降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，首先通过开环共聚反应，合成侧基带有“烯基”的聚碳酸酯共聚物。将其作为涂层的基体树脂并添加多臂硫醇交联剂及其他助剂，通过快速的“硫醇‑烯”加成反应实现涂层的交联固化，在医用镁金属表面制备得到了一种可降解聚碳酸酯涂层。涂层具有独特的表面溶蚀降解行为，从根本上避免了传统商品化聚酯由于其本体降解模式及酸性降解产物造成的防护性能下降甚至加速镁基材的腐蚀的问题，具有优异的长效防腐性能，可以有效延缓镁基材的降解速率。此外，所制备得的聚碳酸酯涂层具有优异的表面硬度、良好的机械性能、牢固的附着力以及良好的生物相容性。

【技术实现步骤摘要】
降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法
本专利技术涉及功能材料，尤其是医用镁基材料表面防腐蚀处理
，具体是一种降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法。
技术介绍
近年来，镁合金由于其良好的生物相容性和生物可降解性在医用植入物领域具有广阔的应用前景，受到研究人员的广泛关注。然而，镁合金由于其活泼的化学性质极易发生降解，容易造成局部的细胞毒性、氢气气泡的富集，以及材料力学性能过早的破坏。这些问题限制了镁基植入物的临床应用。针对这些问题，在镁合金表面制备一层聚合物涂层，尤其是可降解聚合物涂层无论在研究还是临床应用中都是一种控制镁合金腐蚀速率行之有效的方法。目前常用的药物洗脱支架的载体多为商品化可降解聚酯如聚乳酸CN109161882A及其共聚物。其降解模式为本体溶蚀型，其降解方式为一级动力学，降解速度不可控制，在腐蚀过程中聚合物的从分子量内而外一起持续下降，涂层的机械性能和完整性受到急剧破坏，很容易被腐蚀穿透暴露基体，往往在器件服役期间就失去保护功效，导致镁基材腐蚀速率过快。此外，这些聚酯的降解产物为酸性，能够与碱性的镁合金基材及其腐蚀产物反应进一步加速镁合金器件的腐蚀，同时也容易导致体内局部酸性过高，产生炎症反应和血栓等毒副作用，威胁人类的健康。CN102327862A公开了一种在镁合金器件上制备表面溶蚀型聚合物涂层如聚碳酸酯、聚酸酐、聚原酸酯等，其降解行为表面溶蚀型降解，即由材料表面向内部逐渐降解，整个降解过程为线性过程，降解速率线性可控，且为零级动力学降解。也有文献报道证明，与以PCL为代表的本体溶蚀型聚酯型商品化可降解聚合物相比，表面侵蚀脂肪族碳酸酯PTMC在镁合金表面由于其表面溶蚀降解行为在其降解完全之前，一直提供很好的保护效果；并且聚合物的降解产物为近中性二氧化碳和水，从根本上避免了因降解造成的镁基加速腐蚀，并且在不会由于降解产物的刺激造成炎症反应(JuanWang,et.al,ActaBiomaterialia,9(2013)8678–8689)。然而，上述现有的方法多是将结构简单功能单一的表面侵蚀型聚合物施加在镁合金材料及器械表面。聚合物结构缺乏结构设计并且由于其本身物理化学的性质如玻璃化转变温度，机械性能的限制，这些聚合物涂层的基本性能如硬度，力学性能不尽人意。脂肪族碳酸酯PTMC由于其较低的玻璃化转变温度(Tg约17℃)，制备得到的涂层在人体较高温度的环境中具有差的尺寸稳定性和力学性能，涂层的表面硬度也很低。聚酸酐较脆，同时降解中间产物为有机酸，同样存在聚酯聚合物存在的酸性降解产物的问题。同时，这些聚合物主链缺乏功能基团，为了提高涂层表面的生物活性，往往需要在其表面进行进一步涂装或改性处理(CN205379387U；CN102327862A)。上述问题限制了表面侵蚀型聚合物的实际应用。因此，需要一种具有良好的力学性能，优异的表面硬度，耐刮擦性能和方便功能化的表面溶蚀型可降解涂层材料。实现涂层的交联是解决上述问题的有效手段，但是交联可能影响涂层的降解行为甚至致使涂层无法降解，因此需要对聚合物结构以及涂层配方和制备方法进行设计。本专利技术提出一种降低医用镁基材料腐蚀速率的快速固化可降解聚碳酸酯涂层的制备方法,不仅具有表面溶蚀型的降解行为以及中性降解产物，固化网络的形成，有效延缓了涂层降解的速率，进一步延长了涂层的保护性能。并且该生物涂层具有堪与工业涂层相比的铅笔硬度和附着力，以及优异的机械性能。此外，该涂层制备方法在涂层的固化过程中简易快速的将具有生物活性的功能分子通过化学键合引入到涂层交联网络中。可以应用于镁基血管支架、镁基骨固定器械(骨螺钉、骨夹板)、吻合器等镁基医疗器械。为便于清楚叙述，镁基材料及其医用植入器件以下均称为医用镁基材料。
技术实现思路
鉴于以上陈述的已有方案的不足，本专利技术旨在提供一种降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，该涂层具有表面溶蚀降解行为。并且相较于没有交联的聚碳酸酯，本专利技术所制备涂层的降解速率明显降低和防腐性能显著提高，同时还具有优异的耐刮擦性、牢固的附着力、良好的机械性能以及出色的生物相容性。在本专利技术涂层的制备过程中，还可以通过便捷的化学改性，在涂层固化网络中化学键合功能性药物为代表的功能分子，赋予涂层不同的医用功能。本专利技术的目的通过如下手段来实现。一种降低医用镁基材料腐蚀速率的快速固化可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，采用如下步骤在镁基材料表面制备降低腐蚀速率的聚合物功能涂层：S1以功能化六元环状碳酸酯单体作为投料单体，通过两种及以上单体的聚合反应制备分子量为1000～100000Da的可降解的聚碳酸酯共聚物；S2将低生物毒性的交联剂(优选硫醇类交联剂)，与由S1制备得到的聚碳酸酯共聚物一起溶解在有机溶剂中，固含量为1～20wt％范围；S3将S2制备得到的混合溶液涂覆在洁净的医用镁合金基材表面；并在涂层干燥后进行快速固化处理，最终得到功能涂层。具体地，第一步所述的功能化六元环状碳酸酯单体为：1,3-二氧杂环己烷-2-酮(TMC)、5-甲基-5-烯丙氧基羰基-1,3-二恶烷-2-酮(MAC)、5-烯丙氧基-1,3-二恶烷-2-酮(ATMC)、2-(甲基丙烯酰胺基)三亚甲基碳酸酯(MATC)5-甲基-5-丙烯酰氧基-1,3-二恶烷-2-酮(AC)和5-甲基-5-甲基丙烯酰氧基-1,3-二恶烷-2-酮(MA)。具体结构如下所示：具体地，第一步制备得到的聚碳酸酯共聚物结构中侧基含有双键，如下面的结构式所示。其中：R1独立地选自H、CH3；R2独立地选自H、-OC(O)-CH2＝CH2、-NH-C(O)-CH(CH3)＝CH2、-O-CH2-CH＝CH2、-COO-CH＝CH2和-OC(O)-C(CH3)＝CH2；R3独立地选自H、CH3；R4独立地选自H、-OC(O)-CH2＝CH2、-NH-C(O)-CH(CH3)＝CH2、-O-CH2-CH＝CH2、-COO-CH＝CH2和-OC(O)-C(CH3)＝CH2；R2、R4不能同时为H；x、y为正整数，x+y<400。具体地，S1所述的聚合反应为开环共聚，在无氧水条件下进行，其引发剂为含有一个羟基官能团的小分子或高分子，比如以苯甲醇，异丙醇为代表的含有一个羟基的小分子一元醇；催化剂为辛酸亚锡、DBU(二氮杂二环)、TBD(1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)、MTBD(1-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)中的一种或几种。反应温度为20-160℃。具体地，S2所述的硫醇类交联剂为三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(TMPMP)、三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)(TTMA)或季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(PETMP)以及二硫苏糖醇(DTT)；更具体地，硫醇类交联剂中的硫醇与聚碳酸酯共聚物中的不饱和键的摩尔比例为9∶10～3∶2。更具体地，混合溶液中还添加助剂，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：/nS1通过至少两种六元环状碳酸酯单体开环共聚，制备分子量为1000～100000Da的聚碳酸酯共聚物，所述聚碳酸酯共聚物为侧基带有烯基的可降解聚碳酸酯；/nS2将硫醇类交联剂与(S1)制备得到的聚碳酸酯共聚物一起溶解在有机溶剂中配成固含量为1～20wt％的混合溶液，通过“硫醇-烯”加成反应交联固化；/nS3将(S2)制备得到的混合溶液涂覆在洁净的医用镁合金基材表面；并在涂层干燥后进行快速固化处理，得到可降解聚碳酸酯涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1通过至少两种六元环状碳酸酯单体开环共聚，制备分子量为1000～100000Da的聚碳酸酯共聚物，所述聚碳酸酯共聚物为侧基带有烯基的可降解聚碳酸酯；
S2将硫醇类交联剂与(S1)制备得到的聚碳酸酯共聚物一起溶解在有机溶剂中配成固含量为1～20wt％的混合溶液，通过“硫醇-烯”加成反应交联固化；
S3将(S2)制备得到的混合溶液涂覆在洁净的医用镁合金基材表面；并在涂层干燥后进行快速固化处理，得到可降解聚碳酸酯涂层。


