CN109400841A - 一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法 - Google Patents

一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法 Download PDF

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一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法。本发明磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的主链为聚氨酯长链，主链两端共价接枝磺化二羟丙基壳聚糖。其制备方法是将溶剂、二苯基甲烷二异氰酸脂、聚乙二醇和催化剂加入反应器中，在氮气保护下，控制温度70～90℃，搅拌反应2～8h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至60～80℃，加入磺化二羟丙基壳聚糖，继续反应10～20h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇过滤、洗涤、常温真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。本发明将磺化二羟丙基壳聚糖接枝于聚氨酯长链两端以提高聚氨酯的血液相容性，具有制备工艺简单，条件温和易控等优点。

Description

一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法。
背景技术
聚氨酯类材料其微相分离表面结构与生物膜极为相似，具有相对优异的血液相容性、化学特性、卓越的力学性能以及加工特性等，被认为是既定的血液相容性生物材料之一。聚氨酯作为极具应用潜力的血液接触类材料，其抗凝血性能在不断完善，但它们与血液接触时依然可能会产生凝血、微小血栓和微栓塞，限制了其作为血液接触类材料在临床治疗中的应用。本发明旨在解决聚氨酯材料在使用过程中出现的凝血、血栓等一系列问题。本发明提供一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯及其制备方法。
目前，制备新型血液相容性材料的常规方法有对具有良好物理性能的聚氨酯类材料进行共混改性、本体改性和表面改性。共混改性主要包括不同血液相容性材料之间共混和材料与抗凝血分子或药物的共混。本体改性主要是在高分子材料的链上接枝抗凝血分子或者药物。表面改性主要包括表面接枝亲水性分子、肝素、类肝素等分子。Li Dan等(ActaBiomaterialia,2009,5(6):1864-1871.)将赖氨酸-聚乙二醇共轭物接枝到聚氨酯材料表面，改性后的材料的阻抗纤维蛋白原吸附能力得到提高，血小板吸附也有所减少。但是此制备工艺较为繁琐，同时赖氨酸-聚乙二醇的接枝率也不是很理想。Tan Mingqi等(Macromolecular Research,2013,21(5):541-549.)将肝素和磷酸胆碱接枝到聚氨酯表面。研究结果表明，改性后的材料亲水性得到改善，血液相容性也得到提高。Lin WC等(Colloids&Surfaces B Biointerfaces,2005,44(2):82-92.)利用臭氧对热塑性聚氨酯表面进行活化后，再与聚丙烯酸反应从而引入羧基基团，然后与葡聚糖硫酸酯(DS)和水溶性壳聚糖(CS)直接反应，并接枝到材料表面。结果表明：壳聚糖的引入大大提高了材料的亲水性，同时也提高了DS的接枝率，DS和CS的引入明显提高了材料的血液相容性。Ma Lang等(Journal of Membrane Sciense,2014(470):90.)首先用浓硫酸将聚氨酯进行磺化得到了类肝素改性聚氨酯材料，然后将其与聚醚砜进行共混以改性聚醚砜膜材料，改性后的材料血液相容性得到明显改善。Yang J等(International Journal of BiologicalMacromolecules,2013,52:25-31.)报告了以三甲基硅烷衍生物制备壳聚糖硫酸酯化衍生物的方法，发现甲硅烷基化壳聚糖更易被硫酸酯化，酯化位点在C2-N、C3-O、C6-O，高度硫酸酯化的壳聚糖(硫酸酯化值为1.65～2.46)显著延长凝血时间，结果表明：活化部分凝血活酶时间(APTT)，凝血酶时间(TT)均延长，但对凝血酶原时间(PT)没有影响。专利104829843A公布了一种柠檬酸和壳聚糖改性生物相容性聚氨酯及其制备方法。在聚氨酯长链两端共价接枝柠檬酸结构，然后在柠檬酸结构上选择性接枝壳聚糖结构来提高聚氨酯的生物相容性。专利CN 107129564 A公布了一种磺化羟丙基壳聚糖改性生物相容性聚氨酯及其制备方法。
综上所述，制备新型抗凝血聚氨酯材料的一般方法是先制备出基质材料，然后通过接枝、共聚和共混等方法使材料具有抗凝血分子结构而提高其血液相容性。发明专利CN107129564 A公布了对壳聚糖C6-OH位上的引入羟丙基进行磺化，再把磺化羟丙基壳聚糖接枝在聚氨酯长链两端得到改性聚氨酯，虽可改善其血液相容性，但对壳聚糖C6-OH位上引入二羟丙基后，可进一步提高亲水性和抗蛋白污染性。通过对二羟丙基壳聚糖进行磺化，再把磺化二羟丙基壳聚糖接枝在聚氨酯长链两端，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯，其血液相容性可得到进一步提高。
本发明的目的是设计一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。该改性聚氨酯的特点是将磺化二羟丙基壳聚糖共价接枝在聚氨酯长链两端，得到具有良好血液相容性和物化性能的改性聚氨酯。先得到改性聚氨酯前驱体，然后将反应体系降温再加入磺化二羟丙基壳聚糖，将其接枝在聚氨酯长链两端，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。本发明得到的改性聚氨酯具有良好的亲水性、抗蛋白质污染性能和抗凝血性能；而且原料低廉，条件温和，工艺简单易控。
发明内容
本发明的目的是设计一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯(SDHPCS-PU)，该改性聚氨酯主链是聚氨酯长链，主链两端共价接枝磺化二羟丙基壳聚糖，其化学结构式为：
结构中的-X-表示m＝4～150；n＝30～200；R表示磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)。
