本发明属于可医用高分子材料领域，具体涉及一种侧链含有磷酰胆碱基团聚醚型聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术：
：聚氨酯具有设计方式多样、生物相容性好、力学强度高、耐磨、耐疲劳、高弹性、易加工和无毒无害易被人体吸收等优点，是一种环境友好型的功能材料，目前在人工组织、仿生物皮肤、医用海绵、术后缝合线、缓释系统基体等生物医药材料领域有着广泛的应用。然而,虽然用聚氨酯制得的人造器官或与人体接触的医疗器械具有较好的生物相容性,但在临床使用中发现，利用聚氨酯材料所制得的人造器官如人造血管的表面接触到血液时，血浆蛋白将首先吸附到材料表面，继而引发血小板的活化和黏附，最后导致凝血现象，导致血管再狭窄等。磷酰胆碱是生物细胞外层膜的主要成分，即具有-CH2NO5P+基团的化合物，包含多种类型，常见的有二月桂酰基卵磷脂(DLPC)(如式1所示)、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)(如式2所示)、二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC)(如式3所示)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)(如式4所示)、聚2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(PMPC)(如式5所示)等。磷酰胆碱作为一种两性分子，由亲水的头部和疏水的尾部组成，其生物功能主要是作为细胞膜的组成部分，在生物的生长代谢过程中起重要作用。在一定条件下包含磷酰胆碱基团的聚合物可以形成类似生物膜的双分子层，富含磷酰胆碱有效基团的高分子材料在生物体内伪装成周围的天然成分，提高了材料的生物相容性，其表面不易吸附蛋白质、血小板等，从而可消除表面污垢带来的许多问题。从而显著地减少血栓的形成、炎症、细胞中毒等反应。因此，将磷酰胆碱基团引入聚氨酯基体上，减小了聚氨酯材料作为人造器官用于人体带来的免疫反应，拓宽了其在医疗领域的应用范围。近年来已发展的磷酰胆碱表面改性聚氨酯处理方法较多，主要有在聚氨酯材料表面接入磷酰胆碱基团、将含有磷酰胆碱基团的聚合物与聚氨酯材料共混、合成了含有磷酰胆碱基团的双端羟基化合物再扩链制备了主链含有磷酰胆碱基团的聚氨酯等方法。其中在聚氨酯材料表面接入磷酰胆碱基团改性方法是将聚氨酯膜浸泡在含有磷酰胆碱的溶剂中进行反应使表面先引入伯胺基，但其所接入的磷酰胆碱基团不稳定容易在外界条件下脱落，并且方法复杂、成本较高、难于工业化生产；将含有磷酰胆碱基团的聚合物与聚氨酯材料共混的改性方法虽提高了原有聚氨酯材料的生物相容性但发现含有磷酰胆碱基团的聚合物用量较多时，会出现材料的机械性能降低问题；合成了含有磷酰胆碱基团的双端羟基化合物再扩链制备了主链含有磷酰胆碱基团的聚氨酯的改性方法材料中含有的磷酰胆碱基团完全位于主链上，在材料的使用过程中相当部分的胆碱基团被包埋在材料内部，很难富集于材料的表面，磷酰胆碱基团的利用率降低，导致该材料的生物相容性提高有限，且制备困难，成本较高等问题。技术实现要素：根据以上现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种侧链含有磷酰胆碱基团的聚醚型聚氨酯材料，该聚氨酯材料磷酰胆碱基团位于侧链上，阻碍了血小板和蛋白质的沉积，避免了血栓的生成，具有较高的生物相容性。同时聚氨酯材料的软段为聚醚链段，硬段中含有氨基甲酸酯基和脲基，聚氨酯材料具有较高的分子量，降解产物可被生物体吸收，相应的膜材料具有较高的断裂强度和断裂伸长率，既有韧性又不易断裂，满足生物材料的需求。本发明另一目的是提供一种侧链含有磷酰胆碱基团的聚醚型聚氨酯材料的制备方法，该制备工艺简单，选用的二异氰酸酯为含有多个胺基甲酸酯基的脂肪族二异氰酸酯，降解产物可被生物体吸收，可作为生物材料等长期应用于生物体。通过此制备方法制备的聚醚型聚氨酯材料为全合成、无潜在动物源性，同时具有高的生物相容性和机械性能，并且具有生物降解性，降解产物无毒，可被生物体吸收。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种侧链含有磷酰胆碱基团聚醚型聚氨酯材料，所述聚醚型聚氨酯材料软段为聚醚链段，硬段中含有氨基甲酸酯基和脲基，聚氨酯材料分子量大于1.1×105，膜材料断裂强度大于22Mpa、断裂伸长率大于750％、蛋白质的吸附量小于2.3μg/cm2。本发明还提供了一种侧链含有磷酰胆碱的聚醚型聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：(1)聚醚二醇与过量二异氰酸酯反应，得到双端异氰酸酯基预聚物；(2)用双氨基的磷酰胆碱化合物对双端异氰酸酯基预聚物进行扩链，得到磷酰胆碱改性聚氨酯。