可降解的电活性聚氨酯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物化学领域，具体涉及一种可降解的电活性聚氨酯材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种可降解的电活性聚氨酯材料，其结构式如式Ⅰ所示。上述可降解的电活性聚氨酯材料，是由低聚物二醇作为软段，脂肪族二异氰酸酯作为硬段，苯胺低聚体和双氨基的氨基酸为扩链剂，在有机溶剂中通过预聚体法合成。本发明专利技术提供的新型可降解的电活性聚氨酯，不仅是一类可降解的电活性材料，同时具有良好的加工性能，可采取浇注成膜、静电纺丝和3D打印等等成型方式，将在神经、心肌、骨、皮肤等等组织工程、生物医学和智能穿戴等领域中具有广泛的潜在运用前景。

【技术实现步骤摘要】
可降解的电活性聚氨酯材料及其制备方法和应用
本专利技术属于生物化学智能材料领域，具体涉及一种可降解的电活性聚氨酯材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，PANI(Polyaniline，聚苯胺)、PPy(Polypyrrole，聚吡咯)和PTH(Polythiophene，聚噻吩)等导电聚合物用作组织工程支架的研究吸引大量研究者的注意。研究证明，这类导电聚合物具有良好的生物相容性、能促进细胞尤其是电响应敏感细胞(如神经、肌肉和成骨等等细胞)的黏附、增殖和分化。Hsiao1等人将聚苯胺和PLGA(Polylactic-co-glycolicacid,聚乳酸-羟基乙酸共聚物)共混，通过静电纺丝制备出取向的PANI/PLGA导电纤维膜，作为同步协调心肌细胞搏动的电活性支架；经掺杂后，电纺丝纤维可转变为带正电荷的导电形式，从而吸引带负电荷的黏附蛋白(如纤维连接蛋白和层粘连蛋白)，增强细胞黏附。在孵育过程中，粘附的心肌细胞相互联系并形成单独的细胞簇，每个细胞簇内的细胞沿纤维网主轴方向伸长并取向排列；每个簇内的所有心肌细胞都同步搏动，这意味着细胞间的偶联已经充分发育。Lee2等人在PLGA电纺纤维结构上原位聚合形成一层PPy涂层，与非涂层PLGA相比，PPy-PLGA电纺结构能促进PC12(pheochromocytoma12，大鼠嗜铬细胞瘤12)细胞和海马神经元的生长和分化；随后在电刺激实验中，与无规结构PPy-PLGA纤维膜相比，取向结构PPy-PLGA纤维膜上的细胞有更长的神经突和更多的神经轴突，这表明电刺激和纤维结构对神经细胞生长和分化有着协同促进效应。尽管上述聚苯胺、聚吡咯等这类传统的导电高分子作为体外组织工程支架研究方面取得良好的结果，但是这类导电材料一旦合成之后难溶、难熔，且不易生物降解。难溶、难熔会造成材料加工存在一定的困难，不能降解是组织工程应用的最大限制之一。这类导电聚合物长时间在体内留存可能引发炎症反应，需要进行第二次手术除去。为了解决难溶、难熔、不易生物降解的问题，将苯胺、吡咯和噻吩的低聚体引入到可降解的聚合物中，使得材料获得一定的导电活性，同时保留其可降解性，这种策略的提出为电活性材料在组织工程支架方面的运用拓宽了道路。苯胺低聚体具有易合成、易加工特性，同时具有和聚苯胺相似的电活性，而且在体内苯胺低聚体可被肾脏吸收并清除。在专利CN1887854A、CN101570582A和CN102702514A中就是将苯胺低聚体接枝到聚合物上或者与其他单体共聚形成共聚物，使其成为可降解的电活性支架材料。但是这类材料的弹性性能差，难以适应软组织的力学性能相匹配，所以开发出具有和软组织相似的力学能力的可降解电活性支架材料仍然是一种挑战。PU(Polyurethane,聚氨酯)是主链上含有重复氨基甲酸酯键(-NHCOO-)的一类高分子的总称。因其优越的物理化学性能、可灵活调控性能及良好的生物相容性，被广泛用于生物医用领域。调节PU的硬段和软段的比例可以轻松的调节其力学性能，使其和所运用组织的力学性能相匹配。具有电活性的聚氨酯报道一般是无机电活性物质(如石墨烯、碳纳米管和石墨等等)和无电活性聚氨酯共混所形成的。如专利CN110256704A，将未改性的纳米碳材料均匀分散在聚氨酯溶液中，赋予聚氨酯复合膜良好的导电性，但是也无法解决材料降解的问题，使得这类材料难以拓展应用于组织工程领域。将苯胺低聚体引入到聚氨酯主链上的电活性聚氨酯在相关研究中已有报道，但是通过氨基酸来调节聚氨酯的电活性和降解性能的研究未有报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可降解的电活性聚氨酯材料，其结构式如式Ⅰ所示：其中，R为C1～8烷基、C1～8环烷基或中的至少一种；R1为软段，选自端羟基线性聚己内酯二醇、端羟基线性聚乳酸二醇、端羟基线性聚乙交酯二醇、端羟基线性聚乳酸-羟基乙酸共聚物二醇、端羟基线性聚乙二醇、端羟基线性聚四亚甲基乙二醇、端羟基线性PCL-PEG-PCL二醇、端羟基线性PCL-PTMO-PCL二醇、端羟基线性PLA-PTMO-PLA二醇或端羟基线性PLA-PEG-PLA二醇中的至少一种；R2为R3、R4独立地为-H或C1～8烷基；n＝3、4、5或8；x＝4～25；y＝4～30；z＝4～25；m＝1～6；p＝2～18。作为本专利技术的优选方案，R为或C1～8烷基。优选的，R1为端羟基线性聚己内酯二醇片段、端羟基线性聚乙二醇片段或端羟基线性PCL-PEG-PCL二醇片段中的至少一种。上述可降解的电活性聚氨酯材料，是由低聚物二醇作为软段，脂肪族二异氰酸酯作为硬段，苯胺低聚体和含双氨基的氨基酸为扩链剂，在有机溶剂中通过预聚体法合成。上述可降解的电活性聚氨酯材料中，所述低聚物二醇的分子量为500～4000。所述的低聚物二醇为PCL(聚己内酯二醇)、PLA(聚乳酸二醇)、PGA(聚乙交酯二醇)、PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物二醇)、PEG(聚醚二醇选自聚乙二醇)、PTMO(聚四亚甲基乙二醇)、PCL-PEG-PCL二醇、PCL-PTMO-PCL二醇、PLA-PTMO-PLA二醇或PLA-PEG-PLA二醇。优选的，所述的低聚物二醇为PCL、PEG或PCL-PEG-PCL二醇。(PEG，s＝10～80)上述可降解的电活性聚氨酯材料中，所述的脂肪族二异氰酸酯为IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、赖氨酸二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯或1,4-丁二异氰酸酯中的至少一种。优选的，所述的脂肪族二异氰酸酯为IPDI或赖氨酸二异氰酸酯。上述可降解的电活性聚氨酯材料中，所述的苯胺低聚体为氨基封端的苯胺三聚体、四聚体、五聚体或八聚体中的至少一种。优选的，所述的苯胺低聚体为氨基封端的苯胺三聚体。上述可降解的电活性聚氨酯材料中，氨基酸可生物降解，含双氨基的氨基酸既可以为聚氨酯带来可降解性的功能，又能够充当聚氨酯的扩链剂。进一步的，常见的含双氨基的氨基酸为赖氨酸、谷氨酰胺或天冬酰胺。(赖氨酸)(谷氨酰胺)(天冬酰胺)本专利技术还提供了上述可降解的电活性聚氨酯材料的制备方法，其合成路线如下：上述可降解的电活性聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：a、将充分干燥脱水的低聚物二醇和脂肪族二异氰酸酯溶于有机溶剂中，在催化剂和惰性气体保护下，于50～150℃温度下预聚1～24h；b、将上述所得的预聚产物温度控制至10～80℃，然后加入含有机溶剂溶解的双氨基的氨基酸进行第一次扩链反应，反应时间为1～12h；c、将第一次扩链的产物温度控制至40～100℃，在加入有机溶剂溶解的苯胺低聚体，进行再次扩链，反应1～6h；d、将再次扩链的产物缓慢倒入溶剂中沉降，然后收集并干燥，得到可降解的电活性聚氨酯材料。作为本专利技术的优选方案，当步骤a所述的脂肪族二异氰酸酯为赖氨酸二异氰酸酯时，省略步骤b，直接进行步骤c的反应，即只需与苯胺低聚体进行一次扩链反应。其具体步骤为：a、将充分干燥脱水的低聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可降解的电活性聚氨酯材料，其结构式如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.可降解的电活性聚氨酯材料，其结构式如式Ⅰ所示：



