一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于组织工程材料的技术领域，公开了一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料及其制备与应用。所述方法：1)在惰性氛围和搅拌的条件下，将聚己内酯二醇与六亚甲基二异氰酸酯在引发剂的作用下进行预聚反应，降温至40～70℃，加入L‑精氨酸‑1,8‑辛二醇酯溶液，继续反应5～10h，稀释，透析，冷冻干燥，获得聚酯脲氨酯材料；2)将聚酯脲氨酯材料溶解于有机溶剂中，加入埃洛石纳米管，分散均匀，成膜，获得复合材料。本发明专利技术的方法简单，所制备的复合材料具有良好的理化性能和生物学性能，可促进新骨的生成和骨缺损的修复并实现自身降解；用于骨组织工程材料领域。

A kind of polyester urea urethane composite modified by halloysite and arginine and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料及其制备与应用
本专利技术属于组织工程技术和再生医学材料领域，具体涉及一种基于埃洛石纳米管和精氨酸改性的聚酯脲氨酯复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料用作复合补片，用于骨组织工程材料领域。
技术介绍
临床上，由外伤、癌症、免疫性疾病等造成的骨组织损伤时有发生，且呈现日益增长趋势。尽管骨组织有一定的再生能力，但是如果损伤严重，由于损伤处适于细胞生长的基质缺失，细胞会难以被募集到大面积的骨缺损部位，骨修复过程极为漫长，并且伴随着损伤部位微环境的改变，骨组织往往不能完全再生，仅是疤痕修复。现在临床上多采用自体骨移植来应对大范围缺损，但其来源有限，拆东墙补西墙的方法需要多次手术来完成，会给患者带来很多痛苦和额外的损伤。组织工程和再生医学的发展则为骨修复提供了解决思路，组织工程支架植入体内，通过募集细胞，支持细胞的粘附、生长、增殖，诱导干细胞分化，可构建出利于组织再生的微环境，促进组织的再生和修复。组织工程支架材料是其中的重要的组成部分，优异的组织工程支架材料不仅要具有良好的生物相容性，能支持细胞生长，还需要有一定的功能性和生物活性，可在体内降解。常用的骨粉、羟基磷灰石、β-磷酸三钙等支架材料虽能在较小范围的骨缺损上取得良好的治疗效果，但它们在体内只起到骨传导的作用，自身并不能诱导骨再生，骨修复进程缓慢。天然材料和其相关水凝胶支架则往往受限于较低的力学性能和不匹配的降解，骨修复效果有限。聚氨酯是一种具有高结构可调性的多嵌段聚合物，相对天然材料具有更好的机械性能，性质更稳定，更易于调控。适当的软硬段结构可制备具有良好生物相容性的生物医用聚氨酯材料，可降解软段如PCL的选用也可合成具有生物降解性的聚氨酯材料。这类聚氨酯可被制成多孔支架，用于骨组织的修复，但实际应用中，由于材料疏水的结构和分子间氢键作用力，使得材料降解极为缓慢，与组织的修复不匹配，支架未经过体外矿化处理的疏水表面也难以支持细胞的粘附和生长，且生物活性较差，难以诱导骨组织的再生修复。如何改善聚氨酯的亲水性，提高生物降解性，保证材料的生物相容性和安全性，赋予材料一定生物活性和骨诱导性，并且同时兼顾可加工性仍是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的缺陷和不足，提供一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法。本专利技术的方法所制备的复合材料具有一定的亲水性和生物活性，具备良好的细胞相容性，可支持细胞粘附、生长和增殖、诱导干细胞成骨分化，促进骨再生和修复，同时具备生物降解性，可随新骨的生成最终降解。本专利技术另一个目的在于提供由上述方法制备的复合材料。本专利技术再一个目的在于提供上述复合材料的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)在惰性氛围和搅拌的条件下，将聚己内酯二醇与六亚甲基二异氰酸酯在引发剂的作用下进行预聚反应，降温至40～70℃，加入L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶液，继续反应5～10h，稀释，透析，冷冻干燥，获得聚酯脲氨酯材料；所述六亚甲基二异氰酸酯与聚己内酯二醇的摩尔比为(1.2～2):1；所述预聚反应的温度为60～90℃，预聚反应的时间为0.5～2h；2)将聚酯脲氨酯材料溶解于有机溶剂中，加入埃洛石纳米管，分散均匀，成膜，获得复合材料。步骤1)中所述引发剂为辛酸亚锡或异辛酸锡；引发剂的用量为聚己内酯二醇和六亚甲基二异氰酸酯总质量的0.01％～0.05％。步骤1)中所述L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶液是指将L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶于有机溶剂中得到；所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)或N,N-二甲基甲酰胺DMF；所述L-精氨酸-1,8-辛二醇酯：有机溶剂的摩尔体积比为0.25mol：(400～500)mL；步骤1)中所述聚己内酯二醇的数均分子量为500～3000，优选为530～2000；步骤1)中所述搅拌的转速为100～300r/min；步骤1)中L-精氨酸-1,8-辛二醇酯与聚己内酯二醇PCL摩尔比为(0.2～1)：1；步骤1)中所述稀释是指采用DMSO稀释反应溶液，所述透析是指在截留分子量3500的透析袋中进行透析后；聚己内酯二醇使用前进行真空干燥处理。