本发明属于生物材料制备技术领域，特别涉及智能医用高分子材料领域，具体涉及到一种ph敏感性医用聚氨酯脲的制备方法。
背景技术：
智能高分子材料是一种能对周围环境的刺激作出相应的响应，同时又伴随着自身某些性质变化的材料。在21世纪，智能聚氨酯的应用受到人们广泛的关注，这种智能聚氨酯材料在生物分离、致动器、药物控制释放和再生医学领域得到了广泛的应用。智能聚氨酯的独特性不单是细微的刺激能使自身结构发生变化，而且这些变化是可逆的，例如聚合物的形状、表面特性、反应速度和识别性能等。外界环境的刺激都能引起这些变化如：温度、ph值、离子强度、电场、磁场、光照、辐射力等。
近年来，具有ph响应特性的高分子膜在膜分离、药物缓释和化学/生物传感器等领域都显示了广阔的应用前景，所以这类对外界环境条件变化具有感应及响应功能的智能膜的研究日益受到重视。ph敏感性聚氨酯是体积能随环境ph、离子强度变化的聚氨酯材料。这类聚氨酯大分子网络中具有离子解离基团，网络结构和电荷密度随介质ph而变化，并对聚氨酯的渗透压产生影响，同时因为网络中有离子基团，离子强度的变化也引起体积变化。聚氨酯中有弱酸或(和)弱碱基团(如羧基或氨基)。这些基团在不同ph值及不同离子强度的溶液中离子化，于是聚氨酯带有电荷，使网络中氢键解体，导致聚氨酯发生不连续的体积变化。
聚乙二醇(peg)是具有很高的亲水性与柔韧性的水溶性高分子材料，一方面可以与水形成水合peg链，形成稳定的空间位阻，阻碍血小板等吸附在材料表面；另一方面，水合peg链在水中具有较低的表面能，形成的水微流可以阻碍蛋白质的粘附及变形。并且，以peg作为软段的聚氨酯，降解速度慢，可以长期使用于人体，发挥其作用。
吡啶是路易斯碱，吡啶环的n原子可以与h+结合，在酸性条件下形成nh+，在碱性条件下去除h+。将吡啶环引入聚氨酯的骨架中，合成一种聚合物。在此系统中，聚合物将与吡啶环去质子化和质子化反应，通过缔合和分离氢键和氮原子之间的氢键相互作用，表现出高ph敏感性，优良的形状记忆性和生物相容性。该聚氨酯具有很大的医疗应用潜力。
专利cn1401686a公开了一种快响应的ph敏感性聚氨酯薄膜的制备方法。通过peg、二羟甲基丙酸与过量的异氰酸酯反应来合成异氰酸酯基封端的预聚物，在预聚物分子两端引入丙烯酸酯基，加入三乙胺的水溶液中，得到聚氨酯预聚物浆料，然后加入适当比例的二苯甲酮，以此混合物涂抹在平板玻璃，经紫外线照射固化成薄。该合成方法是在聚氨酯分子结构中引入羧基，在碱性介质中膨胀，降解速率快。
专利cn105859995a公开了一种智能响应型聚氨酯水凝胶的制备方法。向合成的聚氨酯预聚物中加入脂肪族异氰酸酯、带碱性敏感基团的扩链剂和交联剂，生成聚氨酯水凝胶。该种方法是通过定向聚合制备的温度和ph双重智能响应型聚氨酯水凝胶，并且合成的聚氨酯在去离子水中达到溶胀平衡的时间短，但是其制备方法复杂，并且所带的碱性敏感官能团的二元醇是芳香族化合物，其降解产物对生物体具有一定的毒性，医学上的使用受到限制。
根据上述现有技术的不足，目前亟需一种具有缓控释效果的、生物相容性、机械性能好、降解速度慢、制备过程简单的ph值敏感性具有感应及响应功能的智能聚氨酯脲材料。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本本发明的目的是提供一种ph敏感性医用聚氨酯脲。其中聚乙二醇作为软段，极大提高了材料的亲水性，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。使用含有脲基的多嵌段脂肪族二异氰酸酯作为硬段，降解产物为碱性物质，可以中和软段降解产生的酸性物质，避免作为长期植入材料使人体植入部位产生酸性炎症。吡啶环位于支链，使材料能够更快的响应ph值的改变，该材料酸性条件下快速膨胀，在中性或碱性条件下基本不膨胀，并且吡啶环是缺电子体系，不易被氧化，使得到的聚氨酯脲耐黄变。
