CN101503501A

CN101503501A - 可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101503501A
Application number: CNA2009100584666A
Authority: CN
Inventors: 谭鸿; 丁明明; 傅强; 李洁华; 王志高; 张笑晴; 付晓婷; 张琴
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: CN101503501B

Abstract

本发明提供的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料是由聚合物二元醇所构成的软段，与二异氰酸酯和扩链剂构成的硬段交替共聚而成，其重均分子量为5000～100000。本发明还提供了制备这种两亲性无毒可降解多嵌段聚氨酯材料的方法。本发明提供的聚氨酯材料具有独特的多嵌段结构和两亲性，能在水中形成稳定的自组装胶束结构，而且结构和性能易于调控，容易在聚氨酯的主链、侧链和链端引入活性位点进行分子修饰。此外，该材料具有良好的生物相容性和降解性能，且降解产物无毒。因此在生物材料领域，特别在高分子药物和基因传递领域具有广阔应用前景。

Description

可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚氨酯材料及其制备技术领域，具体涉及一种可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术

随着可降解聚合物材料科学、细胞和分子生物学以及病理学的迅速发展，肿瘤的化疗、基因治疗和其它疾病的治疗也取得了长足的进步。特别是过去数十年里，科学家们广泛研究并开发了多种药物传递系统(DDS)，来解决许多药物存在的溶解性、稳定性不佳以及具有毒性等缺点，以进一步提高治疗效果并促进其临床应用研究(Wang，Y.；Gao，S.；Ye，W.H.；Yoon，H.S.；Yang，Y.Y.Nat.Mater.2004，5，791.Geng，Y.；Dalhaimer，P.；Cai，S.；Tsai，R.；Tewari，M.；Minko，T.；Desher，D.Nature nanotechnology2007，2，249.)。而作为DDS的核心，载体材料的设计和开发就显得格外重要。

例如，美国FDA批准临床使用的可降解聚合物如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)和聚乙醇酸(PGA)等都已被广泛用于药物载体(Mahmud，A.；Xiong，X.B.；Lavasanifar，A.Macromolecules 2006，39，9419-9428.Zhang，G.；Zhang，R.；Wen，X.；Li，L.；Li，C.Biomacromolecules 2008，9，36-42.)。这些可降解聚合物是通过引入亲水性嵌段(如聚乙二醇)形成两亲性的嵌段共聚物，然后自组装形成微米或纳米凝胶、胶束、囊泡以及高分子前药等形式，来控制释放抗肿瘤药物紫杉醇、阿霉素和布洛芬等(Savic′，R.；Luo，L.；Eisenberg，A.；Maysinger，D.Science 2003，300，615-618；Mahmud，A.；Xiong，X.B.；Lavasanifar，A.Macromolecules 2006，39，9419-9428)。对于可降解聚合物药物载体，主要有AB型二嵌段共聚物(Polymer 2005，46，10523-10530；Biomacromolecules 2007，8，2717-2725；J.Am.Chem.Soc.2006，128，9010-9011；Joumal of Controlled Release 2006，116，139-14；Langmuir 2008，24，10099-10106；)和ABA型三嵌段共聚物(Biomacromolecules 2005，6，1954-1960)。如CN1412220A和CN 1425706A分别公开了一种聚乙二醇—b—聚乳酸两亲性二嵌段共聚物和聚乙二醇嵌段修饰的聚己内酯两亲性三嵌段共聚物，CN1561987A公开了一种脂肪族聚酯与聚乙二醇二嵌段或三嵌段共聚物，它们在水中也可自组装成纳米粒或胶束，因而可作为药物控释的纳米载体。Jing等合成了带羧基的MPEG-PLA二嵌段共聚物，然后与紫杉醇反应形成高分子药物(Biomaterials 2005，26，2121-2128)。然而，这类二嵌段或三嵌段共聚物均为线性结构，拥有的活性反应位点较少，通常是在聚乙二醇的末端连有可以与靶向抗体或配体反应的活性基团；而且调控分子结构、降解速率、亲疏水性以及药物释放速率的方式单一，一般只能通过调整嵌段比例和长度来调控药物释放速率，使得药物释放的速率不易和治疗的需要相匹配。