优选的，步骤(1)中的聚醚二醇为聚环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物(泊洛沙姆Px)、聚环氧丙烷(PPO)、聚四氢呋喃(PTMG)，更优选分子量为1000-5000。优选的，泊洛沙姆为聚环氧丙烷-聚环氧乙烷-聚环氧丙烷(PPO-PEO-PPO)三嵌段聚合物，其中聚环氧乙烷在泊洛沙姆中的含量为15wt％-30wt％。优选的，步骤(1)中的二异氰酸酯为1,6-六亚甲基二异氰酸酯-1,4-丁二醇-1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI-BDO-HDI)，1,4-四亚甲基二异氰酸酯-1,4-丁二醇-1,4-四亚甲基二异氰酸酯(BDI-BDO-BDI)。优选的，HDI-BDO-HDI和BDI-BDO-HDI的具体制备方法为以1,4-丁二醇(BDO)和二异氰酸酯为原料，投料摩尔比为：n-OH：n-NCO＝1:4-30，反应温度70-100℃，反应时间1-5h，合成HDI-BDO-HDI。优选的，BDO与1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)摩尔比为1:12，在干燥氮气气氛下反应，反应温度80℃，反应时间4小时，将反应体系冷却到室温，得白色固体，正己烷洗涤三次除去过量HDI，常温真空干燥得HDI-BDO-HDI。优选的，BDO和1,4-四亚甲基二异氰酸酯(BDI)摩尔比为1:14，在干燥氮气氛下反应，反应温度80℃，反应时间3h，降温到室温形成白色固体，正己烷洗涤三次除去过量的BDI，常温真空干燥得BDI-BDO-BDI。优选的，步骤(1)中过量二异氰酸酯的加入量为-NCO:-OH摩尔比为2.0，加入方式为二异氰酸酯溶于二甲亚砜中(10g/30mL),在常温下与聚醚二醇混合。优选的，步骤(1)中反应温度为60-95℃，反应时间为2-6h。优选的，步骤(2)所述的双氨基磷酰胆碱化合物(DAPC)为具体结构如式6所示：优选的，步骤(2)中双氨基磷酰胆碱化合物的加入量为：-NH2与-NCO摩尔比为1:2。反应温度为10-20℃，反应时间为1.0-2.0h，至红外检测-NCO吸收峰完全消失。优选的，所述的制备方法包括对侧链含磷酰胆碱基团聚氨酯材料的纯化步骤：以二氯甲烷溶解，冰乙醚沉降，常温真空干燥至恒重。优选的，将步骤(2)中得到的磷酰胆碱改性聚氨酯材料溶于良性有机溶剂中，配成浓度为3-7％(g/mL)的溶液，经溶剂挥发成膜，制备得到聚氨酯膜材料。优选的，良性溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或二氧六环，溶剂挥发温度为15-30℃，常压挥发48-96h，常温真空干燥至恒重。优选的，所得聚氨酯膜材料膜的厚度为0.18-0.22mm。优选的，该聚氨酯材料可以做成生物体所需要的各种剂型，特别是膜、海绵、软骨剂型。优选的，该聚氨酯材料作为生物材料在医学领域的应用。本发明的有益效果1.本发明制备的聚氨酯软段为聚醚链段，保证了作为生物材料所需的较高的的拉伸能力和柔性，硬段中含有较多的氨基甲酸酯基和脲基，可以在材料中形成更加致密的氢键，保证了材料具有良好的机械强度。2.本发明制备的材料磷酰胆碱基团位于聚合物的侧链，在生物体内应用中会聚集在材料的表面，对材料起到保护作用，该材料在生物体内应用中，阻碍了血小板和蛋白质的沉积，避免了血栓的生成，从而提高了生物相容性。该材料使用的二异氰酸酯为含有多个胺基甲酸酯基的脂肪族二异氰酸酯，避免降解产物为脂肪胺，可被生物体吸收，可作为生物降解材料长期应用于生物体。3.本发明制备工艺简单，常规方法即可满足制备要求，并可制备成多种剂型，具有较高商品化前景。附图说明图1、样品P5的血小板粘度SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例来对本发明作进一步说明。实施例1将15g(0.01mol)泊洛沙姆188(Mn＝1500，PEOwt％＝20％)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至80℃，反应4h后，降温至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P1。膜材料的制备：将P1溶解于有机溶剂二氧六环中，配成浓度为6.5％(g/mL)的溶液，在25℃常压挥发80h，后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.2mm。