一种ph值敏感性可生物降解聚氨酯脲，由一种端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与双端羟基聚乙二醇(peg)混合，再用含脲基结构的二异氰酸酯进行扩链，经纯化得到ph敏感性聚氨酯脲；所述二异氰酸酯为l-赖氨酸二异氰酸酯-1,4-丁二胺-l-赖氨酸二异氰酸酯(lbl)。
合成的聚氨酯脲的结构式如式1：
其中：
r1：
r2：
r3：
m＝9～90，n＝20～100
本发明的第二个目的是提供一种ph敏感性医用聚氨酯脲的制备方法，具体步骤为：将端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)和双端羟基聚乙二醇(peg)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解后，加入lbl的dmf溶液进行扩链反应，反应后降至常温，加入dmf稀释，经纯化沉降，真空干燥得到ph值敏感性可生物降解聚氨酯脲。
优选的，vp-(oh)2与peg的投料摩尔比6:1～10:1。
优选的，vp-(oh)2与peg在dmf中的总浓度为0.4-0.6g/ml。
优选的，peg的数均分子量为1000-4000,分散系数为1.15～1.30。
优选的，扩链剂的加入方式为滴加扩链剂的dmf溶液，浓度为0.5-1g/ml,滴加速度为10ml/min。
优选的，扩链剂的-nco与vp-(oh)2和peg的-oh总和的摩尔比为1.01:1～1.05:1。
优选的，扩链反应在干燥氮气下进行，反应温度为65～90℃，反应时间为3～6h。
优选的，聚氨酯脲的数均分子量为1.0×105～5.0×105，分散系数为1.20～1.51。
优选的，聚氨酯脲的纯化方式为向体系中加入dmf稀释至浓度为6～10g/100ml，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35～45℃常温真空干燥至恒重。
优选的，聚氨酯脲中的vp-(oh)2的质量含量为10-25％，peg的质量含量为15-45％。
聚氨酯脲膜材料的制备方法为将得到的ph敏感性聚氨酯脲材料溶解于有机溶剂中，配成浓度为4～7％(g/ml)的溶液，经溶剂挥发成膜制备得到聚氨酯膜材料，溶剂挥发温度为15～25℃，常压挥发60～90h，后经常温真空干燥，得聚氨酯脲膜材料，剪裁成一定形状进行测试。
优选的，所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或二氧六环的一种或其中几种的混合溶剂。
优选的，聚氨酯脲膜材料在介质ph为1～3时的溶胀度大于180％，在中性或碱性介质中溶胀度小于20％。
一种端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)的制备方法，具体步骤为：
将1-硫代甘油溶解在无水二甲亚砜中，干燥氩气除氧，加入4-乙烯基吡啶和催化剂二异丙胺，在常温下反应24-36h，反应结束后，将混合物用20～30倍体积的无水乙醚溶沉降，过滤，无水乙醚洗涤，最后在70-90℃下真空干燥至恒重，产率约为90-95％。
反应过程为：
优选的，无水二甲亚砜的浓度为1.0g/ml；
优选的，1-硫代甘油与4-乙烯基吡啶摩尔比为1.05:1～1.08:1。
优选的，催化剂二异丙胺占反应物总质量的1～3％。
上述制备方法得到的端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)的具体结构为：
一种含有脲基结构的二异氰酸酯的制备方法，具体步骤为：
1)干燥氮气保护及机械搅拌下，将1,4-丁二胺滴加到l-赖氨酸二异氰酸酯中，室温下反应约1-3h后，得到悬浮液a；
2)向悬浮液a中加入正己烷，搅拌均匀后，抽滤得到白色固体，反复用正己烷洗涤至滤液ir检测无-nco吸收峰(2270cm-1)，真空干燥至恒重，得白色粉末状二异氰酸酯。
反应式为：
