一種彈性模量可調(diào)聚氨酯組合物及其在醫(yī)用植入材料中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有彈性模量可調(diào)的聚氨酯的組合物，通過調(diào)整組合物A和B的比 例以及各組分的分子量，可以在很大范圍內(nèi)改變的性能，例如PU的彈性、模量、強度、彈性 模量、耐磨性、潤滑性、親疏水性等應(yīng)用于需要不同軟硬程度的生物可相容的介入植入人體 各種醫(yī)療用產(chǎn)品，屬于可降解生物材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚氨酯(PU)全稱為聚氨基甲酸酯，是主鏈上含有氨基甲酸酯（-NHC00-)基團的大 分子化合物的統(tǒng)稱。它是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而 成。典型的PU化學(xué)結(jié)構(gòu)聚合物主鏈是由玻璃化溫度低于室溫的柔性鏈段(軟段)和玻璃化溫 度高于室溫的剛性鏈段(硬段)嵌段而成。一般來說，用聚醚或聚酯二元醇來合成，構(gòu)成聚合 物的軟段，該鏈段玻璃化溫度低，極性弱，它構(gòu)成材料的連續(xù)相，賦予PU彈性并控制著PU的 耐低溫性、耐溶劑性和耐候性等;而二異氰酸酯與擴鏈劑反應(yīng)生成的鏈段為硬段，一般構(gòu)成 的硬段鏈玻璃化溫度高，極性強，硬段中存在的-C0-NH-官能團，使分子鏈間形成大量的氫 鍵，相互作用力強，以結(jié)晶態(tài)存在，控制著PU的強度和耐熱性等性能。PU的硬段和軟段在極 性上的差異以及硬段本身的結(jié)晶導(dǎo)致它們在熱力學(xué)上的不相容，而具有自發(fā)分離的傾向， 所以硬段容易聚集在一起形成微區(qū)，分散在軟段形成的連續(xù)相中，形成微相分離結(jié)構(gòu)。這種 材料的優(yōu)勢在于可以通過設(shè)計不同的軟、硬段的結(jié)構(gòu)、長度與分布、相對比例以及改變相對 分子質(zhì)量等，在很大范圍內(nèi)改變的性能，例如PU的彈性、模量、強度、彈性模量、耐磨性、潤 滑性、親疏水性、生物相容性以及生物穩(wěn)定性等。
[0003]醫(yī)用PU由于具有良好的彈性、拉伸強度和斷裂伸長率、良好的耐磨損、抗曲撓性 能，容易成型加工，性能可控范圍大，同時具有良好的組織相容性和血液相容性等優(yōu)異的性 能，在醫(yī)用材料方面應(yīng)用十分廣泛，生物可降解聚合物用在體內(nèi)時提供力學(xué)支承并用作生 物組織再生或修復(fù)的平臺，它在一段時間后會降解，這取決于生物可降解聚合物的類型和 組織環(huán)境。由此，生物可降解聚合物特別適用于矯形應(yīng)用以及組織工程產(chǎn)品和療法中。所以 制備適應(yīng)不同組織環(huán)境使用的軟硬及其降解時間可調(diào)的可根據(jù)制品性能"量身定制"的聚 氨酯，是本領(lǐng)域研究人員希望的。
[0004]本發(fā)明通過調(diào)整兩種結(jié)構(gòu)的聚氨酯來比例來調(diào)節(jié)產(chǎn)品的軟硬程度，可以用來制備 醫(yī)用衛(wèi)生材料及敷料，比如各種軟組織用支架、縫合材料以及粘合劑等;通過后期進一步與 賴氨酸三異氰酸酯反應(yīng)，形成網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，檢測結(jié)果表明，生成材料的彈性模量可以高于 500Mpa，斷裂伸長率大于50%，可以用于制備更高彈性模量的聚氨酯產(chǎn)品，比如:血管支架、 骨折固定植入物和其他矯形應(yīng)用如椎間融合器(spinalcage)等，具有非常廣闊的臨床應(yīng) 用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明公開了一種彈性模量可調(diào)聚氨酯組合物及其在醫(yī)用植入材料中的應(yīng)用，該 聚氨酯組合物其彈性模量可以調(diào)整在50-1000MPa，斷裂伸長率在10%~1000%，由如下分 子式A和B組成的組合物，組合物重量百分比為A:B= 0.01-1:1-0.1
