CN112029068B - 聚氨酯化合物及其制备方法以及生物粘结剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚氨酯化合物及其制备方法以及生物粘结剂，其中，所述聚氨酯化合物的结构式如下述式(Ⅰ)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数。本发明实施例的聚氨酯化合物具有良好的湿组织粘附性、机械延伸性和生物相容性，能够用于外部和内部伤口的封闭，为一种优良的生物粘结剂。

Description

聚氨酯化合物及其制备方法以及生物粘结剂

技术领域

本发明涉及有机化学技术领域，具体涉及一种聚氨酯化合物及其制备方法以及生物粘结剂。

背景技术

缝合线和缝合技术传统上被用于封闭伤口和组织修复，但缝合线的使用往往会带来一些缺点，包括需要专业技能、手术缝合时间长、对周围组织造成创伤，甚至引发感染和炎症、导致瘢痕、缺损甚至不对称愈合。此外，缝合线并不适用于复杂手术，例如阻止体液、血管中的空气以及肺、肝、胃、脾和肾等凝聚力较低的特殊组织的渗漏。最近，胶粘剂生物材料替代缝线和钉书钉进行伤口修复逐渐增多并得到广泛发展，这种有效的组织粘结剂应有可能减少手术时间、减少伤口出血和渗漏、降低并发症的发生率、减少住院和节省费用以及降低手术病人的发病率和死亡率，但是现有的生物粘结剂均具有较大的缺点，如较差的对组织的粘附性和机械延伸性以及有限的生物相容性等，因此开发具有良好性能的生物粘结剂成为亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种聚氨酯化合物，该聚氨酯化合物具有良好的湿组织粘附性、机械延伸性和生物相容性，能够用于外部和内部伤口的封闭，为一种优良的生物粘结剂。

本发明的另一个目的在于提供一种上述聚氨酯化合物的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供一种含有上述聚氨酯化合物的生物粘结剂。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的聚氨酯化合物，所述聚氨酯化合物的结构式如下述式(Ⅰ)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数。

优选地，所述聚氨酯化合物为多孔结构。

优选地，所述聚氨酯化合物的孔隙度为50-200μm。

优选地，所述聚氨酯化合物在水中的溶胀比为60-80％。

优选地，所述聚氨酯化合物在1cm/min的拉伸速率下的断裂应变为280-310％。

优选地，所述聚氨酯化合物为弹性体材料。

优选地，所述聚氨酯化合物的粘弹性在25-85℃的变化不大于10％。

根据本发明第二方面实施例的聚氨酯化合物的制备方法，包括：

步骤S1，将1、4-二异氰酸根合丁烷和聚己内酯二醇在催化剂存在的条件下反应生成化合物a，所述化合物a的结构式如式(a)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数，

步骤S2，将胱氨酸-多巴胺加入到化合物a的溶液中，反应生成式(Ⅰ)的化合物，其中所述胱氨酸-多巴胺的结构式如式(b)所示：

优选地，所述1、4-二异氰酸根合丁烷与聚己内酯二醇与胱氨酸-多巴胺的摩尔比为：2:0.8-1.2:0.8-1.2。

优选地，所述步骤S1中，所述催化剂为有机锡催化剂。

优选地，所述步骤S1中的反应温度为60-80℃，反应时间为2-4小时；

所述步骤S2中的反应温度为65-85℃，反应时间为17-19小时。

优选地，所述胱氨酸-多巴胺通过如下步骤制备得到：

步骤A1，向胱氨酸的溶液中加入碳酸氢钠和碳酸二叔丁酯，反应生成化合物c，所述化合物c的结构式如式(c)所示：

步骤A2，将N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺加入到化合物c的溶液中，反应生成化合物d，所述化合物d的结构式如式(d)所示：

步骤A3，将多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中，反应生成化合物e，所述化合物e的结构式如式(e)所示：

步骤A4，将化合物e的溶液中加入盐酸溶液使化合物e发生水解反应生成胱氨酸-多巴胺。

优选地，所述步骤A2中，N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺和化合物c的摩尔比为：2-2.4:2-2.4:1，

所述步骤A2中的反应温度为室温，反应时间为22-26小时。

优选地，所述步骤A3中，将所述多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中之前，将所述化合物d的溶液用氮气净化20-40min；

所述多巴胺盐酸盐和三乙胺和化合物d的摩尔比为：2-2.4:1.5-2.5:1；

所述步骤A3中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为10-14小时。

优选地，所述步骤A4中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为4-6小时。

根据本发明第三方面实施例的生物粘结剂，所述生物粘结剂用于封闭伤口和组织修复，所述生物粘结剂含有上述任一实施例所述的聚氨酯化合物。

本发明的有益效果在于：

本发明实施例的聚氨酯化合物具有良好的湿组织粘附性、机械延伸性和生物相容性，能够用于外部和内部伤口的封闭为一种优良的生物粘结剂。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例的制备胱氨酸-多巴胺的反应过程中的中间产物及最终产物的核磁谱图；