如果能在分子链中引入更多嵌段，一方面可为聚合物的自组装过程提供更多的调控手段，另一方面也增加了材料化学结构和自组装形态的多样性，便于引进更多的物理和化学功能(Bucknall，D.G.；Anderson，H.L.Science 2003，302，1904-1905.Ludwigs，S.；Boker，A.；Voronov，A.；Rehse，N.；Magerle，R.；Krausch，G.Nat.Mater.2003，2，744-747.)。因此，研发在药物传递领域具有更加优异性能的非线性结构多嵌段的可生物降解聚合物(Matthew G.McKee，Serkan Unala，Garth L.Wilkes，Timothy E.Long.Prog.Polym.Sci.30(2005)507-539；Zhuo，R.X.Small 2006，2，917；Tao Zou，Song-Lin Li，Xian-Zheng Zhang，Xiao-Jun Wu，Si-Xue Cheng，Ren-Xi Zhuo.J Polym Sci Part A：PolymChem 45：5256-5265，2007)，逐渐成为研究者关注的焦点(Biomacromolecules 2005，6，1954-1960)。如CN 101215377A公开了一种拥有较多活性位点的脂肪族聚酯-聚氨基酸Y型三臂嵌段共聚物，但合成工艺比较复杂，且成本较高。

可降解聚氨酯作为一种较为新型的聚合物材料，由于其具有良好的生物相容性和优异的物理性能，现已作为理想的生物材料广泛应用于生物医疗领域(Alperin，C.；Zandstra，P.W.；Woodhouse，K.A.Biomaterials 2005，26，7377-7386.Stankus，J.J.；Guan，J.J.；Fujimoto，K.；Wagner，W.R.Biomaterials 2006，27，735-744.Grad，S.；Kupcsik，L.；Goma，K.；Gogolewski S.；Alini，M.Biomaterials 2003，24，5163-5171.)。但是，聚氨酯在药物传递领域中仅有少量的研究证实了其作为药物载体的潜力。例如，Beckman课题组开发了基于LDI和甘油的新一代可降解聚氨酯膜片和泡沫，并证实了其可用作长效药物传递载体(Wesley N.Sivak，Ian F.Pollack，Ste′phane Petoud，William C.Zamboni，Jianying Zhang，Eric J.Beckman，Acta Biomaterialia 2008，4，852-862；WesleyN.Sivak，Ian F.Pollack，Ste′phane Petoud，William C.Zamboni，Jianying Zhang，Eric J.Beckman，Acta Biom aterialia 2008，4，1263-1274)。另外，也有文献公开了一些其他种类的可降解聚氨酯微球、块体和植入体被用来控制释放茶碱、磺胺类药剂和抗生素等(Jung-Hwan Park，Mark G.Allen，Mark R.Prausnitz.J Control release 2005，104，51-66；Thatiparti Thimma Reddy，Michiko Hadano，Atsushi Takahara，Macromol.Symp.2006，242，241-249；T.Thimma Reddy，Arihiro Kano，Atsushi Maruyama，MichikoHadano，Atsushi Takahara，Biomacromolecules 2008，9，1313-1321；Changhong Zhang，Kejia Zhao，Tianyi Hu，Xiaofeng Cui，Nathan Brown，Thomas Boland，J Control release2008，131，128-136)。不过这些体系本质上都是基于聚氨酯材料本体，未能解决抗肿瘤药物水溶性差、毒性大、选择性差以及容易产生耐药性等问题，而且难以实现药物控释、靶向和长效循环。除此之外，还因所使用的聚氨酯都不是两亲性多嵌段材料，所以无法形成聚合物纳米粒，特别是可自组装成聚合物胶束，从而不能发挥聚合物胶束的许多优点，如在苛刻的生理学条件下(酸性、水解、酶)保护药物，胶束疏水内核可以吸收药物，显著提高疏水药物的水溶性，并且粒径小(10～200nm)，易于实现药物靶向，减轻化疗的副作用，还能逃避网状内皮系统(RES)的吞噬，延长循环时间。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，该材料能在水中形成稳定的自组装结构。

