力和碱缓冲力增幅很小。文中还研究了PASP-GLU的热稳定性及结晶性能。用摇床实验法测试了PASP-GLU的生物降解性。由于PASP-GLU的主链含有N杂原子的酰胺键,容易被生物降解,但降解率随PASP-GLU的接枝率的增加而降低,当PASP-GLU接枝率为60%时,21天的生物降解为为52%,仍属于可生物降解物质。
参考文献：
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[6]. 可生物降解聚天冬氨酸互穿网络吸水性树脂的合成与性能研究[D]. 卢静琼. 太原理工大学. 2015
[7]. 聚天冬氨酸的合成与应用研究[D]. 冷一欣. 南京工业大学. 2005
[8]. 药用聚天冬氨酸材料的开发[D]. 狄颖颖. 河北大学. 2014
[9]. 聚天（门）冬氨酸材料的设计、合成与应用基础研究[D]. 孙波. 天津大学. 2006
[10]. 聚天冬氨酸—谷氨酸接枝共聚物的合成与应用研究[D]. 杨平. 广东工业大学. 2013