專利名稱：人工皮膚替代材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可作為皮膚修復(fù)的人工皮膚替代材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
皮膚是人體的最大器官，具有重要的物理、化學(xué)及生物學(xué)屏障功能。燒傷或創(chuàng)傷后引起的局部或全身?yè)p害都與皮膚屏障的喪失有關(guān)，早期切痂、封閉修復(fù)缺損皮膚、恢復(fù)其屏障功能，是燒傷治療的根本目標(biāo)。人工皮膚作為一種皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料和損傷皮膚的替代品，可以使皮膚大面積和深度燒傷的患者，在自體皮不夠的情況下，進(jìn)行修復(fù)治療并使之恢復(fù)因皮膚創(chuàng)傷喪失的生理功能。對(duì)大面積燒傷創(chuàng)面的早期覆蓋及后期整復(fù)，尋找理想的皮膚替代物就更顯得特別重要。理想皮膚替代物應(yīng)符合的條件包括粘附性好；能保持水和熱量的正常通透率；無(wú)毒性；無(wú)抗原性；具持久性；具柔韌性；參與正常宿主的防御功能； 對(duì)細(xì)菌具有屏障作用；促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)；不引起炎癥反應(yīng)；可隨患者的生長(zhǎng)發(fā)育而相應(yīng)地增長(zhǎng)擴(kuò)大；具有與自體皮相似的機(jī)械性能和外觀等。目前尚未見(jiàn)有能完全滿足上述條件的理想皮膚替代物報(bào)道。Piakrell于1942年首次研制成了對(duì)氨基苯磺酰氨膜，現(xiàn)在對(duì)合成和改性生物相容性材料的研究仍在繼續(xù)深入，將合成材料與生物材料的雜化、交聯(lián)、互穿網(wǎng)絡(luò)，以及最近的人工合成類天然材料即仿生材料，是研究的方向。目前合成的人工皮膚主要存在的問(wèn)題是無(wú)法保持創(chuàng)面濕潤(rùn)、創(chuàng)面愈合延遲、容易脫落、病原菌易透過(guò)等問(wèn)題。理想的人工皮膚應(yīng)具備的特點(diǎn)包括經(jīng)濟(jì)、易獲得、體外可保持較長(zhǎng)時(shí)間；耐用且可隨時(shí)得到，具有柔韌性和一定的機(jī)械強(qiáng)度；有防細(xì)菌侵入及水分丟失的屏障功能；移植后能隨創(chuàng)面生長(zhǎng)，但不會(huì)過(guò)度增生；安全、不攜帶病毒。聚氨酯(PU)材料以其優(yōu)異的物理機(jī)械性能、良好的血液和組織相容性、低毒等優(yōu)點(diǎn)，自1937年問(wèn)世以來(lái)，其優(yōu)良的抗凝血性能，低毒性，臨床應(yīng)用中良好的相容性，無(wú)畸變作用，無(wú)過(guò)敏反應(yīng)，在醫(yī)學(xué)上的用途日益廣泛；其優(yōu)良的彈性和韌性，優(yōu)異的耐磨、軟觸感、 耐濕氣、耐多種化學(xué)藥品性能，加工性能好，加工方式多樣，以及可采用通用的方法滅菌，暴露在X射線下性能不變等，也是制備各種醫(yī)用彈性制品的首選材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，本發(fā)明首先提供了一種具有優(yōu)良性能、可作為皮膚修復(fù)的人工皮膚替代材料，并進(jìn)一步提供了該人工皮膚替代材料的制備方法。本發(fā)明的人工皮膚替代材料，是一種以聚氨酯(PU)材料為基層，其表面被覆有與聚N-異丙基丙烯酰胺(POTPAAm)經(jīng)接枝共聚改性形成的結(jié)構(gòu)層的膜狀產(chǎn)品，其中聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)與聚氨酯(PU)材料的摩爾比為(0. Γ ):1, PNIPAAm的接枝率為基層PU材料質(zhì)量的209Γ150%。其中所說(shuō)的基層PU材料，為由分子中含有羥基的聚酯多元醇或聚醚多元醇中的至少一種作為羥基供體成分，與分子中含有異氰酸酯基團(tuán)的異氰酸酯成分聚合而成，異氰酸酯成分中的異氰酸酯基團(tuán)與羥基供體成分中總羥基數(shù)的摩爾比為(0· 8 1· 8) :1。以分子中含有多羥基的羥基供體成分與含有異氰酸酯基團(tuán)的異氰酸酯成分為原料，經(jīng)本體聚合或溶液聚合，是目前PU材料的常用制備方式和手段。