乙交酯-己内酯无规共聚物的合成及其降解性能

(1.太原大学外语师范学院化学教研室，山西太原 030012；2.中国科学院成都有机化学研究所，四川成都 610041)

(1.太原大学外语师范学院化学教研室，山西太原 030012；2.中国科学院成都有机化学研究所，四川成都 610041)

乙交酯(GA)和己内酯在辛酸亚锡催化下经聚合反应合成了乙交酯-己内酯无规共聚物(Px)。体外加速降解研究结果表明，Px的降解过程大致分为三个阶段:0 h～12 h，12 h～36 h和36 h～72 h。Px中GA含量越高，其变化越接近于聚乙醇酸。

乙交酯；己内酯；无规共聚物；合成；降解性能

聚乙醇酸(PGA)具有较好的力学性能，但在外界生物环境作用下降解过快，导致其力学性能丧失较快，不能满足医用材料在实际中的高强度、慢降解的要求。而己内酯(CL)单体组成的链段具有优异的结晶性能，较GA链段具有更好的疏水性。

为了保持了PGA的力学性能，并延缓其降解时间，从而满足其作为医用材料在实际应用中的不同需求［1］，本文以乙交酯(GA)和己内酯(CL)在辛酸亚锡催化下经聚合反应合成了乙交酯-己内酯无规共聚物(Px，Scheme 1)，并对其体外加速降解进行研究。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

GHP-9080型恒温水浴箱；PHS-25C型酸度计。

GA和 CL，自制；辛酸亚锡，分析纯，Sigma Aldrich；六氟异丙醇，分析纯，DuPont公司；甲苯和乙醚，分析纯，广东光华化学工厂；其余所用试剂均为分析纯。

Scheme 1

1.2 Px的合成

在干燥反应瓶中依次加入 GA 5.0 g(43 mmol)，CL 44.0 g(387 mmol)和辛酸亚锡15 mg (0.037 mmol)的甲苯(0.3 mL)溶液，抽真空，氮气置换三次，搅拌下于150℃反应36 h。冷却至室温，用六氟异丙醇(50 mL)溶解，加乙醚25 mL (析出沉淀)，过滤，滤饼于40℃真空干燥至恒重得P10［x%=n(CL)/［n(CL)+n(GA)］×100%=10%］。

改变x，用类似方法制得Px(x=20，30，40和50)。

1.3 体外降解实验

为了缩短体外降解实验周期，本文适当升高降解温度。参考文献［2］方法加速降解实验降解温度应高于37℃并低于聚合物熔化或软化的温度范围，选择于(70±1)℃对Px进行加速降解研究，考察其在降解过程中的质量损失、吸水率及pH值变化情况。

将PGA与 Px完全浸没于以 Na2HPO4和KH2PO4配制的PBS缓冲溶液中(pH=7.40)，置恒温水浴箱(70℃)内进行体外降解实验，每隔12 h取样测试［3］。

(1)吸水率与质量损失

降解前样品质量为W0，于不同时间点放入去离子水中洗涤3次，用滤纸吸干表面水分，称重为W1，经真空干燥至恒重称重为W2，按下式计算吸水率与质量损失率。

(2)pH变化

考察样品降解对降解液pH的影响，降解液不更换，在预定降解时间，直接取样检测其pH值。

2 结果与讨论

2.1 体外加速降解性能

(1)质量损失率和吸水率

图1为PGA和Px在PBS(pH=7.40，70℃)溶液中降解过程的质量变化情况。由图1可见，在降解的前12 h，PGA和Px的质量损失相当；在12 h～36 h阶段，PGA的质量损失最快，而随着Px中GA含量减少，其质量损失率也随之减少；在36 h～72 h阶段，除P40外，其余Px变化规律同第二阶段相反，即PGA的质量损失率减缓，而Px中GA含量越少，其质量损失越快，仅P40保持第二阶段的损失速率，其最终质量损失与PGA相当。出现上述变化规律，主要与聚合物中的不同单体结构以及其亲、疏水性能有关。Px的结晶性能主要来自于其中GA链段，而GA单体结构又较CL单体具有更好的亲水性能。因此，在降解前36 h，Px的降解主要是分子链段的吸水发生水解断链，故亲水性能更佳的PGA及GA含量更多的Px降解更快，表现为质量损失率更大；因为聚合物的晶区质地紧密，可以延缓水分的侵入，故高结晶度聚合物的降解被延缓。在降解后36 h，由于GA链段的规整排列，使得其结晶性能更好，从而PGA及GA含量更多的Px的降解被延缓。