图2为本发明实施例的制备得到的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的核磁谱图；

图3为本发明实施例的制备式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的反应过程中的部分中间产物及式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的红外谱图；

图4为本发明实施例的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的扫描电子显微镜图像，其中(a)：式(Ⅰ)的聚氨酯化合物在一个放大倍数下的扫描电子显微镜图像；(b)：式(Ⅰ)的聚氨酯化合物在另一个放大倍数下的扫描电子显微镜图像；(c)：式(Ⅰ)的聚氨酯化合物在再一个放大倍数下的扫描电子显微镜图像；

图5为本发明实施例的制备得到的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的溶胀率随时间变化的示意图；

图6为本发明实施例的制备得到的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物的拉伸强度曲线的示意图；

图7为对本发明实施例的制备得到的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物进行拉伸的示意图，其中(a)：对聚氨酯化合物进行拉伸前的示意图；(b)：对聚氨酯化合物进行拉伸后的示意图；

图8为对本发明实施例的制备得到的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物进行循环拉伸试验的示意图，其中(a)：对聚氨酯化合物反复拉长至原始长度的10％的循环拉伸试验的示意图；(b)：对聚氨酯化合物反复拉长至原始长度的50％的循环拉伸试验的示意图；(c)：对聚氨酯化合物反复拉长至原始长度的100％的循环拉伸试验的示意图；

图9为本发明实施例的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物和PU的动态振荡频率扫描示意图；

图10为本发明实施例的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物和PU的应变幅度扫描示意图；

图11为本发明实施例的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物在不同温度下的稳定性测试示意图；

图12为用式(Ⅰ)的聚氨酯化合物和缝合线闭合的大鼠背部皮肤伤口的愈合特性示意图，其中(a)：在大鼠背部进行切口的5分钟内由PUCDA和缝合线闭合的伤口的示意图；(b)：在第7天，处死的大鼠的由缝合线(左片)以及PUCDA(右片)闭合的伤口部位的皮肤组织的示意图，其中黑色箭头指示伤口部位；(c)：b中的皮肤组织的反面的示意图；(d)：在第7天，缝合线处理的伤口部位的皮肤组织的切片的HE染色示意图；(e)：在第7天，PUCDA处理的伤口部位的皮肤组织的切片的HE染色示意图；(f)：在第7天，缝合线处理的伤口部位的皮肤组织的马松三色染色示意图；(g)：在第7天，PUCDA处理的伤口部位的皮肤组织的马松三色染色示意图；(h)：根据马松三色染色的图像计算的PUCDA和缝合线处理的伤口区域的胶原蛋白密度的示意图，*表示p＜0.05；(i)：在第14天，围绕通过缝合线和PUCDA闭合的伤口的皮肤样品的应变-应力曲线示意图；(j)：在第14天，围绕通过缝合线和PUCDA闭合的伤口的皮肤样品的抗拉强度示意图，*表示p＜0.05；

图13为不同实验组在手术后第7天胃的总部外观和切口周围胃组织的HE染色的示意图，其中(a)：健康的胃的总体外观示意图；(b)：切口未做任何处理的胃的总体外观示意图；(c)：切口用缝合线闭合的胃的总体外观示意图；(d)：切口用PUCDA闭合的胃的总体外观示意图；(e)：健康的胃的胃组织的HE染色的示意图；(f)：切口未做任何处理的胃的切口周围胃组织的HE染色的示意图；(g)：切口用缝合线闭合的胃的切口周围胃组织的HE染色的示意图；(h)：切口用PUCDA闭合的胃的切口周围胃组织的HE染色的示意图；

图14为PUCDA与其周围的皮下组织在体内的相互作用的示意图，其中(a)：PUCDA植入后第7天PUCDA材料周围皮下组织的HE染色的示意图；(b)：PUCDA植入后第14天PUCDA材料周围皮下组织的HE染色的示意图；(c)：PUCDA植入后第21天PUCDA材料周围皮下组织的HE染色的示意图；(d)：PUCDA植入后第28天PUCDA材料周围皮下组织的HE染色的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

根据本发明实施例的聚氨酯化合物，聚氨酯化合物的结构式如下述式(Ⅰ)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数。

该聚氨酯化合物具有良好的湿组织粘附性、机械延伸性和生物相容性，能够用于外部和内部伤口的封闭为一种优良的生物粘结剂。

优选地，聚氨酯化合物为多孔结构。由此，在该聚氨酯化合物存在下孵育细胞时，能够使细胞与外界进行物质交换。

优选地，聚氨酯化合物的孔隙度为50-200μm。进一步确保了聚氨酯化合物存在下孵育细胞时，细胞能够与外界进行氧气、离子和废物等物质的交换。

优选地，聚氨酯化合物在水中的溶胀比为60-80％。该聚氨酯化合物较低的溶胀比，避免了作为生物粘结剂时因为膨胀导致的医疗并发症，更加利于该聚氨酯化合物成为优良的生物粘结剂。

