CN112480350B - 亲水性聚氨酯及其制备方法、生物打印复合材料和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料领域，公开了一种亲水性聚氨酯及其制备方法、生物打印复合材料和应用。所述亲水性聚氨酯包括：来自二异氰酸酯化合物a的结构单元A、来自具有羧基的二醇化合物b的结构单元B、以及来自多元醇c的结构单元C，并且该亲水性聚氨酯由(甲基)丙烯酸酯结构单元封端。本发明的亲水性聚氨酯和生物打印复合材料具有良好的亲水性能和机械性能，适用于生物打印的需求。
Description
技术领域
本发明涉及高分子化学和材料化学领域，具体涉及一种亲水性聚氨酯及其制备方法、生物打印复合材料和应用。
背景技术
3D打印，又称增材制造，是一种快速成型技术。3D打印以模型文件为基础，利用可粘合材料通过逐层打印来构造物体。近年来，利用生物医用材料进行生物3D打印获得了极大的发展，在组织工程和器官再造等领域展现出巨大潜力。适用于该领域的材料需要同时满足足够高的机械强度和良好的生物相容性，从而模拟组织原有的细胞外基质各种物理和生物性质。
明胶是一类天然高分子材料，主要来源于胶原蛋白的水解产物，具有生物相容性好、生物降解性好等优点。同时，明胶水凝胶具有剪切变稀的特点，并且在30℃左右由水凝胶转变为流体，利于生物3D打印，是目前该领域最重要的生物打印材料之一。但是，明胶水凝胶的机械强度弱，无法满足血管、肌肉、韧带等组织需要承受的拉伸或压缩形变。当前技术依赖于向明胶中掺入矿物质成分(例如磷酸盐、硅酸盐)以提高机械强度。
聚氨酯是一类合成高分子材料，具有拉伸强度高、弹性好、生物相容性好、抗凝血效果好等优点，在生物医用材料领域应用广泛。聚氨酯的弹性来源于其软段和硬段交错排列的结构。然而，现有聚氨酯的物理性质不利于生物3D打印，这一直制约聚氨酯在打印材料乃至组织工程领域的应用。并且，由于目前单一材料难以满足生物打印领域对材料的多方面要求，该领域一直致力于寻找兼具良好机械强度、生物相容性、剪切变稀特性的生物打印复合材料。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种亲水性聚氨酯及其制备方法、生物打印复合材料和应用，该亲水性聚氨酯和生物打印复合材料具有良好的亲水性能和机械性能，适用于生物打印的需求。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种亲水性聚氨酯，所述亲水性聚氨酯包括：来自二异氰酸酯化合物a的结构单元A、来自具有羧基的二醇化合物b的结构单元B、以及来自多元醇c的结构单元C，并且该亲水性聚氨酯由(甲基)丙烯酸酯结构单元封端。
优选地，所述二异氰酸酯化合物a为选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
优选地，所述具有羧基的二醇化合物b为选自具有羧基的C2-C6烷基二醇中的一种或多种，优选为2,2-双(羟甲基)丙酸。
优选地，所述多元醇c为选自聚乙二醇、聚乳酸、聚己内酯和聚(丙交酯-共-乙交酯)中的一种或多种，优选为聚乙二醇。
优选地，所述结构单元A、所述结构单元B和所述结构单元C的含量摩尔比为1：0.1-0.6：0.1-0.6，优选为1：0.2-0.4：0.2-0.4。
优选地，所述结构单元A与所述结构单元B与所述结构单元C的合计的含量摩尔比为1：0.2-0.8。
优选地，所述结构单元A与所述(甲基)丙烯酸酯结构单元的含量摩尔比为1：0.05-0.4，优选为1：0.15-0.25。
优选地，所述亲水性聚氨酯的分子量为5-100kg/mol，优选为10-40kg/mol。
优选地，所述亲水性聚氨酯还包括：来自二胺类化合物d的结构单元D。
优选地，所述二胺类化合物d为C2-C6烷基二胺中的一种或多种，优选为乙二胺、丙二胺和丁二胺中的一种或多种。
优选地，所述结构单元A与所述结构单元D的含量摩尔比为1：0.1-0.4。
本发明第二方面提供一种亲水性聚氨酯的制备方法，该制备方法包括：在聚合条件下，使二异氰酸酯化合物a与具有羧基的二醇化合物b和多元醇c和可选的二胺类化合物d进行聚合反应，并利用(甲基)丙烯酸酯类化合物对所述聚合反应的产物进行封端。
优选地，所述二异氰酸酯化合物a为选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
优选地，所述具有羧基的二醇化合物b为选自具有羧基的C2-C6烷基二醇中的一种或多种，优选为2,2-双(羟甲基)丙酸。
优选地，所述多元醇c为选自聚乙二醇、聚乳酸、聚己内酯和聚(丙交酯-共-乙交酯)中的一种或多种，优选为聚乙二醇。