优选的，步骤1)中l-赖氨酸二异氰酸酯和1,4-丁二胺的-nco:nh2的摩尔比为6:1～12:1。
优选的，步骤2)中正己烷的体积为悬浮液a体积的4倍。
制备得到的二异氰酸酯为l-赖氨酸二异氰酸酯-1,4-丁二胺-l-赖氨酸二异氰酸酯(lbl)；
lbl的结构式：
本发明的第三个目的是提供一种ph值敏感性可生物降解聚氨酯脲作为药物的载体中的应用。该聚氨酯脲含有对ph响应的吡啶环。吡啶是路易斯碱，在酸性条件下，吡啶环的n原子离子化，与h+结合形成nh+，带有电荷，使聚氨酯脲网络中氢键解体，并且同种电荷的排斥作用，导致材料发生不连续的体积膨胀。在中性或碱性条件下去除h+，吡啶环上的n与氨基甲酸酯或脲基的nh形成氢键，近似于网络结构，使得聚氨酯脲分子链收缩，溶胀度明显下降。因此通过控制介质ph值的变化，可有效的控制聚氨酯脲的溶胀度。
所述聚氨酯脲制备为聚氨酯脲载药膜材料、泡沫材料、导管材料等医用材料；
所述载药膜材料的制备方法，在膜材料制备过程中使用可以溶有药物的有机溶剂，经过同样的溶液挥发法制备得到载药膜材料。
优选的，聚氨酯脲膜材料在介质ph为1～3时的体外药物释放量大于70％，在中性或碱性介质中体外药物释放量小于10％(测试时间为1小时)。
本发明的有益效果：
1.本发明提供的一种ph敏感性聚氨酯脲，吡啶环位于支链上，使材料具有高ph敏感性。吡啶环为碱性敏感基团，在酸性介质中膨胀，降解速率快，在中性及碱性介质中基本不膨胀，降解速度慢，并且这种ph敏感性基本不受温度影响，可用作药物载体应用于缓控释领域，通过生物体不同部位的ph值控制药物的释放速率，达到定位给药的目的。并且吡啶环是缺电子体系，不易被氧化，使得到的聚氨酯脲耐黄变。
2.本发明中使用的扩链剂为含脲基的多嵌段脂肪族二异氰酸酯，降解产物为赖氨酸和脂肪族二胺，均无毒、可吸收，同时脲基增强了材料的微相分离，并且硬段中较多的氨基甲酸酯基和脲基可以形成致密的氢键，从而提高材料的机械性能。另一方面，其降解产物为碱性物质，可以中和降解产生的酸性物质，避免了酸性炎症的产生。
3.本发明中聚醚为主要软段，极大提高了材料的亲水性，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，而且聚醚型聚氨酯脲降解速度慢，作为药物载体可以长期存在于人体，达到长期给药的目的。
4.该聚氨酯脲材料通过一步法制备，工艺简单，原料来源丰富，成本较低。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合具体实施例来对本发明作进一步说明。
以下实施例采用的端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)的制备方法为：
将1-硫代甘油溶解在无水二甲亚砜中(1.0g/ml)，干燥氩气除氧，加入4-乙烯基吡啶(1-硫代甘油与4-乙烯基吡啶摩尔比为1.06:1)和催化剂二异丙胺(反应物总质量的1.5％)，在常温下反应28h，反应结束后，将混合物用20倍体积的无水乙醚溶沉降，过滤，无水乙醚洗涤，最后在75℃下真空干燥至恒重，产率约为92％。
vp-(oh)2的1hnmr结构表征结果：
1hnmr(cdcl3，400mhz，ppm)：2.51(t,1h,s-ch2-ch),2.67(t,1h,s-ch2-ch),2.85(m,4h,c-ch2-ch2),3.37(q,2h,ch2-oh),3.58(q,1h,ch-oh),4.62(t,1h,ch2-oh),4.82(d,1h,ch-oh),7.27、8.47(4h,吡啶环)。
以下实施例采用的含有脲基结构的二异氰酸酯扩链剂的制备方法为：
lbl的制备方法为：干燥氮气保护及机械搅拌下，将1,4-丁二胺滴加到l-赖氨酸二异氰酸酯中(-nco:-nh2＝8:1，摩尔比)，室温下反应2h后，向反应产物中加入四倍体积的正己烷，搅拌均匀后，抽滤得到白色固体，反复用正己烷洗涤至滤液ir检测无-nco吸收峰(2270cm-1)，真空干燥至恒重，得白色粉末状lbl。