优选地，聚氨酯化合物在1cm/min的拉伸速率下的断裂应变为280-310％。由此，该聚氨酯化合物具有较好的机械延伸性，进一步的利于成为优良的生物粘结剂。

优选地，聚氨酯化合物为弹性体材料。进一步的利于该聚氨酯化合物成为优良的生物粘结剂。

优选地，所述聚氨酯化合物的粘弹性在25-85℃的变化不大于10％。该聚氨酯化合物的粘弹性在室温和正常人体温度甚至更高温度下均稳定，也就是说即使将该聚氨酯化合物放入体内，也可以保持其粘弹性，从而利于该聚氨酯化合物成为优良的生物粘结剂。

上述本发明实施例的聚氨酯化合物的制备方法，包括：

步骤S1，将1、4-二异氰酸根合丁烷和聚己内酯二醇在催化剂存在的条件下反应生成化合物a，所述化合物a的结构式如式(a)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数，

步骤S2，将胱氨酸-多巴胺加入到化合物a的溶液中，反应生成式(Ⅰ)的化合物，其中所述胱氨酸-多巴胺的结构式如式(b)所示：

该聚氨酯化合物的制备方法较为简单，且制备得到的聚氨酯化合物具有良好的湿组织粘附性、机械延伸性和生物相容性，能够用于外部和内部伤口的封闭，是一种优良的生物粘结剂。

优选地，1、4-二异氰酸根合丁烷与聚己内酯二醇与胱氨酸-多巴胺的摩尔比为：2:0.8-1.2:0.8-1.2。由此，可确保该聚氨酯化合物的制备方法具有较好的产率。

优选地，所述步骤S1中，所述催化剂为有机锡催化剂。当催化剂为有机锡催化剂时，能够较快的提高反应速率且利于提高反应产率。

优选地，步骤S1中的反应温度为60-80℃，反应时间为2-4小时；

步骤S2中的反应温度为65-85℃，反应时间为17-19小时。由此，进一步的确保该聚氨酯化合物的制备方法具有较高的产率。

优选地，胱氨酸-多巴胺通过如下步骤制备得到：

步骤A1，向胱氨酸的溶液中加入碳酸氢钠和碳酸二叔丁酯，反应生成化合物c，所述化合物c的结构式如式(c)所示：

步骤A2，将N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺加入到化合物c的溶液中，反应生成化合物d，所述化合物d的结构式如式(d)所示：

步骤A3，将多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中，反应生成化合物e，所述化合物e的结构式如式(e)所示：

步骤A4，将化合物e的溶液中加入盐酸溶液使化合物e发生水解反应生成胱氨酸-多巴胺。

该制备胱氨酸-多巴胺的方法较为简单，且所制得的胱氨酸-多巴胺的产率较高。

优选地，步骤A2中，N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺和化合物c的摩尔比为：2-2.4:2-2.4:1，

所述步骤A2中的反应温度为室温，反应时间为22-26小时。

以利于制备得到的化合物d具有良好的收率，在该反应条件下化合物d的收率可达到90％。

优选地，步骤A3中，将多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中之前，将所述化合物d的溶液用氮气净化20-40min；

所述多巴胺盐酸盐和三乙胺和化合物d的摩尔比为：2-2.4:1.5-2.5:1；

所述步骤A3中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为10-14小时。

由此，利于防止多巴胺的氧化，以确保制备得到的化合物e具有较好的产率，在该反应条件下化合物e的产率可以达到75％。

优选地，步骤A4中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为4-6小时。以利于防止多巴胺的氧化，使该反应具有较高的产率，该反应条件下水解反应生成胱氨酸-多巴胺的产率可达到96％以上。

含有上述本发明实施例的聚氨酯化合物的生物粘结剂，该生物粘结剂用于封闭伤口和组织修复。

下面通过具体实施例描述本发明。

实施例1

制备式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物

1.1制备胱氨酸-多巴胺，制备胱氨酸-多巴胺的反应式如下：

1.1.1化合物c的合成。向游离胱氨酸(0.40g，0.00166mol，1当量)的1：1混合的THF/H₂O溶液中(10mL)，在0℃下连续加入碳酸氢钠NaHCO₃(0.84g，0.0094mol，6当量)和碳酸二叔丁酯(Boc)₂O(0.87g，0.0038mol，2.4当量)，30分钟后，将溶液在室温搅拌过夜，然后将所得溶液用乙醚Et ₂O(2×15mL)萃取两次，在0℃下小心加入1M HCl将水层酸化至pH＝4-3，然后用CH ₂Cl ₂(3×20mL)萃取，将合并的有机相用Na ₂SO ₄干燥，并减压蒸发，得到呈固体或硬黄色油状的化合物c，其静置时结晶。对化合物c进行核磁共振分析，得到核磁共振结果为：¹H-NMR(D ₂O，300MHz，δppm)，3.6(t，2Hb)，1.36(s，9Ha)。

