(1.太原大學(xué)外語師范學(xué)院化學(xué)教研室，山西太原 030012；2.中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所，四川成都 610041)

(1.太原大學(xué)外語師范學(xué)院化學(xué)教研室，山西太原 030012；2.中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所，四川成都 610041)

乙交酯(GA)和己內(nèi)酯在辛酸亞錫催化下經(jīng)聚合反應(yīng)合成了乙交酯-己內(nèi)酯無規(guī)共聚物(Px)。體外加速降解研究結(jié)果表明，Px的降解過程大致分為三個(gè)階段:0 h～12 h，12 h～36 h和36 h～72 h。Px中GA含量越高，其變化越接近于聚乙醇酸。

乙交酯；己內(nèi)酯；無規(guī)共聚物；合成；降解性能

聚乙醇酸(PGA)具有較好的力學(xué)性能，但在外界生物環(huán)境作用下降解過快，導(dǎo)致其力學(xué)性能喪失較快，不能滿足醫(yī)用材料在實(shí)際中的高強(qiáng)度、慢降解的要求。而己內(nèi)酯(CL)單體組成的鏈段具有優(yōu)異的結(jié)晶性能，較GA鏈段具有更好的疏水性。

為了保持了PGA的力學(xué)性能，并延緩其降解時(shí)間，從而滿足其作為醫(yī)用材料在實(shí)際應(yīng)用中的不同需求［1］，本文以乙交酯(GA)和己內(nèi)酯(CL)在辛酸亞錫催化下經(jīng)聚合反應(yīng)合成了乙交酯-己內(nèi)酯無規(guī)共聚物(Px，Scheme 1)，并對其體外加速降解進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GHP-9080型恒溫水浴箱；PHS-25C型酸度計(jì)。

GA和 CL，自制；辛酸亞錫，分析純，Sigma Aldrich；六氟異丙醇，分析純，DuPont公司；甲苯和乙醚，分析純，廣東光華化學(xué)工廠；其余所用試劑均為分析純。

Scheme 1

1.2 Px的合成

在干燥反應(yīng)瓶中依次加入 GA 5.0 g(43 mmol)，CL 44.0 g(387 mmol)和辛酸亞錫15 mg (0.037 mmol)的甲苯(0.3 mL)溶液，抽真空，氮?dú)庵脫Q三次，攪拌下于150℃反應(yīng)36 h。冷卻至室溫，用六氟異丙醇(50 mL)溶解，加乙醚25 mL (析出沉淀)，過濾，濾餅于40℃真空干燥至恒重得P10［x%=n(CL)/［n(CL)+n(GA)］×100%=10%］。

改變x，用類似方法制得Px(x=20，30，40和50)。

1.3 體外降解實(shí)驗(yàn)

為了縮短體外降解實(shí)驗(yàn)周期，本文適當(dāng)升高降解溫度。參考文獻(xiàn)［2］方法加速降解實(shí)驗(yàn)降解溫度應(yīng)高于37℃并低于聚合物熔化或軟化的溫度范圍，選擇于(70±1)℃對Px進(jìn)行加速降解研究，考察其在降解過程中的質(zhì)量損失、吸水率及pH值變化情況。

將PGA與 Px完全浸沒于以 Na2HPO4和KH2PO4配制的PBS緩沖溶液中(pH=7.40)，置恒溫水浴箱(70℃)內(nèi)進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)，每隔12 h取樣測試［3］。

(1)吸水率與質(zhì)量損失

降解前樣品質(zhì)量為W0，于不同時(shí)間點(diǎn)放入去離子水中洗滌3次，用濾紙吸干表面水分，稱重為W1，經(jīng)真空干燥至恒重稱重為W2，按下式計(jì)算吸水率與質(zhì)量損失率。

(2)pH變化

考察樣品降解對降解液pH的影響，降解液不更換，在預(yù)定降解時(shí)間，直接取樣檢測其pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 體外加速降解性能

(1)質(zhì)量損失率和吸水率

圖1為PGA和Px在PBS(pH=7.40，70℃)溶液中降解過程的質(zhì)量變化情況。由圖1可見，在降解的前12 h，PGA和Px的質(zhì)量損失相當(dāng)；在12 h～36 h階段，PGA的質(zhì)量損失最快，而隨著Px中GA含量減少，其質(zhì)量損失率也隨之減少；在36 h～72 h階段，除P40外，其余Px變化規(guī)律同第二階段相反，即PGA的質(zhì)量損失率減緩，而Px中GA含量越少，其質(zhì)量損失越快，僅P40保持第二階段的損失速率，其最終質(zhì)量損失與PGA相當(dāng)。出現(xiàn)上述變化規(guī)律，主要與聚合物中的不同單體結(jié)構(gòu)以及其親、疏水性能有關(guān)。Px的結(jié)晶性能主要來自于其中GA鏈段，而GA單體結(jié)構(gòu)又較CL單體具有更好的親水性能。因此，在降解前36 h，Px的降解主要是分子鏈段的吸水發(fā)生水解斷鏈，故親水性能更佳的PGA及GA含量更多的Px降解更快，表現(xiàn)為質(zhì)量損失率更大；因?yàn)榫酆衔锏木^(qū)質(zhì)地緊密，可以延緩水分的侵入，故高結(jié)晶度聚合物的降解被延緩。在降解后36 h，由于GA鏈段的規(guī)整排列，使得其結(jié)晶性能更好，從而PGA及GA含量更多的Px的降解被延緩。

圖1 PGA和Px在PBS中降解過程的質(zhì)量變化*Figure 1 The percent remaining weight of PGA and Pxincubated in PBS *pH=7.40，70℃