本发明的另一目的是提供这种无毒可降解的两亲性多嵌段聚氨酯材料的制备方法。

本发明提供的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，该材料是由聚合物二元醇构成的软段，与二异氰酸酯和扩链剂构成的硬段交替共聚而成，其重复结构单元如下：

或

式中，

为聚合物二元醇反应后所形成的链段，B为单羟/氨基封端剂反应后的结构，n为1～10的整数，Y为

或

或

其中R代表二异氰酸酯反应后剩余的烷基，K₁代表分子量<300的二元醇/胺扩链剂，K₂代表含亲水性基团的扩链剂，该材料的重均分子量为5000～100000。

该聚氨酯材料中所述聚合物二元醇为聚醚二元醇、共聚醚二元醇、聚酯二元醇、共聚酯二元醇或聚醚和聚酯共聚物二元醇中的任一种，其数均分子量为500～5000，优选1500～3000。其中聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇中的任一种；共聚醚二元醇为聚乙二醇和聚丙二醇共聚物二元醇、聚乙二醇和聚四氢呋喃醚共聚物二元醇或聚丙二醇和聚四氢呋喃醚共聚物二元醇中的任一种；聚酯二元醇为聚己内酯二元醇、聚戊内酯二元醇或聚乳酸二元醇中的任一种；共聚酯二元醇为聚己内酯和聚戊内酯共聚物二元醇、聚己内酯和聚乳酸共聚物二元醇、聚戊内酯和聚乳酸共聚物二元醇或聚己内酯、聚戊内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇中的任一种；聚醚和聚酯共聚物二元醇为聚乙二醇和聚己内酯共聚物二元醇、聚丙二醇和聚己内酯共聚物二元醇、聚乙二醇和聚乳酸共聚物二元醇、聚丙二醇和聚乳酸共聚物二元醇以及聚乙二醇、聚己内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇或聚丙二醇、聚己内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇中的任一种。

该聚氨酯材料中所述的单羟/氨基封端剂为数均分子量100～2000的聚乙二醇单甲醚、聚乳酸单甲醚、聚己内酯单甲醚、单羟/胺基磷脂化合物中的任一种，优选乙二醇单甲醚和单羟/胺基磷脂化合物。其中单羟/氨基磷脂化合物包括含有磷脂酸、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇氨、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油基团的单羟/氨基化合物，优选含有磷脂酰胆碱基团的单羟/氨基化合物。

该聚氨酯材料中所述的二异氰酸酯为脂肪族或脂环族二异氰酸酯中的赖氨酸衍生的二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯或1，4-环己烷二异氰酸酯中的任一种。优选赖氨酸衍生的二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯。其中赖氨酸衍生的二异氰酸酯包括赖氨酸甲酯二异氰酸酯、赖氨酸乙酯二异氰酸酯，及通过侧羧基反应连接上多肽、抗体、配体、药物等功能基团的赖氨酸二异氰酸酯，其中优选赖氨酸甲酯二异氰酸酯和赖氨酸乙酯二异氰酸酯。

该聚氨酯材料中所述的分子量<300的二元醇/胺扩链剂的二元醇为乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、二羟甲基丙酸、二甘醇、四甘醇中的任一种，二元胺为肼、乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺、异佛尔酮二胺、乙醇胺、丙醇胺、赖氨酸及其衍生物中的任一种。