本發(fā)明人工皮膚替代材料的基層PU材料中，羥基供體成分中所說(shuō)的聚酯多元醇， 可以選擇包括但并非僅限于通?？捎杉憾崤c乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇等二醇中的至少一種縮聚而成的己二酸系聚酯二醇，如，聚己二酸乙二醇酯二醇，聚己二酸亞丁基酯二醇，聚羥基脂肪酸酯二醇等；或者是通常由芳香族二元羧酸(或酸酐、酯)，與二元和/或多元醇形成的芳香族聚酯多元醇，如聚鄰苯二甲酸一縮二乙二醇酯二醇，聚鄰苯二甲酸-1，6-己二醇聚酯二醇，聚鄰苯二甲酸新戊二醇聚酯二醇等；此外，還可以是如聚己內(nèi)酯二醇，聚碳酸酯二醇等中的至少一種。所說(shuō)羥基供體成分中的聚醚多元醇同樣也可以選擇包括但并非僅限于聚氧化丙烯二醇，聚四氫呋喃醚二醇，乙二胺聚醚多元醇，蓖麻油、橄欖油中的至少一種。上述羥基供體成分中的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇在本發(fā)明人工皮膚的基層 PU材料中，均屬于是用于調(diào)節(jié)制品粘彈性的軟段結(jié)構(gòu)部分。其中，聚酯多元醇類的聚氨酯制品能具有更好的生物相容性，在特定酶的作用下也較易發(fā)生降解反應(yīng)；聚醚多元醇類的聚氨酯制品則可具有相對(duì)的生物惰性，不易發(fā)生降解反應(yīng)。因此，羥基供體成分中聚醚多元醇與聚酯多元醇原則上可以任意比例搭配使用，并可以根據(jù)對(duì)制品所希望和需要的功能、特性要求，改變和調(diào)整羥基供體成分中兩類多元醇的具體搭配比例。所說(shuō)的異氰酸酯成分為醫(yī)學(xué)中可以接受的，即在醫(yī)學(xué)和/或生物學(xué)應(yīng)用方面屬于是無(wú)毒或低毒(甚至包括在制備過(guò)程中其揮發(fā)物是否具有毒性)的二異氰酸酯單體、三異氰酸酯單體或四異氰酸酯單體中的至少一種，所說(shuō)的二異氰酸酯單體可以選擇包括但并非僅限于甲苯二異氰酸酯，異氟爾酮二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯或其縮聚衍生物(如六亞甲基二異氰酸酯與水所成的縮二脲二異氰酸酯，或其三聚體等衍生物)。優(yōu)選的，本發(fā)明上述的人工皮膚替代材料中所說(shuō)基層PU材料中異氰酸酯成分的異氰酸酯基團(tuán)與羥基供體成分中總羥基數(shù)的摩爾比為(廣1. 3) :1。本發(fā)明人工皮膚替代材料中的基層材料PU，是一種由軟鏈段和硬鏈段交替向前組成的含有-NHCOO-基團(tuán)的極性高聚物。通過(guò)改變和調(diào)整不同的軟硬段結(jié)構(gòu)和/或其比例， 一方面，由于PU鏈段和聚醚/酯鏈段的溶度參數(shù)不同，因熱力學(xué)的不相容性導(dǎo)致相分離，另一方面，兩種鏈段由化學(xué)鍵連接在一起，又使其很難完全分開(kāi)，因而往往只是在一定程度上發(fā)生相分離。正是這種相分離的程度產(chǎn)生并決定了材料的形狀記憶性能，并賦予了 PU材料廣泛的機(jī)械性能。在以PNIPAAm對(duì)PU表面進(jìn)行接枝共聚改性形式的本發(fā)明上述人工皮膚替代材料中，PNIPAAm是一種性能特異的水溶性高分子，具有溫度敏感特性。將PU表面采用PN IPAAm進(jìn)行接枝改性，則可同時(shí)賦予了改性后材料的溫敏特性及形狀記憶功能。這正是本發(fā)明上述人工皮膚替代材料的重要而顯著的特性。另一方面，通過(guò)調(diào)節(jié)本發(fā)明上述人工皮膚替代材料中基層材料PU中聚醚和/或聚酯的軟段與異氰酸酯成分硬段的比例，利用其不同材料所含官能團(tuán)的活性差異，即可以方便的改變和調(diào)整PU的彈性模量，使其力學(xué)性能適應(yīng)人工皮膚的需要。并且可以通過(guò)對(duì)其中作為基層的PU的原料成分和/或比例的調(diào)整，以及對(duì)不同的羥基供體成分的選擇，可以使其中的PU具有不同的降解速率。
本發(fā)明上述人工皮膚替代材料的一種典型制備方式，可以按下述方式進(jìn)行
