[發(fā)明專利]可降解的電活性聚氨酯材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110153362.4
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112940218B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左奕;方威;李玉寶;李吉東
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/73;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/10;C08G18/34;C08G18/32;A61L27/18;A61L27/56;A61L27/60
• 代理公司: 西安正華恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61271
• 代理人: 黃鑫

本發(fā)明屬于生物化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種可降解的電活性聚氨酯材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種可降解的電活性聚氨酯材料，其結(jié)構(gòu)式如式Ⅰ所示。上述可降解的電活性聚氨酯材料，是由低聚物二醇作為軟段，脂肪族二異氰酸酯作為硬段，苯胺低聚體和雙氨基的氨基酸為擴(kuò)鏈劑，在有機(jī)溶劑中通過預(yù)聚體法合成。本發(fā)明提供的新型可降解的電活性聚氨酯，不僅是一類可降解的電活性材料，同時(shí)具有良好的加工性能，可采取澆注成膜、靜電紡絲和3D打印等等成型方式，將在神經(jīng)、心肌、骨、皮膚等等組織工程、生物醫(yī)學(xué)和智能穿戴等領(lǐng)域中具有廣泛的潛在運(yùn)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化學(xué)智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種可降解的電活性聚氨酯材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，PANI(Polyaniline，聚苯胺)、PPy(Polypyrrole，聚吡咯)和PTH(Polythiophene，聚噻吩)等導(dǎo)電聚合物用作組織工程支架的研究吸引大量研究者的注意。研究證明，這類導(dǎo)電聚合物具有良好的生物相容性、能促進(jìn)細(xì)胞尤其是電響應(yīng)敏感細(xì)胞(如神經(jīng)、肌肉和成骨等等細(xì)胞)的黏附、增殖和分化。

Hsiao¹等人將聚苯胺和PLGA(Polylactic-co-glycolic acid,聚乳酸-羥基乙酸共聚物)共混，通過靜電紡絲制備出取向的PANI/PLGA導(dǎo)電纖維膜，作為同步協(xié)調(diào)心肌細(xì)胞搏動的電活性支架；經(jīng)摻雜后，電紡絲纖維可轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾傻膶?dǎo)電形式，從而吸引帶負(fù)電荷的黏附蛋白(如纖維連接蛋白和層粘連蛋白)，增強(qiáng)細(xì)胞黏附。在孵育過程中，粘附的心肌細(xì)胞相互聯(lián)系并形成單獨(dú)的細(xì)胞簇，每個(gè)細(xì)胞簇內(nèi)的細(xì)胞沿纖維網(wǎng)主軸方向伸長并取向排列；每個(gè)簇內(nèi)的所有心肌細(xì)胞都同步搏動，這意味著細(xì)胞間的偶聯(lián)已經(jīng)充分發(fā)育。Lee²等人在PLGA電紡纖維結(jié)構(gòu)上原位聚合形成一層PPy涂層，與非涂層PLGA相比，PPy-PLGA電紡結(jié)構(gòu)能促進(jìn)PC12(pheochromocytoma 12，大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤12)細(xì)胞和海馬神經(jīng)元的生長和分化；隨后在電刺激實(shí)驗(yàn)中，與無規(guī)結(jié)構(gòu)PPy-PLGA纖維膜相比，取向結(jié)構(gòu)PPy-PLGA纖維膜上的細(xì)胞有更長的神經(jīng)突和更多的神經(jīng)軸突，這表明電刺激和纖維結(jié)構(gòu)對神經(jīng)細(xì)胞生長和分化有著協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)。盡管上述聚苯胺、聚吡咯等這類傳統(tǒng)的導(dǎo)電高分子作為體外組織工程支架研究方面取得良好的結(jié)果，但是這類導(dǎo)電材料一旦合成之后難溶、難熔，且不易生物降解。難溶、難熔會造成材料加工存在一定的困難，不能降解是組織工程應(yīng)用的最大限制之一。這類導(dǎo)電聚合物長時(shí)間在體內(nèi)留存可能引發(fā)炎癥反應(yīng)，需要進(jìn)行第二次手術(shù)除去。

為了解決難溶、難熔、不易生物降解的問題，將苯胺、吡咯和噻吩的低聚體引入到可降解的聚合物中，使得材料獲得一定的導(dǎo)電活性，同時(shí)保留其可降解性，這種策略的提出為電活性材料在組織工程支架方面的運(yùn)用拓寬了道路。苯胺低聚體具有易合成、易加工特性，同時(shí)具有和聚苯胺相似的電活性，而且在體內(nèi)苯胺低聚體可被腎臟吸收并清除。在專利CN1887854A、CN101570582A和CN102702514A中就是將苯胺低聚體接枝到聚合物上或者與其他單體共聚形成共聚物，使其成為可降解的電活性支架材料。但是這類材料的彈性性能差，難以適應(yīng)軟組織的力學(xué)性能相匹配，所以開發(fā)出具有和軟組織相似的力學(xué)能力的可降解電活性支架材料仍然是一種挑戰(zhàn)。

PU(Polyurethane,聚氨酯)是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯鍵(-NHCOO-)的一類高分子的總稱。因其優(yōu)越的物理化學(xué)性能、可靈活調(diào)控性能及良好的生物相容性，被廣泛用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。調(diào)節(jié)PU的硬段和軟段的比例可以輕松的調(diào)節(jié)其力學(xué)性能，使其和所運(yùn)用組織的力學(xué)性能相匹配。具有電活性的聚氨酯報(bào)道一般是無機(jī)電活性物質(zhì)(如石墨烯、碳納米管和石墨等等)和無電活性聚氨酯共混所形成的。如專利CN110256704A，將未改性的納米碳材料均勻分散在聚氨酯溶液中，賦予聚氨酯復(fù)合膜良好的導(dǎo)電性，但是也無法解決材料降解的問題，使得這類材料難以拓展應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域。將苯胺低聚體引入到聚氨酯主鏈上的電活性聚氨酯在相關(guān)研究中已有報(bào)道，但是通過氨基酸來調(diào)節(jié)聚氨酯的電活性和降解性能的研究未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種可降解的電活性聚氨酯材料，其結(jié)構(gòu)式如式Ⅰ所示：