该聚氨酯材料中所述的含亲水性基团的扩链剂为含氧化乙烯单元的非离子型二元醇/胺或含单季铵盐、双季铵盐、叔胺、仲胺、磷脂、羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基及其衍生物的离子型二元醇/胺中的任一种。优选含双季铵盐、磷脂基团的离子型二元醇/胺和赖氨酸。

本发明提供的制备上述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料的方法，该方法是将聚合物二元醇、二异氰酸酯、扩链剂和封端剂按以下摩尔百分比，采用常规的溶液聚合进行制备：

聚合物二元醇 11.1～45％

二异氰酸酯 40.8～50％

单羟/氨基封端剂 0～36.7％

分子量<300的二元醇/胺扩链剂 0～25％

含亲水性基团的扩链剂 0～25％。

该方法配方中所用的聚合物二元醇、二异氰酸酯、单羟/氨基封端剂、分子量<300的二元醇/胺扩链剂和含亲水性基团的扩链剂等的选用方式和种类因与上述可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料中的定义完全相同，故略去不述。

而制备上述无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料采用的常规溶液聚合的工艺步骤和条件如下(具体实施步骤可根据制备目标产物的配方作适当调整)：

①将聚合物二元醇在温度90～120℃下真空脱水60～120分钟；

②将温度降至50～60℃后，加入二异氰酸酯和溶剂，然后升温至60～80℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应60～120分钟；

③加入催化剂和分子量<300的二元醇/胺扩链剂，在25～85℃下反应60～120分钟；

④加入含亲水性基团的扩链剂，在25～85℃下反应60～120分钟；

⑤加入单羟/氨基封端剂，在25～85℃下反应60～120分钟；

⑥升温至70～100℃，继续反应120～360分钟；

⑦待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，将反应液倒入过量乙醚中沉淀12～36小时，析出乳白色或乳黄色聚氨酯，干燥后即为所得产品。

该方法中所用的溶剂可选用N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺，所用的催化剂可选用辛酸亚锡或二月桂酸丁基锡。

本发明所制备的无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料可进一步通过溶剂挥发法或透析法等工艺形成自组装体，应用于生物医学领域，特别是用作高分子载体材料进行药物控释或基因传递。

本发明与已有技术相比，具有以下优点：

1、本发明提供的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料具有独特的两亲性质，其软段具有亲水和/或疏水性，硬段含离子型亲水基团，端基为非离子亲水性聚乙二醇链段或离子型的磷脂基团，可在水中形成稳定的自组装胶束结构。而该结构既可通过外层电荷达到稳定分散，又可凭借非免疫原性的聚乙二醇链段或磷脂基团抑制蛋白吸附、避免网状内皮系统的吞噬，疏水软段还可包裹非水溶性药物，非常适合用作药物载体和基因载体，为药物传递系统提供了一种新的可供选择的自组装胶束载体。

2、本发明提供的无毒可降解两亲性聚氨酯材料因其具有多嵌段结构，故克服了线性嵌段共聚物反应位点少的缺点，可以在聚氨酯主链、侧链和链端引入更多活性位点，容易进行分子修饰，也可与靶向抗体、配体、生物素、多肽、药物或其他功能性基团结合，便于实现结构和功能的多样化，可用作靶向药物释放载体材料。

3、本发明提供的无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料还具有优异的表面活性，在水中所形成的自组装体具有比常规的线性嵌段共聚物(Lee，S.C.；Huh，K.M.；Lee，J.；Cho，Y.W.；Galinsky，R.E.；Park，K.，Biomacromolecules 2007，8，(1)，202-208；Hu，Y.；Jiang，X.；Ding，Y.；Zhang，L.；Yang，C.；Zhang，J.；Chen，J.；Yang，Y.Biomaterials 2003，24，(13)，2395-2404；Jinyoung Ko et al.Journal of Controlled Release 2007，123，109-115)胶束更低的临界胶束浓度、更高的降低表面张力的能力以及丰富的聚集态结构。

