CN113845643B - 一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料及其制备方法，它包括具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯和抗粘连的弹性体两层纤维膜结构。具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯以含有二硒结构的聚ε‑己内酯(PCL‑Se‑Se‑PCL)大分子二元醇和饱和脂肪族二异氰酸酯为原料，采用一步法合成(PCLU‑Se‑Se‑PCLU)。抗粘连的弹性体(PFCLU)具有优异的回弹性，可辅助另一层材料的形状记忆转变过程。两层材料通过静电纺丝复合在一起。本发明制备的聚氨酯复合材料具有良好的生物相容性、形状记忆功能和自愈合功能。PCLU‑Se‑Se‑PCLU含有的二硒键结构可以提供优异的氧化还原双响应性，PFCLU具有优异的表面亲水性；材料本身及降解产物对人体无害，能广泛应用于生物医药、组织工程等领域。

Description

一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯 材料
技术领域
本发明涉及一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。
背景技术
心肌缺血、心肌梗死一直是世界上发病率和致死率都较高的一个主要疾病，近几十年来，人们一直致力于寻找新的替代疗法来治疗心肌梗死，并将重点放在心肌再生上。其中，迄今为止表现最好的是细胞和蛋白质，一些研究开发了各种细胞治疗载体，如注射水凝胶、心脏贴片、心外膜无支架细胞片和脱细胞心脏生物支架等。而其中基于心脏补片的系统是研究最广泛的心脏修复系统。聚氨酯材料独特的微相分离结构和氨酯键提供的氢键作用，赋予了它良好的弹性、力学性能以及生物相容性，使得聚氨酯材料在心肌缺血、心肌梗死的治疗中具有极大的前景。
但是心脏补片在实际应用过程中，需要涉及到开胸等工程量较大的外科手操作，因此具有形状记忆功能的聚氨酯材料作为新结构心脏补片有其独特优势。形状记忆材料由于其独特的外界刺激响应性功能转变近年来受到了极大的关注。该类型的材料可以在热、化学、光、电、磁等刺激下，做出形状、位置、应变等技术参数上的改变，因此具有优异的形状记忆效应、高回复形变效应、良好的适应性。聚氨酯材料结构中的软段和硬段分别为形状记忆提供了良好的形变和回弹性。这样的结合使得形状记忆聚氨酯材料成为微创植入实现的良好工具。
同时，在响应性功能上，二硒键具有氧化还原双响应性。众所周知，活性氧(ROS)的响应性在细胞的信号转导中起着至关重要作用，活性氧的过量产生会破坏氧化和还原物种之间的平衡。因此二硒键的氧化响应性可以在其中起到良好的调节作用。有报道显示，在大部分具有活性氧响应性的结构中，二硒键的响应性更加敏感。目前带有二硒键的材料大多是作为纳米粒子在药物传递中发挥作用，同时也说明了二硒键在生物材料中应用的安全性。目前为止，将二硒键结构引入高分子链段的主要手段是从硒粉出发，合成具有双硒结构的小分子二醇，再进一步聚合。但采用硒粉合成具有双硒结构的小分子二醇的难度和复杂性较大，成本也较高。
除此之外，虽然微创植入的手段所引起的创口已经很小，但是仍旧会有术后粘连的问题。因此，防止术后粘连也是一个不可忽视的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的医用心肌补片或者是支架的开胸植入问题，提供一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料，包括含有二硒结构的聚酯二醇软段和饱和脂肪族二异氰酸酯硬段。所述的聚氨酯材料具有接近人体生理温度的形状记忆转变温度，其熔点为36～40℃。
上述技术方案中，进一步地，所述的含有二硒结构的聚酯二醇为含二硒结构的聚ε-己内酯二醇(PCL-Se-Se-PCL)。
更进一步地，所述的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇，其合成路线如下：
Figure BDA0003267862400000021
更进一步地，所述的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇的数均分子量为2000～3000。
