一种表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于聚氨酯高分子材料技术领域，具体涉及一种表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

聚氨酯是一种主链上含有氨基甲酸酯(－nhcoo－)重复单元的高分子材料，简称pu。由于pu大分子中各链段的热力学和极性等性质差异较大，会引起pu聚集态结构的微相分离，而使其具有优异的力学性能、机械性能、耐低温、耐溶剂等优点。目前，聚氨酯被广泛应用于生产泡沫、合成革、胶黏剂、涂料等，由于具有生物相容性和血液相容性，已在生物医学领域得到应用。

但是，在医用材料领域，单一材料的性能已难以满足现有需求，限制了其在医疗领域的更广阔的应用，具有多功能性的医用复合材料成为人们研究的热点。

专利cn107537069a公开了一种聚乙二醇表面改性的纳米银聚氨酯医用材料，该专利通过预活化处理，在聚氨酯表面产生反应活性点，然后与聚乙二醇接枝共聚，提高了聚氨酯作为医用材料的亲水性、生物相容性，在体系中引入了第二修饰层纳米银，提高了聚氨酯作为医用材料的抗菌性能。但是具有一定局限性，纳米银对生物体健康的影响目前还没有直接的证据，从一些体外试验我们可以看到纳米银可能具有的潜在危害。张帮勇在《纳米银诱导氧化应激及其毒性机制硏究》论文，通过在细胞和分子水平初步探究了纳米银对a549和hepg2细胞毒作用机制及其差异原因，认为纳米银对a549和hepg2细胞具有一定的细胞毒性。

专利cn109575233a公开了一种超支化聚酯改性聚氨酯医用介入导管及其制备方法，该专利利用了超支化聚酯具有大量端基的特点，结合导管与涂层的化学键接枝，可获得具有优异润滑性和耐磨性的聚氨酯医用介入导管，该方法制备的导管仅在物理性质上得到改善，可适合应用于血管内介入诊疗领域，但附加性能相对单一。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料，由表面接枝-nco基团的聚氨酯材料与姜黄素或改性姜黄素组成，表面接枝-nco基团(异氰酸根基团)的聚氨酯材料与改性姜黄素通过-conh-化学键连接，所述聚氨酯材料为分子式中具有氨基甲酸酯结构的聚氨酯材料；

改性姜黄素的化学结构式如式ⅱ所示：

其中r为c3～c4的直链或支链烷基。

在本发明的一些实施方式中，所述聚氨酯的化学结构式如式ⅰ所示：

其中，n＝3～13，p＝12～192，数均分子量为40000～220000g/mol。

在本发明的一些实施方式，聚氨酯材料为分子式中具有氨基甲酸酯结构的聚氨酯膜、聚氨酯泡沫、聚氨酯纺丝、聚氨酯海绵等材质。

本发明的表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料，通过将姜黄素及衍生物接枝到可降解聚氨酯，既保留了可降解的优越性能，又可增强聚氨酯材料的机械强度，还使聚氨酯材料具备姜黄素及衍生物的部分特性，增加其附加功能值。姜黄素是一种多酚类物质，具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤、调节血脂等功效。苯环上的羟基氢能承担抗氧化作用，故姜黄素能显著的抗氧化和清除自由基，并能够增强抗氧化酶如超氧化物酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，具有很好的生物活性。姜黄素的β-二酮部分以烯醇式结构存在，可以作为金属离子螯合剂，作用于靶蛋白的活性部位，这就使得姜黄素具备与多个靶蛋白相互作用的能力，可广泛用于抗肿瘤药物开发的潜在靶点。将姜黄素(cur)及衍生物通过化学键合的方式引入到聚氨酯(pu)中，用于姜黄素及衍生物改性聚氨酯后，不仅可以克服聚氨酯功能单一的缺点，使聚氨酯具备姜黄素的部分功能，还可以达到改性聚氨酯，制备功能材料的目的。

第二方面，上述表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料的制备方法，所述方法为：

将聚氨酯膜材料与六亚甲基二异氰酸酯(hdi)反应，得到表面接枝异氰酸根基团的聚氨酯(pu-nco)；

姜黄素(化合物1)与化合物2反应得到改性后的姜黄素(式ⅱ所示结构)；

将表面接枝异氰酸根基团的聚氨酯与改性后的姜黄素或姜黄素反应得到表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜；

化合物2的结构式如式ⅲ所示：其中r为c3～c4的直链或支链烷基。

优选的，化合物2为化合物3、化合物4、化合物5、化合物6，结构式分别为：

上述改性姜黄素的方法为，将姜黄素和化合物2、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入溶剂a中混合，反应后利用nahco3进行萃取，干燥、纯化后得到改性姜黄素。