4、本发明提供的无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料含阳离子型亲水性基团(特别是含双季铵盐、双头磷脂)时，还具有更优异的穿透细胞膜的能力(Menger FM，KeierJS.Angew Chem Int Ed 2000；39：1906-20；McGregor C，Perrin C，Monck M，Camilleri P，Kirby AJ.J Am Chem Soc 2001；123：6215-20；Kirby，A.J.；Camilleri，P.；Engberts，J.B.F.N.；Feiters，M.C.；Nolte，R.J.M.；Soderman，O.；Bergsma，M.；Bell，P.C.；Fielden，M.L.Garcia Rodriguez，C.L.；Guedat，P.；Kremer，A.；McGregor，C.；Perrin，C.；Ronsin，G.；vanEijk，M.C.P.Angew.Chem.Int.Ed.2003，42，1448-1457.)，是用作抗菌和靶向药物载体领域的适合材料。

5、本发明提供的无毒可降解两亲性聚氨酯材料因具有多嵌段结构，不仅很容易在主链、侧链和链端引入活性位点进行分子修饰，实现结构和功能多样化，而且易于调控，且调控方式多样，可以通过软硬段的比例、软段分子量、软段中不同结构的比例、硬段中扩链剂的结构及比例等，来调节材料的分子量、亲疏水性、降解速度，使药物释放的速率易与治疗时所需要量相匹配，以满足不同临床治疗的需要，因而克服了常规嵌段共聚物结构和性能调控手段单一的缺点。

6、本发明在制备时均采用无毒可降解、生物相容性良好的单体作为原料，这一方面使所获得的无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料无毒，另一方面又使该材料可完全降解为人体可正常代谢的小分子物质，可广泛用作医用高分子材料。

7、本发明方法简单，工艺成熟，易于控制。

附图说明

图1为用本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料在降解前的表面形貌扫描电子显微镜照片；

图2为用本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料在水解6小时的表面形貌扫描电子显微镜照片；

图3为用本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料在水解12小时的表面形貌扫描电子显微镜照片；

图4为用本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料在酶解6小时的表面形貌扫描电子显微镜照片；

图5为用本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料在酶解12小时的表面形貌扫描电子显微镜照片；

图6为用本发明实施例1制备的无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料制备的膜材料在降解过程中失重率随水解和酶解时间的变化曲线；

图7为本发明实施例7制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料自组装胶束的透射电子显微镜照片；

图8为本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料自组装胶束的透射电子显微镜照片；

图9为阳性对照组胶乳橡胶浸提液(100mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片；

图10为本发明实施例1制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料浸提液(100mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片；

图11为本发明实施例9制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料浸提液(100mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片；

图12为本发明实施例9制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料降解液(100mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片；

图13为本发明实施例9制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料降解液(10mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体描述，但值得指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通专业人员根据上述发明的内容对本发明所作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了表述方便，在实施例的配方表中使用了以下代号，特此说明：