1.1.2化合物d的合成。将化合物c(0.200g，0.000454mol，1当量)溶解/悬浮在THF/MeCN(约2mL)中，将N-羟基琥珀酰胺(0.115g，0.000998mol，2.2当量)和N，N'-二环己基碳二亚胺(DCC)(0.206g，0.000998mol，2.2当量)加入溶液中，并在室温下搅拌过夜，过滤前将反应混合物冷却至0℃以下1小时，滤液在真空中浓缩，得到黄色油状固体的化合物d(N-羟基琥珀酰胺酯)，产率为85-90％(0.170g)。该步的粗产物未经纯化而用于下一步。对化合物d进行核磁共振分析，得到核磁共振结果为：¹H-NMR(CDCl₃，300MHz，δppm)，3.40(t，2Hb)，2.80(s，4Hd)，1.35(s，9Ha)。

1.1.3化合物e的合成。将化合物d(boc-胱氨酸-NHS)(1.0g，0.0015mol，1当量)溶于10mL甲醇中，并用氮气净化30分钟，然后将多巴胺盐酸盐(0.506g，0.0033mol，2.2当量，多巴胺-HCl过量)和三乙胺(TEA)(0.286g，0.395ml，0.0028mol，1.89当量)加入溶液中(多巴胺-HCl与TEA的摩尔比为1.5：1.3)，反应混合物的颜色变为棕色，并且反应在室温下在氮气氛下进行12小时，除去溶剂和TEA，用乙酸乙酯以溶解产物，然后用去离子水洗涤3次，蒸发乙酸乙酯，并将产物在烘箱(45℃)中干燥24小时。产品的产率为75％。对化合物e进行核磁共振分析，得到核磁共振结果为：¹H-NMR(CDCl₃，300MHz，δppm)，6.90-6.70(m，3Hgih，-Ar)，4.70(m，1Hc)，3.70(t，2He)，3.30(t，2Hb)，2.70(t，2Hf)，1.40(s，9Ha)。

1.1.4化合物胱氨酸-多巴胺的合成。将化合物e溶于10mL乙酸乙酯中，然后加入5mL等体积的HCl/乙酸乙酯溶液，并且该反应在室温在氮气氛下进行5小时，反应后，除去溶剂，并将产物烘箱干燥(45℃)24小时，最终产物是胱氨酸-多巴胺的双盐酸盐。胱氨酸-多巴胺的产率为99％。对化合物胱氨酸-多巴胺进行核磁共振分析，得到核磁共振结果为：¹H-NMR(D₂O，300MHz，δppm)，6.80-6.70(m，3Hgih，-Ar)，4.80(m，1Hc)，3.45(t，2He)，2.85(t，2Hb)，2.60(t，2Hf)。

1.2制备式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物，制备式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物的反应式如下：

反应以BDI∶PCL∶胱氨酸-多巴胺的化学计量比为2∶1∶1进行，在合成的第一步中，向圆底三颈烧瓶中的10ml DMSO溶液中加入1.4-二异氰酸根合丁烷(BDI)(0.070g，0.064mL，0.5mmol，2当量)和聚己内酯二醇(PCL)(在氮气下加入，0.5g，0.25mmol，1当量)，然后加入辛酸亚锡催化剂(0.010g，0.008mL，0.025mmol，0.1当量)，使所得混合物在70℃下反应3小时，然后在氮气下将胱氨酸-多巴胺(0.152g，0.25mmol)在2mL DMSO中的溶液随后添加到预聚物溶液中，并在75℃下继续反应18小时，将聚合物溶液在蒸馏水中沉淀，得到白黄色胶状物，最后，将聚合物在真空烘箱中于50℃干燥24小时。对式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物进行核磁共振分析，得到核磁共振结果为：¹H-NMR(CDCl₃，300MHz，δppm)，6.90-6.70(m，3Hgih，-Ar)，4.80(m，1Hc)，4.04(t，2H1)，3.90(s，8H1‘)，3.45(t，2He)，3.20(m，2H(j+l))，2.55(m，2H(f‘+f))，2.27(t，2H2)，1.65(m，4H3)，1.55(m，4Hk)，1.38(m，2H4)。

