【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料，具体涉及一种4d打印聚氨酯基水凝胶材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着科学技术的不断发展和进步，“微创”概念以创口小、出血少、疼痛轻、恢复快等优势逐步成为医务工作者不断追求的目标，代表着外科手术的必然趋势。得益于精密医疗器械的开发，微创手术近年来在泌尿外科、神经外科、介入心脏病等领域发展迅速。对于疾病和事故引起的组织缺损和功能丧失，开创移植手术仍是临床医学最常用的治疗方法，却受到供体短缺、组织相容性和终身免疫抑制等限制，因此，如何以微创方式修复临界尺寸组织缺损仍然面临诸多挑战。
2、高分子水凝胶作为类细胞外基质材料，理化性质与活体组织相近，有望用于组织缺损修复支架的构建。例如cn116271219a公开了丝素蛋白多孔水凝胶在制备骨缺损修复支架的应用，利用丝素蛋白多孔水凝胶的自凝固性质，结合其可注射性，模仿骨水泥材料进行椎体成形术。然而，传统模具法制备的块体水凝胶结构单一，且存在营养物质传输慢以及难以形成血管化结构等问题，不利于组织再生。
3、3d打印技术的出现使得非均质、个性化组织工程支架的构建成为可能，已经在皮肤、心脏、骨软骨等组织缺损修复治疗中展现出应用前景。例如cn116407680a公开的3d打印水凝胶骨修复支架中，采用2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、柠檬酸钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、短链壳聚糖和水制备打印浆料，进行3d打印后在紫外光下固化，然后依次在柠檬酸钠、三聚磷酸钠的混合离子溶液、三羟甲基氨基甲烷缓冲液中浸泡，得到离子交联型壳聚糖基水凝胶；进
4、4d打印技术自2013年首次被麻省理工学院skylar tibbits提出就迅速受到众多研究领域的广泛关注，目前关于4d打印一个较为全面的定义是：经3d打印形成的结构，在预先设定的刺激条件下(声、光、热、电等)，其形状、功能等可随时间自发变化。与3d打印技术相比，4d打印增加了打印结构随时间变化的能力，可通过形变的方式解决复杂支架结构的微创递送问题。然而，传统4d打印水凝胶支架存在力学性能差、微创递送困难等问题，限制了4d打印支架的实际应用。基于此，开发力学性能好、能够实现微创递送的4d打印水凝胶支架，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种4d打印聚氨酯基水凝胶材料及其制备方法和应用，通过具有不同溶胀度的动态交联聚氨酯的设计和复配，使所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料具有溶胀失配结构和水触发增强特性，表现出良好的力学性能和生物相容性，且可利用自身的温敏和水响应特性实现从一维到三维的形状转变，有望以微创手术方式应用于组织缺损的填充。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种4d打印聚氨酯基水凝胶材料，所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料包括第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯的组合，所述第一动态交联聚氨酯的溶胀度＜所述第二动态交联聚氨酯的溶胀度；所述第一动态交联聚氨酯的制备原料包括第一聚酯多元醇、第一扩链剂、第一多异氰酸酯和可选地第一亲水性聚醚多元醇的组合；所述第二动态交联聚氨酯的制备原料包括第二聚酯多元醇、第二亲水性聚醚多元醇、第二扩链剂和第二多异氰酸酯的组合；所述第一扩链剂、第二扩链剂各自独立地为基于狄尔斯-阿尔德反应构筑的二醇。
4、本专利技术提供的4d打印聚氨酯基水凝胶材料中包括具有不同溶胀度的第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯的组合，动态交联聚氨酯中，以多元醇(第一聚酯多元醇和可选地第一亲水性聚醚多元醇，第二聚酯多元醇和第二亲水性聚醚多元醇)作为温敏软段，以多异氰酸酯(第一多异氰酸酯，第二多异氰酸酯)作为硬段，以基于狄尔斯-阿尔德反应构筑的二醇作为扩链剂；扩链剂的设计使所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料中含有基于狄尔斯-阿尔德反应构筑的结构单元，从而形成动态交联结构。本专利技术中，熔点较低的软段赋予所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料温度敏感特性，有助于其作为支架被固定成临时的一维形状，并基于刺激(温度、水)响应性完成从一维到三维的变形。而且，所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料中同时含有亲水链段和疏水链段，亲水性聚醚多元醇(第二亲水性聚醚多元醇，可选地第一亲水性聚醚多元醇)作为唯一的亲水链段，其在水中的运动能力有助于亲水链段聚集，遇水溶胀，进而形成相分离结构，能够提升4d打印聚氨酯基水凝胶材料的模量和力学性能，使所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料具有水触发增强能力。进一步地，两种不同溶胀度的动态交联聚氨酯进行搭配，较高溶胀度的第二动态交联聚氨酯与低溶胀度的第一动态交联聚氨酯共同构建溶胀失配结构，赋予所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料优良的水响应能力。
5、基于不同溶胀度的第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯的设计和复配，本专利技术提供的4d打印聚氨酯基水凝胶材料具有优良的力学性能、生物相容性和水触发增强的特性，有利于作为支撑支架应用于体内。而且，所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料利用自身的温敏性和水响应特性，实现了从一维到三维的形状转变，为微创递送提供了可靠的途径，有望以微创手术方式应用于组织缺损的填充。