1’ 按常規(guī)反應(yīng)方式，以所說(shuō)比例量的羥基供體成分和異氰酸酯成分為原料，在催化量(一般可為反應(yīng)原料量的0. 19T3wt%)的催化劑存在和在彡90°C、優(yōu)選的是在50°C 80°C 的加熱條件下進(jìn)行本體聚合反應(yīng)或溶液聚合反應(yīng)，其中所說(shuō)溶液聚合反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溶劑可以選擇但并非僅限于醋酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲基甲酰胺等常用溶劑中選擇一種或多種組合)(具體可參考王槐三編《高分子化學(xué)教程》第三章3. 12)。其中優(yōu)選沸點(diǎn)較低的溶劑，如丙酮，乙酸乙酯等，以達(dá)到既可以調(diào)節(jié)體系的粘度，有利于反應(yīng)進(jìn)行，又便于后期的去除，減少在產(chǎn)品中的殘留。反應(yīng)完成后，冷卻后成膜，即為PU材料。其中所說(shuō)的催化劑，可以選擇目前常規(guī)制備PU材料中常用的各種催化劑，例如，可以在包括但并非僅限于如三亞乙基二胺、三乙烯基二胺，雙(二甲氨基乙基)醚，環(huán)乙基甲基叔胺，以及如純雙(二甲氨基乙基) 醚溶液、70%雙(二甲氨基乙基)醚溶液、低濃度雙(二甲氨基乙基)醚溶液等雙醚催化劑等叔胺類的催化劑，或如二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、鈦酸酯類催化劑等有機(jī)金屬催化劑中選擇。對(duì)上述聚合反應(yīng)終點(diǎn)的判斷和控制，可以根據(jù)所設(shè)計(jì)的分子量，采用PU反應(yīng)常規(guī)使用的正丁胺滴定法，既判斷反應(yīng)體系中NCO基團(tuán)的含量即可(例如正丁胺滴定反應(yīng)后，溶液藍(lán)色消失且出現(xiàn)15s以上的黃色即為滴定終點(diǎn))。此外，也可以采用正丁胺滴定法與紅外檢測(cè)連用的方式，由紅外檢測(cè)無(wú)NCO基特征峰即為反應(yīng)終點(diǎn)。這些都是常規(guī)PU聚合反應(yīng)中的常用檢測(cè)方式，可參見(jiàn)包括上述文獻(xiàn)在內(nèi)的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，不再贅述。2’ 將PNIPAAm用水配制成廣10wt%，優(yōu)選3 6wt%的水溶液，將上步的PU材料浸于其入，在有光引發(fā)劑和自由基引發(fā)劑中至少一種存在的條件下，在PU材料的表面進(jìn)行并完成接枝共聚改性，形成由PNIPAAm接枝共聚改性表面被覆層，所說(shuō)引發(fā)劑的總量為PNIPAAm 質(zhì)量0.廣5%的。可以通過(guò)改變和調(diào)整攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑用量、催化劑用量等聚合反應(yīng)中的常用操作條件和方式，使反應(yīng)在平穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)顯示，此步制備中使用的PNIPAAm水溶液濃度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致接枝率較低；POTPAAm水溶液的濃度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致單體間的均聚反應(yīng)，不利于對(duì)PU膜材表面的接枝改性。制備得到的膜狀產(chǎn)品，用水、優(yōu)選為去離子水充分沖洗浸泡，除盡溶劑及未反應(yīng)的原料成分，冷凍干燥后即可儲(chǔ)存?zhèn)溆?。在上述?’步由聚醚或聚酯多元醇與異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)生成-NHCOO-的過(guò)程中， 根據(jù)反應(yīng)情況及需要，可以按照目前PU合成中已有報(bào)道和/或使用的常規(guī)方式，通過(guò)改變和調(diào)整對(duì)反應(yīng)體系的攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑用量等，控制反應(yīng)的速率和/ 或程度。例如，轉(zhuǎn)速快，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)越易充分；提高反應(yīng)溫度，會(huì)加劇反應(yīng)程度 ’增大催化劑的濃度和/或用量，可提高反應(yīng)的速率，增加反應(yīng)的劇烈程度。