如图1的¹H-NMR谱图显示了在3.80ppm和1.38ppm处的化学位移，分别对应于亚甲基质子(CH2)和甲基质子(CH3)。甲基质子的出现证实了叔丁氧羰基(Boc)保护基在胱氨酸的胺官能团上的偶联。但是，在用作NMR溶剂的氧化氘(D₂O)中，看不到来自羧酸和酰胺的质子CO₂H和NH，这种现象是预期的并且是众所周知的，并且可以通过这些质子和氘之间非常快速的交换过程来解释，确实，在非常快速的交换过程中，用作NMR溶剂的D₂O用D取代了分子中的所有杂原子质子，尤其是OH，NH和SH。光谱中的新化学位移为2.80ppm，对应于N-羟基琥珀酰胺(NHS)的亚甲基质子(CH2)，并证实了NHS成功激活了胱氨酸的羧酸官能团，从而得到了NHS酯。在6.90-6.70ppm的化学位移对应于芳族质子(3H)，并证实通过酰胺化反应的多巴胺偶联。胱氨酸-多巴胺的光谱在1.38ppm处没有显示出峰，这对应于叔丁氧羰基(Boc)保护基的去除。图1的¹H-NMR光谱证实了胱氨酸-多巴胺的成功合成，然后将其与预聚物化合物a偶联以产生黄白色胶状的式(Ⅰ)的聚氨酯化合物(PUCDA)。将PUCDA材料溶解在少量用于¹H-NMR分析的氯仿中，PUCDA的结构通过¹H-NMR光谱表征，如图2所示，结果清楚地表明，在1.38、1.67、2.27和4.04ppm的化学位移归因于PCL二醇骨架，质子的存在峰在6.90-6.70ppm处对应于芳族质子，证实了PUCDA材料中存在多巴胺。此外，在4.70ppm和2.75ppm的质子峰证实了胱氨酸基团掺入到PUCDA材料中。

另外，还使用ATR-FTIR(全反射傅里叶红外)光谱对该反应的产物进行了测试，结果如图3所示，3329cm^-1处的峰对应于氨基甲酸酯基团，在2936cm^-1和2863cm^-1处的峰分别对应于对称和不对称CH₂拉伸模式，在羰基区域中，在1628cm^-1和1574cm^-1处的峰对应于氢键合的羰基-脲酰胺，而在1788cm^-1和1723cm^-1处的峰对应于羰基酰胺，在2250-2280cm^-1处不存在对应于异氰酸酯基团的峰，表明PUCDA的反应已完成，ATR-FTIR光谱证实了胱氨酸-多巴胺(CDA)和PUCDA的成功合成。

实施例2

该实施例2制备式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物的方法与实施例1基本相同，区别在于：

在化合物d的合成步骤中，N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺和化合物c的摩尔比为2:2:1，反应时间为22小时；

在化合物e的合成步骤中，将所述多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中之前，将所述化合物d的溶液用氮气净化20min，多巴胺盐酸盐和三乙胺和化合物d的摩尔比为2:1.5:1，反应时间为10小时；

在化合物胱氨酸-多巴胺的合成步骤中，反应时间为4小时；

在式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物的合成步骤中，1、4-二异氰酸根合丁烷与聚己内酯二醇与胱氨酸-多巴胺的摩尔比为2:0.8:0.8，在加入辛酸亚锡催化剂后使所得混合物在60℃下反应2小时，然后在氮气下将胱氨酸-多巴胺在2mL DMSO中的溶液随后添加到预聚物溶液中后，在65℃下继续反应17小时。

对该实施例2制备得到的式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物进行核磁共振分析，得到的核磁共振结果与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

该实施例3制备式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物的方法与实施例1基本相同，区别在于：

在化合物d的合成步骤中，N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺和化合物c的摩尔比为2.4:2.4:1，反应时间为26小时；

在化合物e的合成步骤中，将所述多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中之前，将所述化合物d的溶液用氮气净化40min，多巴胺盐酸盐和三乙胺和化合物d的摩尔比为2.4:2.5:1，反应时间为14小时；

在化合物胱氨酸-多巴胺的合成步骤中，反应时间为6小时；

在式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物的合成步骤中，1、4-二异氰酸根合丁烷与聚己内酯二醇与胱氨酸-多巴胺的摩尔比为2:1.2:1.2，在加入辛酸亚锡催化剂后使所得混合物在80℃下反应4小时，然后在氮气下将胱氨酸-多巴胺在2mL DMSO中的溶液随后添加到预聚物溶液中后，在85℃下继续反应19小时。

对该实施例3制备得到的式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物进行核磁共振分析，得到的核磁共振结果与实施例1相同，在此不再赘述。

基于该实施例1制备得到的式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物进行性能评价，具体性能测试如下：

