專利名稱：基于d,l-聚乳酸的生物可降解形狀記憶材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于D，L-聚乳酸的形狀記憶材料以及其制備方法，屬于生物醫(yī)用高分
子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
形狀記憶材料是指能夠感知環(huán)境變化(溫度、光、力、電、磁)的刺激，并響應(yīng)這種變化，對(duì)其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而恢復(fù)到其預(yù)先設(shè)定狀態(tài)的智能材料。目前的形狀記憶材料主要有形狀記憶合金、記憶陶瓷和記憶高分子材料三大類。其中，合金和陶瓷類記憶材料發(fā)現(xiàn)最早，應(yīng)用最廣。但這兩種材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用有其局限性，比如形變回復(fù)溫度較高，形變率低，不能生物降解等。與之相比，形狀記憶高分子不僅具有變形量大、易加工，而且形狀響應(yīng)溫度便于調(diào)整，因而受到廣大研究工作者的重視和青睞，已經(jīng)成為目前形狀記憶材料的主力軍。
生物醫(yī)用形狀記憶材料是一種多功能的智能材料，由于應(yīng)用于人體，要求材料不但具有形狀記憶功能，更重要的是需要材料在人體環(huán)境下能夠生物降解，同時(shí)對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害。因此生物可降解形狀記憶材料是智能形狀記憶材料的發(fā)展方向之一。目前研究較多的生物可降解記憶材料主要有聚L-乳酸(PLA，ZL200410013749.6)、聚乙交酯(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)及其共聚物(ZL200610017025.8)，聚氨酯類(ZL200410010734.4，ZL200610043121.X)及其各種復(fù)合材料(ZL200810040106.9)。其中形狀記憶聚氨酯具有生產(chǎn)原料廣，配方可調(diào)性大，記憶溫度范圍寬且可調(diào)以及優(yōu)良的加工性能等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于D，L-聚乳酸的生物可降解形狀記憶材料，該材料形變恢復(fù)溫度在體溫附近，利于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于D，L-聚乳酸的形狀記憶材料的制備方法。
本發(fā)明提供的基于D，L-聚乳酸的生物可降解形狀記憶材料，是由端羥基的D，L-聚乳酸與二異氰酸酯和小分子二胺反應(yīng)而成。其中，D，L-聚乳酸為軟段、二異氰酸酯和小分子二胺形成的氨酯鏈段或脲基鏈段為硬段。其中D，L-聚乳酸軟段、氨酯鏈段或脲基鏈段在人體內(nèi)可以通過(guò)水解或酶解的方式，最終排出體外，實(shí)現(xiàn)記憶材料的生物可降解性。
本發(fā)明中，D，L-聚乳酸鏈段作為形狀記憶材料的軟段，是柔性鏈，在形狀記憶過(guò)程中
3能夠在形變溫度上下發(fā)生軟化(彈性態(tài))-固化轉(zhuǎn)變(玻璃態(tài))的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)材料形狀的變化。二異氰酸酯和小分子二胺形成的氨酯鏈段或脲基鏈段為硬段，是剛性鏈段，各硬段分子間可形成大量的氫鍵，在整個(gè)體系中充當(dāng)物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。
本發(fā)明提供的基于D，L-聚乳酸的形狀記憶材料制備方法包括兩部分
(1) 端羥基的D，L-聚乳酸的制備以辛酸亞錫為催化劑，丙交酯與小分子二元醇熔
融開(kāi)環(huán)聚合制得。聚合溫度為100 160°C，聚合時(shí)間為12 48小時(shí)。調(diào)節(jié)丙交酯與小分子二元醇的用量，使得D，L-聚乳酸的分子量在1000 20000之間。
(2) 記憶材料的制備將D,L-聚乳酸與二異氰酸酯、辛酸亞錫按一定比例混合均勻后，先反應(yīng)形成兩端含異氰酸酯的預(yù)聚體，反應(yīng)溫度60 80'C，反應(yīng)時(shí)間為2 6小時(shí)；然后加入含活潑氫的雙官能團(tuán)小分子二胺，反應(yīng)溫度為0 1(TC,聚合時(shí)間為1 4小時(shí)，調(diào)節(jié)反應(yīng)物的比例，可制得具備不同形變溫度的形狀記憶材料。
本發(fā)明中，制備端羥基D，L-聚乳酸的過(guò)程中，所用的小分子二元醇是乙二醇，丙二醇，丁二醇或其它含有兩個(gè)羥基的小分子化合物。調(diào)節(jié)小分子二元醇與丙交酯的含量，可以獲得不同分子量的端羥基D，L-聚乳酸，可將分子量控制在1000 20000之間，同時(shí)使得端羥基D，L-聚乳酸的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度控制在10 50°C。
本發(fā)明制備的形狀記憶材料，所使用的二異氰酸酯可選自脂肪族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯、脂環(huán)族二異氰酸酯及其混合物。其中脂肪族二異氰酸酯可以是l，6-六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或4，4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯；芳香族二異氰酸酯是4，4 二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯或苯二亞甲基二異氰酸酯。
