[发明专利]一种高取代度精氨酸-壳聚糖及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域。

背景技术

甲壳素是自然界中产量仅次于纤维素的第二大类生物材料，广泛存在于节肢动物虾、蟹及昆虫的外壳以及低等植物菌类、藻类的细胞等细胞壁中。壳聚糖是甲壳素经浓碱处理脱乙酰的产物，它是由氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接起来的一种天然高分子线型多糖，其化学名为β-(1，4)-2-氨基-脱氧-D-葡萄糖。

作为一种天然聚合物，壳聚糖具有优良的性质，如良好的生物相容性、无毒性、生物可降解性、抗细菌、抗真菌及抗病毒等。近些年，其抗病原细菌的性质得到了广泛的研究。研究表明带正电的壳聚糖通过吸附于带负电的细菌表面，然后通过阻断营养物质供应或者进入细菌细胞内部从而干扰其代谢等方式来抑制细菌的生长。为了通过增加壳聚糖所带正电荷而更进一步增强其的抗菌性能，于是研究人员合成了N，N，N-三甲基化壳聚糖(Jia ZS et al.Carbohydrate research 2001；333：1-6.)、N，N，N-二乙基甲基壳聚糖(Avadi MR et al.European Polymer Journal2004：40；1355-1361.)、甜菜碱壳聚糖(Holappa J el al.CarbohydratePolymers 2006；65：114-118.)等壳聚糖衍生物并做了抗菌性能的评价。

根据化学规律，基团所带正电荷强弱的排序为：胍基＞季铵根＞烷基胺＞芳香杂化胺＞酰胺。胍基作为目前已知的碱性最强的有机碱，已得到广泛的应用，如美国梅勒克和贝茨公司的产品多果定(Dogdine)的杀菌剂就是十二烷基醋酸胍；双胍辛乙酸盐是一种新的广谱杀菌剂，对农业和园艺的主要真菌有很高的生长抑制活性。当含胍基的物质，如精氨酸、胍基乙酸、胍基丙酸，与壳聚糖结合后形成具有良好的生物活性。有研究人员通过NHS/EDC作为催化剂合成了精氨酸-壳聚糖衍生物(Liu WG et al.Journalof Materials Science：Materials in Medicine 2004；15：1199-1203.)，仅能得到取代度低于20.1％的产物。本发明以一氯乙酸作为“分子臂”，通过三步反应将精氨酸高效率结合到壳聚糖上，其取代度最高可达到了170％，可在皮肤组织工程支架领域获得广泛应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题而提供一种高取代度精氨酸-壳聚糖及其制备方法和应用，该高取代度精氨酸-壳聚糖结合了壳聚糖和胍的生物活性，表现出比壳聚糖更强的抗菌性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种高取代度精氨酸-壳聚糖，所述高取代度精氨酸-壳聚糖以一氯乙酸作为“分子臂”，将精氨酸高效率共价结合到壳聚糖的自由氨基或自由羟基上，其结构式为：

当R’＝R₂，R”＝R₂时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-N，O-壳聚糖；当R’＝R₁，R”＝R₂时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-O-壳聚糖；当R’＝R₂，R”＝R₁时，该高取代度精氨酸-壳聚糖为精氨酸-N-壳聚糖。

优选地，所述高取代度精氨酸-壳聚糖以一氯乙酸作为“分子臂”，将精氨酸高效率共价结合到壳聚糖的自由氨基和自由羟基上。

优选地，所述壳聚糖的分子量在0.5～100万之间，其脱乙酰度为50～99％，所述精氨酸-N，O-壳聚糖的取代度为0～170％，所述精氨酸-O-壳聚糖的取代度为0～91％，所述精氨酸-N-壳聚糖的取代度为0～95％。

该高取代度精氨酸-壳聚糖的制备方法，所述精氨酸-N，O-壳聚糖的制备方法为：

(1)壳聚糖经异丙醇和氢氧化钠溶液膨胀和碱化处理后，再与一氯乙酸于40～80℃反应2～6小时，纯化干燥后得N，O-羧甲基壳聚糖；

(2)N，O-羧甲基壳聚糖在二甲基甲酰胺/水(DMF/H₂O)混合液作为反应介质下，与二氯亚砜(SOCl₂)于40～80℃反应4～8小时，纯化干燥后得N，O-壳聚糖酰氯衍生物；

(3)N，O-壳聚糖酰氯衍生物溶于二甲亚砜(DMSO)中，再与精氨酸反应12～24小时，纯化干燥后得高取代度精氨酸-N，O-壳聚糖；

所述精氨酸-O-壳聚糖的制备方法：