测试1

对制备得到的式(Ⅰ)所示的聚氨酯化合物采用扫描电子显微镜进行扫描，如图4所示，扫描电子显微镜的扫描图像显示该聚氨酯化合物为多孔结构，其孔隙度为50-200μm，以便于在聚氨酯化合物存在下孵育细胞时，细胞能够与外界进行氧气、离子和废物等物质的交换。

测试2

将PUCDA放在双蒸馏水中时，有两种效应可导致其膨胀，第一个效应是在材料内部积聚并使其膨胀的水的渗透压，第二个效应是PUCDA水凝胶的结构，该结构具有大量相互连接的孔，并形成了毛细通道，这些通道易于在PUCDA水凝胶内部扩散，从而导致PUCDA水凝胶的膨胀。取制备得到的五个PUCDA样品分别进行溶胀比测试，测试结果分别为60％、65％、68％、74％和80％，如图5所示，为其中一个PUCDA样品的溶胀率随时间变化的示意图，PUCDA样品的溶胀率最初随时间增加，然后在两天后迅速达到最大值68％。其中，上述溶胀比的测试方法为：称重PUCDA干样品，然后浸入双蒸馏水中以溶胀，在一定的时间间隔内，从溶液中取出PUCDA水凝胶，并在擦拭样品表面上的溶液后称重，取三次测量的平均值，根据以下公式计算结果：溶胀比＝(Ms-Md)/Md，其中，Ms是溶胀状态下的质量，Md是干燥状态下的质量。整个PUCDA水凝胶显示出适度的溶胀行为，因此，与其它水凝胶如PEG(聚乙二醇)水凝胶从初始体积膨胀几百倍相比，PUCDA水凝胶的溶胀率相对较低，PUCDA材料在溶液介质中几乎是稳定的，PUCDA水凝胶的非溶胀行为使其成为组织再生的可行潜在粘合剂。

测试3

为了评估PUCDA在受到机械力或应力时的行为，在Instron(英斯特朗电子拉力机)中进行了机械表征，取制备得到的五个PUCDA样品在1cm/min的拉伸速率下分别进行拉伸测试，测得五个PUCDA样品的断裂应变分别为280％、290％、296％、305％和310％，图6显示了在受控应变速率下其中一个样品的执行的PUCDA拉伸测试的结果，拉伸强度曲线表明，PUCDA的最大应力约为0.23MPa，在最大应力作用下的断裂应变约为290％，PUCDA的最大应力和伸长率使它类似于软组织，例如动脉和最终伸长率高达260％的静脉。

测试4

如图7所示，PUCDA为弹性体材料。如图8所示，对PUCDA进行了循环拉伸试验，同时将PUCDA材料反复拉长至原始长度的10％、50％和100％，分别进行了10个循环，结果显示，当PUCDA材料被拉伸至其原始长度的10％时，拉伸强度曲线与伸长率呈线性响应，从而显示出总的弹性，另外，对于重复的50％应变，PUCDA材料在10个循环后遵循可逆变形，进一步证实了PUCDA的弹性。但是，对于100％的应变，在第一个循环之后，材料经历了20％的永久变形，保留了其余的伸长率，对于其余循环周期也观察到了类似的趋势。此外，PUCDA的延展性也经过测试得到了证实，PUCDA可以延伸到其原始宽度的275％，这与肺动脉和静脉的延展性相似。

如图9所示，对PU(聚氨基甲酸酯)和PUCDA的动态振荡频率扫描进行了研究，其频率范围为0.1到200rad/s，结果显示，PU和PUCDA两种材料都表现为固体状(G'>G”，G'为储能模量，G”为损耗模量)，并显示出与频率无关的平稳状态，且与纯PU相比，PUCDA的储能模量有所提高，由于存在胱氨酸-多巴胺，聚合物链上-NH₂和-OH基团之间的氢键较强，可以解释PUCDA的较高储能模量值。应变幅度扫描测试如图10所示，可以看出，当应变幅度增加到3％时，G'和G”分别从1000000Pa和100000Pa逐渐接近，在施加振动应变后，两个模量在大约3％的振动应变振幅下相互作用，此时G'和G”的值对应于材料坍塌时的300000Pa。如图11所示，对PUCDA进行了流变测试，以评估PUCDA在室温至正常人体温度甚至更高温度下的稳定性，PUCDA样品在恒定角频率(10rad/s)和应变(0.1％)下以5℃/点的温度在25至85℃的温度范围内进行实验，并在相同条件下在85-25℃温度范围内进行实验，在此过程中测量储能模量和损耗模量，实验结果表明，PUCDA的储能模量和损耗模量在25-85℃的范围内的变化不大于10％，这表明该材料在室温和正常人体温度甚至更高温度下均稳定，即使将其放入体内，该材料也可以保持其粘弹性。

