聚乙二醇端基的谷氨酸修饰研究

论文总字数：8530字

摘 要

：近年来，基于聚乙二醇的水凝胶材料的发展十分迅速。为了更好地研究此类材料，本论文对近年来的文献资料进行了总结和分析，综述了聚乙二醇水凝胶现阶段的应用及发展。其中主要包括聚乙二醇水凝胶材料的总体介绍、聚乙二醇的性能特点以及聚乙二醇端基修饰策略与方法。在此基础之上，我们进行了聚乙二醇端基的谷氨酸修饰研究，并成功制备了谷氨酸端基化改性的聚乙二醇。

关 键 词：水凝胶，聚乙二醇，端基修饰，谷氨酸

Abstract：In recent years, different kinds of hydrogels are being developed rapidly. The PEG-based hydrogels were studied in this article. Firstly, we summarized the applications and development of PEG-based hydrogels, which mainly included their properties and end groups modification methods. Finally, we modified the PEG end groups with glutamic acids, and Glu-PEG₂₂₇-Glu was synthesized successfully.

Keywords：Hydrogels, polyethylene glycol, glutamic acid

目 录

1 前言 3

1.1 高分子凝胶材料 3

1.2 水凝胶 3

1.3 水凝胶的制备 3

1.4 影响PEG水凝胶性能的因素 5

2 聚乙二醇 6

2.1 聚乙二醇的性能 6

2.2 聚乙二醇的合成 6

2.3 聚乙二醇端基的修饰 8

2.4 实验部分 8

结论 11

参考文献 12

致谢 13

1 前言

高分子凝胶材料是分子链经交联聚合而成的三维网络或互穿网络与溶剂组成的体系，因其优异的性能，常常应用于生物医学、医疗卫生和药学材料等领域，如水凝胶等。水凝胶是以水为分散介质的凝胶^[1]。本实验选用聚乙二醇（PEG）水凝胶为研究对象，聚乙二醇是一种常见的水溶性高分子，用PEG制得的水凝胶毒性很低，且生物相容性好。聚乙二醇分子链的端基羟基，羟基属于具有一定活泼性的基团，这就使得我们容易实现对其进行端基改性，从而得到性质不同的聚乙二醇大分子，通过对这种大分子单体进行交联，就可以制备出性能各异的水凝胶。

本次研究主要目的是对PEG的端基进行修饰或改性，给PEG两端修饰上谷氨酸，以供用于制备特殊性能的水凝胶。谷氨酸端基化改性的聚乙二醇的制备，对聚乙二醇端基的改性、引入其他基团也有重要的意义，再用其制作水凝胶，在医药方面的应用非常广泛，所以其高效的制备方法及更多方向的应用正是我们研究的目标。本文将重点介绍聚乙二醇水凝胶的概况、应用及发展，以及聚乙二醇的端基修饰和改性，并合成出谷氨酸端基化改性的PEG（Glu-PEG₂₂₇-Glu）。

1.1 高分子凝胶材料

高分子凝胶是一种高分子材料，这种材料是由大量的分子链与溶剂组成的体系^[2]。在这种体系中，分子链和溶剂是通过交联聚合，形成三维网络或互穿网络，而这里的溶剂通常是水，这种体系与生物组织类似，同时也具有很多优良的性能。

1.2 水凝胶

当凝胶中的分散介质为水时，则为水凝胶。水凝胶也是一种高分子网络体系，它具有一些明显的特征，比如它能够吸收并储存大量的水分，同时还能维持一定的形态，且它的质地柔软。因为有交联结构的存在，水凝胶通常不会溶于水中。因为水凝胶的这些性质，使它结构柔软、含水量高，与其他的人工合成高分子材料比起来，更类似于活体生物组织，这就使得水凝胶被广泛的应用于生物学、医学领域^[3]。

1.3 水凝胶的制备

这里我们以聚乙二醇水凝胶为例，简要介绍一下水凝胶的常用制备方法。水凝胶中最主要的种类就是化学交联水凝胶，相较于其他种类的水凝胶，这类水凝胶拥有以下三方面优势：首先这类水凝胶容易制备，其次在调控它的一些性质时更容易操作，最后它的结构十分稳定^[4]。聚乙二醇化学交联水凝胶有着十分广泛的应用前景，主要体现在生物医药领域，如药物的控释载体、生物组织工程、以及组织黏合剂等方面^[5]。

为了得到PEG化学交联水凝胶，我们通常分为两个步骤来制备它：先要进行胶前体的制备，即聚乙二醇端基的修饰，得到功能性大分子单体；再进行凝胶化，这里的凝胶化有许多不同的方式，将根据不同的情况进行选择。

1.3.1 凝胶前体的制备

胶前体的制备也就是对聚乙二醇的端基进行修饰，修饰上不同基团的聚乙二醇制备出来的水凝胶性能也会大不相同。现阶段PEG端基的修饰主要有氨基化、羧基化、酯化、叠氮化、醚化和炔基化等等。端基的修饰是我们最主要的研究方向也是我们的主要实验内容，具体的方法将在第二部分中聚乙二醇端基的修饰中展开综述。

1.3.2 凝胶合成方法

在完成胶前体的制备以后，就可以开始用胶前体合成凝胶了。当前常用的凝胶合成方法主要有高能辐射法、自由基聚合法和官能团反应法，下面逐一简介一下这三种常用凝胶合成方法。

首先是高能辐射法。通过高能辐射的方式，可以实现聚乙二醇水凝胶的共价键交联。在合成用于药物载体的水凝胶时，我们只需要将不同质量分数聚乙二醇（PEG）和异丁烯酸混合于水溶液中，直接用伽马射线辐照就可以得到产品^[4]。在这里，值得一提的是，其他的交联方式往往需要加入交联剂或者引发剂，而这些交联剂或引发剂很有可能在反应过程中产生毒性，不利于产品的应用，而高能辐射法不用添加任何中间试剂，它的交联过程也可以在相对温和的条件下发生。然而高能辐射法也有它的缺点，那就是用辐射法制备的水凝胶一般都会含有未反应的自由基，这些自由基在应用过程中可能会对生物活性物质产生一定的副作用。

其次是自由基聚合法。这是水凝胶制备相对比较常用的方法。它的简要原理如下：由于聚乙二醇分子单体上存在着不饱和乙烯基团，所以自由基就可以通过其分子单体上的不饱和乙烯基团进行传递，从而产生链型聚合，最终就能得到交联结构^[4]。这个过程中是需要引发的，在不同的条件下或者是制备不同的水凝胶时，我们可以选择不同的引发方式，主的引发方式有：引发剂引发和紫外光引发。在选择用引发剂引发自由基聚合制备水凝胶时，虽然方法简便高效，但反应过后水凝胶中残存的引发剂和交联剂并不能完全除去，这就会对水凝胶的性能造成不良影响，因此用这种方法制备水凝胶时我们需要严格控制引发剂的用量。

最后是官能团反应法。这种方法的原理最为简单，总的来说就是，聚乙二醇分子的末端官能团——羟基或是其他功能性基团，与另一种官能团发生反应，生成共价键，从而引起交联。几种常见的互补反应性官能团如表1所示。

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