实施例2将15g(0.01mol)泊洛沙姆188(Mn＝1500，PEOwt％＝20％)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至80℃，反应3h后，降温至18℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P2。膜材料的制备：将P2溶解于有机溶剂三氯甲烷中，配成浓度为5.5％(g/mL)的溶液，在24℃常压挥发90h，后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.19mm。实施例3将10g(0.01mol)聚环氧丙烷(PPO，Mn＝1000)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至85℃，反应3h后，降温至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1.5h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P3。膜材料的制备：将P3溶解于有机溶剂三氯甲烷中，配成浓度为4％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在15℃常压挥发60h，将膜从模具上取下后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.18mm。实施例4将20g(0.01mol)聚环氧丙烷(PPO，Mn＝2000)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至80℃，反应3.5h后，降温至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1.5h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P4。膜材料的制备：将P4溶解于有机溶剂二氯甲烷中，配成浓度为5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在20℃常压挥发65h，将膜从模具上取下后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.20mm。实施例5将15g(0.01mol)聚四氢呋喃(PTMG，Mn＝1500)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至80℃，反应3.5h后，降温至15℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1.5h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P5。膜材料的制备：将P5溶解于有机溶剂二氯甲烷中，配成浓度为5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在20℃常压挥发60h，将膜从模具上取下后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.22mm。实施例6将20g(0.01mol)聚四氢呋喃(PTMG，Mn＝2000)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至75℃，反应3h后，降温至15℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P6。膜材料的制备：将P6溶解于有机溶剂二氧六环中，配成浓度为5.5％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在22℃常压挥发80h，将膜从模具上取下后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.2mm。实施例7将20g(0.01mol)泊洛沙姆338(Px338，Mn＝2000，PEOwt％＝15％)和7.40g(0.02mol)BDI-BDO-BDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至75℃，反应3h后，降温至18℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P7。膜材料的制备：将P7溶解于有机溶剂丙酮中，配成浓度为7％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在25℃常压挥发75h，将膜从模具上取下后经常温真空干燥得膜材料，所得的膜材料的厚度为0.20mm。