上述第1’步制備PU材料的聚合反應(yīng)，除采用所說(shuō)的一步式聚合反應(yīng)方式完成外， 在上述方法基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)方式，是該聚合反應(yīng)可以采用分步方式進(jìn)行，即先以所說(shuō)的原料在所說(shuō)溫度和催化劑作用下進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)，得到初步聚合的中間狀態(tài)產(chǎn)物(通?？梢愿鶕?jù)反應(yīng)體系的粘度變化判斷)，然后再根據(jù)所設(shè)計(jì)PU分子量的大小，在有小分子擴(kuò)鏈劑參與下繼續(xù)進(jìn)行并完成后續(xù)的聚合反應(yīng)，得到符合預(yù)期分子量大小的聚氨酯材料。此種方式能更方便，也更有利于得到分子量更大的PU材料。這也是目前PU聚合反應(yīng)中的一種常用方式。所說(shuō)的小分子擴(kuò)鏈劑通?？砂ǖ⒎莾H限于乙二醇，1，4- 丁二醇，一縮二乙二醇，甲基丙二醇等小分子成分的至少一種。如上述，在聚合反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)體系的粘度變化是反應(yīng)進(jìn)行程度的一種重要表觀反映，在原料投料比例一定的情況下，除可通過(guò)控制聚合反應(yīng)的時(shí)間，反應(yīng)溫度，攪拌速率等常規(guī)方式，保證聚合反應(yīng)在不過(guò)于激烈的平穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行，避免因隨著反應(yīng)程度的增力口，反應(yīng)體系粘度迅速增大和/或局部放熱過(guò)多，容易發(fā)生暴聚，甚至?xí)l(fā)生爆炸外，必要時(shí)還可以加入所以要調(diào)節(jié)體系的粘度，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮等聚氨酯預(yù)聚體的良溶劑，調(diào)整反應(yīng)體系的粘度。但如果聚合反應(yīng)維持于較低溫度(如<60°C)下進(jìn)行，和/ 或擴(kuò)鏈劑活性較低且用量較少時(shí)，體系的反應(yīng)活性較低，反應(yīng)體系的粘度始終維持較低，使聚合反應(yīng)保持在較平緩狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)，一般可不必采用補(bǔ)充溶劑降低體系粘度的措施。實(shí)驗(yàn)顯示，在第2’步的接枝共聚改性反應(yīng)中，單獨(dú)使用光引發(fā)劑或自由基引發(fā)劑雖無(wú)不可，但會(huì)明顯降低反應(yīng)速率，因而會(huì)延長(zhǎng)共聚反應(yīng)的完成時(shí)間。由于NIPAAm具有較高的聚合活性，為盡量抑制均聚反應(yīng)的發(fā)生，一種優(yōu)選的方式，是在所說(shuō)第2’步的接枝共聚改性反應(yīng)中，以質(zhì)量比在自由基引發(fā)劑為(Γ0.4和光引發(fā)劑為1的范圍內(nèi)同時(shí)使用兩種引發(fā)劑，將自由基引發(fā)劑與所說(shuō)的PNIPAAm水溶液充分混合后，將經(jīng)光引發(fā)劑溶液充分浸漬并干燥后的第1’步PU材料浸入其中，在惰性氣體保護(hù)及紫外光輻射和室溫或< 70°C 加熱條件下進(jìn)行和完成接枝共聚改性反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)顯示，紫外光輻射時(shí)間一般在15分鐘 2 小時(shí)的范圍內(nèi)都是可以的，其中優(yōu)選為3(Γ60分鐘。所說(shuō)的光引發(fā)劑為二苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-羥基-2-甲基-144-(2-羥基乙氧基)苯基]-1-丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一種。其中光照致共聚改性反應(yīng)中使用的輻射光，可根據(jù)所用光引發(fā)劑反應(yīng)特性及操作條件選擇(例如在實(shí)驗(yàn)室制備條件下可使用30(T400nm或能量更高而使反應(yīng)更快的更低波長(zhǎng)的紫外光波)。