优选地，所述二胺类化合物d为C2-C6烷基二胺中的一种或多种，优选为乙二胺、丙二胺和丁二胺中的一种或多种。
优选地，所述二异氰酸酯化合物a、所述具有羧基的二醇化合物b与所述多元醇c的用量摩尔比为1：0.1-0.6：0.1-0.6，优选为1：0.2-0.4：0.2-0.4。
优选地，所述二异氰酸酯化合物a与所述二胺类化合物d的用量摩尔比为1：0.1-0.4，优选为1：0.2-0.3。
优选地，所述二异氰酸酯化合物a与所述(甲基)丙烯酸酯类化合物的用量摩尔比为1：0.05-0.4，优选为1：0.15-0.25。
优选地，所述聚合条件包括：温度为50-120℃，时间为4-12h。
优选地，所述聚合反应使用的催化剂为辛酸亚锡和/或异辛酸亚锡。
本发明第三方面提供一种生物打印复合材料，该生物打印复合材料包括：上述本发明的亲水性聚氨酯或者本发明的制备方法制得的亲水性聚氨酯、可选的明胶(甲基)丙烯酸酯、可选的可光固化的水溶性小分子以及光引发剂。
优选地，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述亲水性聚氨酯的含量为1-20重量％，优选为10-15重量％。
优选地，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的含量为0-10重量％。
优选地，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述可光固化的水溶性小分子的含量为0-10重量％。
优选地，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述光引发剂的含量为0.1-1重量％，优选为0.3-0.7重量％。
本发明第四方面提供上述本发明的亲水性聚氨酯、上述本发明制备方法制得的亲水性聚氨酯或者上述本发明的生物打印复合材料在生物打印中的应用。
通过上述技术方案，本发明具有以下优点：
(1)本发明的生物打印复合材料通过光照固化可形成水凝胶，具有较好的弹性和剪切变稀特性，适用于3D打印。本发明的生物打印复合材料的拉伸强度和拉伸率都有显著提高，并且其机械性能可以通过改变各组分质量分数调节，调控范围较宽。
(2)本发明提供的亲水性聚氨酯和生物打印复合材料，原料易得，制备方法简单，具有较好的弹性和机械强度调控范围，有潜力成为一种用于组织和器官生物打印的弹性材料。
附图说明
图1为本发明的亲水性聚氨酯的核磁共振氢谱图。
图2为本发明的生物打印复合材料在不同温度下(15-40℃)的储存模量G’和损耗模量G”变化图。
图3为本发明的生物打印复合材料在不同剪切速率下(0-40s-1)的粘度。
图4为明胶甲基丙烯酸酯材料(左)与本发明的生物打印复合材料(右)的拉伸强度-拉伸率曲线对比图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种亲水性聚氨酯，所述亲水性聚氨酯包括：来自二异氰酸酯化合物a的结构单元A、来自具有羧基的二醇化合物b的结构单元B、以及来自多元醇c的结构单元C，并且该亲水性聚氨酯由(甲基)丙烯酸酯结构单元封端。
在本发明中，所述来自二异氰酸酯化合物a的结构单元A即为使二异氰酸酯化合物a中的2个异氰酸酯基与羟基反应后所得的部分。例如，所述二异氰酸酯化合物a以O＝C＝N-Ra-N＝C＝O表示时，结构单元A可以用-CO-NH-Ra-NH-CO-表示。根据本发明，所述二异氰酸酯化合物a只要是含有两个异氰酸酯基的化合物即可，优选可以为选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，更优选为异佛尔酮二异氰酸酯。
在本发明中，所述来自具有羧基的二醇化合物b的结构单元B即为从具有羧基的二醇化合物b中去除2个羟基中的氢后所得的部分；例如，所述具有羧基的二醇化合物b以HO-Rb-OH(其中，Rb具有羧基)表示时，结构单元B可以用-O-Rb-O-表示。
根据本发明，从提高制得亲水性聚氨酯的性能，适用于生物打印需求的角度考虑，所述具有羧基的二醇化合物b优选为选自具有羧基的C2-C6烷基二醇中的一种或多种，具体可以为具有1个以上羧基的乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇或者己二醇等。在具有羧基的二醇化合物b中，2个羟基优选位于碳链的两端，即优选具有羧基的二醇化合物b为具有1个以上羧基的1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇或者1,6-己二醇。具有羧基的二醇化合物b例如优选为2,2-双(羟甲基)丙酸。