lbl的1hnmr结构表征结果：
1hnmr(dmso-d6,400mhz,ppm):1.27-1.32(m,10h，ch3ch2和ch2ch2chnco)，1.52-1.55(m,8h,ch2ch2nh),1.75(q，4h,ch2chnco),3.08-3.16(t,8h,ch2nh),4.08-4.15(m,6h,ch-nco和ch3ch2)，5.95-6.04(br,nh)。
实施例1
干燥氮气保护下，将5.370g(30mmol)端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与5.0g(5mmol)聚乙二醇(peg，mn＝1000)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解(0.5g/ml)，反应体系升温至80℃，滴加入lbl(35.7mmol)的dmf溶液(1.0g/ml)，滴加完毕后保持温度继续反应4.0h，降至常温，然后加入dmf配置成浓度约为10％的溶液，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35℃真空干燥。
将固体溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为6.0％(g/ml)，使用聚四氟乙烯膜具在25℃常压挥发80h，将膜从膜具上取下，后经常温真空干燥，得ph敏感性医用聚氨酯脲膜材料i，相同方法制备载药膜材料。
实施例2
干燥氮气保护下，将8.950g(50mmol)端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与5.0g(5mmol)聚乙二醇(peg，mn＝1000)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解(0.5g/ml)，反应体系升温至85℃，滴加入lbl(56.1mmol)的dmf溶液(1.0g/ml)，滴加完毕后保持温度继续反应3.5h，降至常温，然后加入dmf配置成浓度约为10％的溶液，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35℃真空干燥。
将固体溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为5.5％(g/ml)，使用聚四氟乙烯膜具在25℃常压挥发80h，将膜从膜具上取下，后经常温真空干燥，得ph敏感性医用聚氨酯脲膜材料ⅱ，相同方法制备载药膜材料。
实施例3
干燥氮气保护下，将7.160g(40mmol)端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与10.0g(5mmol)聚乙二醇(peg，mn＝2000)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解(0.6g/ml)，反应体系升温至90℃，滴加入lbl(51.0mmol)的dmf溶液(1.0g/ml)，滴加完毕后保持温度继续反应3.0h，降至常温，然后加入dmf配置成浓度约为10％的溶液，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35℃真空干燥。
将固体溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为5.5％(g/ml)，使用聚四氟乙烯膜具在25℃常压挥发80h，将膜从膜具上取下，后经常温真空干燥，得ph敏感性医用聚氨酯脲膜材料ⅲ，相同方法制备载药膜材料。
实施例4
