CN1431023A - 一种医用生物材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种医用生物材料及其制备方法，特别涉及一种交联型聚氨酯与丝素接枝共聚的医用生物材料及其制备方法。它采用含有活性－NCO官能团的异氰酸酯为预聚体，与丝素大分子中的－OH、－NH－、－NH2基团发生接枝反应，再通过控制反应系统的湿度，形成交联型聚氨酯－丝素接枝共聚结构。该材料既能与生物组织有良好的相容性，又具有足够的柔韧性等力学性能，且稳定性好，是一种理想的医用生物材料。

Description

一种医用生物材料及其制备方法
                           技术领域
本发明涉及一种医用生物材料及其制备方法，特别涉及一种交联型聚氨酯与丝素接枝共聚的医用生物材料及其制备方法。
                           背景技术
近年来，聚氨酯(PU)材料在生物医学领域中的应用研究，一直备受关注。具有一定生物相容性的特种PU材料已应用于与血液接触的医用导管、人工肺、人工心脏和人工角膜等各种人工器官。由于普通PU在与血液接触时会形成不同程度的凝血，因此，对生物相容性聚合物材料的设计与修饰成为当前生物材料研究中的热点之一。目前，对聚氨酯材料进行表面修饰的主要方法是本体共聚和界面接技共聚，在聚氨酯分子链段中引入亲水性合成高分子链片断，如聚硅氧烷、聚氧乙烯和聚醚共混后，通过和异氰酸酯的嵌段共聚形成PU；通过接技共聚在PU界面引入聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯类、磺酸基或磺胺基等负离子基团。上述方法虽能对改善PU界面的血液相容性起到一定的效果，但修饰基团随着使用时间和储存时间的延长容易脱落，使PU界面的抗凝血性能逐渐减小而出现老化现象。因此，寻求性能稳定的，具有良好生物相容性的新型PU复合界面，对生物材料的研究和应用具有积极的意义。
丝素是一种天然的蛋白质材料，对人体无毒、无刺激作用，因此，用丝素蛋白作为原料制成的生物材料具有良好的组织相容性，有利于成纤细胞在其上的增殖。在本发明作出之前，公告号为CN1059125C的中国发明专利“一种创面保护膜及其制备方法”，公开了一种将蚕丝脱胶、溶解、透析、提纯，制成丝素蛋白膜，用作为创面覆盖材料的技术。由于丝素蛋白分子的结构常规下处于一种无规则的卷曲状态，容易发生β化而导致纯的丝素膜变硬变脆，缺乏柔韧性，所以，将其用于医用生物材料，特别是用作为生物的组织器官如喉管、血管等材料，存在一定的不足。
                           发明内容
本发明的目的在于提供一种既能与生物组织有良好的相容性，又具有足够的柔韧性等力学性能，且稳定性好的医用生物材料及其制备方法。
本发明所述的医用生物材料，它为油性交联型聚氨酯与丝素接枝共聚的层状结构。
本发明所述的医用生物材料的制备方法，先将蚕丝脱胶、溶解、透析、提纯制成丝素膜状材料后，再进行如下步骤的加工：
(1)以异氰酸酯、多元醇为原料制备预聚体溶液，其中NCO∶OH＝1.35～2.31(mol)；
(2)将预聚体溶液置于丝素膜表面，在温度为20～50℃，湿度低于5％的惰性气体气氛中发生接枝反应，制得丝素-预聚体接枝物；
(3)将上述丝素-预聚体接枝物在湿度为75～95％，温度为20～70℃的条件下反应，制得聚氨酯与丝素接枝共聚的层状结构材料。
制备上述预聚物溶液的多元醇为分子量Mn＝1000～2500的聚烯烃二醇、聚醚二醇、聚醚三醇、聚酯二醇、聚酯三醇中的一种或一种以上的混合物；异氰酸酯为芳香族、脂肪族二异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。
本发明所述的技术方案，由于采用的预聚体溶液中含有活性的-NCO官能团，它能与丝素大分子中的-OH、-NH-、-NH2基团间发生接枝反应，再通过控制反应系统的湿度，形成交联型聚氨酯膜，因此，成形后的材料在结构上为丝素与聚氨酯接枝共聚，具有将聚氨酯良好的柔韧性等力学性能与丝素优良的组织相容性有机地结合在一起的优点，不仅可作为人体不同部位的创面覆盖材料，还可以加工成不同的生物组织器官如喉管、血管等，在临床医学领域具有广泛的应用前景。
                        具体实施方式
对本发明所述的聚氨酯与丝素接技共聚材料及其制备方法，结合以下二个实施例作进一步阐明：
