生物可降解聚对二氧环己酮材料中单体残留的测定*

朱爱臣，马丽霞，杨清华，刘阳，王传栋，李俊起

（山东省药学科学院，山东省医用高分子材料重点实验室，济南250101）

1 引 言

聚对二氧环己酮（PPDO）是一种线性的生物可降解的脂肪族聚酯-醚，其分子主链中含有可水解的酯键和独特的醚键，赋予了聚合物材料良好的可生物降解性、生物相容性及机械性能（即优异的力学强度和韧性），是一种理想的生物可降解医用材料［1-3］。PPDO可用于手术缝合线、骨科固定材料、细胞支架和药物载体、组织修复材料等［4-8］。PPDO作为研究血管内支架的新材料，已获得FDA的认证，经批准可以使用于人体，其医用性能也已得到证实［9-10］。PPDO作为骨科固定材料，在体内的降解过程不需要特殊酶的参与，代谢的产物经过三羧酸循环后再通过呼吸道、粪便和尿液等排出体外［11-12］。

PPDO的合成多以对二氧环己酮（PDO）为原料通过开环聚合制得［13-15］，样品可能残留有未反应完全的PDO单体，PDO单体虽没有毒性，但残留在PPDO制品中会影响PPDO的缓释效果和机械性能。本研究以PPDO为原料，通过注射成型，加工成有一定承重作用的制品。为保障制品的机械性能，参照YY/T 0661-2008［16］标准中需要注射成型或承重的聚合物，单体残留量不大于0.1%的要求，建立气相色谱法，对PPDO原料进行PDO单体残留量的质控检测。目前尚未见PPDO中PDO单体残留测试方法及残留限度的报道。

2 仪器与试剂

Agilent 6890N型气相色谱仪，氢火焰离子化检测器（FID），美国安捷伦公司；BS210S型电子分析天平，d＝0.1 mg，德国 Sartorius公司；Spectrafuge 6c型离心机，美国Labnet公司；KQ5200B型超声清洗器，昆山市超声仪器有限公司；HH-2数显恒温水浴锅，常州博远实验分析仪器厂。

对二氧环己酮（PDO），纯度大于99%，批号201601001，惠州华阳医疗器械有限公司；聚对二氧环己酮（PPDO），A公司，批号 D160500015；聚对二氧环己酮（PPDO），B公司，批号 D4-32；二甲基甲酰胺（DMF），色谱纯，天津科密欧化学试剂有限公司；甲醇，色谱纯，天津赛孚瑞科技有限公司；二甲基亚砜（DMSO），色谱纯，国药集团化学试剂有限公司。

3 方法与结果

3.1 溶液的制备

3.1.1 对照品贮备液制备 取PDO约10 mg，精密称定，置100 mL容量瓶中，用DMF溶解并定容，作为对照品贮备液。

3.1.2 对照品溶液制备 取贮备液1 mL，置10 mL容量瓶中，用DMF稀释并定容，作为对照品溶液。

3.1.3 线性溶液 分别取对照品贮备液0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 mL，置 10 mL容量瓶中，用 DMF稀释并定容，作为线性溶液。

3.1.4 供试品溶液 取供试品PPDO约0.1 g，精密称定，置10 mL容量瓶中，加DMF适量使之溶解后，缓慢滴加甲醇，振摇，定容；取适量于离心管中，3 000 rpm离心30 min，取上清液作为供试品溶液。

3.2 色谱条件与系统适用性试验

3.2.1 色谱条件 采用DB-624毛细管色谱柱（30.0 m×535μm×3.00μm），程序升温（146℃保持5 min，30℃/min升温至200℃，保持2 min），进样口温度240℃，检测器温度250℃，分流比5：1，流速3.0 mL/min，进样量2μL。

