聚己內(nèi)酯型聚氨酯的應(yīng)用研究進(jìn)展

馮園園，左懷紀(jì)，朱國偉

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457000)

聚己內(nèi)酯型聚氨酯材料具有良好的機(jī)械性能、生物相容性、血液相容性和易加工等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有價(jià)值的醫(yī)用合成材料之一。目前，聚己內(nèi)酯型聚氨酯已在組織工程的各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如藥物緩釋材料、外科手術(shù)用固定材料及皮下埋襯及組織工程材料等。當(dāng)用這種材料作為載體的長效藥物植入體內(nèi)，在藥物釋放完之后不需要再經(jīng)手術(shù)取出，可以直接在體內(nèi)降解成為安全性物質(zhì)從體內(nèi)排除。因此，聚己內(nèi)酯型聚氨酯材料的應(yīng)用開發(fā)研究己經(jīng)成為當(dāng)前國際上的熱門課題［1］。

1 在藥物緩釋材料的應(yīng)用

藥物緩釋材料改進(jìn)了藥物的輸送方法，可直接植入人體內(nèi)，防止細(xì)菌感染;延長了藥物釋放時(shí)間，使藥物達(dá)到了可控釋放，提高了藥效;藥物釋放完畢后，能在體內(nèi)降解成安全性物質(zhì)從體內(nèi)排除，保證了機(jī)體的安全。

Mahkam等［2］對可生物降解聚氨酯材料作為藥劑緩釋材料進(jìn)行了分析，研究表明該類材料對藥物的緩釋具有較好的效果。Woo等［3］設(shè)計(jì)了一種將無毒的1，6－己撐二異氰酸酯(HDI)和聚己內(nèi)酯二醇(PCL)以及噻琳共聚而得到的新型抗生素釋放系統(tǒng)，當(dāng)感染癥狀出現(xiàn)時(shí)，由炎癥釋放出的尿素可觸發(fā)含有抗生素的聚酯聚氨酯聚合物的降解，以引起抗生素的釋放，加速藥物的傳輸。這種抗生素釋放系統(tǒng)被直接應(yīng)用于植入人體的醫(yī)療裝置的表面，以防止細(xì)菌感染。這種方法具有以下一些優(yōu)點(diǎn):①在細(xì)菌黏附生長以前就可將其殺死:②明顯提高了感染區(qū)域的抗生素濃度;③抗生素在較長時(shí)間內(nèi)保持高濃度，不會(huì)產(chǎn)生短時(shí)的快速流失。

Santerre等［4］用直鏈脂肪族二異氰酸酯、PCL和氟喹酮抗菌藥物作為硬段單體發(fā)展了可生物降解PUs。實(shí)驗(yàn)觀察到源于單核的巨噬細(xì)胞和相應(yīng)酶對硬段化學(xué)性質(zhì)的敏感進(jìn)行了一組藥物聚合物的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的可被酶降解的聚合物化學(xué)性質(zhì)是可以被白細(xì)胞進(jìn)攻的。因此抗菌藥物的釋放可以通過像移植這樣的臨床實(shí)驗(yàn)得到促進(jìn)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)必須使源于單核的巨噬細(xì)胞的具有活性，則與生物降解有關(guān)的必需的酶反應(yīng)才能得到控制，而自由藥物作為降解產(chǎn)物才能得到釋放。當(dāng)病人開始康復(fù)時(shí)，酶的產(chǎn)量開始減少，因此抗菌藥物的釋放也會(huì)減少。從聚合物內(nèi)到形成的生物膜及后來受到影響的可生物降解材料上都會(huì)發(fā)生藥物的釋放。二異氰酸酯的改變和藥物單體的分布都會(huì)調(diào)整藥物的釋放劑量。