本發(fā)明制備的形狀記憶材料，所使用的含活潑氫的雙官能團(tuán)小分子二胺可以是乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺或其它含兩個(gè)氨基的小分子化合物。
本發(fā)明制備的形狀記憶材料，D，L-聚乳酸與二異氰酸酯的摩爾用量之比為1.0:1.1 1.0:2.0，辛酸亞錫與D,L-聚乳酸的摩爾用量之比為0.001 0.01: 1。 D，L-聚乳酸與小分子二元胺的摩爾比為1.0:0.1 1.0:1.0， 二異氰酸酯的摩爾用量等于D，L-聚乳酸二醇與含活潑氫的雙官能團(tuán)的小分子二胺的摩爾用量之和。
本發(fā)明制備的形狀記憶材料的形變溫度在30 60'C，決定于D，L-聚乳酸的分子量大小，D，L-聚乳酸的分子量越大，形變溫度越高，形變溫度也依賴與D，L-聚乳酸與硬段的摩爾比，對(duì)于同一分子量的D，L-聚乳酸，硬段越多形變溫度越高。
本發(fā)明涉及的材料的形狀固定率96 100%，形狀恢復(fù)率94 100%。
本發(fā)明制備的形狀記憶材料是以D,L-聚乳酸為基質(zhì)的材料，具有良好的生物相容性和生物降解性，同時(shí)異氰酸酯與小分子二元胺形成的硬段，以酰胺基或脲基構(gòu)成，在人體內(nèi)可以通過(guò)水解或酶解的方式，發(fā)生降解，并且最終被機(jī)體代謝和吸收。并且可以調(diào)節(jié)其形變溫度在體溫附近，在外科微創(chuàng)手術(shù)以及醫(yī)療器械植入體材料方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖1形狀記憶聚合物的形狀記憶演示圖
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例分兩部第一端羥基D，L-聚乳酸的合成；第二形狀記憶材料的合成。第一部分端羥基D，L-聚乳酸的合成
實(shí)施例1:準(zhǔn)確稱取重結(jié)晶的D,L-丙交酯14.4g (O.lmol) 、 丁二醇0.887ml (O.Olmol)和辛酸亞錫0.0083g (2Xl(T5mol)，混合均勻，真空反應(yīng)，140。C反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)物用氯仿溶解、乙醇沉淀，真空干燥至恒重，得到端羥基D，L-聚乳酸。核磁共振氫譜計(jì)算分子量為1834，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度7>=14.27°C。
實(shí)施例2:準(zhǔn)確稱取重結(jié)晶的D,L-丙交酯14.4g (O.lmol) 、 丁二醇0.355ml (0.004mol)和辛酸亞錫0.0083g (2Xl(T5mol)，混合均勻，真空反應(yīng)，140。C反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)物用氯仿溶解、乙醇沉淀，真空干燥至恒重，得到端羥基D，L-聚乳酸。核磁共振氫譜計(jì)算分子量為3720，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度7>=36.33°C。
實(shí)施例3:準(zhǔn)確稱取重結(jié)晶的D，L-丙交酯14.4g (O.lmol) 、 丁二醇0.177ml C0.002mo1)和辛酸亞錫0.0083g (2Xl(r5mol)，混合均勻，真空反應(yīng)，140。C反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)物用氯仿溶解、乙醇沉淀，真空干燥至恒重，得到端羥基D，L-聚乳酸。核磁共振氫譜計(jì)算分子量為7434，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度7>=45.02'C。
實(shí)施例4:準(zhǔn)確稱取重結(jié)晶的D，L-丙交酯14.4g (O.lmol)、乙二醇0.296ml (0.005mol)和辛酸亞錫0.0054g (1.3Xl(r5mol)，混合均勻，真空反應(yīng)，140'C反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)物用氯仿溶解、乙醇沉淀，真空干燥至恒重，得到端羥基D，L-聚乳酸。核磁共振氫譜計(jì)算分子量為2700，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度7>=32.53"。
實(shí)施例5:準(zhǔn)確稱取重結(jié)晶的D，L-丙交酯14.4g (O.lmol)、乙二醇0.059ml (O.OOlmol)和辛酸亞錫0.0054g (1.3Xl(T5mol)，混合均勻，真空反應(yīng)，14(TC反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)物
用氯仿溶解、乙醇沉淀，真空干燥至恒重，得到端羥基D，L-聚乳酸。核磁共振氫譜計(jì)算分子量為13059，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度7V=48.96°C。
第二部分形狀記憶材料的合成
實(shí)施例6將實(shí)施例1所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.1:0.005混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至10。C下，
加入丁二胺(丁二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D,L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為38.08°C，形狀固定率為97%，形狀回復(fù)率為98%。 實(shí)施例7