其中，R为C1～8烷基、C1～8环烷基或中的至少一种；
R1为软段，选自端羟基线性聚己内酯二醇、端羟基线性聚乳酸二醇、端羟基线性聚乙交酯二醇、端羟基线性聚乳酸-羟基乙酸共聚物二醇、端羟基线性聚乙二醇、端羟基线性聚四亚甲基乙二醇、端羟基线性PCL-PEG-PCL二醇、端羟基线性PCL-PTMO-PCL二醇、端羟基线性PLA-PTMO-PLA二醇或端羟基线性PLA-PEG-PLA二醇中的至少一种；
R2为
R3、R4独立地为-H或C1～8烷基；
n＝3、4、5或8；x＝4～25；y＝4～30；z＝4～25；m＝1～6；p＝2～18。


2.根据权利要求1所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：R为或C1～8烷基；
优选的，R1为端羟基线性聚己内酯二醇片段、端羟基线性聚乙二醇片段或端羟基线性PCL-PEG-PCL二醇片段中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：所述的可降解的电活性聚氨酯材料是由低聚物二醇作为软段，脂肪族二异氰酸酯作为硬段，苯胺低聚体和含双氨基的氨基酸为扩链剂，在有机溶剂中通过预聚体法合成。


4.根据权利要求3所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：所述低聚物二醇的分子量为500～4000；所述的低聚物二醇为聚己内酯二醇、聚乳酸二醇、聚乙交酯二醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物二醇、聚乙二醇、聚四亚甲基乙二醇、PCL-PEG-PCL二醇、PCL-PTMO-PCL二醇、PLA-PTMO-PLA二醇或PLA-PEG-PLA二醇；优选的，所述的低聚物二醇为PCL、PEG或PCL-PEG-PCL二醇。


5.根据权利要求3所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：所述的脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯或1,4-丁二异氰酸酯中的至少一种；优选的，所述的脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯。


6.根据权利要求3所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：所述的苯胺低聚体为氨基封端的苯胺三聚体、四聚体、五聚体或八聚体中的至少一种；优选的，所述的苯胺低聚体为氨基封端的苯胺三聚体。


7.据权利要求3所述的可降解的电活性聚氨酯材料，其特征在于：所述含双氨基的氨基酸为赖氨酸、谷氨酰胺或天冬酰胺。


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【专利技术属性】
技术研发人员：左奕，方威，李玉宝，李吉东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51