具有形状记忆功能的可降解聚合物及其合成方法技术

本发明专利技术提供了一种具有形状记忆功能的可降解聚合物，以聚对苯二甲酸酯与聚己二酸酯、或聚对苯二甲酸酯与聚丁二酸酯为多相结晶嵌段的可降解聚合物。聚对苯二甲酸酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚己二酸酯包括聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯；聚丁二酸酯包括聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯。该可降解聚合物作为形状记忆材料时，具有高压缩或拉伸回复力，可拓宽可降解形状记忆聚合物材料的使用范围。状记忆聚合物材料的使用范围。状记忆聚合物材料的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
具有形状记忆功能的可降解聚合物及其合成方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，制备用于医用、形状记忆、热收缩包装材料，以及给出提高形状记忆材料回复力强度的方法。

技术介绍

[0002]可降解材料的研究一直被广泛关注，目前已经在诸多领域，如农业、包装袋、医用材料等领域逐渐替代传统不可降解材料。特别是可降解形状记忆材料作为医用材料使用，可减少创伤面积并避免取出带来的二次创伤，因此可降解形状记忆材料的应用范围逐步扩展，同时对材料的综合性能提出新的要求。例如在结直肠治疗中，结直肠炎症导致腔体狭小，药物支架材料需要其具有较强的回复力以扩展狭窄肠腔以挥发正常生理功能。然而由于现有可降解形状记忆材料如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）依靠内部结晶链段实现临时形变的固定；当外部温度达到聚合物熔点，聚合物回复到永久形状。由于受熵变驱动，聚合物分子链蓄积的弹性力大小直接影响到形状回复过程中回复应力。但是当PLA或PCL达到链段结晶温度时，其弹性模量通常下降几十到几百倍，回复力非常小，以致所有的PLA和PCL等可降解形状记忆材料只能在自由状态下回复，即形状记忆过程中回复力非常小，无法在结直肠等狭小空间有阻力回复至原来形变。因此，目前用于结直肠药物支架材料仍然采用形状记忆合金等材料负载药物治疗。在治疗中，长期放置的金属形状记忆支架（不可降解）与结直肠发生粘连，后期根本无法取出，只能采用截断
‑
吻合手术治疗，对患者带来二次伤害，甚至威胁患者生命。因 此研究具有高形状回复应力的可降解形状记忆聚合物，对于开发结直肠支架材料具有重要意义。
[0003]为了提高形状记忆材料的回复力，通常采用的方法有两种：一种通过增加分子链的交联密度，并通过拉伸，使聚合物链段充分取向，并在取向状态下“冻结”聚合物分子链段。当温度达到聚合物的玻璃化转变温度或者熔点，取向状态下的分子链段回复，并提高较大的拉伸回复应力（Nature Materials, (2018)17：96
‑
103）。该方法虽然可以实现较大的回复力，但是该回复力主要是形状记忆材料从大形变（大尺寸）状态回复到小形变（小尺寸）状态，这类回复方式主要应用于手术缝合线，使伤口闭合。对于上述提及的结直肠应用领域，要求材料从小尺寸回复到大尺寸，因此，增加交联密度的方式显然不能适合该领域的应用。并且，仅靠增加聚合物分子结构的交联密度反而使材料难于压缩，不能通过压缩形状记忆支架尺寸，通过微创植入减小手术创伤面。另一种就是通过向形状记忆聚合物分子链段中引入刚性链段，提高分子链的刚性，提高材料的回复力。如通过向聚合物分子链中引入具有双酚A结构的环氧树脂链段（Nature Communications，（2018）9: 642），使聚合物在伸直取向状态具有较大的熵能，从而赋予形状记忆聚合物回复中具有较大的回复力。该方法同样也需要通过拉伸，使聚合物链段取向后再通过聚合物结晶冻结拉伸状态下的临时形变，当外界温度达到聚合物链段相变温度，分子链段储存的熵能提供较大的回复力。一方面通过引入双酚A结构不利于聚合物的降解，且对人体具有一定毒性；另一方面，该方法同样也需要拉伸预先取向聚合物分子链段才能得到较大的形状回复应力，不利于应用于结直肠药
物支架领域。
[0004]综上分析可以看到，目前还没有相关研究实现结直肠应用领域中提高可降解形状记忆聚合物的方法，因此设计一种具有较大形状回复力，且易与药物载体组合的可降解形状记忆聚合物，使其能够在有回复阻力的结直肠狭窄段回复，紧紧粘在病变位置，药物在病变处较长时间内保持合适的浓度，减少重复给药，并可以有效避免金属支架的肠粘黏并发症，减轻患者的身心负担。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术受弓箭原理启发（图1），将可降解形状记忆聚合物的临时形变固定
‑
温度响应开关结构与永久形变回复结构分开设计：负责固定临时形变
‑
温度响应开关的分子链类似于弓箭的弦，本专利技术称之为临时形变开关，主要用于固定形状记忆聚合物的临时形变和温度响应；负责永久形状回复的分子链，本专利技术称之为驱动器，类似弓箭的弓，主要提供形状记忆聚合物回复力。将临时形变开关与驱动器分开设计，可以更灵活的设计形状记忆材料，赋予临时形变更低的固定与响应温度，从而降低形状记忆材料回复时的温度，因此相应地提高驱动器聚合物链的弹性模量，提高回复应力。为此，本专利技术通过设计多相微结构的可降解聚合物，选用聚己二酸酯（聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯）、聚丁二酸酯（聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯）为可降解形状记忆材料的临时形变开关。选用聚对苯二甲酸酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯）为可降解形状记忆聚合物的驱动器。相比于聚对苯二甲酸酯，聚己二酸酯或聚丁二酸酯具有较低的熔点，可以降低临时相变固定温度；聚对苯二甲酸酯具有较高的熔点，当温度达到聚己二酸酯或聚丁二酸酯具有较低的熔点温度时，聚对苯二甲酸酯仍然可以保持较高的弹性模量，因此可以提高形状记忆聚合物较高的形状记忆回复力。
