本發(fā)明屬于可醫(yī)用高分子材料領域，具體涉及一種側鏈含有磷酰膽堿基團聚醚型聚氨酯材料及其制備方法。
背景技術：
：聚氨酯具有設計方式多樣、生物相容性好、力學強度高、耐磨、耐疲勞、高彈性、易加工和無毒無害易被人體吸收等優(yōu)點，是一種環(huán)境友好型的功能材料，目前在人工組織、仿生物皮膚、醫(yī)用海綿、術后縫合線、緩釋系統(tǒng)基體等生物醫(yī)藥材料領域有著廣泛的應用。然而,雖然用聚氨酯制得的人造器官或與人體接觸的醫(yī)療器械具有較好的生物相容性,但在臨床使用中發(fā)現(xiàn)，利用聚氨酯材料所制得的人造器官如人造血管的表面接觸到血液時，血漿蛋白將首先吸附到材料表面，繼而引發(fā)血小板的活化和黏附，最后導致凝血現(xiàn)象，導致血管再狹窄等。磷酰膽堿是生物細胞外層膜的主要成分，即具有-CH2NO5P+基團的化合物，包含多種類型，常見的有二月桂?；蚜字?DLPC)(如式1所示)、二肉豆蔻酰磷脂酰膽堿(DMPC)(如式2所示)、二棕櫚酸磷脂酰膽堿(DPPC)(如式3所示)、二硬脂酰磷脂酰膽堿(DSPC)(如式4所示)、聚2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿(PMPC)(如式5所示)等。磷酰膽堿作為一種兩性分子，由親水的頭部和疏水的尾部組成，其生物功能主要是作為細胞膜的組成部分，在生物的生長代謝過程中起重要作用。在一定條件下包含磷酰膽堿基團的聚合物可以形成類似生物膜的雙分子層，富含磷酰膽堿有效基團的高分子材料在生物體內偽裝成周圍的天然成分，提高了材料的生物相容性，其表面不易吸附蛋白質、血小板等，從而可消除表面污垢帶來的許多問題。從而顯著地減少血栓的形成、炎癥、細胞中毒等反應。因此，將磷酰膽堿基團引入聚氨酯基體上，減小了聚氨酯材料作為人造器官用于人體帶來的免疫反應，拓寬了其在醫(yī)療領域的應用范圍。近年來已發(fā)展的磷酰膽堿表面改性聚氨酯處理方法較多，主要有在聚氨酯材料表面接入磷酰膽堿基團、將含有磷酰膽堿基團的聚合物與聚氨酯材料共混、合成了含有磷酰膽堿基團的雙端羥基化合物再擴鏈制備了主鏈含有磷酰膽堿基團的聚氨酯等方法。其中在聚氨酯材料表面接入磷酰膽堿基團改性方法是將聚氨酯膜浸泡在含有磷酰膽堿的溶劑中進行反應使表面先引入伯胺基，但其所接入的磷酰膽堿基團不穩(wěn)定容易在外界條件下脫落，并且方法復雜、成本較高、難于工業(yè)化生產(chǎn)；將含有磷酰膽堿基團的聚合物與聚氨酯材料共混的改性方法雖提高了原有聚氨酯材料的生物相容性但發(fā)現(xiàn)含有磷酰膽堿基團的聚合物用量較多時，會出現(xiàn)材料的機械性能降低問題；合成了含有磷酰膽堿基團的雙端羥基化合物再擴鏈制備了主鏈含有磷酰膽堿基團的聚氨酯的改性方法材料中含有的磷酰膽堿基團完全位于主鏈上，在材料的使用過程中相當部分的膽堿基團被包埋在材料內部，很難富集于材料的表面，磷酰膽堿基團的利用率降低，導致該材料的生物相容性提高有限，且制備困難，成本較高等問題。技術實現(xiàn)要素：根據(jù)以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的一個目的是提供一種側鏈含有磷酰膽堿基團的聚醚型聚氨酯材料，該聚氨酯材料磷酰膽堿基團位于側鏈上，阻礙了血小板和蛋白質的沉積，避免了血栓的生成，具有較高的生物相容性。同時聚氨酯材料的軟段為聚醚鏈段，硬段中含有氨基甲酸酯基和脲基，聚氨酯材料具有較高的分子量，降解產(chǎn)物可被生物體吸收，相應的膜材料具有較高的斷裂強度和斷裂伸長率，既有韌性又不易斷裂，滿足生物材料的需求。本發(fā)明另一目的是提供一種側鏈含有磷酰膽堿基團的聚醚型聚氨酯材料的制備方法，該制備工藝簡單，選用的二異氰酸酯為含有多個胺基甲酸酯基的脂肪族二異氰酸酯，降解產(chǎn)物可被生物體吸收，可作為生物材料等長期應用于生物體。通過此制備方法制備的聚醚型聚氨酯材料為全合成、無潛在動物源性，同時具有高的生物相容性和機械性能，并且具有生物降解性，降解產(chǎn)物無毒，可被生物體吸收。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種側鏈含有磷酰膽堿基團聚醚型聚氨酯材料，所述聚醚型聚氨酯材料軟段為聚醚鏈段，硬段中含有氨基甲酸酯基和脲基，聚氨酯材料分子量大于1.1×105，膜材料斷裂強度大于22Mpa、斷裂伸長率大于750％、蛋白質的吸附量小于2.3μg/cm2。本發(fā)明還提供了一種側鏈含有磷酰膽堿的聚醚型聚氨酯材料的制備方法，包括以下步驟：(1)聚醚二醇與過量二異氰酸酯反應，得到雙端異氰酸酯基預聚物；(2)用雙氨基的磷酰膽堿化合物對雙端異氰酸酯基預聚物進行擴鏈，得到磷酰膽堿改性聚氨酯。優(yōu)選的，步驟(1)中的聚醚二醇為聚環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷嵌段共聚物(泊洛沙姆Px)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚四氫呋喃(PTMG)，更優(yōu)選分子量為1000-5000。