图1 PGA和Px在PBS中降解过程的质量变化*Figure 1 The percent remaining weight of PGA and Pxincubated in PBS *pH=7.40，70℃

图2为PGA和Px在PBS(pH=7.40，70℃)中降解过程的吸水率变化情况。从图2可见，GA含量较多的三个聚合物(PGA，P10和P20)的吸水率变化情况一致。在降解前12 h，聚合物分子链发生水解断链，有少量水分子进入到聚合物结构中；在降解12 h～36 h阶段，大量酯键水解，造成大量水分子进入聚合物内部结构中，其吸水率快速增加；在降解36 h～72 h阶段，由于聚合物中小分子链段的结晶性能增加，从而对水分子的侵入有一定阻碍，使得材料的吸水率有所减缓。但GA含量较少的两个聚合物(P30和P40)的吸水率变化情况比较特殊。其中P40本身就具有一定弹性，其结晶性能也较差，材料内部结构较为疏松，故在降解初始阶段，表现出较大的吸水率，在降解后期，其吸水率变化主要受到酯键水解的影响，有微量增加。P30在降解中后期，其吸水率明显低于其他聚合物，可能是由于此单体比例使得材料的亲水性能以及结晶性能达到一个较优的配比，使其在降解过程中的吸水率较小［4］。

图2 PGA和Px在PBS中降解过程的吸水率变化*Figure 2 The change of water absorption of PGA and Pxincubated in PBS *同图1

(2)pH值

生物可降解材料的水解速率依赖于环境的pH变化。本降解实验选用弱碱性PBS缓冲溶液(pH=7.40，70℃)为体外降解环境。图3为PGA和Px在PBS降解过程中的pH值变化情况。从图3可见，PGA和Px在降解过程中的pH值均随着降解时间延长而降低，但不同单体比例的聚合物其pH值降低程度、规律不一致。在降解前12 h，所有聚合物的pH值变化一致，这同质量损失变化情况一致，因为在降解前期仅仅是长链段的水解，主要发生在GA链段中酯键的水解，且水溶液pH值变化有一定延时性，从而pH值降低幅度均较低。在降解12 h～48 h阶段，降解液的pH值急剧减小，随着聚合物中GA含量增加，其降解液的pH值减小得越快。在降解48 h～72 h阶段，GA含量较高的聚合物(PGA，P10和P20)，降解液的pH值基本不再改变，而GA含量较少的聚合物(P30和P40)，其降解液的pH值只是延缓了降低速率，在此降解阶段，其pH值继续降低，降解终点PGA和Px的pH值基本相当。降解液的pH值变化，主要是因为随着聚合物降解的进行，聚合物链上的酯键水解使得降解液中端羧基含量不断增加，使酸度产生变化；同时，较低的pH值使得酯键的水解加快进行，从而产生自催化现象。而GA含量较多的聚合物，其pH值降低较快，是由于一个GA单体降解过后可以形成两个羟基乙酸分子，使得端羟基的比例增加更快，所以PGA在降解过程中的pH值降低最快［5］。

图3 PGA和Px在PBS中降解过程的pH值变化*Figure 3 The change of pH values of PGA and Pxincubated in PBS *同图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《医疗器械生物学评价-第13部分:聚合物医疗器械的降解产物的定性与定量》。

［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-己内酯无规共聚物的合成及其降解性能*

白宝平1，2，李 广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，Foreign 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

国家自然科学基金资助项目(51103156)；中国科学院“西部之光”人才培养计划项目

白宝平(1980-)，男，汉族，山西太原人，讲师，主要从事复合材料的研究。

白威，副研究员，博士，E-mail:baiwei@cioc.ac.cn