6、以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的目的和有益效果。
7、优选地，所述第一聚酯多元醇、第二聚酯多元醇各自独立地包括聚己内酯三醇、聚己内酯二醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选聚己内酯三醇。
8、优选地，所述第一亲水性聚醚多元醇、第二亲水性聚醚多元醇各自独立地包括聚乙二醇、聚四亚甲基醚二醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选聚乙二醇。
9、作为本专利技术的优选技术方案，所述第一亲水性聚醚多元醇、第二亲水性聚醚多元醇为聚乙二醇，其构筑了第一动态交联聚氨酯、第二动态交联聚氨酯的亲水链段，在吸水后聚乙二醇亲水链段与其它疏水链段发生明显相分离，所述相分离结构有助于力学性能的提升。
10、优选地，所述第一聚酯多元醇、第二聚酯多元醇的分子量各自独立地为500-5000da，例如可以为800da、1000da、1200da、1500da、1800da、2000da、2500da、3000da、3500da、4000da或4500da，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选550-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述4D打印聚氨酯基水凝胶材料包括第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯的组合，所述第一动态交联聚氨酯的溶胀度＜所述第二动态交联聚氨酯的溶胀度；
2.根据权利要求1所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一聚酯多元醇、第二聚酯多元醇各自独立地包括聚己内酯三醇、聚己内酯二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选聚己内酯三醇；
3.根据权利要求1或2所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一多异氰酸酯、第二多异氰酸酯各自独立地为脂肪族多异氰酸酯和/或脂环族多异氰酸酯；
4.根据权利要求1-3任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一扩链剂与第一聚酯多元醇的摩尔比为(1.3-2.8):1，优选(1.4-2.5):1；
5.根据权利要求1-4任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述基于狄尔斯-阿尔德反应构筑的二醇通过双马来酰亚胺与含羟基呋喃类化合物反应得到；
6.根据权利要求1-5任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在
7.根据权利要求1-6任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第二动态交联聚氨酯采用如下方法进行制备，所述方法包括：将第二聚酯多元醇、第二亲水性聚醚多元醇与第二多异氰酸酯进行第二预聚反应，得到第二预聚物；所述第二预聚物与第二扩链剂进行第二扩链反应，得到所述第二动态交联聚氨酯；
8.一种如权利要求1-7任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯分别置于3D打印机的不同料筒中，挤出并进行3D打印，得到所述4D打印聚氨酯基水凝胶材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的方法为多喷头熔融沉积成型；
10.一种如权利要求1-7任一项所述的4D打印聚氨酯基水凝胶材料的应用，其特征在于，所述4D打印聚氨酯基水凝胶材料应用于制备生物支架；
...【技术特征摘要】
1.一种4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述4d打印聚氨酯基水凝胶材料包括第一动态交联聚氨酯和第二动态交联聚氨酯的组合，所述第一动态交联聚氨酯的溶胀度＜所述第二动态交联聚氨酯的溶胀度；
2.根据权利要求1所述的4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一聚酯多元醇、第二聚酯多元醇各自独立地包括聚己内酯三醇、聚己内酯二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选聚己内酯三醇；
3.根据权利要求1或2所述的4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一多异氰酸酯、第二多异氰酸酯各自独立地为脂肪族多异氰酸酯和/或脂环族多异氰酸酯；
4.根据权利要求1-3任一项所述的4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一扩链剂与第一聚酯多元醇的摩尔比为(1.3-2.8):1，优选(1.4-2.5):1；
5.根据权利要求1-4任一项所述的4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述基于狄尔斯-阿尔德反应构筑的二醇通过双马来酰亚胺与含羟基呋喃类化合物反应得到；
6.根据权利要求1-5任一项所述的4d打印聚氨酯基水凝胶材料，其特征在于，所述第一动态交...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓丽，刘博，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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