PCL＝聚己内酯二元醇 PLA＝聚乳酸二元醇

PEG＝聚乙二醇 PPG＝聚丙二醇

PLA-PEG＝聚乳酸-聚乙二醇共聚物二元醇

PCL-PEG＝聚己内酯-聚乙二醇共聚物二元醇

PLA-PEG-PLA＝聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸共聚物二元醇

PEG-PLA-PEG聚乙二醇-聚乳酸-聚乙二醇共聚物二元醇

PCL-PEG-PCL＝聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯共聚物二元醇

PEG-PCL-PEG＝聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇共聚物二元醇

LDI＝赖氨酸乙酯二异氰酸酯 HDI＝六亚甲基二异氰酸酯

BDO＝1，4-丁二醇 EDA＝乙二胺

Lysine＝赖氨酸 DMPA＝二羟甲基丙酸

DMAc＝N，N-二甲基乙酰胺 DMF＝N，N-二甲基甲酰胺

PMMA＝聚甲基丙烯酸甲酯 m-PEG＝聚乙二醇单甲醚

m-PCL＝聚己内酯二醇单甲醚 m-PLA＝聚乳酸二醇单甲醚

GA8＝赖氨酸衍生双季铵盐二胺，其结构如下：

式中，

表示碳原子数为2～10的烷基；表示碳原子数为2～20的烷基或含氟烷基。

HDEAPC＝1，1-二羟甲基乙酰胺-壬基磷脂酰胆碱，其结构如下：

式中，

表示碳原子数为2～20的烷基或含氟烷基。

HDPC＝4-羟/胺基-丁基磷脂酰胆碱，其结构如下：

式中，Q代表羟基或氨基；代表碳原子数为2～20的烷基链。

另：表中的分子量除扩链剂外，其余组分的分子量均为重均分子量。

实施例1～4、6、11、12

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至100℃，真空脱水120分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应60分钟；然后加入分子量<300的二元醇/胺扩链剂(扩链剂1)和1‰辛酸亚锡，在70℃下反应60分钟；再加入含亲水性基团的扩链剂(扩链剂2)，继续扩链反应120分钟；最后加入单羟/氨基封端剂，反应60分钟后升温至90℃，保持240分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，干燥后即得产品。所有实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

实施例5

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至110℃，真空脱水120分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应60分钟；然后加入分子量<300的二元醇/胺扩链剂(扩链剂1)和1‰辛酸亚锡，在70℃下反应60分钟；最后加入单羟/氨基封端剂，反应60分钟后升温至90℃，保持240分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，干燥后即得产品。本实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

实施例7

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至100℃，真空脱水100分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应60分钟；然后加入分子量<300的二元醇/胺扩链剂(扩链剂1)和1‰辛酸亚锡，在70℃下反应60分钟；再降温至室温，加入含亲水性基团的扩链剂(扩链剂2)，缓慢升温至60℃继续扩链反应120分钟；最后升温至88℃，保持300分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，得乳白色或乳黄色固体，干燥后即得产品。本实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

实施例8

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至110℃，真空脱水120分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应90分钟；然后加入含亲水性基团的扩链剂(扩链剂2)和1‰辛酸亚锡，缓慢升温至80℃继续扩链反应120分钟；最后升温至90℃，保持360分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，得乳白色或乳黄色固体，干燥后即得产品。本实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

实施例9

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至95℃，真空脱水120分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应60分钟；然后加入含亲水性基团的扩链剂(扩链剂2)和1‰辛酸亚锡，缓慢升温至60℃继续扩链反应120分钟；最后加入单羟基封端剂，反应60分钟后升温至90℃，保持240分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，得乳白色或乳黄色固体，干燥后即得产品。本实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

实施例10

将聚合物二元醇加入装有搅拌器、温度计和氮气保护装置的反应釜中，搅拌升温至100℃，真空脱水120分钟；再降温至50℃，加入二异氰酸酯和溶剂DMAc，升温至65℃，在搅拌和氮气保护下预聚反应90分钟；然后加入分子量<300的二元醇/胺扩链剂(扩链剂1)和1‰辛酸亚锡，在60℃下反应60分钟；最后升温至85℃，保持360分钟。待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，用过量乙醚沉淀产物，得乳白色或乳黄色固体，干燥后即得产品。本实施例采用的溶剂量与加入反应物的重量比均为4∶1，其余原料单体的配方见表1。