優(yōu)選的，泊洛沙姆為聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷(PPO-PEO-PPO)三嵌段聚合物，其中聚環(huán)氧乙烷在泊洛沙姆中的含量為15wt％-30wt％。優(yōu)選的，步驟(1)中的二異氰酸酯為1,6-六亞甲基二異氰酸酯-1,4-丁二醇-1,6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI-BDO-HDI)，1,4-四亞甲基二異氰酸酯-1,4-丁二醇-1,4-四亞甲基二異氰酸酯(BDI-BDO-BDI)。優(yōu)選的，HDI-BDO-HDI和BDI-BDO-HDI的具體制備方法為以1,4-丁二醇(BDO)和二異氰酸酯為原料，投料摩爾比為：n-OH：n-NCO＝1:4-30，反應溫度70-100℃，反應時間1-5h，合成HDI-BDO-HDI。優(yōu)選的，BDO與1,6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)摩爾比為1:12，在干燥氮氣氣氛下反應，反應溫度80℃，反應時間4小時，將反應體系冷卻到室溫，得白色固體，正己烷洗滌三次除去過量HDI，常溫真空干燥得HDI-BDO-HDI。優(yōu)選的，BDO和1,4-四亞甲基二異氰酸酯(BDI)摩爾比為1:14，在干燥氮氣氛下反應，反應溫度80℃，反應時間3h，降溫到室溫形成白色固體，正己烷洗滌三次除去過量的BDI，常溫真空干燥得BDI-BDO-BDI。優(yōu)選的，步驟(1)中過量二異氰酸酯的加入量為-NCO:-OH摩爾比為2.0，加入方式為二異氰酸酯溶于二甲亞砜中(10g/30mL),在常溫下與聚醚二醇混合。優(yōu)選的，步驟(1)中反應溫度為60-95℃，反應時間為2-6h。優(yōu)選的，步驟(2)所述的雙氨基磷酰膽堿化合物(DAPC)為具體結構如式6所示：優(yōu)選的，步驟(2)中雙氨基磷酰膽堿化合物的加入量為：-NH2與-NCO摩爾比為1:2。反應溫度為10-20℃，反應時間為1.0-2.0h，至紅外檢測-NCO吸收峰完全消失。優(yōu)選的，所述的制備方法包括對側鏈含磷酰膽堿基團聚氨酯材料的純化步驟：以二氯甲烷溶解，冰乙醚沉降，常溫真空干燥至恒重。優(yōu)選的，將步驟(2)中得到的磷酰膽堿改性聚氨酯材料溶于良性有機溶劑中，配成濃度為3-7％(g/mL)的溶液，經(jīng)溶劑揮發(fā)成膜，制備得到聚氨酯膜材料。優(yōu)選的，良性溶劑為三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或二氧六環(huán)，溶劑揮發(fā)溫度為15-30℃，常壓揮發(fā)48-96h，常溫真空干燥至恒重。優(yōu)選的，所得聚氨酯膜材料膜的厚度為0.18-0.22mm。優(yōu)選的，該聚氨酯材料可以做成生物體所需要的各種劑型，特別是膜、海綿、軟骨劑型。優(yōu)選的，該聚氨酯材料作為生物材料在醫(yī)學領域的應用。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明制備的聚氨酯軟段為聚醚鏈段，保證了作為生物材料所需的較高的的拉伸能力和柔性，硬段中含有較多的氨基甲酸酯基和脲基，可以在材料中形成更加致密的氫鍵，保證了材料具有良好的機械強度。2.本發(fā)明制備的材料磷酰膽堿基團位于聚合物的側鏈，在生物體內應用中會聚集在材料的表面，對材料起到保護作用，該材料在生物體內應用中，阻礙了血小板和蛋白質的沉積，避免了血栓的生成，從而提高了生物相容性。該材料使用的二異氰酸酯為含有多個胺基甲酸酯基的脂肪族二異氰酸酯，避免降解產(chǎn)物為脂肪胺，可被生物體吸收，可作為生物降解材料長期應用于生物體。3.本發(fā)明制備工藝簡單，常規(guī)方法即可滿足制備要求，并可制備成多種劑型，具有較高商品化前景。附圖說明圖1、樣品P5的血小板粘度SEM照片。具體實施方式下面結合具體實施例來對本發(fā)明作進一步說明。實施例1將15g(0.01mol)泊洛沙姆188(Mn＝1500，PEOwt％＝20％)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至80℃，反應4h后，降溫至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P1。膜材料的制備：將P1溶解于有機溶劑二氧六環(huán)中，配成濃度為6.5％(g/mL)的溶液，在25℃常壓揮發(fā)80h，后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.2mm。