步骤2)中所述有机溶剂为二氯甲烷、二甲基亚砜DMSO，N,N-二甲基甲酰胺DMF；所述埃洛石纳米管的用量占复合材料总质量的2％～10％，优选为6％。所述聚酯脲氨酯膜材料的水接触角为50o～80o。聚酯脲氨酯膜材料表面Zeta电位在pH<10的宽范围内显示正电性，其正电性大小随L-精氨酸-1,8-辛二醇酯用量增加而增大，pH～7.0，Zeta电位为33mV～90mV。步骤2)中所述埃洛石纳米管的直径为30～70nm，长度为300nm～3μm。本专利技术的复合材料的弹性模量为2～24MPa，拉伸强度为0.6～10MPa。所述复合材料在骨组织工程材料中的应用。所述骨组织工程材料为骨填充材料、骨修复用生物医用材料或骨再生用生物医用材料。所述聚酯脲氨酯材料即精氨酸改性聚酯脲氨酯具有以下化学结构：式I中，精氨酸二醇酯链段b与PCL链段a的摩尔比为0.2～1：1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：1、相比于传统聚氨酯材料，本专利技术制备的基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料中，带正电的精氨酸改性聚酯脲氨酯材料无细胞毒性，细胞相容性良好，可促进胶原的沉积、支持细胞的生长和促进细胞增殖。2、本专利技术中使用的扩链剂为L-精氨酸-1,8-辛二醇酯，异氰酸酯为脂肪族的六亚甲基二异氰酸酯，软段选用了FDA批准的医用高分子材料PCL链段，降解产物无毒、可吸收，且降解产物精氨酸还有利于创口的修复，减少炎症反应。材料的正电性和降解性可通过控制扩链剂精氨酸二醇酯的比例来进行控制，精氨酸链段可增强材料与水的相互作用，改善材料亲水性，同时解决PCL型聚氨酯实际降解速率过慢的问题。3.具有高长径比的埃洛石纳米管则作为复合材料进一步增强了材料机械性能，同时增强了材料诱导干细胞成骨分化的能力，制备的复合材料具有良好的理化性能和生物学性能，可促进新骨的生成和骨缺损的修复并实现自身降解，并且易于加工制备成骨修复支架，用于临床上骨损伤的修复。附图说明图1为实施例1中聚酯脲氨酯膜材料(PEUU0.2，PEUU0.6)的应力-应变曲线；图2为实施例1中聚酯脲氨酯(PEUU0.2，PEUU0.6，PEUU1.0)和聚氨酯膜材料(PU-BDO)的表面Zeta电位曲线图；图3为聚氨酯(PU-BDO)、实施例1中未复合的聚酯脲氨酯材料PEUU(即PEUU0.2)以及实施例3中复合膜材料(PEUU-HNT，埃洛石的含量为6％，HDI:PCL530:L-Arg-8摩尔比为1.2:1.0:0.2)在1，4，7天的Calcein-AM/PI活死细胞染色荧光图像；图4为实施例1中未复合的聚酯脲氨酯材料(PEUU0.2)以及实施例3中复合膜材料(PEUU-HNT，埃洛石的含量为6％，HDI:PCL530:L-Arg-8摩尔比为1.2:1.0:0.2)植入大鼠颅骨缺损部位2个月后的骨组织Micro-CT图像；其中无补片即空白组，未复合的聚酯脲氨酯PEUU即实施例1中PEUU0.2，PEUU-HNT即为实施例3中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在惰性氛围和搅拌的条件下，将聚己内酯二醇与六亚甲基二异氰酸酯在引发剂的作用下进行预聚反应，降温至40～70℃，加入L‑精氨酸‑1,8‑辛二醇酯溶液，继续反应5～10h，稀释，透析，冷冻干燥，获得聚酯脲氨酯材料；所述六亚甲基二异氰酸酯与聚己内酯二醇的摩尔比为(1.2～2):1；所述预聚反应的温度为60～90℃，预聚反应的时间为0.5～2h；2)将聚酯脲氨酯材料溶解于有机溶剂中，加入埃洛石纳米管，分散均匀，成膜，获得复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在惰性氛围和搅拌的条件下，将聚己内酯二醇与六亚甲基二异氰酸酯在引发剂的作用下进行预聚反应，降温至40～70℃，加入L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶液，继续反应5～10h，稀释，透析，冷冻干燥，获得聚酯脲氨酯材料；所述六亚甲基二异氰酸酯与聚己内酯二醇的摩尔比为(1.2～2):1；所述预聚反应的温度为60～90℃，预聚反应的时间为0.5～2h；2)将聚酯脲氨酯材料溶解于有机溶剂中，加入埃洛石纳米管，分散均匀，成膜，获得复合材料。2.根据权利要求1所述基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中L-精氨酸-1,8-辛二醇酯与聚己内酯二醇PCL摩尔比为(0.2～1)：1。3.根据权利要求1所述基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述埃洛石纳米管的用量占复合材料总质量的2％～10％。4.根据权利要求1所述基于埃洛石和精氨酸改性聚酯脲氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述引发剂为辛酸亚锡或异辛酸锡；步骤1)中所述L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶液是指将L-精氨酸-1,8-辛二醇酯溶于有机溶剂中得到。5.根据权利要求4所述基于埃洛石和精氨酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，张莹佳，吴钧，顾志鹏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44