本發(fā)明屬于聚酯聚氨酯材料及其制備和應用領域，特別涉及一種功能化聚酯聚氨酯間聚物及其制備和應用。

背景技術：

聚酯是被研究的最多，也是目前為止應用最為廣泛的可降解生物材料。聚酯高分子材料其主鏈中含有特征官能團酯鍵，是一類具備良好生物相容性和血液相容性的生物材料，被廣泛應用于現(xiàn)代醫(yī)學中，如醫(yī)用外科手術縫合線、植入內(nèi)固定器材、藥物控制釋放等。

聚酯一般通過醇酸縮聚反應來合成。常用的單體有二酸、二醇、羥基脂肪酸等,也常用其酯化合物或內(nèi)酯化合物為單體。眾所周知，酯化反應具有可逆性，而這恰恰使得聚酯材料能夠水解，在濕潤的生理環(huán)境下具有良好的生物可降解性。脂肪族聚酯例如聚乙交酯(pga)、聚丙交酯(pla)、聚乙交酯-丙交酯共聚物(plga)、聚己內(nèi)酯(pcl)以及通過生物方法合成的聚羥基烷酸酯(phas)等通常降解性能較好，因此被廣泛應用。而芳香族的聚酯中由于含有剛性芳香環(huán)結構，因此降解性能較差。

聚氨酯(pu)的歷史悠久，是最重要的彈性體之一。pu被發(fā)現(xiàn)于20世紀30年代并于60年代應用到生物醫(yī)藥領域。聚氨酯彈性體主要具有良好的血液相容性和優(yōu)良的機械力學性能,因此在生物醫(yī)學材料領域得到了廣泛的應用。其機械性能主要是受到每個鏈段和整個聚合物的組成，相對含量以及分子量等多種因素的影響，因此可以做得很堅硬也可以很有彈性。其中硬段的含量和穩(wěn)定性決定了pu的穩(wěn)定性和硬度，而軟段的含量則會影響硬度和抗拉強度。

以往pu材料被用于長期植入的醫(yī)療，然而在20世界70年代有人提出了pu材料穩(wěn)定性在體內(nèi)是否安全的問題。這是由于pu材料在體內(nèi)降解會產(chǎn)生毒性和致癌性，有致突變性，產(chǎn)生芳香二胺。biomer是于1991年最先應用在體內(nèi)心血管方面的可降解pu醫(yī)藥產(chǎn)品，在此之后大量有關pu的生物可降解性的研究被開展以改善pu的生物穩(wěn)定性。另一方面，對pu的觀察研究將其帶入了一個全新的領域，組織工程。而這是一個十分依賴于可控生物降解性的領域。從上世紀90年代開始，可降解pu材料被廣泛研究并成為了再生醫(yī)學通用的生物可降解材料之一，并且當下對于pu材料的研究大大提高了其生物相容性。而可降解的聚氨酯因為良好的機械性能，良好的可加工性以及可調(diào)控的結構，已經(jīng)被廣泛用于生物醫(yī)學、組織工程等方面，尤其是在軟組織工程上。其生物可降解性可以通過選擇不同的軟硬段以及它們的相對含量來改變。硬段在傳統(tǒng)pu中通常是被用作長期植入的材料，主要由芳香族的二異氰酸酯制得，而它們通常是具有生物穩(wěn)定性的。而可降解的pu則通常是由脂肪族二異氰酸酯比如bdi或者hdi制得。而軟段通常被用來調(diào)控pu的降解，增加軟段的長度和材料的親水性會加速降解，尤其是材料親水性增加時，其降解速率會顯著增加。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種功能化聚酯聚氨酯間聚物及其制備和應用，該材料中酯基和氨基甲酸結構交替出現(xiàn)，使材料后續(xù)交聯(lián)制備出的psehcd彈性體同時具有聚氨酯材料高韌性又兼具聚酯材料良好降解性和生物相容性。

本發(fā)明的一種功能化聚酯聚氨酯間聚物，其特征在于：所述聚酯聚氨酯間聚物為聚癸二酰基己二氨基甲酸甘油二酯，

結構式為：n范圍約在20-40之間。

本發(fā)明的一種功能化聚酯聚氨酯間聚物的制備方法，包括：

(1)在保護氣體氛圍下，將環(huán)氧丙醇、六亞甲基二異氰酸酯、溶劑混合，然后在油浴30-50℃條件下攪拌反應，反應結束后體系呈白色懸濁液狀，提純，得到純凈的白色絮狀固體己二氨基甲酸甘油二酯(psehcd單體)；

(2)在無水無氧條件下，將己二氨基甲酸甘油二酯、重結晶癸二酸、四丁基溴化銨混合后，加入溶劑，在保護氣體氛圍下，攪拌并油浴逐漸從室溫升溫至100℃，使得反應物全部溶解，溶解后保持攪拌和無水無氧環(huán)境(油浴加熱條件)反應50-70h(優(yōu)選65h)，得到淺棕黃色溶液，然后提純，得到功能化聚酯聚氨酯間聚物。

