[發(fā)明專利]一種可降解無毒醫(yī)用聚氨酯材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910093719.3
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101654508A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮增國;韓健;葉霖;張愛英
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: C08G18/78
• 分類號: C08G18/78;C08G18/66;C08G18/42;C08G18/32;C08G18/10;C08J5/18
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 付雷杰;郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一種可降解無毒醫(yī)用聚氨酯材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聚氨酯(PU)是由聚醚或聚酯二元醇先與二異氰酸酯進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，再和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)合成的一類含有氨基甲酸酯官能團(tuán)(-NHCOO-)的高分子材料。聚醚或聚酯作為軟段，構(gòu)成材料的連續(xù)相，賦予聚氨酯彈性。二異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成的鏈段為硬段，硬段中氨基甲酸酯官能團(tuán)的存在使分子鏈間產(chǎn)生大量的氫鍵，故相互作用力強(qiáng)，導(dǎo)致硬段常以微晶態(tài)存在；硬段構(gòu)成的晶態(tài)微區(qū)在聚合物中起到了物理交聯(lián)點的作用，像填料一樣增強(qiáng)了軟段。由于軟硬段之間的組成與極性不同，使其在熱力學(xué)上不相容而形成微相分離結(jié)構(gòu)。該微相分離結(jié)構(gòu)不僅賦予了聚氨酯良好的力學(xué)性能，而且還賦予了聚氨酯良好的生物相容性和血液相容性。

聚氨酯在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代。此后，由于其良好的血液相容性、生物相容性、優(yōu)異的物理及機(jī)械性能，使它在人工心臟及人工心臟輔助裝置、人工血管、人工關(guān)節(jié)、人工軟骨、人工韌帶、人工肌腱、神經(jīng)導(dǎo)管、手術(shù)縫合線、控制釋放載體等許多醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其在人工血管研制方面，除聚氨酯具有良好的力學(xué)性能外，還在于聚氨酯材料的順應(yīng)性是最為接近天然血管組織的。而且大量臨床實踐也證明，聚氨酯彈性體在血液相容性、生物相容性、耐久性和順應(yīng)性等方面均優(yōu)于天然橡膠、硅橡膠、聚烯烴等材料，是研制人工血管的首選材料。

傳統(tǒng)醫(yī)用聚氨酯中的軟段包括聚醚或聚酯二元醇，如聚四氫呋喃(PTMG)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚(ε-己內(nèi)酯)(PCL)等。而用于硬段的二異氰酸酯，包括有芳香族二異氰酸酯，如4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、2，4-甲苯二異氰酸酯(2，4-TDI)，以及脂肪族二異氰酸酯，如4，4’-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(H₁₂MDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)。長期的體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，雖然這兩類聚氨酯都具有良好的生物穩(wěn)定性，即在使用過程中通常難于降解，但是由于其分子結(jié)構(gòu)和人體生理環(huán)境所致，它們在體內(nèi)自由基和酶的作用下，仍會發(fā)生部分水解或氧化降解，尤其是硬段中的芳香族二異氰酸酯的降解產(chǎn)物芳香二胺通常是對人體有害的致癌物質(zhì)。

鑒于聚氨酯材料的軟硬段微相分離結(jié)構(gòu)所帶來的可調(diào)的力學(xué)性能、優(yōu)良的血液相容性和生物相容性，近年來，隨著組織工程與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對可降解聚氨酯彈性體在組織工程支架制備中的應(yīng)用表現(xiàn)出極大的興趣。作為組織工程支架材料的聚氨酯，不僅要求其可降解，且降解速率可控，而且要求降解產(chǎn)物無毒，且能被人體吸收并排出體外。因此，普通聚氨酯材料不能生物降解或降解產(chǎn)物有毒的缺點日益引起人們的關(guān)注，而開發(fā)可生物降解無毒聚氨酯材料已成為該領(lǐng)域發(fā)展的一項重要標(biāo)志。

目前，人們研究的可生物降解聚氨酯材料的類型很多。例如，有一類是基于天然高分子材料的聚氨酯，它們是利用天然多羥基化合物或聚合物與異氰酸酯直接反應(yīng)得到，如木質(zhì)素、淀粉、殼聚糖和纖維素等，這類天然高分子不僅是可再生資源、價格便宜、產(chǎn)量豐富，而且基于此類天然高分子的聚氨酯材料還具有良好的生物相容性和可降解性。但是，基于天然高分子的聚氨酯材料往往由于不具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度和加工性能而限制了其應(yīng)用。

另一類可生物降解聚氨酯是以合成聚醚和聚酯二元醇為軟段的聚氨酯材料。這種可降解聚氨酯材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和可加工性，因此成為人們研究的重點。其中聚醚二元醇主要包括聚環(huán)氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)、PTMG)、PPO等。聚醚型聚氨酯由于醚鍵的內(nèi)聚能較低，并且醚鍵削弱了相鄰亞甲基氫原子之間的排斥力，因此聚醚型聚氨酯具有較低的玻璃化溫度、較高的耐候性、水解穩(wěn)定性和耐霉菌等性能。但當(dāng)此類聚氨酯在體內(nèi)濕環(huán)境中使用時，由于聚醚軟段易吸水，常導(dǎo)致其力學(xué)性能急劇下降。與聚醚二元醇相比，聚酯二元醇因含有較多的極性酯基，內(nèi)聚能較大，可形成較強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵，吸水率低，因而聚酯型聚氨酯具有更好的力學(xué)性能。此外由于這些聚酯軟段中含有大量酯基，容易在生物體內(nèi)發(fā)生水解和酶解。相對于聚醚型而言，聚酯型聚氨酯更容易降解，因此聚酯型聚氨酯是可降解醫(yī)用聚氨酯的主要原料。常用的聚酯二元醇有PCL、聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)等。但在使用中發(fā)現(xiàn)由PLA和PGA二元醇制備的聚氨酯降解過快，可通過PCL與PLA和PGA共聚的方法了延長其降解時間。Hamid等[Polym?Int?2007；56：41]制備了一種以PEG和PCL為軟段、HDI為硬段的聚氨酯材料，觀察到隨著軟段中PCL含量的增加，材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能增加。