3.2.2 不同色谱柱的选择 分别以GS-TEK GsBP-5（30.0 m×320μm×0.25μm）毛细管色谱柱和Agilent DB-624（30.0 m×535μm×3.0μm）毛细管色谱柱进行试验。采用GS-TEK GsBP-5毛细管色谱柱，单体峰对称性差；采用Agilent DB-624毛细管色谱柱，对单体有较高的响应值，且对称性较好，理论塔板数和分离度均符合要求。因此，本研究选用Agilent DB-624毛细管色谱柱。

3.2.3 溶剂的选择 PPDO在二甲基亚砜（DMSO），二甲基甲酰胺（DMF）和六氟异丙醇中均可溶解，但由于六氟异丙醇溶剂中氟的存在可能对色谱柱有一定的损伤，所以不予采用；DMSO中的杂峰对单体PDO的检测有干扰，也不予采用；本研究选用DMF作为溶剂，不干扰单体的测定。

同时，我们对DMF的用量进行了研究，结果发现，以溶液总体积10 mL为例，加DMF 2 mL时，PPDO不能完全溶解，加4 mL和6 mL DMF则可使PPDO完全溶解，但DMF用量6 mL时，甲醇量（约4 mL）又不足以将PPDO完全沉淀，故本实验选用DMF加入量为4 mL，DMF与甲醇体积比为2∶3。

3.2.4 系统适用性考察 取对照品溶液和供试品溶液分别进样，并记录色谱图，PDO单体的保留时间为6.53，理论塔板数为80414，与聚合物中其他杂质（PDO的低聚物）峰的分离度为2.399。

3.3 方法学研究

3.3.1 专属性 分别精密量取空白溶剂a（DMF），空白混合溶剂b（甲醇和DMF的体积比为3∶2）和PDO对照品溶液c，各2μL。按“3.2.1”项下的色谱条件分别进样，记录色谱图（见图1）。从图1中可看出，各溶剂对PDO单体的测定无干扰，专属性良好。

图1 空白溶剂DMF（a），DMF和甲醇的空白混合溶剂 （b）和PDO对照品溶液 （c）的GC色谱图1.DMF，2.甲醇，3.PDOFig 1 GC chromatograms of blank solvent（a），blank mixed solvent（b）and the standard solution of PDO（c）

3.3.2 线性范围 取 “3.1.3”项下的线性系列溶液按“3.2.1”项下的色谱条件分别进样，记录色谱图及峰面积。以单体浓度（X，mg/mL）为横坐标，以峰面积（Y）为纵坐标作线性回归。其结果见图2，得回归方程为：Y＝-0.62964＋1898.11848X，R＝0.9996。结果表明，PDO单体浓度在0.0239～0.1794 mg/mL范围内线性关系良好。

图2 PDO的标准曲线Fig 2 The standard carve of PDO

3.3.3 定量限与检测限 取最低浓度线性溶液，加DMF逐级稀释成一定浓度的溶液，按“3.2.1”项下的色谱条件分别进样，记录色谱图。以信噪比为10∶1时作为PDO的定量限，以信噪比为3∶1时作为PDO的检测限。测试结果显示，PDO的检测限浓度为0.2μg/mL，定量限浓度为0.5μg/mL。

3.3.4 精密度 精密吸取对照品溶液2μL，按“3.2.1”项下的色谱条件连续进样6次，记录色谱图及峰面积。计算PDO峰面积的RSD值为1.62%。

3.3.5 重复性 取同一批次样品，平行配制6份样品溶液，按“3.2.1”项下的色谱条件分别进样，记录色谱图及峰面积。计算PDO残留量的平均值为0.12%，RSD值为2.16%。

3.3.6 溶液稳定性考察 精密吸取对照品溶液，按“3.2.1”项下的色谱条件，于 0、2、5、8、12 h分别进样。计算PDO峰面积的RSD值为2.33%。说明对照品溶液在12 h内基本稳定。

3.3.7 回收率 按“3.1.2”项下方法制备对照品溶液。

精密称取 A公司的样品 PPDO（批号为D160500015）约0.1 g，共9份，分别置于10 mL容量瓶中，分别精密加入PDO对照品溶液0.8、1.0、1.2 mL，每个浓度3份，各加DMF 4 mL使其溶解，然后缓慢滴加甲醇，振摇，使PPDO完全沉淀，定容，取适量于离心管中，3 000 rpm离心30 min，取上清液作为供试品溶液。