进一步地，所述的饱和脂肪族二异氰酸酯可以为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)。
进一步地，所述的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料是以含有二硒结构的聚ε-己内酯二醇为大分子二元醇和饱和脂肪族二异氰酸酯为原料，采用一步法制备。
进一步地，所述的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硒代胱胺盐酸盐加入到干燥容器中，然后加入二氯甲烷溶剂搅拌，再滴加浓度为5～6mol/L的氢氧化钠溶液，继续搅拌直至硒代胱胺盐酸盐的二氯甲烷溶液变成透明的黄色溶液；搅拌至少2h，萃取，将下层黄色透明溶液收集起来，加入无水硫酸钠，搅拌过夜；将干燥后的溶液进行抽滤，滤液再旋蒸，直至里面的二氯甲烷被全部蒸出，得到干燥的硒代胱胺(CySe)；
2)将ε-己内酯加入到干燥容器中，然后加入氢化钙，搅拌使氢化钙分散均匀，静置48h以上得到干燥的ε-己内酯(ε-CL)；
3)将步骤1)得到的硒代胱胺和步骤2)得到的ε-己内酯按照不同的摩尔比(1:20～1:40)加入干燥的聚合管中，再加入单体ε-己内酯摩尔数0.5％的辛酸亚锡作催化剂，在氮气保护下110～120℃反应至少24h；反应结束后，加入四氢呋喃溶解，完全溶解后滴加入四氢呋喃10倍体积的冰乙醚，得到淡黄色的沉淀物；离心、收集，将得到的产物放入真空烘箱干燥24h以上，得到干燥的淡黄色粉末为含二硒结构的聚ε-己内酯二醇；
4)将步骤3)得到的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇加入到干燥容器中，减压除去残余的水分，然后加入无水二甲苯溶剂溶解，再加入饱和脂肪族二异氰酸酯及催化剂三亚乙基二胺，在氮气保护下80～100℃反应至少8h，得到聚氨酯溶液；其中饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与含二硒结构的聚ε-己内酯二醇中羟基的摩尔比为1.3:1～1.5:1；
5)在步骤4)制得的聚氨酯溶液中加入四氢呋喃稀释，倒入冰无水乙醇中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于四氢呋喃溶剂中，并再次倒入冰无水乙醇中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料。
更进一步地，步骤3)中，所述硒代胱胺和ε-己内酯的最佳摩尔比为1:20，此投料比合成得到的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇具有较好的熔点和结晶度，且其分子量适用于进一步的合成。
更进一步地，步骤4)中，所述饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与含二硒结构的聚ε-己内酯二醇中羟基的最佳摩尔比为1.3:1。此摩尔比得到的聚氨酯材料为线性聚氨酯材料，且具有合适的分子量。
一种可抗粘连的聚氨酯弹性体，是在聚氨酯弹性体材料层的外表面接枝亲水性聚乙二醇得到的。所述聚氨酯弹性体包括由聚富马酸丙二醇酯(PPF)和聚ε-己内酯二醇(PCL)组成的软段和由饱和脂肪族二异氰酸酯及L-赖氨酸二甲酯盐酸盐组成的硬段。
上述技术方案中，进一步地，所述的聚富马酸丙二醇酯(PPF)分子量为1000～2000，聚ε-己内酯二醇(PCL)的分子量为530。
更进一步地，所述的聚氨酯弹性体是以聚富马酸丙二醇酯(PPF)和聚ε-己内酯二醇(PCL)为大分子二醇，以饱和脂肪族二异氰酸酯为原料，以L-赖氨酸甲酯二盐酸盐为扩链剂，采用二步扩链法制备得到。
进一步地，所述的聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚富马酸丙二醇酯(PPF)加入到干燥容器中，减压除去残余的水分，然后加入无水N,N-二甲基甲酰胺溶剂溶解，再加入饱和脂肪族二异氰酸酯及催化剂辛酸亚锡，在氮气保护下60～80℃反应至少3h，得到聚氨酯溶液；其中饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与聚富马酸丙二醇酯中羟基的摩尔比为1.5:1～1.8:1；