將實(shí)施例1所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.4:0.0075混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下，
加入丁二胺(丁二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為45.8rC，形狀固定率為98%，形狀回復(fù)率為96%。 實(shí)施例8
采用實(shí)施例6的反應(yīng)程序，但將l， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)換成4，4二苯基甲 烷二異氰酸酯(MDI)。所得產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，形狀記憶特性與實(shí)施例6處在相同
范圍內(nèi)。
實(shí)施例9
將實(shí)施例2所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.2:0.005混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下， 加入乙二胺(乙二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為49.371:，形狀固定率為98%，形狀回復(fù)率為98%。
實(shí)施例10
將實(shí)施例2所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.4:0.01混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下，加 入乙二胺(乙二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)，冰 浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè)試， 該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為52.18'C，形狀固定率為99%，形狀回復(fù)率為96%
實(shí)施例11
采用實(shí)施例9的反應(yīng)程序，但將l， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)換成4，4二苯基甲 烷二異氰酸酯(MDI)。所得產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，形狀記憶特性與實(shí)施例9處在相同范圍內(nèi)。
實(shí)施例12
將'賣濂例3《所得敦偷端羥基D，L-聚乳酸、1, 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.1:0.005混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下， 加入丁二胺(丁二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為50.89。C，形狀固定率為100%，形狀回復(fù)率為98%。
實(shí)施例13
將實(shí)施例3所得到的端羥基D,L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.6:0.0075混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至10。C下， 加入丁二胺(丁二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為55.371:，形狀固定率為100%，形狀回復(fù)率為94%。
實(shí)施例14
采用實(shí)施例13的反應(yīng)程序，但將l， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)換成甲苯二異氰 酸酯(TDI)。所得產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，形狀記憶特性與實(shí)施例13處在相同范圍內(nèi)。 實(shí)施例15
將實(shí)施例5所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.1:0.0075混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下， 加入乙二胺(乙二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D,L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)， 冰浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè) 試，該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為52.95'C，形狀固定率為96%,形狀回復(fù)率為95%。
實(shí)施例16
將實(shí)施例5所得到的端羥基D，L-聚乳酸、1， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和辛酸 亞錫按摩爾比1.0:1.4:0.01混合后，加入無(wú)水甲苯中，75。C反應(yīng)3h后，冷卻至l(TC下，力口