2.根据权利要求1所述的降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，其特征在于，S1步骤所述的六元环状碳酸酯单体包括：1,3-二氧杂环己烷-2-酮TMC、5-甲基-5-烯丙氧基羰基-1,3-二恶烷-2-酮MAC、5-烯丙氧基-1,3-二恶烷-2-酮ATMC、2-(甲基丙烯酰胺基)三亚甲基碳酸酯MATC、5-甲基-5-丙烯酰氧基-1,3-二恶烷-2-酮AC和5-甲基-5-甲基丙烯酰氧基-1,3-二恶烷-2-酮MA。


3.根据权利要求1所述的降低医用镁基材料腐蚀速率的可降解聚碳酸酯涂层的制备方法，其特征在于，S1步骤所述的开环共聚在无水无氧条件下进行，反应温度为20～160℃；制备得到的聚碳酸酯共聚物结构如下式：



其中：
R1独立地选自H、CH3中的一种；
R2独立地选自H、-OC(O)-CH2＝CH2、-NH-C(O)-CH(CH3)＝CH2、-O-CH2-CH＝CH2、-COO-CH＝CH2和-OC(O)-C(CH3)＝CH2中的一种；
R3独立地选自H、CH3中的一种；
R4独立地选自H、-OC(O)-CH2＝CH2、-NH-C(O)-CH(CH3)＝CH2、-O-CH2-CH＝CH2、-COO-CH＝CH2和-OC(O)-C(CH3)＝CH2中的一种；
R2、R4不同时为H；
x、y为正整数，x+y&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小杰，潘凯，魏玮，刘仁，刘晓亚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32