实施例一：
先制备丝素膜：以家蚕丝为主要原料，将其在浓度为0.05％的碳酸钠水溶液中脱胶后，按CaCl2∶H2O∶C2H5OH＝1∶8∶2(mol)制备混合溶剂，将丝素溶解，经透析后得到丝素溶液，含固量为2-3％；将上述溶液制膜，在温度为50℃的烘箱中成膜，其厚度约为10μm。
制备预聚体溶液：取分子量Mn＝2000含反应活性双键的聚丁二烯二醇，加入适量丙酮和1.0％二丁基二月桂酸锡，混合均匀后，恒温30℃，电磁搅拌下，在氮气气氛中慢慢滴加到甲苯二异氰酸酯(TDI)中，控制聚丁二烯二醇与甲苯二异氰酸酯中的NCO∶OH为1.55mol，充分反应1小时左右，制得含固量为20％的预聚体溶液。
聚氨酯-丝素接枝共聚：将上述预聚体溶液浇注在一定面积的丝素膜上，放置在湿度为5％、温度为35℃的氮气气氛反应器中反应24小时；调整湿度到75％，反应温度为50℃，继续反应一周。在该反应中，水被用作为扩链剂，气相中的水分子不断地扩散到聚丁二烯预聚体液层表面，并进一步向内层扩散，异氰酸酯基和水相遇后发生反应生成胺基，胺基和周围过量的异氰酸酯基进一步反应形成脲键，这样就达到了扩链的效果并最终形成交联型聚氨酯膜。
取出该双层复合膜，用80％ ZnCl2水溶液溶解未反应的残留丝素，再用蒸馏水洗涤，真空干燥后制得聚丁二烯聚氨酯-丝素接枝共聚膜，膜的厚度为80μm，表面丝素含量为2.1mg/cm2。
用该方法制得的聚丁二烯聚氨酯-丝素接枝共聚膜与纯丝素膜间的性能比较参见表1。
实施例二：
如实施例一所述的方法制备丝素膜。
制备预聚体溶液：用多元醇为分子量Mn＝1000的聚丙二醇，加入适量丁酮和浓度为0.5％辛酸锡混合均匀，在30℃的温度下恒温，电磁搅拌、氮气气氛中慢慢滴加一种芳香族异氰酸酯类的甲苯二异氰酸酯(TDI)，控制聚丙二醇与甲苯二异氰酸酯中的NCO∶OH为1.41mol，充分反应1小时后制得预聚体溶液。
聚氨酯-丝素接枝共聚：将制备所得的丝素膜置于含固量为30％的预聚体溶液中，放置在湿度低于5％的反应器中，在35℃下反应24小时；然后调整湿度到95％，反应温度为45℃，继续反应一周。
将制得的复合材料用CaCl2∶H2O∶C2H5OH＝1∶8∶2(mol)混合溶剂溶解未反应的丝素，反应温度为60℃，时间为5小时，最后用蒸馏水洗涤，真空干燥后得到聚丙二醇聚氨酯-丝素接枝共聚复合膜，其厚度约为85μm，丝素含量为2.4mg/cm2。
用本实施例所述的技术方案制备的聚丙二醇聚氨酯-丝素接枝共聚膜与纯丝素膜间的性能比较参见表2。
在上述实施例一、实施例二中，所使用的多元醇可以是聚烯烃二醇、聚醚二醇、聚醚三醇、聚酯二醇、聚酯三醇中的一种或一种以上的混合物，异氰酸酯可以是芳香族或脂肪族中的一种或一种以上的混合物，如二异氰酸酯中的2，4-甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和1，4-环已烷二异氰酸酯等。表1：
Figure A0311275500061
表2：
Figure A0311275500062

Claims (4)

1.一种医用生物材料，其特征在于：它为油性交联型聚氨酯与丝素接枝共聚的层状结构。
2.一种医用生物材料的制备方法，蚕丝经脱胶、溶解、透析、提纯后制成丝素膜状材料，其特征在于再进行如下步骤的加工：
(1)以异氰酸酯、多元醇为原料制备预聚体溶液，其中NCO∶OH＝1.35～2.31(mol)；
(2)将预聚体溶液置于丝素膜表面，在温度为20～50℃，湿度低于5％的惰性气体气氛中发生接枝反应，制得丝素-预聚体接枝物；
(3)将上述丝素-预聚体接枝物在湿度为75～95％，温度为20～70℃的条件下反应，制得聚氨酯与丝素接枝共聚的层状结构材料。
3.根据权利要求2所述的一种医用生物材料的制备方法，其特征在于：制备预聚物溶液的多元醇为分子量Mn＝1000～2500的聚烯烃二醇、聚醚二醇、聚醚三醇、聚酯二醇、聚酯三醇中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种医用生物材料的制备方法，其特征在于：制备预聚物溶液的异氰酸酯为芳香族、脂肪族二异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。
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