實施例2將15g(0.01mol)泊洛沙姆188(Mn＝1500，PEOwt％＝20％)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至80℃，反應3h后，降溫至18℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P2。膜材料的制備：將P2溶解于有機溶劑三氯甲烷中，配成濃度為5.5％(g/mL)的溶液，在24℃常壓揮發(fā)90h，后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.19mm。實施例3將10g(0.01mol)聚環(huán)氧丙烷(PPO，Mn＝1000)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至85℃，反應3h后，降溫至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1.5h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P3。膜材料的制備：將P3溶解于有機溶劑三氯甲烷中，配成濃度為4％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在15℃常壓揮發(fā)60h，將膜從模具上取下后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.18mm。實施例4將20g(0.01mol)聚環(huán)氧丙烷(PPO，Mn＝2000)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至80℃，反應3.5h后，降溫至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1.5h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P4。膜材料的制備：將P4溶解于有機溶劑二氯甲烷中，配成濃度為5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在20℃常壓揮發(fā)65h，將膜從模具上取下后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.20mm。實施例5將15g(0.01mol)聚四氫呋喃(PTMG，Mn＝1500)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至80℃，反應3.5h后，降溫至15℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1.5h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P5。膜材料的制備：將P5溶解于有機溶劑二氯甲烷中，配成濃度為5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在20℃常壓揮發(fā)60h，將膜從模具上取下后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.22mm。實施例6將20g(0.01mol)聚四氫呋喃(PTMG，Mn＝2000)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至75℃，反應3h后，降溫至15℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P6。膜材料的制備：將P6溶解于有機溶劑二氧六環(huán)中，配成濃度為5.5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在22℃常壓揮發(fā)80h，將膜從模具上取下后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.2mm。實施例7將20g(0.01mol)泊洛沙姆338(Px338，Mn＝2000，PEOwt％＝15％)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至75℃，反應3h后，降溫至18℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P7。膜材料的制備：將P7溶解于有機溶劑丙酮中，配成濃度為7％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在25℃常壓揮發(fā)75h，將膜從模具上取下后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度為0.20mm。