一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲及其制备方法，聚氨酯脲由一种双端羟基聚醚酯与N,N‑二(2‑羟乙基)异烟酰胺混合后，再用含脲基的二异氰酸酯进行扩链，经纯化得到一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲；聚醚酯为主要软段，含脲基和氨基甲酸酯基的链段为硬段，吡啶环位于侧链上。该聚氨酯脲具有可生物降解、降解产物可吸收性、pH敏感性，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。含脲基结构的二异氰酸酯形成的硬段含有致密的氢键，从而提高材料的机械性能。

PH sensitive biodegradable polyurethane urea material and preparation method thereof

The invention discloses a pH-sensitive biodegradable polyurethane urea and a preparation method thereof. The polyurethane urea is mixed with N, N_bis (2_hydroxyethyl) isonicotinamide by a double-terminated hydroxyl polyether ester, and then chain-extended with a diisocyanate containing urea group. After purification, a pH-sensitive biodegradable polyurethane urea is obtained. In the main soft segment, the segments containing urea and carbamate are hard segments, and pyridine rings are located on the side chains. The polyurethane urea has the characteristics of biodegradability, absorbability of degradation products, pH sensitivity, swelling in acidic media, fast degradation rate, basically non-swelling in neutral and alkaline media, slow degradation rate, and the pH sensitivity is not affected by temperature. It can be used as drug carrier in the field of controlled release through biology. The pH value of different parts of the body controls the release rate of the drug. The hard segment formed by diisocyanate containing urea group structure contains dense hydrogen bonds, thus improving the mechanical properties of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲材料及其制备方法
本专利技术属于高分子化学领域，尤其涉及一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲材料及其制备方法。
技术介绍
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。专利CN201310485548.5采用水洗、酸洗凹凸棒土，进而利用单宁酸改性凹凸棒土，最后再与丙烯酸水凝胶进行复合制备得到pH敏感水凝胶，其pH敏感性能体现为pH值影响水凝胶对重金属离子的吸附，可用于含重金属污水的处理。专利CN102604032A公开了“一种温敏扩链剂及温度、pH双敏感的聚氨酯水凝胶”，该制备方法是利用聚乙二醇、多羟基羧酸、多元异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡先进行预缩聚反应，通过有机溶剂终止得到预聚体，再依次加入温敏扩链剂、多元醇胺封端剂以及固化交联剂得到聚氨酯弹性体，溶胀1周后得聚氨酯水凝胶。该聚氨酯水凝胶在药物缓释载体中有良好的应用。但是制备过程较为繁琐，耗时较长。专利CN101701051A制备了一种具有pH和温度敏感性的水凝胶，由羟丙基纤维素与丙烯酸或丙烯酰氯合成丙烯酸纤维素酯，丙烯酸纤维素酯与丙烯酸单体共聚合成，本专利技术的水凝胶体系以可降解的HPC为温敏性链段，以聚丙烯酸为pH敏感性链段，所以具有温度与pH双敏感性，并具有降解性与良好的生物相容性。其pH敏感性能体现为水凝胶在碱性介质中具有较大的膨胀率，在中性或酸性介质中基本不膨胀。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、可生物降解、机械性能好、制备过程简单的pH值敏感性聚氨酯脲材料。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的第一个目的是提供一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲。聚醚酯为主要软段，含脲基和氨基甲酸酯基的链段为硬段，吡啶环位于侧链上。该聚氨酯脲不仅具有可生物降解、降解产物可吸收性，而且具有pH敏感性，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。一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲，由一种双端羟基聚醚酯与N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺混合后用含脲基的二异氰酸酯进行扩链，经纯化得到一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲；所述的双端羟基聚醚酯为聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物(PLA-PEG-PLA)或聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物(PCL-PEG-PCL)；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：R1：或者R2：其中，m、n1＝4～50；n＝30～50。本专利技术的第二个目的是提供一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲的制备方法，具体步骤为：将N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺和双端羟基聚醚酯常温混合后，加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解，升温后，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，经沉降纯化，真空干燥得到pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲。优选的，所述的双端羟基聚醚酯为聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物(PLA-PEG-PLA)或聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物(PCL-PEG-PCL)。PLA-PEG-PLA的制备方法参照文献《聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物的降解性能》中的制备方法。PCL-PEG-PCL的制备方法参照文献《嵌段共聚物聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯的合成和表征》中的制备方法。N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺的制备方法参照专利JP08337560的方法合成。优选的，PLA-PEG-PLA、PCL-PEG-PCL的数均分子量为500～8000，更优选1000～4000，分子量分布为1.15～1.35。优选的，聚氨酯脲的数均分子量为1.0×105～4.4×105，分散系数为1.40～1.52。优选的，PEG在双端羟基聚醚酯中的质量含量为20～50％。优选的，双端羟基聚醚酯与N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺的摩尔比为1:6～1:10。优选的，N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺在聚氨酯脲中的质量含量在16～23％。优选的，N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺与双端羟基聚醚酯的DMF溶液的浓度为0.4-0.6g/mL。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与双端羟基聚醚酯和N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺的-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。聚氨酯脲膜材料的制备方法为将聚氨酯脲溶于有机溶剂，配成浓度为3～7％(g/mL)的溶液，于聚四氟乙烯模具中经溶剂挥发法制备成聚氨酯脲膜材料。优选的，上述良性溶剂为氯仿、二氯甲烷、丙酮或二氧六环，溶剂挥发温度为15-30℃，常压挥发48～96h，常温真空干燥至恒重,得聚氨酯脲膜材料，剪裁成一定形状进行测试。优选的，聚氨酯脲膜材料在介质pH为1～3是的膨胀率大于200％，在中性或碱性介质中膨胀率小于15％。优选的，聚氨酯脲膜材料在介质pH为1～3的降解时间是2～7天，在中性或碱性介质中降解时间为8～17天。本专利技术的第三个目的是提供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-赖氨酸二异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲，其特征在于：由一种双端羟基聚醚酯与N,N‑二(2‑羟乙基)异烟酰胺混合，N,N‑二甲基甲酰胺溶解后，用含脲基的二异氰酸酯进行扩链，经纯化得到一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲；所述的双端羟基聚醚酯为聚乳酸‑聚乙二醇‑聚乳酸三嵌段共聚物或聚己内酯‑聚乙二醇‑聚己内酯三嵌段共聚物；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；合成的聚氨酯脲的结构式如式1：