本发明的另一个目的是提供所述的磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的制备方法，主要包括以下步骤：
将溶剂、二苯基甲烷二异氰酸脂(MDI)、聚乙二醇(PEG)和辛酸亚锡(TECH)加入反应器中，在N2保护和70～80℃的水浴体系中搅拌反应2～8h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至60～80℃，加入磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)，继续反应10～20h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯；其中溶剂、二苯基甲烷二异氰酸脂(MDI)、聚乙二醇(PEG)、TECH和SDHPCS的质量比为：70～80：15：4～8：0.01～1：1～10；所用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种的混合物。
制备过程中发生的反应为：
PU+SDHPCS→SDHPCS-PU (2)
其中，PU表示聚氨酯，其化学结构式为
SDHPCS-PU表示磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯，其化学结构式为
R为磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)，其化学结构式为
或
或
结构中r＝300～500。
本发明将磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)接枝在聚氨酯长链的两端得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。与未改性的聚氨酯相比，改性聚氨酯的亲水性、抗蛋白质污染性和抗凝血性都得到了明显的改善。水接触角由74°降低到38°，牛血清蛋白的吸附量由32.2μg/cm2降低到12.6μg/cm2，SDHPCS的引入大幅度提高了聚氨酯亲水性，减少了蛋白质的吸附。溶血率由3.2％下降到0.9％。血小板的吸附量、聚集程度和变形程度也明显减少，且没有形成血栓，以上结果都表明SDHPCS接枝在聚氨酯长链两端明显改善了材料的血液相容性。
本发明具有以下优点：
1.通过本体改性对聚氨酯进行改性。将磺化二羟丙基壳聚糖接枝在聚氨酯长链两端，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯，具有良好的亲水性、抗蛋白质污染性能和抗凝血性能。
2.本发明提供的制备方法简单，条件温和易控。
附图说明
图1本发明磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯制备工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明做进一步描述。
实施例1
将N,N-二甲基乙酰胺75％、MDI15％、PEG4％和辛酸亚锡0.5％加入反应器中，在N2保护和75℃的水浴体系中搅拌反应4h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至60℃，加入SDHPCS5.5％，继续反应10h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。
实施例2
将N,N-二甲基乙酰胺75％、MDI15％、PEG5％和辛酸亚锡0.5％加入反应器中，在N2保护和75℃的水浴体系中搅拌反应4h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至60℃，加入SDHPCS4.5％，继续反应10h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。
实施例3
将N,N-二甲基乙酰胺74％、MDI15％、PEG6％和辛酸亚锡0.5％加入反应器中，在N2保护和75℃的水浴体系中搅拌反应4h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至65℃，加入SDHPCS4.5％，继续反应15h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。
实施例4
将N,N-二甲基乙酰胺72％、MDI15％、PEG8％和辛酸亚锡0.5％加入反应器中，在N2保护和75℃的水浴体系中搅拌反应6h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至65℃，加入SDHPCS4.5％，继续反应20h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯。
本发明磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的性能如表1所示。
表1本发明磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的性能

Claims (3)

1.一种磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯，其特征在于：改性聚氨酯主链是聚氨酯长链，主链两端共价接枝磺化二羟丙基壳聚糖，化学结构式为：
结构中的-X-表示m＝4～150；n＝30～200；R表示磺化二羟丙基壳聚糖，即SDHPCS。
2.一种如权利要求1所述的磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将溶剂、二苯基甲烷二异氰酸脂、聚乙二醇和辛酸亚锡加入反应器中，在N2保护和70～80℃的水浴体系中搅拌反应2～8h，得到改性聚氨酯前驱体；然后降温至60～80℃，加入磺化二羟丙基壳聚糖，继续反应10～20h；反应结束后，经去离子水、无水乙醇洗涤过滤，真空干燥，得到磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯；溶剂、二苯基甲烷二异氰酸脂、聚乙二醇、辛酸亚锡和磺化二羟丙基壳聚糖的质量比为：70～80：15：4～8：0.01～1：1～10。
3.根据权利要求2所述的磺化二羟丙基壳聚糖改性聚氨酯的制备方法，其特征在于所用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者多种的混合物。
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