實施例8將15g(0.01mol)泊洛沙姆338(Px338，Mn＝1500，PEOwt％＝15％)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亞砜中：10g/30mL)置于三口燒瓶中，干燥氮氣保護，機械攪拌，升溫至85℃，反應4h后，降溫至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，攪拌，當體系粘度變大無法正常攪拌時，適量補加二氯甲烷，攪拌1h后，加入二氯甲烷至濃度約15wt％，冰乙醚沉降，抽濾，常溫真空干燥至恒重，得磷酰膽堿改性聚氨酯P8。膜材料的制備：將P8溶解于有機溶劑氯仿中，配成濃度為6％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在23℃常壓揮發(fā)80h，后經(jīng)常溫真空干燥得膜材料，將膜從模具上取下所得的膜材料的厚度為0.22mm。分析方法以下分析方法用于所有的實施例，除非另外說明。分子量：使用美國Water公司的Alpha型凝膠色譜儀(GPC)測定聚氨酯的分子量和分子量分布，溶劑為四氫呋喃，標樣為單分散聚苯乙烯。機械性能：使用廣東東莞恒宇儀器有限公司的HY939C型電腦式單柱拉力試驗機測定膜的拉伸強度和斷裂伸長率。試驗開始前,先將樣品在生理鹽水中浸泡3min,然后制成啞鈴型模型,按照國標GB13022-91規(guī)定的方法進行測定。水接觸角測定：水接觸角測試在薄膜與空氣接觸一面進行,蒸餾水(液滴體積:2μL),溫度:25℃,測定水滴接觸表面在大約1min時的接觸角數(shù)值,取5個點作平均值。蛋白質吸附量:將1cm×1cm的聚合物膜浸泡于pH＝7.4的磷酸鹽緩沖液(PBS)中充分溶脹平衡,取出后將其置于濃度為0.6g/L的牛血清蛋白溶液(BSA)中，在37℃的恒溫水浴中浸泡2h。結束后取出聚合物膜,用PBS緩沖溶液充分淋洗3次。然后用1％(w/w)的SDS溶液(PBS溶液)超聲清洗20min，精確移取相同體積清洗液于具塞試管中，再加入Micro-BcATM蛋白質檢測試劑盒工作液(PierceInc.,Rockford,23235),充分混合,密封,60℃水浴恒溫lh。最后自然冷卻到室溫,使用紫外-可見光分光光度計于562nm波長處測定吸光度,根據(jù)標準曲線計算得吸附量，取3個樣的平均值。血小板黏附實驗：從健康兔子心臟抽取新鮮血液，加入質量分數(shù)為3.8％的檸檬酸鈉溶液作為抗凝劑，全血與抗凝劑的比例為9:1，將加入抗凝血劑的全血放入離心機中，初次離心設置轉速為1400r/min，離心10min；然后吸取上層清液再次離心，設置轉速仍為1400r/min，離心15min，上層清液為貧血小板血漿(PRP)，吸取大約3/4上清液棄掉，剩余即為PRP；將改性后的聚氨酯膜(1.0×1.0cm2)放置于24孔板中，先浸沒在pH＝7.4的PBS緩沖溶液中4h，然后在37℃恒溫下，在PRP溶液中孵育1h。將膜取出，用PBS緩沖溶液反復沖洗3次以除去未吸附的血小板，然后再將膜浸泡在2.5％的戊二醛PBS溶液中30min固定表面的血小板。緊接著將膜依次放入不同濃度梯度的乙醇水溶液中(50、60、70、80、90、100％)進行逐級脫水，在每種濃度的溶液中浸泡30min，最后于室溫下干燥，噴金，采用S-4800型SEM(日本日立公司)觀察膜表面的血小板黏附情況。實施例1-8中磷酰膽堿改性聚氨酯膜材料的性能如表1所示。實施例5中聚氨酯膜材料的血小板粘附的掃描電鏡照片如圖1所示。實施例1-8中聚氨酯膜材料的生物學評價測試如表2所示。表1磷酰膽堿改性聚氨酯膜的機械系能、親水性和蛋白質吸附量由表1可知，本專利所提供的方法制備的磷酰膽堿改性聚氨酯具有較高的分子量，其相應的膜材料具有較高的斷裂強度和斷裂伸長率，既有韌性又不易斷裂，滿足生物材料的需求。隨著硬段含量的增加，斷裂強度增加；隨著軟段含量的增加，斷裂伸長率增加。接觸角的大小反應親水性的大小，接觸角越大，親水性越差，反之。表中所示的接觸角顯示該種材料具有較好的親水性，親水性越好，對蛋白質的吸附越少。本專利實施例中的樣品的蛋白質的吸附量小于2.3μg/cm2,甚至小于1.5μg/cm2，表明該材料展現(xiàn)出極佳的生物相容性，可長期使用于生物體。從圖1中可以看到，磷酰膽堿改性聚氨酯膜表面黏附的血小板數(shù)量很少，而且大部分血小板沒有發(fā)生聚集，仍然保持原來的形貌。表明該材料具有優(yōu)異的抗血小板黏附性能。表2磷酰膽堿改性聚氨酯膜材料(樣品P1-P8)的生物學測試細菌測試無菌GB/T14233.2-2005第二章細胞毒性<I級GB/T14233.2-2005皮內刺激性無皮內刺激GB/T14233.10-2005致敏性無致敏性GB/T14233.10-2005急性全身毒性無明顯差異GB/T14233.11-2011由表2可知，本發(fā)明實施例1-8所制備的膜材料的生物學性能檢測結果表明各個實施例均能獲得無毒、無刺激、生物相容性好且滿足臨床使用要求的材料。盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3