精密量取对照品溶液及供试品溶液2μL，注入气相色谱仪，记录色谱图及峰面积，计算PDO的回收率，结果见表1。

表1 PDO加样回收率计算结果Table 1 Results of recovery test of PDO

3.3.8 样品测定 分别准确称取A公司和B公司的PPDO样品，按“3.1.2”项下方法制备对照品溶液，按“3.1.4”项下的方法制备供试品溶液，按“3.2.1”项下的色谱条件分别进样，并记录色谱图及峰面积，以外标法计算PDO单体含量。测得A公司、B公司PPDO样品中PDO单体含量分别为0.12%、0.05%。

4 讨论

PPDO具有良好的生物相容性和生物可吸收性，并且分子链中含有独特的醚键，使其具有良好的柔韧性，是医疗器械产品加工的首选生物可降解材料。合成PPDO的条件相对比较苛刻，目前国内还没有商业化的PPDO材料，国内使用的PPDO材料都是购买国外进口的原料。如果能批量生产合成PPDO，将对医疗器械的开发带来很大的方便，而不管是合成PPDO还是利用PPDO加工医疗器械产品，都需要对原料进行控制，而单体残留量是一个关键的指标，不仅影响医疗器械产品的力学性能，还会影响其体内降解性能。

PPDO材料中残留的PDO单体，有可能是合成原料时没反应的残留单体，也有可能是加工过程或储存过程中PPDO降解产生的单体残留。因为PPDO的合成是PDO开环聚合，而PDO的结构相对稳定，在高温下合成反应是一个平衡可逆反应，所以不可避免的会残留PDO单体，需要后处理尽可能的降低单体残留率；同时，PPDO是可降解的材料，在加工或储存过程中也不可避免的会有单体残留。所以不管是加工前还是加工后对产品都需要检测PDO单体的残留量。而目前尚无PDO单体残留量检测方法的报道，本研究中通过气相色谱法建立了PPDO材料中单体PDO的测量方法。

本研究在建立PPDO材料中单体PDO的测量方法学的过程中，首先对色谱柱进行了筛选，PDO属于中极性成分，根据相似相容原理选择中极性的色谱柱，通过色谱扫描发现非极性色谱柱GS-TEK GsBP-5的单体峰不尖锐，对称性差，而中极性色谱柱Agilent DB-624单体响应值高且对称性好，所以选择中极性色谱柱Agilent DB-624。其次是溶剂的选择，根据PPDO和PDO单体的溶解特性，选择DMF与甲醇的混合溶剂，除去聚合物溶液中的大分子，减少对气相色谱仪中的衬管和色谱柱的污染，并且考虑溶剂对单体峰没有影响。而DMF与甲醇的比例考虑既能完全溶解聚合物，又能将聚合物大分子沉淀完全，不影响测试，所以本研究选择DMF与甲醇的溶剂体积比为2：3。最后是色谱条件的选择，选择程序升温是考虑增加溶剂峰和单体峰的分离度，并且峰型对称，无拖尾现象，通过多个温度程序的摸索最后筛选实验中程序升温的色谱条件。色谱条件中的分流比、流速和进样量是根据单体峰的响应值及出峰时间进行多次摸索筛选的。

5 结论

本研究对生物可降解医用材料PPDO中单体残留的检测方法进行了研究。研究结果表明，采用DB-624毛细管色谱柱，程序升温，以DMF为溶剂，甲醇为沉淀剂，溶剂与沉淀剂的体积比为2：3对样品进行处理，测试PPDO原料中PDO单体的残留，色谱系统的精密度和方法的重复性及专属性良好，样品回收率达100.3%，RSD值达1.39%。该方法简单快捷，灵敏度高，可用于PPDO原料中单体PDO残留的测定。