2)同时将聚ε-己内酯二醇(PCL)加入到另一个干燥容器中，减压除去残余的水分，然后加入无水N,N-二甲基甲酰胺溶剂溶解，再加入饱和脂肪族二异氰酸酯及催化剂辛酸亚锡，在氮气保护下60～80℃反应和步骤1)相同的时间，得到聚氨酯溶液；其中饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与聚ε-己内酯二醇中羟基的摩尔比为1.8:1～2:1；
3)按照步骤1)和步骤2)理论剩余的饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团摩尔数的0.8～1倍称取L-赖氨酸甲酯二盐酸盐于干燥容器中，加入无水N,N-二甲基甲酰胺溶剂，摇匀，再加入L-赖氨酸甲酯二盐酸盐摩尔数的1.5～3倍的三乙胺。振荡至少3h以后，离心，收集上清液；
4)在氮气保护下将步骤1)和步骤2)得到的聚氨酯溶液混合到一起，缓慢加入步骤3)得到的上清液进行扩链，60～80℃继续反应至少6h以上，得到聚氨酯溶液。
5)将步骤4)得到的聚氨酯溶液，倒入去离子水中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，并再次倒入去离子水中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到聚氨酯弹性体材料。
本发明的具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料，包括具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯和抗粘连的弹性体两层纤维膜结构，两层纤维膜结构通过静电纺丝的手段复合得到具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料。
所述的具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料，可加工成薄膜或纳米纤维膜，在人体生理温度的刺激下，通过形状记忆功能实现微创植入，可用于心肌梗死的治疗修复。
本发明的发明原理为：
本发明利用静电纺丝将两层聚氨酯材料复合在一起，通过形状记忆效应将材料微创植入到心肌梗死的部位，在体温的触发下恢复补片的形状，进行心梗的治疗修复。具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料采用氨基引发ε-己内酯开环聚合，将具有氧化还原响应性的二硒键结构引入聚酯二醇的主链，利用其良好的活性氧响应性，调控炎症部位的活性氧浓度。同时聚ε-己内酯二醇链段具有良好的生物相容性、生物响应性和生物可降解性。利用聚酯链段的结晶性能，提供一个良好的接近生理温度的熔点作为该形状记忆聚氨酯材料的转变温度，使其具有优异的形状记忆功能。二硒键的动态交换也可以使材料的形状重构，在自愈合性能方面也具有极大的优势。
在形状记忆聚氨酯材料自动卷曲变形的过程中，需要一个驱动力的牵引。由于聚氨酯弹性体材料在拉伸作用下可产生大形变，拉力卸载后快速回复到原来的形状。这一优异的性能恰好可以辅助形状记忆聚氨酯材料形变过程中临时形状的形成，所以引入第二层聚氨酯弹性体的材料。除此之外，虽然微创植入的手段所引起的创口已经很小，但是仍旧会有术后粘连的问题。纤维组织粘附形成的最主要原因是成纤维细胞的增殖和生长。因此可以通过在聚氨酯弹性体材料的表面接枝亲水基团，使其有效的形成一层水合层，防止蛋白质的附着，从而防止组织粘连。
与现有的医用聚氨酯相比，本发明制备的具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料具有以下优点：
1)本发明中，通过氨基引发ε-己内酯开环聚合，极大地减轻了将双硒结构引入高分子链段的合成难度和复杂性，极大缩减了成本。
2)本发明中，通过引入ROS响应性的二硒键，为聚氨酯材料提供了体内组织环境响应性断裂的位点。
3)本发明中，引入的二硒键具有良好的动态交换能力，为形状重构、自愈合性能提供了可能。
4)本发明中，以低聚物聚酯二醇作为软段，制备的聚氨酯材料具有良好的结晶性能和力学性能。
5)本发明中，制备的聚氨酯材料具有优异的形状记忆功能、接近生理温度的转变温度，所以具有良好的微创植入前景。
6)本发明中，以饱和脂肪族二异氰酸酯作为硬段，使得到的聚氨酯材料的降解产物无致癌等毒副作用。