测试5

5.1为了研究PUCDA的愈合能力，在皮肤和胃切口上进行了PUCDA的体内测试，使用组织学分析方法(例如苏木精和曙红染色进行形态学评估，使用马松三色染色进行胶原蛋白评估)对伤口部位皮肤组织的伤后情况进行了研究。

在皮肤切口上进行PUCDA的体内测试的具体方法为：通过大鼠皮肤切开模式评估PUCDA材料的伤口愈合特性，为9只体重180-220克的雄性Sprague-Dawley(斯泼累格.多雷)大鼠腹腔注射戊巴比妥钠(80mg/kg)，将背部的毛发剃除并用聚维酮碘消毒，然后用70％乙醇消毒，在每只大鼠的背部进行六个全层切口(长2cm×深0.5cm)，仔细对齐伤口边缘后，通过覆盖PUCDA材料将其中三处伤口闭合，而以常规缝线作为对照将其中另外三处伤口闭合。受伤后第7天，处死六只实验大鼠，并取出伤口部位的皮肤组织用于组织学分析，其中三只用于苏木精和曙红(HE)染色，用于形态评估，将另外三只用于马松三色染色评估胶原蛋白的生成，使用ImagePro Plus 6.0软件，通过马松三色染色图像中蓝色染色面积与总面积的比值确定胶原密度(％)。伤后第14天，处死剩余三只实验大鼠，取出伤口组织进行拉伸机械强度分析，拉伸机械强度测试通过BOSE 3220-AT材料测试机(类型：II系列，美国Bose公司)进行，钳口空间的初始距离为3mm，恒定拉伸速度为10mm/min。

在皮肤上进行PUCDA的体内测试的结果显示：如图12-a所示，即使外部牵引力施加在伤口部位，也可以用PUCDA材料将皮肤伤口紧密闭合。如图12-b所示，术后7天所有伤口均未见溃烂或坏死，手术后6或7天，PUCDA材料自动从伤口处脱落，通过对PUCDA材料的封闭伤口和缝合伤口的目测和对比，发现PUCDA可以有效治愈皮肤伤口。此外，如图12-c所示，使用PUCDA闭合皮肤伤口，避免了缝合线引起的额外伤害。如图12-d和12-e所示，第7天的HE评估显示，在由PUCDA和缝合线封闭的切口区域，急性炎症和细胞浸润之间没有明显差异，如图12f-h所示，而在PUCDA材料闭合的皮肤中发现的胶原蛋白生成量比在缝合线闭合的皮肤中更高(56.56％对45.99％)。如图12-i和12-j所示，至于大鼠皮肤的机械性能方面，PUCDA材料闭合的皮肤的抗拉强度为357.63±21.02kPa，优于缝合线闭合的皮肤(212.88±15.25kPa)。这些结果表明，PUCDA材料的处理加速了愈合过程，并促进了皮肤伤口的组织重建。

在胃切口上进行PUCDA的体内测试的具体方法为：将15只体重为20±5g的八周大的雄性C57BL/6小鼠随机分为三组(每组五只小鼠)。第一组的胃前壁切口不做任何额外处理，第二组的胃切口使用5-0聚(丙烯)缝合线缝合，在第三组中，首先使用支撑缝合线在不结扎的情况下连接胃的切口边缘，然后立即将PUCDA材料放置在切口部位，拉出支撑缝合线并在切口的两端留下两根缝合线以固定PUCDA材料。闭合所有小鼠的腹壁，并监测它们一周。第2组和第3组的小鼠在术后7天内全部存活，而第1组的小鼠在术后48小时内死亡。第1组小鼠死亡后立即切除胃部，在手术后第7天将第2组和第3组的小鼠处死，并切除它们的胃，所有样品均用4％多聚甲醛溶液固定以进行HE染色。

在胃切口上进行PUCDA的体内测试的结果显示：手术后7天，第2组(缝合组)和第3组(PUCDA治疗组)中的所有小鼠均存活，并且在动物中没有腹膜炎、瘘管或血肿的症状。如图13a-d所示，第3组的胃部总体外观与健康胃部更为相似，与第2组相比显示出更少的组织粘连，第1组的胃(仅切口)破裂，上面有明显的瘘管。如图13e-h所示，第1组的胃壁结构不连续且无序，至于第2组的胃壁结构，尽管切口的两个边缘是通过缝合线固定在一起的，但填充在两端之间的间隙中的增生组织抑制了胃部创口的愈合，导致了胃壁四层指状结构的交叉，第3组切口处的胃壁四层由于PUCDA材料的牢固粘附而排列得很好，粘膜层和粘膜下层已愈合为一体，肌肉层和浆膜层在顺利愈合中进行，并有部分炎症细胞浸润。因此，这些结果表明，PUCDA材料处理胃切口愈合的效果比传统缝合处理更好。