为了考查所制备的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料的降解性能，本发明将实施例1所制备的聚氨酯材料的DMAc溶液(5w/v％)成膜，然后参考文献Darwis，D.；Mitomo，H.；Enjoji，T.；Yoshii，F.；Makuuchi，K.Polym Degrad Stab 1998，62，259；Darwis，D.；Mitomo，H.；Enjoji，T.；Yoshii，F..；Makuuchi，K.J Appl Polym Sci 1998，68，581；Abdel-Rehima，H.A.；Yoshii，F.；Kume，T.Polym Degrad Stab 2004，85，689；Abdel-Rehima，H.A.Nucl Instrum Meth B 2005，229，293.中公开的方法进行水解和酶解试验。聚氨酯膜在降解中的失重率随时间变化的曲线如图7所示。由该曲线可以看出该两亲性多嵌段聚氨酯在水和酶存在的条件下均发生较为快速的降解，而且酶解速率大于水解速率。为了更直观地证明聚氨酯膜的降解，图1—6给出了聚氨酯薄膜表面在不同降解时期的扫描电镜照片，由图可见聚氨酯在降解过程中表面被腐蚀，出现凹凸不平、孔洞和裂纹等结构。

本发明还考察了部分实施例所制备的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料的自组装行为，采用透析法制备了聚氨酯胶束，并通过透射电镜表征、动态光散射和芘荧光探针技术分别对其形貌、粒径和临界胶束浓度进行了表征。图8为用实施例1和实施例7制备的聚氨酯胶束化后的透射电镜照片，表2为该聚氨酯胶束的粒径、粒径分布和临界胶束浓度测试结果。由这些结果可见本发明所制备的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料在水中均能形成稳定均一的胶束结构，胶束粒径在100nm左右，易于逃避网状内皮系统(RES)的吞噬作用，并且容易进入细胞。此外，该聚氨酯胶束具有较低的临界胶束浓度，特别是实施例7，其产物的临界胶束浓度比普通线性嵌段共聚物的临界胶束浓度低两个数量级(Lee，S.C.；Huh，K.M.；Lee，J.；Cho，Y.W.；Galinsky，R.E.；Park，K.，Biomacromolecules 2007，8，(1)，202-208；Hu，Y.；Jiang，X.；Ding，Y.；Zhang，L.；Yang，C.；Zhang，J.；Chen，J.；Yang，Y.Biomaterials 2003，24，(13)，2395-2404；Jinyoung Ko et al.Journal of Controlled Release 2007，123，109-115)，这非常有利于其在体内的稳定循环。另外，本发明还采用Polymer公司的PL-GPC 220凝胶渗透色谱仪，使用DMF作为流动相以及PMMA作为标准测试了实施例1和实施例7所制备的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料的分子量和分子量分布。结果见表2。从表中数据可见本发明所制备的聚氨酯材料具有较高的重均分子量和较窄的分子量分布。

为了进一步考查本发明所制备无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯作为生物医用材料的潜力，本发明采用传统的MTT比色法对聚氨酯的浸提液进行细胞毒性测试，同时进行了聚氨酯材料的加速降解实验，并评价了降解液的细胞毒性。图9、图10和图11分别为小鼠胚胎成纤维细胞3T3在阳性对照胶乳橡胶、实施例1和实施例9所制备无毒可降解多嵌段聚氨酯材料浸提液(100mg/ml)中细胞培养48h后的倒置相差显微镜照片。由图可看出，成纤维细胞在胶乳橡胶浸提液中大多数已经死亡，而在该浓度的聚氨酯浸提液中均保持了较好的生长状态和较高的成活率，从而说明本发明所制得的可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料具有良好的生物相容性。图12和图13为本发明实施例9制备的无毒可降解多嵌段聚氨酯材料降解液(100mg/ml和10mg/ml)中细胞培养48h后的形态，可见聚氨酯降解液对3T3成纤维细胞的生长没有显著的负面影响，从而证明本发明所制得的可降解两亲性多嵌段聚氨酯材料降解产物无毒。

表2 无毒可降解两亲性多嵌段聚氨酯分子量及胶束表征数据

样品	重均分子量(g/mol)	分子量分布	临界胶束浓度(mg/mL)	粒径(nm)	粒径分布	Zeta电位(mV)
样品	重均分子量(g/mol)	分子量分布	临界胶束浓度(mg/mL)	粒径(nm)	粒径分布	Zeta电位(mV)	实施例1	29303	1.4190	0.0089	62.5	0.467	60.3
实施例7	11635	1.2918	0.0007	147	0.099	70	实施例1	29303	1.4190	0.0089	62.5	0.467	60.3