本发明制备改性姜黄素，使姜黄素的一个羟基进行改性与化合物a进行接枝，另一个羟基不进行接枝，另一个羟基在与表面异氰酸化的聚氨酯发生缩合反应。

在本发明的一些实施方式中，姜黄素、化合物2、edc.hcl、dmap的摩尔比为1:0.8～1.2：0.8～1.2：1～1.2。

在本发明的一些实施方式中，溶剂a为二氯甲烷，1ml二氯甲烷溶解的姜黄素、化合物2、edc.hcl、dmap的混合质量为0.01～1g。

在本发明的一些实施方式中，反应的条件：温度为20℃～25℃，反应的时间为0.8～2h。

改性姜黄素的反应路线如下所示：

提供一种改性姜黄素，结构式如式ⅱ所示：

其中r为c3～c4的直链或支链烷基。

上述表面接枝异氰酸根基团的聚氨酯的制备方法，将六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入到溶剂b中，加入聚氨酯材料(结构式ⅰ)、催化剂，反应后得到表面接枝异氰酸根基团的聚氨酯。

在本发明的一些实施方式中，每1×1cm²待改性聚氨酯，加入的六亚甲基二异氰酸酯(hdi)的体积为0.2～1ml，加入无水甲苯10～20ml。

在本发明的一些实施方式中，滴加催化剂为二丁基二月桂酸锡(dbtdl)或辛酸亚锡。

在本发明的一些实施方式中，反应条件为：温度40～45℃，反应时间为2～6h。

上述接枝异氰酸根基团的聚氨酯与改性姜黄素反应的方法，将接枝异氰酸根基团的聚氨酯与改性姜黄素加入甲苯中反应，洗涤、干燥得到表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料。

聚氨酯材料表面接枝-nco基团，-nco基团与姜黄素的-oh发生缩合反应将姜黄素接枝到聚氨酯材料表面，得到表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料。

在本发明的一些实施方式中，每1×1cm²待改性聚氨酯，对应的改性姜黄素为0.1～2mmol或对应的姜黄素为0.1～2mmol。

在本发明的一些实施方式中，反应的条件：温度40～45℃，反应时间为10～20h。

第三方面，上述的表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯复合材料在纺织印染、医用器材、化工建材、医药中间体、防辐射材料等领域的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的改性聚氨酯材料机械性和热稳定性得到明显改善，具有稳定的荧光性、良好的抗菌性和生物相容性。

2、本发明提供的改性聚氨酯材料可广泛用于医疗耗材，如用于敷料、缝合线、抗菌消炎膜，以及人造心脏和血液的全部接触材料的导管等。

3、本发明提供的改性氨酯材料具有上述1中的广泛应用是改性后聚合物结构决定的，通过将改性的姜黄素接枝到聚氨酯(pu)结构中来修饰基体，从分子水平上改善聚合物的分子结构和丰富聚合物的功效官能团，使聚氨酯材料的附用价值得到明显提高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1中可降解聚氨酯膜和表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜的实物图，图1a为改性前，图1b为改性后；

图2为实施例1中为接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜的受热分解图。

图3为实施例1中为接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜的拉伸曲线图。

图4为实施例1中可降解聚氨酯膜和表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜的红外谱图。

图5为实施例2中姜黄素和改性姜黄素的红外谱图。

图6为实施例6中可降解聚氨酯膜和表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜上布洛芬在pbs溶液中随时间和累积释放率的关系图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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。

下述实施例中的聚氨酯材料为采用申请号为201510250602.7的专利方法制备的聚氨酯膜材料。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

(1)取0.5ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入10ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂二丁基二月桂酸锡，在40℃下震荡反应2h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(2)取0.368g姜黄素溶解于10ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(1)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在45℃下搅拌反应16h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜。

如图1所示，图1a为改性前的聚氨酯膜材料，为略透明的白色，图1b为表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜材料，为深黄色。

如图2所示，表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜材料具有热降解性，是一种可降解的材料，相比于改性前的聚氨酯材料，总体热稳定性得到提升。

如图3所示，展示了表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜材料和可降解聚氨酯膜材料的机械性能的变化。可以看出来，因为姜黄素加入，材料的抗拉强度和弹性模量都有了很大程度的提升。

如图4所示，表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜相比于可降解聚氨酯膜，表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜的红外光谱显示，具有的-conh-基团的吸收峰面积明显增大，且在800～900cm^-1和950～1015cm^-1分别出现苯环的c-h弯曲振动和c-c骨架振动吸收峰，说明姜黄素已接枝到可降解聚氨酯膜表面。