[0006] 分子式A:
[0008]a的范圍為5-50,b的范圍為5-50 [0009] 分子式B:
[0011] X的范圍為5-50，y的范圍為5-50
[0012 ] 優(yōu)選組合物分子式A和B重量百分比為A:B= 0 · (Π-0 · 5:1
[0013] 分子式A:
[0015] 優(yōu)選:a的范圍為10_20，b的范圍為10-25
[0016] 分子式B:
[0018] 優(yōu)選:x的范圍為10_20，y的范圍為10-25。
[0019] 得到的產(chǎn)品彈性模量可以調(diào)整在l〇〇-5〇〇MPa，斷裂伸長率在100%~700%。
[0020] 本發(fā)明制備的組合物可以在反應(yīng)后期增加賴氨酸三異氰酸酯，形成彈性模量高 400MPa，斷裂伸長率在30 %~300 %的超高彈性聚氨酯組合物，形成了如下分子式：
[0021] 分子式C:
[0023] η的范圍為0-25，R為-CH2-或者-COOC4H9-
[0024] 分子式D:

[0026] h的范圍0-20，k的范圍為0-25. 9
[0027] 用賴氨酸三異氰酸酯制備高彈性模量的可降解聚氨酯，在已公開的聚氨酯合成反 應(yīng)得到的最終產(chǎn)物，增入賴氨酸三異氰酸酯，形成網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，制成超高彈性聚氨酯組 合物，具體包括如下聚氨酯合成反應(yīng)：
[0028] (1)使用不同比例的ε_己內(nèi)酯和不同分子量的PEG(分子量200-2000)合成線型聚 己內(nèi)酯二醇，將其產(chǎn)物與不同的二異氰酸酯反應(yīng)，使用不同的二元醇作為擴鏈劑，辛酸亞錫 (總量的0.01-0.lwt%)作為催化劑，反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。
[0029] (2)使用特定分子量(分子量范圍為200-2000)聚合物如PLA、PGA、PLGA或者是LA或 GA的單體和不同二元醇合成線型乳酸-乙醇酸共聚多元醇，將產(chǎn)物與不同的二異氰酸酯反 應(yīng)，辛酸亞錫(總量的0.01-0.lwt%)作為催化劑，反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。
[0030] (3)使用不同的聚合物二醇作為軟鏈，將其與LDI和BD0進行反應(yīng)，辛酸亞錫（總量 的0.01-0.lwt% )作為催化劑，反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。
[0031] 其中二異氰酸酯選自：1，6-六亞甲基二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、賴氨酸甲 酯二異氰酸酯、順式-環(huán)己烷二異氰酸酯、反式-環(huán)己烷二異氰酸酯、1，4_ 丁烷二異氰酸酯、 1，2_乙烷二異氰酸酯、1，3_丙烷二異氰酸酯、4,4'_亞甲基-雙(環(huán)己基異氰酸酯）、2,4,4_三 甲基1，6_己烷二異氰酸酯中的一種或兩種；
[0032]其中擴鏈劑二元醇選自乙二醇、二甘醇、四甘醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己 二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇中的一種或兩種。
[0033] 其中聚合物二醇選自聚_(4-羥基丁酸酯）二醇(P4HB二醇）、聚_(3-羥基丁酸酯）二 醇(P3HB二醇）、聚丙二醇及其任何共聚物，包括PLGA二醇、P(LA/CL)二醇和P(3HB/4HB)二 醇。聚醚多元醇如聚（四氫呋喃）、聚碳酸酯多元醇如聚(六亞甲基碳酸酯)二醇中的一種或 兩種。
[0034]在以上方法的得到的產(chǎn)物中加入L-賴氨酸三異氰酸酯進行封端，制備高彈性模量 的聚氨酯，其中制備方法舉例如下：