所說(shuō)的自由基引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰、過(guò)氧化氫、偶氮二異丁腈、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀中的至少一種。本發(fā)明的上述制備方法可以通過(guò)控制和調(diào)整PU分子鏈中軟硬段的原料及其比例，將羥基供體成分和異氰酸酯成分聚合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所得到的PU材料性能的調(diào)節(jié)，并進(jìn)一步通過(guò)用PNIPAAm對(duì)其表面進(jìn)行接枝共聚改性，從而可以制備得到可降解的聚氨酯智能人工皮膚，能具有形狀記憶功能和在人體體表溫度附近具有溫度敏感性，既具有良好的機(jī)械物理性能和與皮膚接近的良好力學(xué)性能，又具有血液相容性和生物相容性，可作為性能滿意的醫(yī)用人工皮膚替代材料。以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。附圖表說(shuō)明


圖1是實(shí)施例3人工皮膚替代材料的應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)試曲線。圖2是實(shí)施例3人工皮膚替代材料的紅外圖譜。圖3是實(shí)施例3的DSC測(cè)試曲線。圖4是實(shí)施例3的SEM照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將NC0/0H摩爾比為1. 35異氟爾酮二異氰酸酯與聚四氫呋喃醚1000加入四口三頸瓶中，反應(yīng)過(guò)程中通冷凝水，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為80(Tl000r/m，加入2滴辛酸亞錫催化劑，在75°C 和氮?dú)獗Ｗo(hù)下預(yù)聚合6小時(shí)，然后加入0. 2mol小分子擴(kuò)鏈劑1，4- 丁二醇，繼續(xù)反應(yīng)3、小時(shí)，直至反應(yīng)后體系中基本不含NCO官能團(tuán)。反應(yīng)過(guò)程中觀察體系粘度，必要時(shí)可加入適量 DMF調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的粘度，使反應(yīng)維持在平穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)束后降溫成膜，得到PU 膜。將聚N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)用去離子水中配制成5wt%的溶液，加入為N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm) lwt%的過(guò)硫酸銨引發(fā)劑。將PU膜在0. 5wt%的二苯甲酮丙酮溶液中浸泡30min，低溫避光干燥后，再將其充分浸泡于含有引發(fā)劑的OTPAAm溶液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于3(T70°C用30(T400nm紫外輻照1小時(shí)，完成在PU膜表面進(jìn)行接枝共聚改性(接枝率 60、0%)。產(chǎn)物用去離子水充分浸泡沖洗，得到人工皮膚替代材料產(chǎn)品。對(duì)該產(chǎn)品的生物相容性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表2所示。
實(shí)施例2