所述步驟(1)、(2)中保護氣體均為氮氣。

所述步驟(1)中環(huán)氧丙醇：六亞甲基二異氰酸酯摩爾比在2：1-2.5：1，反應物質量(環(huán)氧丙醇和六亞甲基二異氰酸酯)：溶劑體積＝1g：1-2ml。

所述步驟(1)中溶劑為四氫呋喃，四氫呋喃由hplc級四氫呋喃通過蒸餾除水處理。

步驟(1)反應過程中可適當補充適量的thf確保反應進行。

步驟(1)優(yōu)選油浴溫度為35℃。

所述步驟(1)中攪拌反應為：500-850rpm的條件下攪拌持續(xù)反應40h以上。

所述步驟(2)中己二氨基甲酸甘油二酯：癸二酸的摩爾比＝1：1，反應物質量(己二氨基甲酸甘油二酯和癸二酸)：溶劑體積＝1g：1-2ml；四丁基溴化銨為反應物投料摩爾量的0.85％)；四丁基溴化銨為反應物(己二氨基甲酸甘油二酯和癸二酸)投料摩爾量的0.85％；所述步驟(2)中溶劑為二甲基甲酰胺dmf。

步驟(2)中所有反應物的稱量均在充滿氮氣無水無氧的手套箱環(huán)境中完成，并在手套箱中依次將稱取的藥品加入反應瓶中，用橡膠塞和封口膜對反應管作進一步密封處理確保反應無水無氧的環(huán)境。

步驟(2)中溶劑的加入用針管逐滴向反應管中加入溶劑。

所述步驟(2)中攪拌速率均為800-1000rpm。

所述步驟(2)中提純具體為：將淺棕黃色溶液滴加入高速旋轉(轉速800rpm)的沉降劑中，由于沉降后乙酸乙酯體系中呈均勻的懸濁液狀，無法抽慮，故使用離心機將反應得到的psehcd通過離心沉降，重復3-5次，置于室溫下用隔膜泵抽真空。

淺棕黃色溶液和沉降劑的體積比大于或等于20:1；沉降劑為乙醚。

本發(fā)明的一種功能化聚酯聚氨酯間聚物的應用，聚酯聚氨酯間聚物在制備psehcd彈性體或功能化生物材料中的應用。

有益效果

本發(fā)明的一種新型的功能化聚酯聚氨酯間聚物——聚癸二酰基己二氨基甲酸甘油二酯(sebacoyl-1,6-hexamethylenedicarbamatediglyceride，psehcd)，該材料中酯基和氨基甲酸結構交替出現(xiàn)，使材料后續(xù)交聯(lián)制備出的psehcd彈性體同時具有聚氨酯材料高韌性又兼具聚酯材料良好降解性和生物相容性；

本發(fā)明材料的側鏈帶有大量的羥基功能化位點，可作進一步修飾，用以制備一系列功能化生物材料。此外，本專利可大大拓寬使用酸誘導環(huán)氧開環(huán)策略合成功能化聚酯聚氨酯間聚物的策略的應用范圍。由于采用的合成策略非常靈活，可以通過選擇不同的起始原料(各種二酸，二異氰酸酯等)，獲得一系列的新型的含聚酯結構的功能化聚氨酯繼而獲得一系列性能各異的新型材料，相應的性質也可以在非常大的范圍內(nèi)調(diào)控。因此該法有望成為制備功能材料(包括但不限于生物材料的應用)的新的平臺技術。

附圖說明

圖1功能化聚酯聚氨酯間聚物的合成路線圖；

圖2為psehcd單體的1hnmr譜圖；

圖3為psehcd單體的13cnmr譜圖；

圖4為psehcd的1hnmr譜圖；

圖5為psehcd的13cnmr譜圖；

圖6為psehcd單體和psehcd的ftir紅外譜圖；

圖7為一系列psehcd交聯(lián)彈性體的力學性能圖；

圖8為一系列psehcd交聯(lián)彈性體的降解性能圖；

圖9為psehcd聚合物(a-c)，plga對照組(d-f)以及tcps對照組(g-i)分別在1,4,7天培養(yǎng)小鼠成骨細胞的cck-8生物相容性實驗圖；j為psehcd聚合物、plga、tcps對細胞的增值影響圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

psehcd單體的合成：

在25ml具支管茄形反應瓶中加入轉子后作無水無氧處理，使整個反應瓶處于氮氣氛圍下，分別注入環(huán)氧丙醇(4.128ml，63.69mmol)、六亞甲基二異氰酸酯(4.500ml，28.09mmol)、四氫呋喃(10ml)到茄形反應瓶中，其中反應使用的四氫呋喃由hplc級四氫呋喃通過蒸餾除水處理，置于油浴35℃，650rpm的條件下攪拌持續(xù)反應40h，反應過程中可適當補充適量的thf確保反應進行。