在本发明中，来自多元醇c的结构单元C即为从多元醇c中去除末端羟基中的氢后所得的部分。根据本发明，所述多元醇c为可以为任意的分子中具有二个以上羟基的醇类，优选为选自聚乙二醇、聚乳酸和聚己内酯中的一种或多种，更优选为聚乙二醇。所述多元醇c的分子量例如可以为50-10000，优选500-2000。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述多元醇c采用两种以上的上述多元醇c配合使用，例如多元醇c采用聚乙二醇与聚乳酸或者聚己内酯配合使用。并且，优选地，聚乙二醇与聚乳酸或者聚己内酯的重量比优选为1：0.1-2，优选为1：0.25-1。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述亲水性聚氨酯还包括：可选的来自二胺类化合物d的结构单元D。该来自二胺类化合物d的结构单元D即为从二胺类化合物d中去除胺基中的氢后所得的部分。所述二胺类化合物d可以为任意具有两个胺基的化合物，优选为C2-C6烷基二胺，例如可以为乙二胺、丙二胺和丁二胺中的一种或多种，更优选为乙二胺。
本发明的亲水性聚氨酯可以通过二异氰酸酯化合物a中的异氰酸酯基、与具有羧基的二醇化合物b、多元醇c中的羟基和可选的二胺类化合物d中的胺基发生聚合反应而得到。从提高制得亲水性聚氨酯的性能，适用于生物打印需求的角度考虑，优选地，所述结构单元A、所述结构单元B和所述结构单元C的含量摩尔比为1：0.1-0.6：0.1-0.6，更优选为1：0.2-0.4：0.2-0.4。更优选地，所述结构单元A与所述结构单元B与所述结构单元C的合计的含量摩尔比为1：0.2-0.8。并且，优选地，所述结构单元A与所述结构单元D的含量摩尔比为1：0.1-0.4，优选为1：0.2-0.3。
在本发明中，(甲基)丙烯酸酯结构单元可以通过利用(甲基)丙烯酸酯类化合物作为封端剂进行封端而得到。具体的(甲基)丙烯酸酯类化合物可以为任选被取代的(甲基)丙烯酸酯类化合物，优选为具有亲水性基团的(甲基)丙烯酸酯类化合物。上述亲水性基团可以为羟基、羧基等。作为优选的所述(甲基)丙烯酸酯类化合物，可举出2-羟基乙基甲基丙烯酸酯、2-羟基乙基丙烯酸酯、2-羟基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甘油酯、二甲基丙烯酸甘油酯中的一种或多种。所述结构单元A与所述(甲基)丙烯酸酯结构单元的含量摩尔比为1：0.05-0.4，优选为1：0.15-0.25。
为了提高该亲水性聚氨酯制得的生物打印复合材料的打印性能，所述亲水性聚氨酯的分子量优选为5-100kg/mol，优选为10-40kg/mol。
本发明第二方面提供一种亲水性聚氨酯的制备方法，该制备方法包括：在聚合条件下，使二异氰酸酯化合物a与具有羧基的二醇化合物b、多元醇c和可选的二胺类化合物d进行聚合反应，并利用(甲基)丙烯酸酯类化合物对所述聚合反应的产物进行封端。
在本发明中，上述第二方面的亲水性聚氨酯制备方法中使用的二异氰酸酯化合物a、具有羧基的二醇化合物b、多元醇c、二胺类化合物d和与第一方面的亲水性聚氨酯相同。
在本发明的制备方法中，所述二异氰酸酯化合物a、所述具有羧基的二醇化合物b与所述多元醇c的用量摩尔比没有特别的限定，只要能够进行聚合反应从而制得所需的亲水性聚氨酯即可。从提高制得亲水性聚氨酯的性能，适用于生物打印需求的角度考虑，所述二异氰酸酯化合物a、所述具有羧基的二醇化合物b与所述多元醇c的用量摩尔比可以为1：0.1-0.6：0.1-0.6，优选为1：0.2-0.4：0.2-0.4。并且，优选地，所述二异氰酸酯化合物a与所述二胺类化合物d的用量摩尔比为1：0.1-0.4，优选为1：0.2-0.3。此外，优选地，所述二异氰酸酯化合物a与所述(甲基)丙烯酸酯类化合物的用量摩尔比为1：0.05-0.4，优选为1：0.15-0.25。
为了制备得到所需的亲水性聚氨酯，优选地，所述聚合条件包括：温度为50-120℃，时间为4-12h；更优选地，所述聚合条件包括：温度为60-100℃，时间为6-8h。优选地，所述聚合反应使用的催化剂为辛酸亚锡和/或异辛酸亚锡。
作为本发明的一个优选的实施方式，上述聚合反应优选包括如下步骤：
(1)在第一聚合条件下，使二异氰酸酯化合物a与多元醇c进行第一聚合反应；
(2)在第二聚合条件下，使具有羧基的二醇化合物b与步骤(1)的产物进行第二聚合反应；以及
(3)以任意顺序进行下述步骤(3a)和步骤(3b)；