將NC0/0H摩爾比為1.25 二苯基甲烷二異氰酸酯與ε-聚己內(nèi)酯二醇1000加入四口三頸瓶中，反應(yīng)過(guò)程中通冷凝水，調(diào)節(jié)攪拌桿的轉(zhuǎn)速為80(Tl000r/m.。在氮?dú)獗Ｗo(hù)、二甲基乙醇胺(3滴)為催化劑溫度為75°C的條件下聚合4h，之后加入小分子擴(kuò)鏈劑乙二醇 (0. Imol )，繼續(xù)反映;T4h直至NCO達(dá)到規(guī)定值，反應(yīng)過(guò)程中需觀察體系粘度，采用少量N， N-二甲基甲酰胺調(diào)節(jié)粘度。反應(yīng)結(jié)束后降溫成膜，得到PU薄膜。將NIPAAm溶于去離子水中，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的溶液，向其中加入質(zhì)量為OTPAAm 0. 8%的過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑。將 PU膜在0. 5%的1-羥基環(huán)己基苯基甲酮丙酮溶液中浸泡30min，低溫避光干燥之后再充分浸泡于含有引發(fā)劑的NIPAAm溶液中，于2(T60°C置于30(T400nm紫外輻照的條件下，輻照時(shí)開(kāi)啟氮?dú)獗Ｗo(hù)，輻照時(shí)間為lh。最后用去離子水浸泡沖洗即得到了該人工皮膚材料。實(shí)施例3
將NC0/0H摩爾比為1. 5的二苯基甲烷二異氰酸酯與ε -聚己內(nèi)酯二醇1000加入四口三頸瓶中，反應(yīng)過(guò)程中通冷凝水，調(diào)節(jié)攪拌桿的轉(zhuǎn)速為80(Tl000r/m.。在氮?dú)獗Ｗo(hù)、二醋酸二丁基錫(5滴)為催化劑溫度為75°C的條件下聚合4h，之后加入0. 5mol親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丙酸，將體系溫度下調(diào)至50°C，繼續(xù)反應(yīng);T4h，直至NCO達(dá)到規(guī)定值，。反應(yīng)過(guò)程中需觀察體系粘度，采用適量的丙酮調(diào)節(jié)粘度。然后降溫至20°C下，加入三乙胺中和成鹽，室溫下在去離子水中剪切乳化2h，最后真空脫去丙酮成膜，得到水性PU薄膜。將OTPAAm溶于去離子水中，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的溶液，向其中加入為OTPAAm質(zhì)量1. 5%的過(guò)硫酸銨引發(fā)齊U。將PU膜在0.5%的二苯甲酮丙酮溶液中浸泡5min低溫避光干燥，之后再充分浸泡于含有引發(fā)劑的NIPAAm溶液中，于2(T60°C置于紫外輻照的條件下，輻照時(shí)開(kāi)啟氮?dú)獗Ｗo(hù)，輻照時(shí)間為lh。最后用去離子水浸泡沖洗即得到了該人工皮膚材料。對(duì)所得的該人工皮膚替代材料的應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)試曲線如圖1所示，表明了經(jīng) NIPAAm改性前的PU膜已具有了適宜的力學(xué)特性。圖中的a中，PU產(chǎn)物中連續(xù)塑料相甲苯二異氰酸酯(TDI)的存在，使材料在室溫下呈現(xiàn)塑料性質(zhì)。聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)橡膠相成為唯一的連續(xù)相使材料呈現(xiàn)高彈性，因而拉伸試樣在外力撤去后變形能迅速回復(fù)。塑料分散相微區(qū)則起物理交聯(lián)作用，阻止永久變形的發(fā)生。圖中的b顯示的是測(cè)試試樣在拉伸至ε =200%時(shí)釋荷并在室溫下放置，觀測(cè)其變形回復(fù)與時(shí)間的關(guān)系。結(jié)果表明PU膜具有一定的形狀記憶功能，在外力撤銷5min后的回復(fù)量為原形變量的50%左右，回復(fù)量隨著時(shí)間的增加而繼續(xù)增大，但達(dá)到一定的數(shù)值(15%)后基本不再變化。這種記憶效應(yīng)主要是因?yàn)橐环矫?，由于聚氨酯鏈段和聚醚鏈段的溶度參?shù)不同，產(chǎn)生熱力學(xué)的不相容性，導(dǎo)致相分離；另一方面，兩種鏈段由化學(xué)鍵連接在一起，它們之間很難完全分開(kāi)而只在一定程度上發(fā)生相分離，正是這種相分離的程度決定著材料的形狀記憶性能。水性聚氨酯大部分是交聯(lián)高聚物，于分子間不能滑移，所以應(yīng)力不會(huì)松弛到零，只能松弛到某一數(shù)值。硬軟段在微相分離時(shí)，硬段對(duì)于軟段也會(huì)有一定的阻礙和牽制作用，所以其形狀回復(fù)是一個(gè)塑性形變。圖2是對(duì)所得該人工皮膚替代材料的紅外檢測(cè)圖譜，其中的a和b為PU膜經(jīng) PNIPAAm接枝改性前和改性后的對(duì)照。圖中可見(jiàn)，改性后在1639和1544 (cm—1)附近分別出現(xiàn)了酰胺I帶和酰胺II帶的特征吸收峰，表明了 PNIPAAm接枝層的存在。