【技术特征摘要】
1.一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲，其特征在于：由一种双端羟基聚醚酯与N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺混合，N,N-二甲基甲酰胺溶解后，用含脲基的二异氰酸酯进行扩链，经纯化得到一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲；所述的双端羟基聚醚酯为聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物或聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物；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；合成的聚氨酯脲的结构式如式1：R1：或者R2：其中，m、n1＝4～50；n＝30～50。2.一种pH值敏感性可生物降解聚氨酯脲的制备方法，其特征在于：具体步骤为：将N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺与双端羟基聚醚酯混合，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，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，所述的双端羟基聚醚酯为聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物或聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物；进一步优选的，PLA-PEG-PLA、PCL-PEG-PCL的数均分子量为500～8000，更优选1000～4000，分子量分布为1.15～1.35；优选的，聚氨酯脲的数均分子量为1.0×105～4.4×105，分散系数为1.40～1.52；优选的，PEG在双端羟基聚醚酯中的质量含量为20～50％；优选的，N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺在聚氨酯脲中的质量含量在16～23％；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，N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺与双端羟基聚醚酯的DMF溶液的浓度为0.4-0.6g/mL。3.根据权利要求2所述的聚氨酯脲的制备方法，其特征在于：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。4.根据权利要求2所述的聚氨酯脲的制备方法，其特征在于：所述双端羟基聚醚酯与N,N-二(2-羟乙基)异烟酰胺的摩尔比为1:6～1:10。5.根据权利要求2所述的聚氨酯脲的制备方法，其特征在于：扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯昭升，高园园，张娜，刘小龙，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37