(3a)利用(甲基)丙烯酸酯类对步骤(2)的产物进行封端；
(3b)在第三聚合条件下，使二胺类化合物d与步骤(3)的产物进行第三聚合反应。
在上述步骤中，第一聚合条件例如可以为温度90-120℃，时间为2-5h，优选为温度95-105℃，时间为1-4h；第二聚合条件例如可以为温度90-120℃，时间为2-5h，优选为温度95-105℃，时间为1-3h；封端的条件例如可以为温度60-90℃，时间为0.2-2h，优选为温度75-85℃，时间为0.5-1.5h；第三聚合条件例如可以为温度60-90℃，时间为0.1-2h，优选为温度75-85℃，时间为0.2-1h。上述反应优选均在惰性气氛(例如氩气气氛)中进行，优选在搅拌条件下进行。
作为本发明的另一个优选的实施方式，该方法还包括使具有羧基的二醇化合物b中的羧基成盐的步骤。例如，可以通过加入碱类化合物与具有羧基的二醇化合物b中的羧基反应，具体可以使用三乙胺、三乙醇胺、吡啶、氨水中的一种或多种。上述成盐的条件例如可以为：温度40-60℃，时间为0.1-2h。
本发明第三方面提供一种生物打印复合材料，该生物打印复合材料包括：上述本发明的亲水性聚氨酯或者本发明的制备方法制得的亲水性聚氨酯、可选的明胶(甲基)丙烯酸酯、可选的可光固化的水溶性小分子以及光引发剂。
根据本发明一个优选的实施方式，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述亲水性聚氨酯的含量为1-20重量％，优选为5-15重量％，更优选为10-15重量％。
在本发明中，所述明胶(甲基)丙烯酸酯可以为利用(甲基)丙烯酸对明胶进行改性得到的任意化合物，具体可以为任意的明胶甲基丙烯酸酯类或者明胶甲基丙烯酸酯类的化合物，例如可以选自明胶丙烯酸酯、明胶甲基丙烯酸酯(GelMA)等，优选为明胶甲基丙烯酸酯。为了保证良好的生物打印效果，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的取代转化率可以为15％以上，优选为30％以上、40％以上、50％以上，例如15-90％。根据本发明一个优选的实施方式，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的含量为1-10重量％，具体可以为0重量、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％或者10重量％。
在本发明中，所述可光固化的水溶性小分子可以为(甲基)丙烯酸酯类的化合物、丙烯酰胺类化合物，例如可以为选自2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甘油酯、二甲基丙烯酸甘油酯中的一种或多种，优选为2-羟乙基甲基丙烯酸酯。根据本发明一个优选的实施方式，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述可光固化的水溶性小分子的含量为0-10重量％，具体可以为0重量、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％或者10重量％。从提高打印性能的角度，优选不含有上述可光固化的水溶性小分子。
在本发明中，作为光引发剂，可以使用经光照能产生自由基并进一步引发聚合的任意光引发剂，例如可以苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(又名Irgacure 2959)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(又名Irgacure 1173)等中的一种或多种，优选为苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸。根据本发明一个优选的实施方式，对于所述生物打印复合材料的总重量，所述光引发剂的含量为0.1-1重量％，优选0.3-0.7重量％。
本发明的所述生物打印复合材料可以通过将上述亲水性聚氨酯、可选的明胶(甲基)丙烯酸酯、可选的可光固化的水溶性小分子以及光引发剂进行混合得到，混合的顺序没有特别的限定。所述生物打印复合材料中可以含有或不含有溶剂，优选含有溶剂，例如水、生理盐水、磷酸盐缓冲液等。在制备生物打印复合材料的过程中，本发明的亲水性聚氨酯可以以溶液方式直接混合，也可以将其干燥后混合，并在使用前混合所需的溶剂。
本发明第四方面提供上述本发明的亲水性聚氨酯、上述本发明的制备方法制得的亲水性聚氨酯或者上述本发明的生物打印复合材料在生物打印(生物3D打印)中的应用。