圖3是所得該人工皮膚替代材料的DSC測(cè)試曲線，其中a為經(jīng)POTPAAm接枝改性前的純PU膜，b為由POTPAAm接枝改性PU膜的人工皮膚產(chǎn)品在溫度改變時(shí)所表現(xiàn)出的熱效應(yīng)曲線?？梢钥闯?，圖中a所示的PU膜DSC曲線中在測(cè)試溫度范圍內(nèi)未出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變熱吸收峰。經(jīng)PNIPAAm接枝改性后的PU膜DSC曲線b則與純PU膜不同，其中在約35°C有一相轉(zhuǎn)變，這與水溶液中NIPAAm的均聚物在32°C附近出現(xiàn)的低臨界互溶溫度(LCST)相一致，表明接枝成功賦予了 PU膜材料具有了溫敏性。圖4是所得該人工皮膚替代材料的SEM照片，其中a為經(jīng)PNIPAAm接枝改性前的 PU膜對(duì)照，b為經(jīng)PNIPAAm接枝改性改性后的人工皮膚替代材料產(chǎn)品。由SEM照片的對(duì)照可以看出，接枝改性前的PU膜表面較為平坦，按本發(fā)明方法進(jìn)行經(jīng)OTPAAm接枝改性后的人工皮膚產(chǎn)品，其膜表面變得粗糙不平，并且接枝改性結(jié)構(gòu)層呈現(xiàn)出球狀表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，與真實(shí)皮膚更為接近。皮膚原發(fā)刺激實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)組為本實(shí)施例人工皮膚膜2. 5*2. 5cm/塊。陰性對(duì)照組 生理鹽水0.5ml/濾紙塊。陽(yáng)性對(duì)照組5%甲醛0.5ml/濾紙塊。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物新西蘭大白兔， 體重2 2. 5kg,每組三只，背部斑貼區(qū)備皮。完整與損傷皮膚各貼一塊材料，24小時(shí)候去除。 出去后1，24，48小時(shí)觀察皮膚反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中的刺激反應(yīng)總評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為0分為無(wú)刺激；(Tl. 9為輕度刺激；2. (Γ4. 9為中度刺激；5. (Γ8.0為強(qiáng)刺激。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表1 人I皮膚的feft原發(fā)刺激+ 果_
權(quán)利要求
1.人工皮膚替代材料，其特征為以聚氨酯材料為基層，其表面被覆有與聚N-異丙基丙烯酰胺經(jīng)接枝共聚改性形成的結(jié)構(gòu)層，聚N-異丙基丙烯酰胺與聚氨酯材料的摩爾比為 (0. Γ ):1, N-異丙基丙烯酰胺的接枝率為基層聚氨酯材料質(zhì)量的209Γ150%，其中的基層聚氨酯材料為由分子中含有羥基的聚酯多元醇或聚醚多元醇中的至少一種作為羥基供體成分，與分子中含有異氰酸酯基團(tuán)的異氰酸酯成分聚合而成，異氰酸酯成分中的異氰酸酯基團(tuán)與羥基供體成分中總羥基數(shù)的摩爾比為(0. 8^1. 8) 1。
2.如權(quán)利要求1所述的人工皮膚替代材料，其特征是所說(shuō)羥基供體成分中的聚酯多元醇為己二酸系聚酯二醇，芳香族聚酯多元醇，聚己內(nèi)酯二醇，聚碳酸酯二醇中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的人工皮膚替代材料，其特征是所說(shuō)羥基供體成分中的聚醚多元醇為聚氧化丙烯二醇，聚四氫呋喃醚二醇，乙二胺聚醚多元醇，蓖麻油、橄欖油中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的人工皮膚替代材料，其特征是所說(shuō)的異氰酸酯成分為醫(yī)學(xué)或生物學(xué)中可以接受的二異氰酸酯單體、三異氰酸酯單體或四異氰酸酯單體中的至少一種，所說(shuō)的二異氰酸酯單體為甲苯二異氰酸酯，異氟爾酮二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯或六亞甲基二異氰酸酯縮聚衍生物中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的人工皮膚替代材料，其特征是所說(shuō)基層聚氨酯材料中異氰酸酯成分的異氰酸酯基團(tuán)與羥基供體成分中總羥基數(shù)的摩爾比為(廣1. 3) :1。