PUCDA材料为在皮肤或内脏上用缝合线进行手术组织修复提供了理想的替代方法，PUCDA材料具有很强的表面粘附力，当它覆盖在伤口上时，具有加速愈合过程、减少疤痕和组织粘附的主要特性。

5.2研究PUCDA材料在体内的生物相容性

PUCDA材料在体内的生物相容性测试的具体方法为：将PUCDA材料(0.5厘米长)在70％乙醇中浸泡过夜，然后分别用无菌水和PBS(磷酸缓冲溶液)洗涤3次，向腹膜内注射戊巴比妥钠(80mg/kg)使3只雄性Sprague-Dawley大鼠(体重180-220g)镇静，然后在每只大鼠的背部皮肤上制作6个独立的切口(约0.5cm长)，将皮下组织钝分离，并将PUCDA材料放置在小的皮下口袋中，然后进行皮肤缝合。在7、14、21和28天，移除PUCDA材料以及其周围组织(在每个时间点获得每只大鼠两个样品)，用4％多聚甲醛溶液固定，进行石蜡切片处理，并用苏木精和曙红染色。

测试结果显示了PUCDA与其周围的皮下组织在体内的相互作用。在该实验中没有明显的炎症反应。如图14a所示，植入后第7天，纤维组织形成了包裹PUCDA材料的荚膜组织，并且在PUCDA中发现有一些细胞穿透。如图14b所示，将PUCDA植入皮下组织14天后，PUCDA有部分降解，PUCDA材料中生长出大量纤维组织。如图14c和14d所示，在植入后第21天和第28天，越来越多的PUCDA被组织取代。结果表明该PUCDA材料在哺乳动物皮下环境中具有生物相容性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种聚氨酯化合物，其特征在于，所述聚氨酯化合物的结构式如下述式(Ⅰ)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

所述聚氨酯化合物为多孔结构。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

所述聚氨酯化合物的孔径为50-200μm。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

所述聚氨酯化合物在水中的溶胀比为60-80％。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

所述聚氨酯化合物在1cm/min的拉伸速率下的断裂应变为280-310％。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

所述聚氨酯化合物为弹性体材料。

7.根据权利要求6所述的聚氨酯化合物，其特征在于，

在恒定角频率为10rad/s、应变为0.1％，以5℃/点的条件下，所述聚氨酯化合物的粘弹性在25-85℃的变化不大于10％。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将1，4-二异氰酸根合丁烷和聚己内酯二醇在催化剂存在的条件下反应生成化合物a，所述化合物a的结构式如式(a)所示：

其中，m和n分别为不小于50的自然数，

步骤S2，将胱氨酸-多巴胺加入到化合物a的溶液中，反应生成式(Ⅰ)的化合物，其中所述胱氨酸-多巴胺的结构式如式(b)所示：

9.根据权利要求8所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述1，4-二异氰酸根合丁烷与聚己内酯二醇与胱氨酸-多巴胺的摩尔比为：2:0.8-1.2:0.8-1.2。

10.根据权利要求8所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述步骤S1中，所述催化剂为有机锡催化剂。

11.根据权利要求8所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述步骤S1中的反应温度为60-80℃，反应时间为2-4小时；

所述步骤S2中的反应温度为65-85℃，反应时间为17-19小时。

12.根据权利要求8所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述胱氨酸-多巴胺通过如下步骤制备得到：

步骤A1，向胱氨酸的溶液中加入碳酸氢钠和碳酸二叔丁酯，反应生成化合物c，所述化合物c的结构式如式(c)所示：

步骤A2，将N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺加入到化合物c的溶液中，反应生成化合物d，所述化合物d的结构式如式(d)所示：

步骤A3，将多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中，反应生成化合物e，所述化合物e的结构式如式(e)所示：

步骤A4，将化合物e的溶液中加入盐酸溶液使化合物e发生水解反应生成胱氨酸-多巴胺。

13.根据权利要求12所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述步骤A2中，N-羟基琥珀酰胺和N，N'-二环己基碳二亚胺和化合物c的摩尔比为：2-2.4:2-2.4:1，

所述步骤A2中的反应温度为室温，反应时间为22-26小时。

14.根据权利要求12所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述步骤A3中，将所述多巴胺盐酸盐和三乙胺加入到化合物d的溶液中之前，将所述化合物d的溶液用氮气净化20-40min；

所述多巴胺盐酸盐和三乙胺和化合物d的摩尔比为：2-2.4:1.5-2.5:1；

所述步骤A3中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为10-14小时。

15.根据权利要求12所述的聚氨酯化合物的制备方法，其特征在于，

所述步骤A4中的反应在氮气氛围下进行，反应温度为室温，反应时间为4-6小时。

16.一种生物粘结剂，所述生物粘结剂用于封闭伤口和组织修复，其特征在于，所述生物粘结剂含有权利要求1-7中任一项所述的聚氨酯化合物。

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