本发明的亲水性聚氨酯和生物打印复合材料优选作为生物皮肤、生物血管、生物肿瘤模型、生物组织器官的材料。作为具体的打印条件，例如可以包括：温度为15-30℃，优选为20-30℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，拉伸测试参数通过ASTM D638方法测得；明胶甲基丙烯酸酯(GELMA75)购自温州优墨生物科技有限公司；聚乳酸(PLLA diol)购自湖南华腾制药有限公司；异佛尔酮二异氰酸酯(A20846)、聚乙二醇(A35872)、聚己内酯(ACROS183212500)、辛酸亚锡(A67510)以及2,2-双(羟甲基)丙酸(A05150)均购自北京伊诺凯科技有限公司。
实施例1
本实施例用于说明亲水性聚氨酯的合成。
将8g聚乙二醇2000、2g聚乳酸2000加入烧瓶，氩气保护下加热到100℃，等待混合物全部融化。加入1mg辛酸亚锡和3.91g异佛尔酮二异氰酸酯，250rpm机械搅拌，100℃加热3h。加入0.67g 2,2-双(羟甲基)丙酸，继续搅拌加热1小时。温度降至80℃，加入0.49g 2-羟基乙基甲基丙烯酸酯，继续搅拌加热1小时。温度降至50℃，加入0.51g三乙胺，继续搅拌加热30分钟。加入0.30g乙二胺和37mL水，温度升至80℃，机械搅拌转速缓慢升至800rpm，搅拌加热30分钟，得到亲水性聚氨酯的水溶液。
取少量该溶液冻干后得到白色固体，溶于氘代二甲基甲酰胺，用核磁共振表征得到如附图1的核磁氢谱，确认得到本发明的亲水性聚氨酯。通过凝胶渗透色谱法测得该亲水性聚氨酯的分子量为23.8kg/mol。
实施例2
本实施例用于说明亲水性聚氨酯的合成。
将5g聚乙二醇2000、5g聚乳酸2000加入烧瓶，后续步骤按照实施例1进行，得到亲水性聚氨酯的水溶液。
取少量该溶液冻干后得到白色固体，溶于氘代二甲基甲酰胺，通过核磁氢谱的表征确认得到本发明的亲水性聚氨酯。
实施例3
本实施例用于说明亲水性聚氨酯的合成。
将8g聚乙二醇2000、2g聚己内酯2000加入烧瓶，后续步骤按照实施例1进行，得到亲水性聚氨酯的水溶液。
取少量该溶液冻干后得到的淡黄色至白色黏性固体，溶于氘代二甲基甲酰胺，通过核磁氢谱的表征确认得到本发明的亲水性聚氨酯。
实施例4
本实施例用于说明生物打印复合材料的制备。
向1mL实施例1制得的聚氨酯溶液(含有亲水性聚氨酯300mg)中加入50mg 2-羟乙基甲基丙烯酸酯、100mg明胶甲基丙烯酸酯(GelMA)、5mg苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐作为光引发剂，在40℃搅拌混合均匀，得到生物打印复合材料。
用流变仪测试上述生物打印复合材料的流变性质，结果如图2和图3所示。具体地，测试该材料在不同温度下的储存模量(G’)和损耗模量(G”)，得到如附图2的模量随温度变化图。由图2可知，本发明的生物打印复合材料呈现图中低温下G’>G”而高温下G’<G”的特性，适合生物打印的需求，其适宜的打印温度需低于G’与G”交叉时的温度。同时测试该材料在不同剪切速率下的粘度，得到如附图3的粘度随速率变化图。由图3可知，本发明的生物打印复合材料呈现粘度随速率升高而变稀的的特性，适合生物打印的需求。
实施例5
本实施例用于说明生物打印复合材料的挤出式打印。
将上述实施例4制得的生物打印复合材料吸入3D打印所用注射器。在3D打印机中选定待打印的模型文件，设定打印机料仓温度为26℃，底板温度为4℃，进行挤出式打印，得到打印成型的实物。
实施例6
本实施例用于说明生物打印复合材料的光固化。
将上述实施例5打印成型的实物置于365nm光源下，设置光照强度为85mW/cm2，光照2分钟后从光源处撤离。加入足量磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.4)浸泡五分钟，使整个物体浸没在溶液中，得到光固化成型具有弹性的生物打印复合材料。
测试例
本实施例用于说明生物打印复合材料的拉伸性能的测试。
使用实施例5和6相同的方法获得符合拉伸测试标准(ASTM D638 TypeV)形状的物体，光固化成型后安装在拉伸机进行拉伸强度和拉伸率的测试，得到如附图4的拉伸测试结果。
同样地，根据表1中的组成(光引发剂的用量不变，余量为水)，按照实施例4同样的方式制备生物打印复合材料，再利用上述同样的方法进行拉伸性能测试，结果见下表1。
表1