[0035]方法之一：按照權(quán)利要求4提供的方法得到的最終產(chǎn)物，在水分含量小于lOppm的 環(huán)境下在雙螺桿擠出機擠出機中反應(yīng)20分鐘，攪拌聚合擠出，得到高彈性模量的聚氨酯纖 維；
[0036]方法之二：按照權(quán)利要求4提供的方法得到的最終產(chǎn)物，在水分含量小于lOppm的 環(huán)境下倒入混煉機或者捏合機中，直接加入L-賴氨酸三異氰酸酯充分攪拌，常溫反應(yīng)半小 時既得；
[0037]方法之三:按照權(quán)利要求4提供的方法反應(yīng)結(jié)束后，加入無水有機溶劑配置成粘稠 溶液，在水分含量小于lOppm的環(huán)境下，直接加入L-賴氨酸三異氰酸酯，反應(yīng)體系攪拌或震 蕩混合，常溫反應(yīng)半小時后真空抽干有機溶劑既得，其中有機溶劑選自甲苯、對二甲苯、癸 烷、乙酸異戊酯、己烷、苯、二氯甲烷、三氯甲烷、1、4環(huán)己酮、甲酮、二甲基甲酰胺、庚烷、二甲 氨基甲酰胺、四氫呋喃、石油醚、二甲亞砜、對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或兩種，優(yōu)選四氫 呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷和1、4環(huán)己酮中的一種或兩種組合；
[0038]方法之四：按照權(quán)利要求4提供的方法反應(yīng)結(jié)束后，在水分含量小于lOppm的環(huán)境 下直接加入L-賴氨酸三異氰酸酯，反應(yīng)體系攪拌或震蕩混合，常溫反應(yīng)半小時后真空抽干 有機溶劑既得。
[0039]本發(fā)明彈性模量可調(diào)聚氨酯組合物及其在醫(yī)用植入材料中的應(yīng)用，具體應(yīng)用包 括:植入器材、植入性人工器官、接觸式人工器官、支架、介入導(dǎo)管、以及器官輔助裝置，具體 包括骨板、骨釘、骨針、骨棒、脊柱內(nèi)固定器材、結(jié)扎絲、聚髕器、骨蠟、骨修復(fù)材料、腦動脈瘤 夾、銀夾、血管吻合夾(器）、整形材料、心臟或組織修補材料、眼內(nèi)充填材料、節(jié)育環(huán)、神經(jīng)補 片;植入性人工器官具體包括:人工食道、人工血管、人工椎體、人工關(guān)節(jié)、人工尿道、人工瓣 膜、人工腎、義乳、人工顱骨、人工頌骨、人工心臟、人工肌腱、人工耳蝸、人工肛門封閉器;觸 式人工器官具體包括:人工喉、人工皮膚、人工角膜;支架血管具體包括:支架、的列腺支架、 膽道支架、食道支架以及輸尿管支架;器官輔助裝置具體包括:植入式助聽器、人工肝支持 裝置;體外循環(huán)及血液處理設(shè)備:栗、貯血濾血器、微栓過濾器、濾血器、濾水器(超濾）、氣泡 去除器、栗管、血路;血液透析裝置、血液透析濾過裝置、血液濾過裝置、血液凈化管路、透析 血路、血路塑料栗管、動靜脈穿刺器、多層平板型透析器、中空纖維透析器、中空纖維濾過 器、吸附器、血漿分離器、血液解毒(灌流灌注)器、血液凈化體外循環(huán)血路(管道）、術(shù)中自體 血液回輸機;介入器材:血管內(nèi)導(dǎo)管:血管內(nèi)造影導(dǎo)管、球囊擴張導(dǎo)管、中心靜脈導(dǎo)管、套針 外周導(dǎo)管、微型漂浮導(dǎo)管、動靜脈測壓導(dǎo)管；導(dǎo)絲和管鞘，具體包括:硬導(dǎo)絲、軟頭導(dǎo)絲、腎動 脈導(dǎo)絲、微導(dǎo)絲、推送導(dǎo)絲、超滑導(dǎo)絲、動脈鞘、靜脈血管鞘、微穿刺血管鞘;栓塞器材，具體 包括:濾器、彈簧栓子、栓塞微球、鉬金微栓子、封堵器、靜脈注射(IV)、中樞靜脈(CV)、血管 通路、肺熱緩沖氣球、血管造影術(shù)、血管成形術(shù)氣球、泌尿外科、特殊導(dǎo)管、起搏器導(dǎo)線絕緣 層、人工血管、心臟瓣膜、心臟輔助裝置、左心室輔助裝置、主動脈內(nèi)球囊反搏、全人工心臟、 人造腎臟、血液透析、人造肺、血氧交換器、血液灌流、血過濾、血沖洗、人造胰腺、乳房填充 物、傷口敷料、面部重建材料、手術(shù)粘合劑、藥物控