7)本发明中，得到的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料为线形聚氨酯，能够再次溶解并加工成薄膜或多孔支架材料。该材料在心肌修复和新功能保护、微创植入、医疗器械多样化等方面的具有重要的应用。
8)本发明中，聚氨酯弹性体利用硬段和氢键提供的物理交联点，具有优异的回弹性，可以辅助另一层材料的形状变化过程。
9)本发明中，聚氨酯弹性体表面接枝聚乙二醇，极大地增加了表面亲水性。
附图说明
图1为实施例1中硒代胱胺的分子式及1H NMR(DMSO)谱图；
图2为实施例1中该ROS响应性聚酯二醇的合成线路图；
图3为实施例1中该ROS响应聚酯二醇的1H NMR(CDCl3)谱图；
图4为不同的摩尔比(硒代胱胺:ε-己内酯)得到的不同分子量的聚酯二醇；
图5为实施例1中该ROS响应形状记忆聚氨酯材料的自由基消除能力；
图6为实施例1中该ROS响应形状记忆聚氨酯材料的DMA测试图；
图7为实施例1中该ROS响应形状记忆聚氨酯材料的形状展示图；
图8为实施例2中该聚氨酯弹性体材料的合成路线；
图9为实施例3中复合聚氨酯材料的SEM图；
图10为形状记忆聚氨酯材料的变形示意图。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明的技术方案，但这些实例并不用来限制本发明。
本发明的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料(PCLU-Se-Se-PCLU)的合成路线如图2。
实施例1
活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料(PCL-Se-Se-PCL/HDI1.3:1)，包括软段和硬段，所述的软段是分子量为2700的含二硒键的聚ε-己内酯二醇，所述的硬段是脂肪族二异氰酸酯HDI。
具有如下结构
Figure BDA0003267862400000071
其制备包括以下步骤：
将50mLε-己内酯加入到干燥容器中，然后加入一定量的氢化钙，搅拌使氢化钙分散均匀，静置48h以上得到干燥的ε-己内酯；
将10g硒代胱胺盐酸盐加入到干燥容器中，然后加入400mL二氯甲烷溶剂搅拌，再滴加配置的浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液，直至硒代胱胺的二氯甲烷溶液变成透明的黄色溶液。搅拌放置2h后，萃取，收集下层黄色透明溶液。将收集起来的硒代胱胺二氯甲烷溶液加入一定量的无水硫酸钠，搅拌过夜。将干燥后的溶液进行抽滤，除去里面的硫酸钠。再将滤液旋蒸，直至里面的二氯甲烷被全部蒸出，得到干燥的硒代胱胺。将得到的硒代胱胺溶于氘代二甲亚砜(DMSO)中检测材料的核磁共振氢谱1H-NMR(附图1)，通过对分子结构中各种质子氢的归属，其中化学位移δ＝2.95ppm是硒代胱胺结构中氨基旁边亚甲基CH2质子氢的特征峰；化学位移δ＝2.82ppm是硒代胱胺结构中与Se原子相连的亚甲基CH2质子氢的特征峰。该核磁谱图显示，纯化后的硒代胱胺已经成功去盐酸盐化，且不含水分。
取纯化后的硒代胱胺0.5690g加入到干燥的聚合管中，计算其氨基的摩尔数为4.63mmol。然后加入干燥后的ε-己内酯5.3470g，计算其摩尔数为93.69mmol。两者的摩尔比例为1:20。搅拌均匀，然后按照ε-己内酯小分子摩尔数的0.5％加入催化剂辛酸亚锡。打开聚合管旋钮，抽真空、通氮气。然后封闭聚合管，在氮气保护下115℃反应24h。反应结束后，加入一定量的四氢呋喃溶解，溶解均匀后滴加入10倍体积的冰乙醚，得到淡黄色的沉淀物。离心、收集，将得到的产物放入真空烘箱干燥24h以上，得到干燥的淡黄色粉末。将得到的PCL-Se-Se-PCL溶于氘代三氯甲烷(CDCl3)中检测材料的核磁共振氢谱1H-NMR(附图3)，通过对分子结构中各种质子氢的归属，其中化学位移如表1所示。测试结果表明成功合成了PCL-Se-Se-PCL。通过核磁积分面积计算出其分子量为2700左右。将得到的PCL-Se-Se-PCL溶于四氢呋喃中检测材料的数均分子量为3.0kDa。此结果和核磁谱图的结果相互印证，下一步的合成以核磁谱图的计算结果为准。同时通过调整不同的投料比，可以得到不同分子量的聚酯二醇(附图4)。
Figure BDA0003267862400000081
表1