Claims

1、一种可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，该材料是由聚合物二元醇构成的软段，与二异氰酸酯和扩链剂构成的硬段交替共聚而成，其重复结构单元如下：

或

式中，

或

或

2、根据权利要求1所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述聚合物二元醇为聚醚二元醇、共聚醚二元醇、聚酯二元醇、共聚酯二元醇或聚醚和聚酯共聚物二元醇中的任一种，其数均分子量为500～5000。

3、根据权利要求2所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇中的任一种；共聚醚二元醇为聚乙二醇和聚丙二醇共聚物二元醇、聚乙二醇和聚四氢呋喃醚共聚物二元醇或聚丙二醇和聚四氢呋喃醚共聚物二元醇中的任一种；共聚酯二元醇为聚己内酯和聚戊内酯共聚物二元醇、聚己内酯和聚乳酸共聚物二元醇、聚戊内酯和聚乳酸共聚物二元醇或聚己内酯、聚戊内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇中的任一种；聚醚和聚酯共聚物二元醇为聚乙二醇和聚己内酯共聚物二元醇、聚丙二醇和聚己内酯共聚物二元醇、聚乙二醇和聚乳酸共聚物二元醇、聚丙二醇和聚乳酸共聚物二元醇以及聚乙二醇、聚己内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇或聚丙二醇、聚己内酯和聚乳酸三元共聚物二元醇中的任一种。

4、根据权利要求1或2或3所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的单羟/氨基封端剂为数均分子量100～2000的聚乙二醇单甲醚、聚乳酸单甲醚、聚己内酯单甲醚、单羟/胺基磷脂化合物中的任一种。

5、根据权利要求1或2或3所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的二异氰酸酯为脂肪族或脂环族二异氰酸酯中的赖氨酸衍生的二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯或1，4-环己烷二异氰酸酯中的任一种。

6、根据权利要求4所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的二异氰酸酯为脂肪族或脂环族二异氰酸酯中的赖氨酸衍生的二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯或1，4-环己烷二异氰酸酯中的任一种。

7、根据权利要求1或2或3所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的分子量<300的二元醇/胺扩链剂的二元醇为乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、二羟甲基丙酸、二甘醇、四甘醇中的任一种，二元胺为肼、乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺、异佛尔酮二胺、乙醇胺、丙醇胺、赖氨酸及其衍生物中的任一种。

8、根据权利要求6所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的分子量<300的二元醇/胺扩链剂的二元醇为乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、二羟甲基丙酸、二甘醇、四甘醇中的任一种，二元胺为肼、乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺、异佛尔酮二胺、乙醇胺、丙醇胺、赖氨酸及其衍生物中的任一种。

9、根据权利要求1或2或3所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的含亲水性基团的扩链剂为含氧化乙烯单元的非离子型二元醇/胺或含单季铵盐、双季铵盐、叔胺、仲胺、磷脂、羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基及其衍生物的离子型二元醇/胺中的任一种。

10、根据权利要求8所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料，其中所述的含亲水性基团的扩链剂为含氧化乙烯单元的非离子型二元醇/胺或含单季铵盐、双季铵盐、叔胺、仲胺、磷脂、羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基及其衍生物的离子型二元醇/胺中的任一种。

11、制备权利要求1～10中的任一项所述的可生物降解的无毒两亲性多嵌段聚氨酯材料的方法，该方法是将聚合物二元醇、二异氰酸酯、扩链剂和封端剂按以下摩尔百分比，采用常规的溶液聚合进行制备：

聚合物二元醇 11.1～45％

二异氰酸酯 40.8～50％

单羟/氨基封端剂 0～36.7％

分子量<300的二元醇/胺扩链剂 0～25％

含亲水性基团的扩链剂 0～25％。