多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用技术

本发明专利技术中公开了多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用，采用了已有的具有很好生物相容性以及光致发光特性的高分子PCS，与具有多功能性的纳米纤维复合制备了PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。本发明专利技术使用的热聚合方法，以本发明专利技术合成的弹性体，通过高分子修饰包覆，明显可以降低纳米纤维中的离子释放，从而降低生物毒性，同时保持其原有的光热效应，抗菌效果。因此，在本发明专利技术中，利用纳米纤维与硅接枝聚柠檬酸酯(PCS)利用温和的化学方法进行聚合反应所形成多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体，不仅可以合成具有抗菌，可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS‑CSNW纳米纤维复合弹性体，还可以合成具有荧光增强的，磁性成像的多功能PCS‑LHNW纳米纤维复合材料。

Preparation and Application of Multifunctional PCS Hybrid Nanofibers Biomedical Elastomer

The invention discloses the preparation method and application of multifunctional PCS hybrid nanofibers biomedical elastomer. The PCS hybrid nanofibers biomedical elastomer is prepared by using the existing macromolecule PCS with good biocompatibility and Photoluminescence Characteristics and compounding with multifunctional nanofibers. The thermal polymerization method used in the present invention can obviously reduce the ion release in nanofibers by modifying and coating the elastomer synthesized by the present invention, thereby reducing the biological toxicity, while maintaining its original photothermal effect and antimicrobial effect. Therefore, in the present invention, a multifunctional PCS hybrid nanofibers biomedical elastomer is formed by using nanofibers and silicon-grafted polycitrate (PCS) via mild chemical reaction, which can not only synthesize a multifunctional PCS CSNW nanofibers composite elastomer with antibacterial, degradable and near infrared photothermal treatment, but also synthesize a fluorescence-enhanced PCS CSNW nanofibers composite elastomer. Multifunctional PCS LHNW nanofiber composites for magnetic imaging.