[0006]由于聚己二酸酯或聚丁二酸酯、聚对苯二甲酸酯具有广阔的材料来源，如选用己二酸、丁二酸、乙二醇、丁二醇、己二醇设计可降解形状记忆材料的临时形变固定开关，选用对苯二甲酸、乙二醇、丁二醇、己二醇设计可降解形状记忆材料的驱动器。通过设计不同的醇酸比，可以使聚己二酸酯或聚丁二酸酯、聚对苯二甲酸酯以羟基封端或者与羧基封端，并选用不同的交联剂：两端含有羟基的多相结晶嵌段预聚物合成可降解聚合物时，采用两官能度或者大于两个官能度的异氰酸酯作为扩链剂，包括但不限于甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）；采用两端含有羧基的多相结晶嵌段预聚物合成可降解聚合物时，采用两官能度或者大于两个官能度的氮丙啶作为扩链剂，包括但不限于己二醇
‑
二(3
‑
氮丙啶基)丙酸酯、季戊四醇
‑
三(3
‑
氮丙啶基)丙酸酯、三羟甲基丙烷
‑
三(3
‑
氮丙啶基)丙酸酯、三羟甲基丙烷
‑
三[3
‑
(2
‑
甲基氮丙啶基)]丙酸酯。
[0007]将上述合成的预聚体按照临时形变开关和驱动器分开设计的原理，选择熔点较低的聚己二酸酯或聚丁二酸酯为临时形变开关；选择聚对苯二甲酸酯为驱动器分子链段；将聚己二酸酯或聚丁二酸酯与聚对苯二甲酸酯按比例混合，调节临时形变开关与驱动器分子链段比例，并加入相应量的交联剂，得到具有临时形变固定开关和驱动器分开设计的可降解形状记忆材料。如将聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚己二酸乙二醇酯或聚己二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯混合，优选聚对苯二甲酸
乙二醇酯与聚己二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚己二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚己二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚己二酸乙二醇酯。不同比例的聚对苯二甲酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，以聚对苯二甲酸酯与聚己二酸酯、或聚对苯二甲酸酯与聚丁二酸酯为多相结晶嵌段的可降解聚合物。2.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，聚对苯二甲酸酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚己二酸酯包括聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯；聚丁二酸酯包括聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯。3.根据权利要求2所述的具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，所述的可降解聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚己二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚己二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚己二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚己二酸乙二醇酯形成的多相结晶嵌段的可降解聚合物。4.根据权利要求3所述的具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，上述多相结晶嵌段合成其预聚物时，通过调节醇酸比分别得到两端含有羟基的预聚物或者两端含有羧基的预聚物。5.根据权利要求4所述的具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，采用两端含有羟基的多相结晶嵌段预聚物合成可降解聚合物时，采用两官能度或者大于两个官能度的异氰酸酯作为扩链剂，包括但不限于甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）。6.根据权利要求4所述的具有形状记忆功能的可降解聚合物，其特征在于，采用两端含有羧基的多相结晶嵌段预聚物合成可降解聚合物时，采用两官能度或者大于两个官能度的氮丙啶作为扩链剂，包括但不限于己二醇
‑
二(3
‑
氮丙啶基)丙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志亮，周昌林，朱显军，尹学文，赵磊，汪磊，刘杨，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：