2 在醫(yī)用外科用材料的應(yīng)用

鑒于可生物降解型聚氨酯材料具有良好的性能，由其制成的在醫(yī)療上使用的導(dǎo)管、薄膜、繃帶等具有很好的發(fā)展前景。Mahammad等［5］利用相對分子質(zhì)量為2000的PCL作為軟段，賴氨酸二異氰酸酯(LDI)和1，4－丁二醇(BDO)作為硬段合成了生物可降解的脂肪族熱塑性聚氨酯(PU)。合成的PU的硬段和軟段相之間區(qū)別明顯，具有韌性和熱塑性，最終張力強(qiáng)度為33 MPa，斷裂伸長率為1000%。該材料有－40～40℃這段可以用于應(yīng)用的溫度，對于低溫彈性體和薄膜的應(yīng)用具有極好的參考價(jià)值，也可作為暫時(shí)整形外科的材料。

Hamid Yeganeh等［6］通過環(huán)氧封端的PU預(yù)聚物與作為固化劑的1，6－己基二氨(HMDA)反應(yīng)合成了可以應(yīng)用于醫(yī)用移植的生物可降解PU。通過使用不同相對分子質(zhì)量的PCL與HDI反應(yīng)。通過分光光度計(jì)的方法對所有材料進(jìn)行表征。通過凝膠含量法對固化條件進(jìn)行優(yōu)化。利用DSC對固化動(dòng)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測定。并充分研究了PCL的相對分子質(zhì)量改變導(dǎo)致彈性體交聯(lián)度和結(jié)晶度的改變，進(jìn)而對最后彈性體聚合物的物理性能、機(jī)械性能和降解的影響。

Hamid Yeganeh等［7］通過環(huán)氧封端的PU預(yù)聚物與作為固化劑的HMDA的反應(yīng)合成了可應(yīng)用于醫(yī)用移植的降解速率和物理性質(zhì)可調(diào)的生物可降解PU彈性體。使用PCL、聚乙二醇(PEG)和HDI來合成異氰酸酯封端的PU，然后PU用嵌段的二醇擴(kuò)鏈。對所有材料進(jìn)行傳統(tǒng)方法表征，并進(jìn)行全面研究。結(jié)果表明，與含有 PCL的彈性體相比，含有PEG的彈性體顯示出優(yōu)越的降解速率和較差的機(jī)械性能。通過PU中PCL和PEG的嵌段共聚，可獲得降解速率和機(jī)械性能得到優(yōu)化的彈性體。

采用聚氨酯微孔及親水膜可以使傷口敷料有良好的透氣和吸收功能，聚氨酯良好的生物相容性用作經(jīng)皮膚給藥敷料，既能有效阻隔藥物中活性組分不必要的擴(kuò)散，又可以保證活性成分按一定滲透速率作用于皮膚。

3 在組織工程材料的應(yīng)用

由于聚氨酯具有良好的血液相容性和良好持久的機(jī)械強(qiáng)度，聚氨酯材料在人工器官方面早已得到了廣泛的關(guān)注。在國外以其制造人工心臟瓣膜、人工肺的研究很多?？缮锝到饩郯滨ゲ牧蟿t利用其降解特性，可使表面不斷更新，為組織提供不斷變化的黏附和生長界面的特點(diǎn)被作為降解型組織工程材料進(jìn)行研究。

Groot等［8］用等物質(zhì)的量比的(L － 丙交酯/ε －己內(nèi)酯)預(yù)聚物、l，4 － 丁基二異氰酸酯(BDI)、1，4－丁二醇(BDO)和1，4－丁二氨(BDA)合成了聚氨酯。這種聚氨酯可以達(dá)到45 MPa的張力強(qiáng)度和60 MPa的彈性模量，能得到希望的吸附性能和較低的降解速率。這些因素可以使聚合物應(yīng)用于關(guān)節(jié)修復(fù)材料、神經(jīng)傳導(dǎo)和人造皮膚等體內(nèi)組織工程方面。