实施例8将15g(0.01mol)泊洛沙姆338(Px338，Mn＝1500，PEOwt％＝15％)和8.52g(0.02mol)HDI-BDO-HDI(溶于二甲亚砜中：10g/30mL)置于三口烧瓶中，干燥氮气保护，机械搅拌，升温至85℃，反应4h后，降温至20℃，加入3.61g(0.01mol)DAPC，搅拌，当体系粘度变大无法正常搅拌时，适量补加二氯甲烷，搅拌1h后，加入二氯甲烷至浓度约15wt％，冰乙醚沉降，抽滤，常温真空干燥至恒重，得磷酰胆碱改性聚氨酯P8。膜材料的制备：将P8溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为6％(g/mL)的溶液，使用聚四氟乙烯模具在23℃常压挥发80h，后经常温真空干燥得膜材料，将膜从模具上取下所得的膜材料的厚度为0.22mm。分析方法以下分析方法用于所有的实施例，除非另外说明。分子量：使用美国Water公司的Alpha型凝胶色谱仪(GPC)测定聚氨酯的分子量和分子量分布，溶剂为四氢呋喃，标样为单分散聚苯乙烯。机械性能：使用广东东莞恒宇仪器有限公司的HY939C型电脑式单柱拉力试验机测定膜的拉伸强度和断裂伸长率。试验开始前,先将样品在生理盐水中浸泡3min,然后制成哑铃型模型,按照国标GB13022-91规定的方法进行测定。水接触角测定：水接触角测试在薄膜与空气接触一面进行,蒸馏水(液滴体积:2μL),温度:25℃,测定水滴接触表面在大约1min时的接触角数值,取5个点作平均值。蛋白质吸附量:将1cm×1cm的聚合物膜浸泡于pH＝7.4的磷酸盐缓冲液(PBS)中充分溶胀平衡,取出后将其置于浓度为0.6g/L的牛血清蛋白溶液(BSA)中，在37℃的恒温水浴中浸泡2h。结束后取出聚合物膜,用PBS缓冲溶液充分淋洗3次。然后用1％(w/w)的SDS溶液(PBS溶液)超声清洗20min，精确移取相同体积清洗液于具塞试管中，再加入Micro-BcATM蛋白质检测试剂盒工作液(PierceInc.,Rockford,23235),充分混合,密封,60℃水浴恒温lh。最后自然冷却到室温,使用紫外-可见光分光光度计于562nm波长处测定吸光度,根据标准曲线计算得吸附量，取3个样的平均值。血小板黏附实验：从健康兔子心脏抽取新鲜血液，加入质量分数为3.8％的柠檬酸钠溶液作为抗凝剂，全血与抗凝剂的比例为9:1，将加入抗凝血剂的全血放入离心机中，初次离心设置转速为1400r/min，离心10min；然后吸取上层清液再次离心，设置转速仍为1400r/min，离心15min，上层清液为贫血小板血浆(PRP)，吸取大约3/4上清液弃掉，剩余即为PRP；将改性后的聚氨酯膜(1.0×1.0cm2)放置于24孔板中，先浸没在pH＝7.4的PBS缓冲溶液中4h，然后在37℃恒温下，在PRP溶液中孵育1h。将膜取出，用PBS缓冲溶液反复冲洗3次以除去未吸附的血小板，然后再将膜浸泡在2.5％的戊二醛PBS溶液中30min固定表面的血小板。紧接着将膜依次放入不同浓度梯度的乙醇水溶液中(50、60、70、80、90、100％)进行逐级脱水，在每种浓度的溶液中浸泡30min，最后于室温下干燥，喷金，采用S-4800型SEM(日本日立公司)观察膜表面的血小板黏附情况。实施例1-8中磷酰胆碱改性聚氨酯膜材料的性能如表1所示。实施例5中聚氨酯膜材料的血小板粘附的扫描电镜照片如图1所示。实施例1-8中聚氨酯膜材料的生物学评价测试如表2所示。表1磷酰胆碱改性聚氨酯膜的机械系能、亲水性和蛋白质吸附量由表1可知，本专利所提供的方法制备的磷酰胆碱改性聚氨酯具有较高的分子量，其相应的膜材料具有较高的断裂强度和断裂伸长率，既有韧性又不易断裂，满足生物材料的需求。随着硬段含量的增加，断裂强度增加；随着软段含量的增加，断裂伸长率增加。接触角的大小反应亲水性的大小，接触角越大，亲水性越差，反之。表中所示的接触角显示该种材料具有较好的亲水性，亲水性越好，对蛋白质的吸附越少。本专利实施例中的样品的蛋白质的吸附量小于2.3μg/cm2,甚至小于1.5μg/cm2，表明该材料展现出极佳的生物相容性，可长期使用于生物体。从图1中可以看到，磷酰胆碱改性聚氨酯膜表面黏附的血小板数量很少，而且大部分血小板没有发生聚集，仍然保持原来的形貌。表明该材料具有优异的抗血小板黏附性能。表2磷酰胆碱改性聚氨酯膜材料(样品P1-P8)的生物学测试细菌测试无菌GB/T14233.2-2005第二章细胞毒性<I级GB/T14233.2-2005皮内刺激性无皮内刺激GB/T14233.10-2005致敏性无致敏性GB/T14233.10-2005急性全身毒性无明显差异GB/T14233.11-2011由表2可知，本发明实施例1-8所制备的膜材料的生物学性能检测结果表明各个实施例均能获得无毒、无刺激、生物相容性好且满足临床使用要求的材料。尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3