反應結束后體系呈白色懸濁液狀，用沉降法提純后得純凈的白色絮狀固體(psehcd單體)4.52g，產(chǎn)率為50.8％。

psehcd聚合物的合成：

取制備的純凈己二氨基甲酸甘油二酯單體0.9483mmol(0.3g)與等摩爾量的重結晶癸二酸0.1918g和2.6mg的四丁基溴化銨(按反應物投料摩爾量的0.85％計)，所有稱量均在充滿氮氣無水無氧的手套箱環(huán)境中完成，并在手套箱中依次將稱取的藥品加入反應瓶中，用橡膠塞和封口膜對反應管作進一步密封處理確保反應無水無氧的環(huán)境。取出后用針管逐滴向反應管中加入0.5ml無水dmf，在氮氣保護環(huán)境下以900rpm的轉速攪拌，油浴逐漸從室溫升溫至100℃，此過程dmf會將反應物的全部溶解。溶解后保持該轉速和無水無氧環(huán)境反應65小時。

反應結束后體系呈淺棕黃色溶液狀，另取燒杯按與反應瓶中反應液體積20：1的比例加入約10ml乙醚作為沉降劑，取潔凈的玻璃滴管逐滴將反應液滴入轉速800rpm的高速旋轉乙醚中。由于沉降后乙酸乙酯體系中呈均勻的懸濁液狀，無法抽慮，故使用離心機將反應得到的psehcd通過離心沉降，并重復上述步驟三次后將所得產(chǎn)物置于室溫下用隔膜泵抽真空，得淺棕色粘稠性半固體(psehcd)0.3652g，產(chǎn)率約為74.2％。

圖2為psehcd單體的1hnmr譜圖，甘油部分峰出現(xiàn)在δ3.76-4.38ppm，癸二?；彤惽杷狨ゲ糠殖龇逶讦?.33和1.49ppm，-nh出峰位置在δ7.18ppm；

圖3為psehcd單體的13cnmr譜圖，與圖2相吻合；

圖4為psehcd的1hnmr譜圖，δ2.28ppm和δ2.93ppm左右的兩個峰面積相近，分別對應癸二酸片段中羰基邊上的兩個碳上的氫以及hdi片段中亞氨基邊上的兩個碳上的氫，證明了產(chǎn)物psehcd中含有的癸二酸片段與psehcd單體片段比例為1：1，反應按照預期設計發(fā)生；

圖5為psehcd的13cnmr譜圖；

圖6為psehcd單體和psehcd的ftir紅外譜圖，1562cm-1,1639cm-1和3439cm-1分別對應酰胺鍵和游離的羥基。

psehcd交聯(lián)彈性體的合成：

本文采用兩種不同的交聯(lián)方法制備psehcd交聯(lián)體。

1)：在psehcd中加入psehcd的1.1wt％的量癸二酸作為交聯(lián)劑溶解于少量的丙酮溶劑中直至恰好溶解，旋轉蒸發(fā)至大部分溶劑蒸發(fā)掉之后將混合物轉移至所需的特定形狀四氟模具中并在120℃的條件下加熱20h以除去其中所有的氣泡，隨后在真空條件，120℃(1.1torr)下交聯(lián)21h形成psehcd-sa彈性體。

2)：以psehcd自身為交聯(lián)劑，形成共價與非共價鍵結合的高韌彈性體。直接將制備好的psehcd聚合物轉移至所需的特定形狀四氟模具中并在120℃真空條件(1.1torr)下進行真空交聯(lián)48，60,72h分別制備psehcd-48，psehcd-60及psehcd-72高韌彈性體。

圖7為一系列psehcd交聯(lián)彈性體的力學性能，其中psehcd-48.60.72彈性體展示出在保持較低楊氏模量的情況下較相比添加交聯(lián)劑交聯(lián)的psehcd-sa彈性體有顯著提升的斷裂伸長率，以達到高韌的性能；

圖8為一系列psehcd交聯(lián)彈性體的降解性能，體現(xiàn)了psehcd交聯(lián)彈性體的可在一定范圍內(nèi)通過交聯(lián)時間被加以控制；

圖9為psehcd聚合物(a-c)，plga對照組(d-f)以及tcps對照組(g-i)分別在1,4,7天培養(yǎng)小鼠成骨細胞的cck-8生物相容性實驗，從數(shù)據(jù)(j)中可以看出psehcd培養(yǎng)的細胞數(shù)不亞于對照實驗組，體現(xiàn)出良好的生物相容性。#表示相對于前一個時間點數(shù)值小于0.01的顯著性差異；*表示相對于plga組數(shù)值小于0.05的顯著性差異。