Spans等［9］對基于ε－CL和BDI合成的具有較高彈性模數(shù)的生物醫(yī)用PU進(jìn)行了發(fā)展。用長的相同的異氰酸酯段給ε－CL預(yù)聚物擴(kuò)鏈，得到相同硬段的PU嵌段。該P(yáng)U展現(xiàn)了極好的機(jī)械性能，特別高的彈性模量(105 MPa)和張力強(qiáng)度(35 MPa)。聚合物溶于許多揮發(fā)性的溶劑，例如氯仿和1，4－二氧六環(huán)。通過鹽的過濾和凍干，可以獲得多孔材料，大孔變化范圍為150～300 μm，與小孔緊密互相連接。該材料具有十分大的抗壓系數(shù)200 kPa，適用于像半月板修復(fù)這樣的生物醫(yī)用的應(yīng)用。

Spaans等［10］又使用 PCL、BDI、BDO 和 BDA 合成了可生物醫(yī)用的PU和聚氨酯脲。在降解方面，降解產(chǎn)物無毒。含有PCL軟段和BDI/1，4－丁基二氨硬段的聚氨酯展現(xiàn)了較高的張力強(qiáng)度、較高的彈性模數(shù)和較高的抗拉撕性能。通過較長的氨酯二醇鏈段進(jìn)行擴(kuò)鏈，可以獲得可加工的聚合物，機(jī)械性能與聚氨酯脲不相上下。這種聚氨酯可以做成多孔材料，用作半月板修復(fù)。

Siska Coneilie等［11］合成了一些含有 PEG的PU。首先研究了材料在熱、水解、γ照射下的穩(wěn)定性并對其純度進(jìn)行了分析，然后又進(jìn)行了一系列細(xì)胞相容性試驗(yàn)。研究表明該P(yáng)U中擴(kuò)鏈劑的使用決定了平滑、連續(xù)的膜及其圖像的穩(wěn)定性，并評價(jià)這些該P(yáng)U材料可以期望用來作為生物材料，更專業(yè)的可以作為血液和尿液接觸材料。

Guan等［12］用PCL和腐胺合成聚氨酯支架，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該P(yáng)U支架具有高彈性、高韌性、可控的生物降解性及細(xì)胞黏附性，可作為心血管工程和其他軟組織工程的支架材料。

Ralf等［13］在無催化劑的條件下，用相對分子質(zhì)量為750～2800的PCL和BDI來合成用于生物可降解的凹凸型支架的PU。首先用BDI封端聚酯二醇形成最低程度端反應(yīng)、官能度為2的二異氰酸酯大分子。然后用BDO擴(kuò)鏈來獲得相應(yīng)的聚氨酯。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PCL的相對分子質(zhì)量在1900時(shí)，聚酯二醇出現(xiàn)結(jié)晶。隨著硬段含量的增加，硬段的熔點(diǎn)從78℃增加到122℃。可以確定硬段的結(jié)晶度在26% ～92%之間變化，楊氏模量為30～264 MPa，斷裂伸長率為87% ～1200%，斷裂強(qiáng)度為97～237 MPa。

Saad等［14］結(jié)合一段三嵌段的PCL－PEG－PCL軟段和一段結(jié)晶的軟段。這系列材料用LDI或三甲基環(huán)己烷二異氰酸酯與上面的軟段或脂肪酸的共聚酯、EG、二縮乙二醇和BDO合成。這些材料的機(jī)械性質(zhì)主要由結(jié)晶相決定。這些材料通過作為骨骼的替代物使用而被廣泛的表征。這種材料具有彈性，能形成100～400 μm的多孔泡沫。造骨材料可以在這些材料上生長，增生擴(kuò)散，并吞噬降解產(chǎn)物，保持它們的表型，促使骨骼生長。

4 結(jié)語

聚己內(nèi)酯型聚氨酯作為醫(yī)用高分子生物活性材料，不僅具有良好的生物相容性，而且還可生物降解和降解產(chǎn)物容易吸收或代謝，并且有利于細(xì)胞的黏附、生長、增殖以及基因表達(dá)和調(diào)控等。隨著其研究的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的日益成熟和生產(chǎn)成本的不斷降低，將會(huì)被廣泛應(yīng)用到日常的醫(yī)療工業(yè)中。

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