取分子量为2700的PCL-Se-Se-PCL1.000g加入到干燥的两口烧瓶中，计算其羟基的摩尔数为0.74mmol，100℃减压蒸馏1h，除去残余的水分，通入氮气。加入4mL无水二甲苯溶剂进行溶解，加入0.0810g HDI，计算其异氰酸根的摩尔数为0.96mmol，再加入17mg催化剂三亚乙基二胺，在氮气保护下于100℃反应8h。其中HDI中异氰酸酯基团与PCL-Se-Se-PCL羟基的摩尔比为1.3:1。反应完毕后，加入一定量的四氢呋喃稀释，倒入冰无水乙醇中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于四氢呋喃溶剂中，并再次倒入无水乙醇中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料。测得聚合物的数均分子量为80.0kDa。
为了考察聚氨酯的自由基消除能力，称取制备得到的聚氨酯固体约10mg放入200μM DPPH溶液中，避光孵育不同时间后进行吸光度的测试。得到的测试结果证明该聚氨酯材料具有良好的ROS消除能力。(附图5)
为了考察聚氨酯的力学性能，将制备得到的聚氨酯固体六氟异丙醇和四氢呋喃的混合溶剂中，混合比例为1:3，之后将溶液浇铸在聚四氟乙烯模具中，放在通风橱中静置，后转移至真空烘箱中干燥3天，使溶剂完全挥发，得到聚氨酯薄膜。将其剪裁成具有一定尺寸的样条，采用万能力学试验机测定聚氨酯薄膜的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率，拉伸速率为10mm/min。力学性能测试得到的聚氨酯拉伸强度为4.5MPa，拉伸模量为200.1MPa，断裂伸长率为10％。得到的测试结果证明该聚氨酯材料具有良好的力学性能，满足心肌补片所需要的力学支撑。
为了考察聚氨酯的结晶性能，称取制备得到的聚氨酯固体5mg左右放置于固体坩埚，进行DSC测试。在氮气氛围下，从-60℃升温至120℃，升温速率为10℃/min；再从120℃降温至-60℃，降温速率为10℃/min；再次-60℃升温至120℃，升温速率为10℃/min，标记终点。最终得到所制备聚氨酯的熔点为36～40℃，接近人的生理温度，结晶度为22～25％。
为考察本发明制备的聚氨酯的形状记忆功能性能，将制备得到的聚氨酯固体六氟异丙醇和四氢呋喃的混合溶剂中，混合比例为1:3，之后将溶液浇铸在聚四氟乙烯模具中，放在通风橱中静置，后转移至真空烘箱中干燥3天，使溶剂完全挥发，得到聚氨酯薄膜。将其剪裁成具有一定尺寸的样条，将得到的聚氨酯薄膜进行DMA测试(附图6)。聚氨酯薄膜的测试结果表明第一个循环材料的形状回复率为86.8％，形状固定率为98.7％；第二个循环材料的形状回复率为92.7％，形状固定率为99％。循环7次后，材料仍旧有一个良好的回复性，证明该形状记忆聚氨酯材料具有良好的形状记忆功能(附图7)。
为了考察聚氨酯的热自愈合性能，将制备得到的聚氨酯固体六氟异丙醇和四氢呋喃的混合溶剂中，混合比例为1:3，之后将溶液浇铸在聚四氟乙烯模具中，放在通风橱中静置，后转移至真空烘箱中干燥3天，使溶剂完全挥发，得到聚氨酯薄膜。将其剪裁成具有一定尺寸的样条，将样条从中间剪断，在80℃烘箱加热的条件下，加热8h，材料可以很好的自愈合，无明显痕迹留下，说明双硒的动态交换功能和氨酯键的氢键作用可以很好的修复材料。
为了考察聚氨酯的光自愈合性能，将制备得到的聚氨酯固体六氟异丙醇和四氢呋喃的混合溶剂中，混合比例为1:3，之后将溶液浇铸在聚四氟乙烯模具中，放在通风橱中静置，后转移至真空烘箱中干燥3天，使溶剂完全挥发，得到聚氨酯薄膜。将其剪裁成具有一定尺寸的样条，将样条从中间剪断，在405nm激光照射的条件下，照射15min，材料可以很好的自愈合，无明显痕迹留下，说明双硒的动态交换功能可以很好的修复材料。
实施例2
活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料(PCL-Se-Se-PCL/IPDI1.5:1)，包括软段和硬段，所述的软段是分子量为2300的含二硒键的聚ε-己内酯二醇，所述的硬段是脂肪族二异氰酸酯IPDI。
具有如下结构：
Figure BDA0003267862400000101
其制备包括以下步骤：
将50mLε-己内酯加入到干燥容器中，然后加入一定量的氢化钙，搅拌使氢化钙分散均匀，静置48h以上得到干燥的ε-己内酯；