【技术实现步骤摘要】
多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用
本专利技术属于可降解生物医用材料
，具体涉及一种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用。
技术介绍
人体的组织包括硬组织(骨)和软组织(皮肤、血管、肌肉)等具有优越的粘弹性力学性质，研发具有弹性行为的生物可降解弹性体材料已经成为目前再生医学和器官替代的重要方向。生物弹性体已经在功能植入装置、医用导管、绷带、假肢、人工器官、整形外科等领域取得了重要的应用进展。目前临床和研究报道的生物弹性体如聚酯、硅橡胶等具有优良的生物相容性，仿生的力学性质，可控的生物降解能力。近年来，以柠檬酸为单体，采用熔融聚合工艺合成的可降解生物弹性体聚柠檬酸酯具有合成简单、生物相容性高、成本低的优势，在再生医学领域展现出较高的应用前景。然而，目前大部分生物弹性体应用中仍存在功能少的缺点，如不具备成像能力从而实现实时追踪，不具备抗微生物感染能力造成移植体感染，不具备光热能力实现光热治疗等。设计合成出低成本，多功能性，可降解，具有良好生物相容性的新型生物医用弹性体材料具有重要的科学意义和应用价值。采用无机-有机杂化技术可以高效实现高分子生物弹性体的多功能特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供几种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法，该方法工艺简单，制得的弹性体具有多功能性以及较好的生物相容性。本专利技术将具有发光和磁性的LHNW和具有抗菌光热性质的CSNW杂化进聚(柠檬酸-硅氧烷)(PCS)弹性网络，期望制备出几种新型的多功能生物医用弹性移植体材料。为达到以上几个目的，本专利技术采用以下的技术方案予以实现：多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法，包括以下步骤：1)PCS预聚物的制备：将柠檬酸和1,8辛二醇混合，在氮气保护下油浴进行热聚合，待全部熔解后，加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后，充分反应得到产物；产物纯化、冷冻干燥留用，得到PCS预聚物；2)CSNW纳米纤维的制备：首先，在室温下将CuCl和OM混合，并在真空中加热除去氧气和水；同时，将二乙基二硫代氨基甲酸钠通过超声波分散在OM中，将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中，然后在260℃环境下保持，等待颜色为灰黑色取出；通过离心收集沉淀并用乙醇洗涤，然后在干燥箱得到CSNW纳米纤维；或者，LHNW纳米纤维的制备：首先，将Gd(CH3COO)3·6H2O和/或Eu(CH3COO)3·6H2O，与CO(NH2)2加入高压釜中；然后加入OM和无水乙醇，将整个系统搅拌后，形成均匀溶液；将高压釜密封进行反应，反应结束后冷却至室温，离心收集形成的纳米纤维，并用乙醇洗涤数次，然后干燥得到LHNW纳米纤维；3)PCS修饰的纳米纤维的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将CSNW纳米纤维或者LHNW纳米纤维加入到PCS预聚物溶液中，超声分散均匀，得到PCS修饰的纳米纤维；4)PCS杂化预聚物溶液的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散，得到PCS杂化预聚物溶液；5)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备：将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中，混合搅拌，放入模具中，在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应；待溶剂完全挥发后，升高温度继续进行交联反应，即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中LHNW纳米纤维的原料采用Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O时，Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O的质量比为1:1。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，PCS预聚物溶液的质量浓度不超过5％。作为本专利技术的进一步改进，步骤4)中，PCS杂化预聚物溶液中，CSNW纳米纤维加入量占PCS预聚物溶液质量的1～10％。作为本专利技术的进一步改进，步骤4)中，LHNW纳米纤维加入量占PPCS预聚物溶液质量的5～30％。作为本专利技术的进一步改进，步骤5)中，初始交联温度为40～60℃，时间2-4天，最终交联温度为80-100℃，交联时间为2天。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，步骤1)中具体步骤为：按摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8辛二醇加入在氮气保护下160℃油浴进行热聚合，待全部熔解后，加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后，降温至140℃中反应2h；产物在去离子水中纯化，冷冻干燥即得到PCS预聚物。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，PCS预聚物的结构式为：作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，氯化亚铜与二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1:2.5；Gd(CH3COO)3·6H2O或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2的摩尔比为1:100。上述的制备方法制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体在医用移植体中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对纯的高分子弹性体的具有很好的弹性，生物相容性，但是功能较少，而多功能纳米材料虽然具有很好的性质，但是生物相容性较差，没有办法应用于动物体内的问题提供了利用弹性聚酯与功能性纳米材料进行复合形成的一种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。该方法以人体天然代谢产物柠檬酸、1,8-辛二醇、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷为单体，通过热聚合得到接枝硅的柠檬酸聚酯预聚物(PCS)；将该预聚物与不同比例的纳米纤维通过化学交联得到纳米纤维复合弹性体。实现了复合材料的抗菌特性、良好生物相容性、近红外光热治疗和荧光/磁性双重成像的多功能特性，从而在生物成像和治疗方面具有应用潜力。本专利技术中所涉材料制备简单环保，所用操作方便，所需原料成本低。实验结果证明：该方法制可以用于制备抗菌可降解，可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW杂化纳米纤维复合弹性体，它具有良好的生物相容性，能够在抗菌性，热成像治疗上表现优异；也可用于制备具有荧光增强的，磁性成像的PCS-LHNW纳米复合材料显示出显着增强的弹性体机械性能，可调光致发光和磁性行为，以及优异的体外和体内的生物相容性。本专利技术中所使用的柠檬酸，1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷合成的PCS具有良好的生物相容性和降解性，通过具有抗菌性和近红外光热特性的CSNW纳米纤维的添加，使得合成的PCS-CSNW杂化弹性体具有很好的生物相容性，同时，具有抗菌和近红外光热的特性，同时对于一般细胞具有很好的细胞相容性，而对癌细胞具有很好的抑制作用。而通过添加具有荧光增强和磁成像特性的LHNW纳米纤维，使得合成的PCS-LHNW杂化弹性体具有增强的弹性体机械性能，可调光致发光，磁性行为，以及优异的体外和体内的生物相容性。本专利技术在具体应用时，具有以下优点：(1)本专利技术所使用的聚柠檬酸-1,8-辛二醇，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的预聚物(PCS)是一种可降解硅接枝高分子聚酯，且其单体生物相容性良好，且廉价易得。(2)本专利技术中CSNW纳米纤维的加入，使得PCS聚酯高分子展现出了原本的荧光特性的同时，能够有效抗菌，以及近红外的光热治疗。(3)本专利技术中制备的抗菌，可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体在980nm的激光进行激发下，具有很强的光热特性，可以实时监测材料在小鼠体内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)PCS预聚物的制备：将柠檬酸和1,8辛二醇混合，在氮气保护下油浴进行热聚合，待全部熔解后，加入(3‑氨丙基)三乙氧基硅烷后，充分反应得到产物；产物纯化、冷冻干燥留用，得到PCS预聚物；2)CSNW纳米纤维的制备：首先，在室温下将CuCl和OM混合，并在真空中加热除去氧气和水；同时，将二乙基二硫代氨基甲酸钠通过超声波分散在OM中，将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中，然后在260℃环境下保持，等待颜色为灰黑色取出；通过离心收集沉淀并用乙醇洗涤，然后在干燥箱得到CSNW纳米纤维；或者，LHNW纳米纤维的制备：首先，将Gd(CH3COO)3·6H2O和/或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2加入高压釜中；然后加入OM和无水乙醇，将整个系统搅拌后，形成均匀溶液；将高压釜密封进行反应，反应结束后冷却至室温，离心收集形成的纳米纤维，并用乙醇洗涤数次，然后干燥得到LHNW纳米纤维；3)PCS修饰的纳米纤维的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将CSNW纳米纤维或者LHNW纳米纤维加入到PCS预聚物溶液中，超声分散均匀，得到PCS修饰的纳米纤维；4)PCS杂化预聚物溶液的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散，得到PCS杂化预聚物溶液；5)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备：将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中，混合搅拌，放入模具中，在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应；待溶剂完全挥发后，升高温度继续进行交联反应，即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。...