实施例2

(1)将0.368g的姜黄素、0.2g的2-(-4-异丁基苯基)丙酸(布洛芬)、0.2g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、0.12g的4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入15ml二氯甲烷中混合，在25℃条件下搅拌反应1.5h，用冷却后的nahco3从二氯甲烷中萃取出来，然后经na2so4干燥，再减压浓缩，通过硅胶层析纯化后，干燥制得纯净产物改性姜黄素；

(2)取0.5ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入10ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂二丁基二月桂酸锡，在40℃下震荡反应2h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(3)取上述步骤(1)中制得纯净产物改性姜黄素溶解于10ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(2)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在45℃下搅拌反应16h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜。

如图5所示，经过布洛芬修饰后的姜黄素相比于姜黄素，改性后的姜黄素的红外光谱显示具有-coor基团的吸收峰，说明布洛芬已键连修饰到姜黄素分子中。

实施例3

(1)将0.552g的姜黄素、0.4g的2-(-4-异丁基苯基)丙酸(布洛芬)、0.4g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、0.24g的4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入20ml二氯甲烷中混合，在25℃条件下搅拌反应2h，用冷却后的nahco3从二氯甲烷中萃取出来，然后经na2so4干燥，再减压浓缩，通过硅胶层析纯化后，干燥制得纯净产物改性姜黄素；

(2)取0.8ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入15ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂dbtdl，在45℃下震荡反应4h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(3)取上述步骤(1)中制得纯净产物改性姜黄素溶解于15ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(2)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在45℃下搅拌反应20h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜。

实施例4

(1)将0.368g的姜黄素、0.2g的2-(-4-异丁基苯基)丙酸(布洛芬)、0.2g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、0.12g的4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入15ml二氯甲烷中混合，在25℃条件下搅拌反应1.5h，用冷却后的nahco3从二氯甲烷中萃取出来，然后经na2so4干燥，再减压浓缩，通过硅胶层析纯化后，干燥制得纯净产物改性姜黄素；

(2)取0.5ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入10ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂dbtdl，在40℃下震荡反应4h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(3)取上述步骤(1)中制得纯净产物改性姜黄素溶解于10ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(2)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在40℃下搅拌反应20h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜。

实施例5

将0.552g的姜黄素、0.4g的2-(-4-异丁基苯基)丙酸(布洛芬)、0.4g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、0.24g的4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入20ml二氯甲烷中混合，在25℃条件下搅拌反应2h，用冷却后的nahco3从二氯甲烷中萃取出来，然后经na2so4干燥，再减压浓缩，通过硅胶层析纯化后，干燥制得纯净产物改性姜黄素；

(2)取0.8ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入10ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂二丁基二月桂酸锡，在45℃下震荡反应6h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(3)将peu-nco膜片，取上述步骤(1)中制得纯净产物改性姜黄素溶解于15ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(2)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在45℃下搅拌反应20h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜。

实施例6

(1)将0.368g的姜黄素、0.2g的2-(-4-异丁基苯基)丙酸(布洛芬)、0.2g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(edc.hcl)、0.12g的4-二甲氨基吡啶(dmap)分别加入15ml二氯甲烷中混合，在25℃条件下搅拌反应1.5h，用冷却后的nahco3从二氯甲烷中萃取出来，然后经na2so4干燥，再减压浓缩，通过硅胶层析纯化后，干燥制得的纯净产物为改性姜黄素；

(2)取0.5ml六亚甲基二异氰酸酯(hdi)加入10ml无水甲苯中，将1×1cm²待改性聚氨酯材料用无水甲苯冲洗至表面洁净后，投入无水甲苯和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)混合溶液中，滴加1～2滴催化剂二丁基二月桂酸锡，在40℃下震荡反应2h，完毕后取出膜片反复洗涤，以除去未反应的hdi，制得聚氨酯表面接枝上异氰酸根的膜(pu-nco)；

(3)取上述步骤(1)中制得纯净产物改性姜黄素溶解于10ml无水甲苯溶液中，然后将步骤(2)中制得的peu-nco膜和上述溶液混合，在45℃下搅拌反应16h，后用无水化甲苯冲洗(测量洗涤液)，再用乙醇冲洗后，放入真空干燥箱里干燥24h，制得表面接枝姜黄素改性的可降解聚氨酯膜；

(4)将上述制得的聚氨酯膜放入装有0.1mol/lph＝4pbs、ph＝8pbs溶液的离心管中，设置温度在25℃，分别于0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24h取样测定溶液中布洛芬的含量，考察布洛芬在不同ph值溶液中的稳定性。

如图6所示，表面接枝姜黄素改性可降解聚氨酯膜在室温条件下的pbs溶液中，均表现出较好的布洛芬缓释放性能，在第20h左右其累积释放率为65％左右。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。