将10g硒代胱胺盐酸盐加入到干燥容器中，然后加入400mL二氯甲烷溶剂搅拌，再滴加配置的浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液，直至硒代胱胺的二氯甲烷溶液变成透明的黄色溶液。搅拌放置2h后，萃取，收集下层黄色透明溶液。将收集起来的硒代胱胺二氯甲烷溶液加入一定量的无水硫酸钠，搅拌过夜。将干燥后的溶液进行抽滤，除去里面的硫酸钠。再将滤液旋蒸，直至里面的二氯甲烷被全部蒸出，得到干燥的硒代胱胺。
取纯化后的硒代胱胺1.3300g加入到干燥的聚合管中，计算其氨基的摩尔数为10.81mmol。然后加入干燥后的ε-己内酯12.3400g，计算其摩尔数为216.23mmol。两者的摩尔比例为1:20。搅拌均匀，然后按照ε-己内酯小分子摩尔数的0.5％加入催化剂辛酸亚锡。打开聚合管旋钮，抽真空、通氮气。然后封闭聚合管，在氮气保护下115℃反应24h。反应结束后，加入一定量的四氢呋喃溶解，溶解均匀后滴加入10倍体积的冰乙醚，得到淡黄色的沉淀物。离心、收集，将得到的产物放入真空烘箱干燥24h以上，得到干燥的淡黄色粉末。将得到的PCL-Se-Se-PCL溶于氘代三氯甲烷(CDCl3)中检测材料的核磁共振氢谱1H-NMR，核磁谱图计算PCL-Se-Se-PCL的分子量为2300。
取分子量为2300的PCL-Se-Se-PCL2.000g加入到干燥的两口烧瓶中，计算其羟基的摩尔数为1.74mmol，100℃减压蒸馏1h，除去残余的水分，通入氮气。加入8mL无水二甲苯溶剂进行溶解，加入0.2887g IPDI，计算其异氰酸根的摩尔数为2.60mmol，再加入34mg催化剂三亚乙基二胺，在氮气保护下于100℃反应8h。其中IPDI中异氰酸酯基团与PCL-Se-Se-PCL羟基的摩尔比为1.5:1。反应完毕后，加入一定量的四氢呋喃稀释，倒入冰无水乙醇中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于四氢呋喃溶剂中，并再次倒入无水乙醇中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料。测得聚合物的数均分子量为71.5kDa。
实施例3
活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料(PCL-Se-Se-PCL/HMDI1.5:1)，包括软段和硬段，所述的软段是分子量为2700的含二硒键的聚ε-己内酯二醇，所述的硬段是脂肪族二异氰酸酯HMDI。
具有如下结构
Figure BDA0003267862400000121
其制备包括以下步骤：
将50mLε-己内酯加入到干燥容器中，然后加入一定量的氢化钙，搅拌使氢化钙分散均匀，静置48h以上得到干燥的ε-己内酯；
将10g硒代胱胺盐酸盐加入到干燥容器中，然后加入400mL二氯甲烷溶剂搅拌，再滴加配置的浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液，直至硒代胱胺的二氯甲烷溶液变成透明的黄色溶液。搅拌放置2h后，萃取，收集下层黄色透明溶液。将收集起来的硒代胱胺二氯甲烷溶液加入一定量的无水硫酸钠，搅拌过夜。将干燥后的溶液进行抽滤，除去里面的硫酸钠。再将滤液旋蒸，直至里面的二氯甲烷被全部蒸出，得到干燥的硒代胱胺。
取纯化后的硒代胱胺0.5690g加入到干燥的聚合管中，计算其氨基的摩尔数为4.63mmol。然后加入干燥后的ε-己内酯5.2800g，计算其摩尔数为92.52mmol。两者的摩尔比例为1:20。搅拌均匀，然后按照ε-己内酯小分子摩尔数的0.5％加入催化剂辛酸亚锡。打开聚合管旋钮，抽真空、通氮气。然后封闭聚合管，在氮气保护下115℃反应24h。反应结束后，加入一定量的四氢呋喃溶解，溶解均匀后滴加入10倍体积的冰乙醚，得到淡黄色的沉淀物。离心、收集，将得到的产物放入真空烘箱干燥24h以上，得到干燥的淡黄色粉末。将得到的PCL-Se-Se-PCL溶于氘代三氯甲烷(CDCl3)中检测材料的核磁共振氢谱1H-NMR，核磁谱图计算PCL-Se-Se-PCL的分子量为2700。
取分子量为2700的PCL-Se-Se-PCL1.000g加入到干燥的两口烧瓶中，计算其羟基的摩尔数为0.74mmol，100℃减压蒸馏1h，除去残余的水分，通入氮气。加入4mL无水二甲苯溶剂进行溶解，加入0.1458g HMDI，计算其异氰酸根的摩尔数为1.11mmol，再加入17mg催化剂三亚乙基二胺，在氮气保护下于100℃反应8h。其中HMDI中异氰酸酯基团与PCL-Se-Se-PCL羟基的摩尔比为1.5:1。反应完毕后，加入一定量的四氢呋喃稀释，倒入冰无水乙醇中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于四氢呋喃溶剂中，并再次倒入无水乙醇中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料。测得聚合物的数均分子量为35.0kDa。