通过表1的结果可知，本发明的亲水性聚氨酯和生物打印复合材料在拉伸强度和拉伸率上均有显著提高。进而，通过将本发明的亲水性聚氨酯与可光固化的水溶性小分子配合使用，能够进一步提高制得生物打印复合材料的拉伸强度和拉伸率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种生物打印复合材料，其特征在于，该生物打印复合材料包括：亲水性聚氨酯、明胶(甲基)丙烯酸酯、可选的可光固化的水溶性小分子以及光引发剂；
所述亲水性聚氨酯包括：来自二异氰酸酯化合物a的结构单元A、来自具有羧基的二醇化合物b的结构单元B、来自多元醇c的结构单元C以及来自二胺类化合物d的结构单元D，并且该亲水性聚氨酯由(甲基)丙烯酸酯结构单元封端；
其中，所述二胺类化合物d为C2-C6烷基二胺中的一种或多种；
所述结构单元A、所述结构单元B和所述结构单元C的含量摩尔比为1：0.1-0.6：0.1-0.6；
所述结构单元A与所述结构单元D的含量摩尔比为1：0.1-0.4；
所述结构单元A与所述(甲基)丙烯酸酯结构单元的含量摩尔比为1：0.05-0.4。
2.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述二异氰酸酯化合物a为选自异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述具有羧基的二醇化合物b为选自具有羧基的C2-C6烷基二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的生物打印复合材料，其中，所述具有羧基的二醇化合物b为2,2-双(羟甲基)丙酸。
5.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述多元醇c为选自聚乙二醇、聚乳酸、聚己内酯和聚(丙交酯-共-乙交酯)中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的生物打印复合材料，其中，所述多元醇c为聚乙二醇。
7.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述结构单元A、所述结构单元B和所述结构单元C的含量摩尔比为1：0.2-0.4：0.2-0.4。
8.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述结构单元A与所述(甲基)丙烯酸酯结构单元的含量摩尔比为1：0.15-0.25。
9.根据权利要求1所述的生物打印复合材料，其中，所述亲水性聚氨酯的分子量为5-100kg/mol。
10.根据权利要求9所述的生物打印复合材料，其中，所述亲水性聚氨酯的分子量为10-40kg/mol。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，所述二胺类化合物d为乙二胺、丙二胺和丁二胺中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的生物打印复合材料，其中，所述结构单元A与所述结构单元D的含量摩尔比为1：0.2-0.3。
13.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述亲水性聚氨酯的含量为1-20重量%。
14.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述亲水性聚氨酯的含量为10-15重量%。
15.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的含量大于0且为10重量%以下。
16.根据权利要求15所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的含量为1-10重量%。
17.根据权利要求16所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述明胶(甲基)丙烯酸酯的含量为5-10重量%。
18.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述可光固化的水溶性小分子的含量为0-10重量%。
19.根据权利要求1-10中任意一项所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述光引发剂的含量为0.1-1重量%。
20.根据权利要求19所述的生物打印复合材料，其中，相对于所述生物打印复合材料的总重量，所述光引发剂的含量为0.3-0.7重量%。
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