6.權(quán)利要求1至5之一所述人工皮膚替代材料的制備方法，其特征是按下述方式進(jìn)行1’ 以所說(shuō)比例量的羥基供體成分和異氰酸酯成分為原料，在催化量的催化劑存在和 (90°C的加熱條件下進(jìn)行并完成本體聚合反應(yīng)或溶液聚合反應(yīng)，冷卻后成膜，即為聚氨酯材料；2’ 將聚N-異丙基丙烯酰胺用水配制成廣10wt%的水溶液，將上步的聚氨酯材料浸于其入，在有光引發(fā)劑和自由基引發(fā)劑中至少一種存在的條件下，在聚氨酯材料的表面進(jìn)行并完成接枝共聚改性，形成由聚N-異丙基丙烯酰胺接枝共聚改性表面被覆層，所說(shuō)引發(fā)劑的總量為N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量0.廣5%。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是第1’步的聚合反應(yīng)分步進(jìn)行，以所說(shuō)原料在所說(shuō)溫度和催化劑作用下先進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)后，再在有小分子擴(kuò)鏈劑參與下繼續(xù)進(jìn)行并完成后續(xù)的聚合反應(yīng)，得到預(yù)期分子量的聚氨酯材料，所說(shuō)的催化劑為叔胺類催化劑或有機(jī)金屬催化劑，所說(shuō)的小分子擴(kuò)鏈劑為乙二醇，1，4-丁二醇，一縮二乙二醇，甲基丙二醇中的至少一種。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是第2’步的接枝共聚改性反應(yīng)中，以質(zhì)量比在自由基引發(fā)劑為(Γ0. 4和光引發(fā)劑為1的范圍內(nèi)同時(shí)使用兩種引發(fā)劑，將自由基引發(fā)劑與含有廣10w% N-異丙基丙烯酰胺水溶液充分混合后，將經(jīng)光引發(fā)劑溶液充分浸漬并干燥后的第1’步聚氨酯材料浸入其中，在惰性氣體保護(hù)及紫外光輻射和< 70°C條件下進(jìn)行和完成接枝共聚改性反應(yīng)，所說(shuō)的光引發(fā)劑為二苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-羥基-2-甲基-144-(2-羥基乙氧基)苯基]-1-丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一種，所說(shuō)的自由基引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰、過(guò)氧化氫、偶氮二異丁腈、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀中的至少一種。
9.如權(quán)利要求6至8之一所述的制備方法，其特征是所說(shuō)第1’步的聚合溫度為 500C 80°C。
全文摘要
人工皮膚替代材料及制備方法。該人工皮膚替代材料為以聚氨酯材料為基層，表面被覆有其與聚N-異丙基丙烯酰胺經(jīng)接枝共聚改性形成的結(jié)構(gòu)層，聚N-異丙基丙烯酰胺與聚氨酯材料的摩爾比為(0.1~1):1，N-異丙基丙烯酰胺的接枝率為聚氨酯材料質(zhì)量的20%~150%?；鶎泳郯滨ゲ牧蠟橛删埘ザ嘣蓟蚓勖讯嘣贾械闹辽僖环N作為羥基供體成分與異氰酸酯成分，以異氰酸酯基團(tuán)與羥基供體總羥基摩爾比(0.8~1.8):1，催化下經(jīng)本體聚合或溶液聚合得到，再與聚N-異丙基丙烯酰胺進(jìn)行接枝共聚改性得到該人工皮膚。該材料具有與皮膚接近的良好力學(xué)性能，并具有一定的溫度敏感性。通過(guò)所說(shuō)的羥基供體成分和異氰酸酯成分，即可制備得到，操作簡(jiǎn)便，能耗小，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08J7/18GK102526810SQ20121004004
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者張利, 李玉寶, 龔梅 申請(qǐng)人:四川大學(xué)