本发明的聚氨酯弹性体的合成路线如图8。
实施例4
聚氨酯弹性体(PFCLU)，包括以聚富马酸丙二醇酯(PPF)和聚ε-己内酯二醇(PCL)为大分子二醇，以饱和脂肪族二异氰酸酯为原料，以L-赖氨酸甲酯二盐酸盐为扩链剂。所述的PPF数均分子量为1275，PCL数均分子量为530，脂肪族二异氰酸酯为HDI。
其制备包括以下步骤：
称取数均分子量为1275的聚富马酸丙二醇酯(PPF)1.1048g加入到干燥的两口烧瓶中，计算其羟基的摩尔数为1.73mmol。100℃减压蒸馏1h，除去残余的水分，通入氮气。加入8mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂进行溶解，再加入0.2332g HDI，计算其异氰酸根基团的摩尔数为2.77mmol。再加入0.004mmoL催化剂辛酸亚锡，在氮气保护下于70℃反应3h，得到聚氨酯溶液1；其中饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与聚富马酸丙二醇酯中羟基的摩尔比为1.6:1；
称取数均分子量为530的聚ε-己内酯二醇(PCL)1.0408g加入到另一个干燥的两口烧瓶中，计算其羟基的摩尔数为3.93mmol。100℃减压蒸馏1h，除去残余的水分，通入氮气。加入8mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂进行溶解，再加入0.6607g HDI，计算其异氰酸根基团的摩尔数为7.86mmol。再加入0.004mmoL催化剂辛酸亚锡，在氮气保护下于70℃反应3h，得到聚氨酯溶液2；其中饱和脂肪族二异氰酸酯中异氰酸根基团与聚富马酸丙二醇酯中羟基的摩尔比为2:1；
称取463mg L-赖氨酸甲酯二盐酸盐于2mL离心管中，计算其摩尔数为1.99mmol，其氨基的摩尔数为3.97mmol。加入1mL无水N,N-二甲基甲酰胺溶剂，摇匀，再加入0.3013g三乙胺，计算其摩尔数为2.98mmol。其中三乙胺的摩尔数与L-赖氨酸甲酯二盐酸盐摩尔数之比为1.5:1，振荡3h以后，以5000rpm/min,离心5min，收集上清液，得到L-赖氨酸甲酯；
在氮气保护下，将聚氨酯溶液2快速加入到聚氨酯溶液1的烧瓶中，搅拌均匀，缓慢加入L-赖氨酸甲酯进行扩链，70℃继续反应6h，得到聚氨酯溶液。将得到的聚氨酯溶液，倒入去离子水中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，并再次倒入去离子水中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到聚氨酯弹性体材料(PFCLU)。测得聚合物的数均分子量为20.7kDa。
实施例5
本发明的具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料(PCLU-Se-Se-PCLU/PFCLU)，包括具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯和抗粘连的弹性体两层纤维膜结构。
其制备包括以下步骤：
以14.3％的质量浓度溶解PFCLU，8.3％的质量浓度溶解PCLU-Se-Se-PCLU于溶剂六氟异丙醇中，用于电纺。在上一层材料纺完，溶剂还未完全挥干之前，继续电纺下一层。两层的纤维发生缠结，所以没有明显的分层。电纺结束之后，将得到的复合材料(PCLU-Se-Se-PCLU/PFCLU)放入真空烘箱干燥48h以上。
称取单端巯基封端的聚乙二醇20mg溶于10mL去离子水中，再加入光引发剂I29595.3mg,放入37℃水浴中3h，用锡纸包裹。将电纺得到的复合材料浸入到聚乙二醇的溶液中，在紫外灯下照射15min，紫外光光强为58％。照射结束后，用去离子水冲洗5遍，冻干。
为了考察复合聚氨酯材料的纤维结构，将制备得到的聚氨酯纤维膜裁剪一小块或者是在液氮中淬断，置于场发射扫描电子显微镜下观察其表面及断面结构。得到的测试结果证明该复合聚氨酯材料具有良好的纤维结构，且两层材料之间没有明显的分层。(附图9)