圖2為PGA和Px在PBS(pH=7.40，70℃)中降解過程的吸水率變化情況。從圖2可見，GA含量較多的三個(gè)聚合物(PGA，P10和P20)的吸水率變化情況一致。在降解前12 h，聚合物分子鏈發(fā)生水解斷鏈，有少量水分子進(jìn)入到聚合物結(jié)構(gòu)中；在降解12 h～36 h階段，大量酯鍵水解，造成大量水分子進(jìn)入聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，其吸水率快速增加；在降解36 h～72 h階段，由于聚合物中小分子鏈段的結(jié)晶性能增加，從而對水分子的侵入有一定阻礙，使得材料的吸水率有所減緩。但GA含量較少的兩個(gè)聚合物(P30和P40)的吸水率變化情況比較特殊。其中P40本身就具有一定彈性，其結(jié)晶性能也較差，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，故在降解初始階段，表現(xiàn)出較大的吸水率，在降解后期，其吸水率變化主要受到酯鍵水解的影響，有微量增加。P30在降解中后期，其吸水率明顯低于其他聚合物，可能是由于此單體比例使得材料的親水性能以及結(jié)晶性能達(dá)到一個(gè)較優(yōu)的配比，使其在降解過程中的吸水率較?。?］。

圖2 PGA和Px在PBS中降解過程的吸水率變化*Figure 2 The change of water absorption of PGA and Pxincubated in PBS *同圖1

(2)pH值

生物可降解材料的水解速率依賴于環(huán)境的pH變化。本降解實(shí)驗(yàn)選用弱堿性PBS緩沖溶液(pH=7.40，70℃)為體外降解環(huán)境。圖3為PGA和Px在PBS降解過程中的pH值變化情況。從圖3可見，PGA和Px在降解過程中的pH值均隨著降解時(shí)間延長而降低，但不同單體比例的聚合物其pH值降低程度、規(guī)律不一致。在降解前12 h，所有聚合物的pH值變化一致，這同質(zhì)量損失變化情況一致，因?yàn)樵诮到馇捌趦H僅是長鏈段的水解，主要發(fā)生在GA鏈段中酯鍵的水解，且水溶液pH值變化有一定延時(shí)性，從而pH值降低幅度均較低。在降解12 h～48 h階段，降解液的pH值急劇減小，隨著聚合物中GA含量增加，其降解液的pH值減小得越快。在降解48 h～72 h階段，GA含量較高的聚合物(PGA，P10和P20)，降解液的pH值基本不再改變，而GA含量較少的聚合物(P30和P40)，其降解液的pH值只是延緩了降低速率，在此降解階段，其pH值繼續(xù)降低，降解終點(diǎn)PGA和Px的pH值基本相當(dāng)。降解液的pH值變化，主要是因?yàn)殡S著聚合物降解的進(jìn)行，聚合物鏈上的酯鍵水解使得降解液中端羧基含量不斷增加，使酸度產(chǎn)生變化；同時(shí)，較低的pH值使得酯鍵的水解加快進(jìn)行，從而產(chǎn)生自催化現(xiàn)象。而GA含量較多的聚合物，其pH值降低較快，是由于一個(gè)GA單體降解過后可以形成兩個(gè)羥基乙酸分子，使得端羥基的比例增加更快，所以PGA在降解過程中的pH值降低最快［5］。

圖3 PGA和Px在PBS中降解過程的pH值變化*Figure 3 The change of pH values of PGA and Pxincubated in PBS *同圖1

［1］Li G，Zhao N，Bai W，et al．Microwave-assisted ringopening polymerization of poly(glycolic acid-co-lactic acid)copolymers［J］.E-polymers，2010，51:1-6.

［2］GB/T16886.13-2001《醫(yī)療器械生物學(xué)評價(jià)-第13部分:聚合物醫(yī)療器械的降解產(chǎn)物的定性與定量》。

［3］Zhao N，Xiong Z C，Yang D J，et al．Enhanced degradation of PLLA containing arginine，tryptophan and lysine［J］.Polym Composites，2009，30:1771-1778.

［4］Bai W，Zhang L F，Li Q，et al．In Vitro hydrolytic degradation of poly(para-dioxanone)/poly(d，I-lactide)blends［J］.Mater Chem Phys，2010，122: 79-86.

［5］Bai W，Chen D L，Li Q，et al．In Vitro hydrolytic degradation of poly(para-dioxanone)with high molecular weight［J］.J Polym Res，2009，16:471-480.

乙交酯-己內(nèi)酯無規(guī)共聚物的合成及其降解性能*

白寶平1，2，李 廣2，白 威2

Synthesis and Degradation Performance of Poly(glycolic acid-co-caprolactone)

BAI Bao-ping1，2， LI Guang2， BAI Wei2
(1.Teaching and Research Section of Chemistry，F(xiàn)oreign Language Normal College，Taiyuan University，Taiyuan 030012，China；2.Chengdu Institute of Organic Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610041，China)

Poly(glycolic acid-co-caprolactone)(Px)were synthesized by polymerization of glycolic acid with caprolactone using stannous octoate as the catalyst.In vitro accelerated degradation of Pxwere investigated.The results showed that the degradation process of Pxcan be divided into the following three stages:0 h～12 h，12 h～36 h and 36 h～72 h.Pxwith high GA content exhibited faster degradation rate.

glycolic acid；caprolactone；copolymer；synthesis；degradation performance

O633.14

A

1005-1511(2014)01-0111-03

2013-06-13；

2013-12-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51103156)；中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目

白寶平(1980-)，男，漢族，山西太原人，講師，主要從事復(fù)合材料的研究。

白威，副研究員，博士，E-mail:baiwei@cioc.ac.cn