[发明专利]一种可快速UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物高分子材料及其合成方法。

背景技术

壳聚糖是自然界中唯一带有氨基的弱碱性天然多糖，由于良好的生物相容性、生物可降解性使其可应用于药物释放、组织工程和伤口敷料等领域。然而壳聚糖分子内和分子间强烈的氢键作用使得其不溶于水、生理盐水或模拟体液等pH为中性的水性介质，并且也无法实现可UV固化。由于壳聚糖中含有丰富的反应活性基团(氨基和羟基)，利用这些反应基团的化学改性可赋予壳聚糖溶于水且可光固化的性能，这必将拓宽壳聚糖在组织工程(如基于光固化的可注射壳聚糖水凝胶体系)、药物释放(包裹或负载生物活性物质，如药物，蛋白质和生长因子)和创伤修复等生物医药领域的应用范围。目前可UV固化壳聚糖衍生物的合成已经取得一定进展，其中Tsai W B等人(Carbohydrate Polymer，2011，85：129～137)先利用壳聚糖6位羟基与环氧丙烷开环反应，再利用对叠氮苯甲酸与壳聚糖2位氨基上的酰化反应，两步化学改性法合成了可UV固化且水溶的叠氮化羟丙基壳聚糖；该衍生物水溶液在波长为280～380nm，UV辐照度为65mW/cm²的UV辐照下，30分钟后获得可应用于伤口敷料和组织工程支架材料的水凝胶。Chandra M V等人(Soft Matter，2012，8：1964～1976)先利用壳聚糖上的6位羟基与氯醋酸发生羧甲基化反应，后添加使羧基基团活化的EDC/NHS催化剂，再利用6位羧基与甲基丙烯酸2-氨基乙酯发生酰化反应，两步化学改性合成出了可UV固化且水溶的壳聚糖衍生物；该衍生物水溶液在含有0.1％(w/v)的光引发剂(Irgacure2959)下，在波长为365nm，功率为160W的UV辐照下，30分钟后可固化形成水凝胶，细胞实验证实神经干细胞可在水凝胶上增殖与分化。Yingshan Zhou等人(International Journal ofBiological Macromolecules，2011，48：408～413)先利用丙烯酰氯与甲基丙烯酸羟乙酯合成丙烯酸乙二醇酯，再利用壳聚糖2位氨基与丙烯酸乙二醇酯的迈克尔加成反应合成出可UV固化且水溶的壳聚糖衍生物；该衍生物水溶液在含有0.1％(w/v)的光引发剂下，在波长为320～480nm，UV辐照度为10mW/cm²的UV辐照下，15分钟后获得可促进成纤维细胞的粘附与增殖的水凝胶。

但上述可UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物的合成方法以及UV固化条件仍存在以下问题：1、可UV固化与可溶于水的化学改性需要多步合成(常见两步法)；(2)合成过程中部分需要添加使反应基团活化的EDC/NHS催化剂；(3)UV辐照时间长，如15～30分钟，甚至更长时间。

发明内容

本发明是要解决现有可UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物的合成需要多步化学反应，合成过程需要添加使反应基团活化的EDC/NHS催化剂，合成的壳聚糖衍生物在固化过程中UV辐照时间长的技术问题，从而提供了一种可快速UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物及其合成方法。

本发明中的一种可快速UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物是指N-甲基丙烯酰化壳聚糖，其结构式为：

其中，m为参与酰化反应壳聚糖的摩尔百分比，n为未参与酰化反应壳聚糖的摩尔百分比。

本发明中的一种可快速UV固化且能溶于水的壳聚糖衍生物的合成方法是按以下步骤进行：

一、将1g壳聚糖溶解于乙酸溶液中，室温下配制成质量体积浓度为0.4％～2.8％的壳聚糖乙酸溶液，向配制好的壳聚糖乙酸溶液中缓慢加入0.3～3.5g的甲基丙烯酸酐，控制反应温度为20～65℃，反应3～24h，获得混合溶液；

二、用摩尔浓度为0.46～0.95mol/L的氨水溶液或摩尔浓度为0.45～0.83mol/L的NaHCO₃水溶液调节步骤一得到的混合溶液的pH值为6.3～8.2，将调节后的混合溶液在去离子水环境中，控制温度在30～55℃下透析3～7天，每隔12～24h更换一次去离子水，透析后溶液在-25～-60℃冷冻干燥1～5天，即制得可快速UV固化且能溶于水的N-甲基丙烯酰化壳聚糖。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明采用一步法合成出具有确定化学结构的N-甲基丙烯酰化壳聚糖，实现甲基丙烯官能团高度化学选择性的与壳聚糖2位氨基发生酰化反应，未与6位羟基发生酯化。通过在壳聚糖分子链上引入不饱和双键，合成出可快速UV固化且溶于水的N-甲基丙烯酰化壳聚糖，合成过程不需要添加EDC/NHS等催化剂。