为了考察复合聚氨酯材料的表面亲水性，将一滴水滴在制备得到的聚氨酯纤维膜PFCLU层表面，18s后水滴完全铺展开来。测试结果证明该复合聚氨酯材料具有优异的表面亲水性。
聚氨酯弹性体是为了辅助形状记忆聚氨酯材料的变形过程，示意图如图10所示。

Claims (6)

1.一种具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料，其特征在于，包括含有二硒结构的聚酯二醇软段和二异氰酸酯硬段；
所述的含有二硒结构的聚酯二醇为含二硒结构的聚ε-己内酯二醇，采用硒代胱胺的氨基引发ε-己内酯开环聚合，将具有氧化还原响应性的二硒键结构引入聚酯二醇的主链；
所述的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇的数均分子量为2000~3000；
所述的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、 4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯。
2.如权利要求1所述的具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，该材料是以含二硒结构的聚ε-己内酯二醇和二异氰酸酯为原料制备得到，具体包括以下步骤：
1）将硒代胱胺盐酸盐加入到干燥容器中，然后加入二氯甲烷溶剂搅拌，再滴加浓度为5~6mol/L的氢氧化钠溶液，继续搅拌直至硒代胱胺盐酸盐的二氯甲烷溶液变成透明的黄色溶液；搅拌至少2h，萃取，将下层黄色透明溶液收集起来，加入干燥剂干燥，搅拌过夜；将干燥后的溶液进行抽滤，滤液再旋蒸，直至里面的二氯甲烷被全部蒸出，得到干燥的硒代胱胺；
2）将ε-己内酯加入到干燥容器中，然后加入氢化钙，搅拌使氢化钙分散均匀，静置48h以上得到干燥的ε-己内酯；
3）将步骤1）得到的硒代胱胺和步骤2）得到的ε-己内酯按照1:20-40的摩尔比加入干燥的聚合管中，再加入ε-己内酯摩尔量0.5%的辛酸亚锡作催化剂，在氮气保护下110~120℃反应至少24h；反应结束后，加入四氢呋喃溶解，完全溶解后滴加入四氢呋喃10倍体积的冰乙醚，得到淡黄色的沉淀物；离心、收集，将得到的产物放入真空烘箱干燥24h以上，得到干燥的淡黄色粉末为含二硒结构的聚ε-己内酯二醇；
4）将步骤3）得到的含二硒结构的聚ε-己内酯二醇加入到干燥容器中，减压除去残余的水分，然后加入无水二甲苯溶剂溶解，再加入二异氰酸酯及催化剂三亚乙基二胺，在氮气保护下80~100℃反应至少8h，得到聚氨酯溶液；其中二异氰酸酯中异氰酸根基团与含二硒结构的聚ε-己内酯二醇中羟基的摩尔比为1.3:1~1.5:1；
5）在步骤4）制得的聚氨酯溶液中加入四氢呋喃稀释，倒入冰无水乙醇中沉淀，离心、收集，将收集的聚氨酯固体再次溶于四氢呋喃溶剂中，并再次倒入冰无水乙醇中沉淀，反复数次，最后将所得的聚氨酯固体放入真空烘箱干燥24h以上，得到具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料。
3.如权利要求2所述的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述硒代胱胺和ε-己内酯的摩尔比为1:20。
4.如权利要求2所述的活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述二异氰酸酯中异氰酸根基团与含二硒结构的聚ε-己内酯二醇中羟基的摩尔比为1.3:1。
5.一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料，其特征在于，是将如权利要求1所述的具有活性氧响应性的形状记忆聚氨酯材料和可抗粘连的聚氨酯弹性体通过静电纺丝的手段复合在一起得到的；所述的可抗粘连的聚氨酯弹性体，是在聚氨酯弹性体的外表面接枝亲水性聚乙二醇得到的，包括由聚富马酸丙二醇酯和聚ε-己内酯二醇组成的软段和由二异氰酸酯及L-赖氨酸甲酯二盐酸盐组成的硬段。
6.根据权利要求5所述的一种具有活性氧响应性和抗粘连双功能的形状记忆聚氨酯材料，其特征在于，加工成薄膜或纳米纤维膜，用于制备心肌梗死修复的产品。
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