入乙二胺(乙二胺物質(zhì)量為l， 6-六亞甲基二異氰酸酯與D，L-聚乳酸的物質(zhì)量之差)，冰 浴條件繼續(xù)反應(yīng)2h。產(chǎn)物經(jīng)無(wú)水乙醇沉淀。真空干燥至恒重，得到形狀記憶材料。經(jīng)測(cè)試， 該產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為56.301:，形狀固定率為100%，形狀回復(fù)率為95%。 實(shí)施例17
采用實(shí)施例16的反應(yīng)程序，但將l， 6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)換成異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)。所得產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，形狀記憶特性與實(shí)施例16處在相同范圍內(nèi)。
圖1為形狀記憶聚合物的形狀記憶演示圖，圖中a是圓形環(huán)，最初形狀，b-f是形狀 記憶聚合物形變回復(fù)過(guò)程，其中，b是形變后暫時(shí)形狀，f是形變后回復(fù)形狀。
本發(fā)明保護(hù)的范圍不限于上述實(shí)施例所描述的形式，具體實(shí)施方式
可根據(jù)發(fā)明的內(nèi)容 設(shè)計(jì)成其他形式。
權(quán)利要求
1、一種基于D，L-聚乳酸的形狀記憶材料，其特征在于，所述材料為溫度敏感型、生物可降解形狀記憶材料；它是以端羥基的D，L-聚乳酸二醇為軟段，以二異氰酸酯與含活潑氫的雙官能團(tuán)小分子二胺形成的脲基鏈段為硬段；其中端羥基的D，L-聚乳酸二醇的分子量為1000～20000g/mol，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在10～50℃；所述材料的形狀恢復(fù)溫度在30～60℃，形狀固定率96～100％，形狀恢復(fù)率94～100％。
2、 制備如權(quán)利要求1所述的生物可降解形狀記憶材料的方法，其主要步驟是(1) 端羥基的D，L-聚乳酸二醇的合成以物質(zhì)量為D，L-丙交酯的1/2000 1/10000 的辛酸亞錫為引發(fā)劑，D，L-丙交酯與小分子二醇烙融開(kāi)環(huán)聚合而成，反應(yīng)物的摩爾比為 D,L-丙交酯:小分子二醇-10:l 100:l，聚合溫度為100 160°C ，聚合時(shí)間為12 48小時(shí)； 其中，小分子二醇為乙二醇、丁二醇、聚乙二醇等含兩個(gè)羥基的小分子二醇；所述D，L-聚乳酸二醇的分子量為1000 20000g/mol;(2) 形狀記憶材料的合成第一步，反應(yīng)物的摩爾比為D，L-聚乳酸二醇:二異氰酸酯1.0:1.1 1.0:2.0，以辛酸亞 錫為催化劑，辛酸亞錫與D，L-聚乳酸二醇的摩爾量之比為0.001 0.01:1，聚合溫度為60 80°C，聚合時(shí)間為2 6小時(shí)；第二步，加入含活潑氫的雙官能團(tuán)的小分子擴(kuò)鏈小分子二元胺，反應(yīng)物的摩爾比為 D，L -聚乳酸:小分子二元胺=1.0:0.1 1.0:1.0，聚合溫度為0 10°C，聚合時(shí)間為1 4小 時(shí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述二異氰酸酯的摩爾用量等于 D，L-聚乳酸二醇與含活潑氫的雙官能團(tuán)的小分子二胺的摩爾用量之和。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述二異氰酸酯選自脂肪族 二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯、脂環(huán)族二異氰酸酯或其混合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述脂肪族二異氰酸酯是1，6-六亞 甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或4，4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯；所述芳香族二異 氰酸酯是4，4 二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯或苯二亞甲基二異氰酸酯。
6、 根據(jù)權(quán)利2或3要求所述的合成方法，所述小分子二胺是乙二胺、丙二胺、丁二 胺、己二胺、賴氨酸乙酯等含兩個(gè)氨基的小分子化合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于D，L-聚乳酸的生物可降解形狀記憶材料及其制備方法。該形狀記憶材料特征在于，以端羥基D，L-聚乳酸(PDLLA)為軟段，以二異氰酸酯與含活潑氫的雙官能團(tuán)小分子二胺形成的脲基鏈段為硬段，形狀記憶溫度為30-60℃，形變率為～300％時(shí)，形狀固定率為96-100％，形狀回復(fù)率為94-100％。本發(fā)明的形狀記憶材料具有形變保持力強(qiáng)，回復(fù)率高，記憶重復(fù)性好的優(yōu)良特性，同時(shí)具有生物可降解性、性能可控性，通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物的組成，可以控制回復(fù)溫度在體溫附近，在外科微創(chuàng)手術(shù)以及醫(yī)療器械植入體材料方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C08G18/66GK101602840SQ20091010440
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者李永剛, 王遠(yuǎn)亮, 羅彥鳳, 胡承波, 阮長(zhǎng)順, 魏小婭, 黃美娜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)