干燥氮气保护下，将7.160g(40mmol)端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与20.0g(5mmol)聚乙二醇(peg，mn＝3000)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解(0.6g/ml)，反应体系升温至75℃，滴加入lbl(45.9mmol)的dmf溶液(1.0g/ml)，滴加完毕后保持温度继续反应4.5h，降至常温，然后加入dmf配置成浓度约为10％的溶液，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35℃真空干燥。
将固体溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为6.0％(g/ml)，使用聚四氟乙烯膜具在25℃常压挥发80h，将膜从膜具上取下，后经常温真空干燥，得ph敏感性医用聚氨酯脲膜材料ⅳ，相同方法制备载药膜材料。
实施例5
干燥氮气保护下，将5.37g(30mmol)端二羟基吡啶化合物(vp-(oh)2)与20.0g(5mmol)聚乙二醇(peg，mn＝4000)混合，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解(0.5g/ml)，反应体系升温至80℃，滴加入lbl(35.7mmol)的dmf溶液(1.0g/ml)，滴加完毕后保持温度继续反应3.8h，降至常温，然后加入dmf配置成浓度约为10％的溶液，8倍体积冰乙醚沉降，所得固体35℃真空干燥。
将固体溶解于有机溶剂氯仿中，配成浓度为6.0％(g/ml)，使用聚四氟乙烯膜具在25℃常压挥发80h，将膜从膜具上取下，后经常温真空干燥，得ph敏感性医用聚氨酯脲膜材料ⅴ，相同方法制备载药膜材料。
以下分析方法用于所有的实施例，除非另外说明。
分子量及分子量分布：使用美国water公司的alpha型凝胶色谱仪(gpc)测定的聚氨酯脲分子量和分子量分布，4mg样品溶于2ml四氢呋喃，用0.4μm过滤头过滤到专用色谱瓶中，流动相速率为0.5ml/min,色谱柱箱温度设为35℃，标样为单分散聚苯乙烯。
溶胀度测试：从膜上剪取10mm×20mm的试样，其质量为m0,室温下浸泡入不同ph介质，观察其外观随浸泡时间的变化。浸泡30分钟以后，取出膜，用滤纸迅速擦干净表面水分，量其质量为m1。按公式计算膜的膨胀度：溶胀度％＝(m1-m0)/m0×100。
载药膜材料的制备及药物释放测试：先将头孢布烯溶于氯仿中，再溶解聚氨酯脲，经溶剂挥发制备载药膜材料(头孢布烯的用量为聚氨酯脲质量的1.2％)，将载药聚氨酯脲膜材料分别放入一定量ph＝1.5、7.5、9.5的溶液，1小时后，取等量溶液，用紫外分光光度法测定其吸光度，与标准曲线相对照，计算载药膜材料的药物累积释放度(％)。
实施例1-5中一种ph敏感性聚氨酯脲材料的组成及性能如表1所示。
表1.聚氨酯脲的性能
*peg的含量为聚氨酯脲中的质量含量；
**vp(oh)2的含量为聚氨酯脲中的质量含量；
***为1h内头孢布烯的释放量。
由表1可知，本专利所提供的方法制备的聚氨酯脲具有较高的分子量。该材料中的端二羟基吡啶化合物的质量含量为10-25％，随端二羟基吡啶化合物含量的增加，材料的ph敏感性大幅度上升。体外药物释放与材料的溶胀度有关，溶胀度越大，体外释放越多。本专利实施例中的样品的溶胀度在介质ph＝1.5时的溶胀度大于180％，在ph＝7.5和ph＝9.5介质中溶胀度小于20％，表明该聚氨酯脲具有极佳的ph敏感性。介质ph＝1.5时，1h内头孢布烯的释放量均大于70％，同样时间下在中性及碱性介质中的药物释放量小于10％，因此该材料可用作药物载体通过环境ph改变控制药物释放速率，从而可应用于缓控释领域。并且该材料为聚醚型聚氨酯脲，具有较高的生物相容性，同时具有可生物降解性、降解产物可吸收，因此作为药物载体可以应用于人体。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。