【技术特征摘要】
1.多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)PCS预聚物的制备：将柠檬酸和1,8辛二醇混合，在氮气保护下油浴进行热聚合，待全部熔解后，加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后，充分反应得到产物；产物纯化、冷冻干燥留用，得到PCS预聚物；2)CSNW纳米纤维的制备：首先，在室温下将CuCl和OM混合，并在真空中加热除去氧气和水；同时，将二乙基二硫代氨基甲酸钠通过超声波分散在OM中，将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中，然后在260℃环境下保持，等待颜色为灰黑色取出；通过离心收集沉淀并用乙醇洗涤，然后在干燥箱得到CSNW纳米纤维；或者，LHNW纳米纤维的制备：首先，将Gd(CH3COO)3·6H2O和/或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2加入高压釜中；然后加入OM和无水乙醇，将整个系统搅拌后，形成均匀溶液；将高压釜密封进行反应，反应结束后冷却至室温，离心收集形成的纳米纤维，并用乙醇洗涤数次，然后干燥得到LHNW纳米纤维；3)PCS修饰的纳米纤维的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将CSNW纳米纤维或者LHNW纳米纤维加入到PCS预聚物溶液中，超声分散均匀，得到PCS修饰的纳米纤维；4)PCS杂化预聚物溶液的制备：将PCS预聚物溶解在DMSO中，将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散，得到PCS杂化预聚物溶液；5)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备：将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中，混合搅拌，放入模具中，在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应；待溶剂完全挥发后，升高温度继续进行交联反应，即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。2.根据权利要求1所述的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法，其特征在于，步骤2)中LHNW纳米纤维的原料采用Gd(CH3COO)...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷波，李艳男，李娜，张新瑜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61