医用聚氨酯

医用聚氨酯材料的研究进展

学号：111102216

班级：11110222

姓名：王成

摘要: 综述了医用聚氨酯材料的研究进展, 重点介绍了改善医用聚氨酯材料生物相容性的方法,包括本体改性法、表面修饰法以及超分子化学和组织工程中的聚氨酯改性, 展望了其在医学中的发展前景。

随着社会的发展和技术的进步, 新材料的应用越来越广泛。高分子材料在医疗领域的应用是其发展的方向之一。聚氨酯( PU )材料因为其特殊的化学结构、良好的物理机械性能、良好的生物相容性和血液相容性, 广泛应用于医学领域[ 1] 。从20世纪50年代聚氨酯材料在修补骨骼裂缝的应用, 至今已经历了50 多年的历史, 其产品包括[ 2] 人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤、烧伤敷料、心脏起搏器绝缘线、缝线、各种夹板、导液管、人工血管、气管、插管、齿科材料、插入导管、计划生育用品等。一般来说, 对医用高分子材料的要求是[ 3]: 稳定性好、耐生物老化、无毒、无害, 不会引起炎症、癌症或者其它疾病; 生物相容性好; 有一定的耐热性, 便于高温消毒, 易于高温成型; 对一些身体内的非永久性材料, 要求在一定的时间内被降解。对于特殊的应用场合, 对材料有特殊的要求。而聚氨酯材料则能满足这些要求, 在此基础上改性的聚氨酯材料性能更优。近年来, 医用聚氨酯材料的研究很活跃, 涌现了一大批的成果,

作者就目前的研究进展和发展前景进行综述。

1 医用聚氨酯材料的制备

医用聚氨酯材料是通过聚醚或聚酯二元醇与异氰酸酯得到预聚物, 再用二元胺或二元醇进一步扩链制得。医用聚氨酯材料是一种线性嵌段共聚物,由聚醚或者聚酯作为软段, 脲基或者氨基甲酸酯作为硬段组成。硬段之间的强静电作用促进硬段聚集形成微区, 产生微相分离[ 4] 。聚氨酯的优良性能也就因此而得来。

2 生物相容性与聚氨酯改性

生物相容性[ 4, 5] 是指当合成材料植入生物体内,细胞膜表面的受体会积极寻找与之接触的材料表面所提供的信号, 以区别所接触的材料是自体还是异体, 经过相互作用, 来确定生物体的忍受程度, 是生命组织对非活性材料产生合乎要求反应的一种性能。对于医用聚氨酯材料来说, 除本身具有良好的强度和弹性外, 为了达到医用的要求, 必须进行改性, 提高其生物稳定性和相容性。在聚氨酯的改性方面国内外的研究报道有许多, 现已采用的方法包括本体改性、表面化学接枝、等离子体接枝、光固定法、包覆等。此外, 我国沈家骢院士[ 6] 提出在微观尺度上实现对生物材料的特异性生物活性的精确控制, 将超分子化学引入到生物材料的相容性领域, 认为此法将是从根本上解决生物材料的关键;再之, 生物医学领域组织工程[ 5 ] 研究的兴起, 将也是解决相容性问题的关键。

3 聚氨酯改性的一般方法

3. 1 聚氨酯本体的改性

本体改性是指通过调节软段或硬段的结构、长度及分布, 改变相对比例和相对分子质量, 或把几种软段或硬段组合起来应用及在软段和硬段上接枝其它分子链, 或者共混、互穿聚合物网络等方法, 以达到调节PU 性能的目的。李杰华, 等[ 7] 研究了以聚乙二醇和左旋丙交酯合成不同比例的聚乳酸( PLLA )-聚乙二醇三嵌段共聚物为软段, 用溶液法以六亚甲基二异氰酸酯(HD I)和扩链剂( BDO)按不同的比例合成了一系列聚氨酯。对此聚氨酯在37℃的PBS缓冲溶液( pH = 714)中进行模拟体内环境进行测试, 实验表明, 此材料不会引起红细胞发生溶血。Chen K Y, 等[ 8] 合成了2种基于4, 4c- 亚甲基双环乙基二异氰酸酯的脂肪族二异氰酸酯, 以此为原料合成的聚氨酯, 减少了血小板的黏附。PoussardaL, 等[ 9] 通过硫化羟基乙酸在PU 软段中引入羧基, 与在硬段上用二羟基丙酸酯扩联剂引入羧基的传统方法相比, 提高了血液的相容性。聚硅氧烷( PDMS) [ 10 ] 、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA ) [ 11] 、聚苯乙烯[ 12] 、聚二顺丁烯二酰亚胺[ 13] 以及聚乳酸( PLLA ) [ 14] 等与PU 形成的互穿聚合物网络可以改善PU 的力学性能及其它物理性能; 而PU 与N-乙烯吡咯烷酮( NVP) [ 15] 、丙烯酰胺( Aam ) [ 16] 等亲水性聚合物共混, 可以改善其表面亲水性, 提高生物相容性; 最近, Morimo to N, 等[ 17] 尝试用磷酸胆碱基聚合物与链段型PU 合成出半互穿聚合物网络, 极大地提高了材料的血液相容性。

3. 2 表面修饰

3. 2. 1 等离子体技术表面修饰聚氨酯

聚合物表面内皮化受到聚合物的化学性质、表面结构及表面处理方式的影响。而等离子体技术处理聚合物材料的表面可以使其表面富含活性基团,并使其表面的化学性质得以改善, 因而等离子体技术被广泛地用于材料表面改性。K awamoto Y, 等[ 18]用离子注入、碳沉积和等离子体技术3种方法处理聚氨酯管状材料的内表面, 其后将牛的主动脉内皮细胞( BAEC)种植在50mm 长、内径分别为115mm、2 mm 和3mm 的聚氨酯管材的内表面, 并比较了内皮细胞黏附和生长的情况。结果表明, 前两种方法适用于改进直径长度较大的管材的内表面, 而等离子体技术可以很好的改善较长的聚氨酯管材的内表面, 可以获得很好的内皮细胞的黏附和生长, 并在血流动力学条件下很稳定。用等离子体技术处理聚氨酯表面后, 使聚氨酯表面活化, 再表面接枝可生物降解的分子, 可以提高原聚氨酯表面的亲水性, 从而提高聚氨酯表面的皮细胞黏附性, 并可减少对血小板的激活。如H su SH, 等[ 19] 利用氩气等离子体处理PU 膜, 随后将L型丙交酯( L-Lactide) 接枝到PU 表面, 改性后PU 的表面提高了3T3 型成纤维细胞( fibroblast)和脐静脉内皮细胞的黏附和生长, 同时减少了血小板的黏附。等离子体技术是一种很好的聚合物表面改性的方法, 但各种表面性质和传递细胞的表面化学过程的相互关系等问题值得进一步探讨, 并且其过程操作的复杂性也有待解决。

3. 2. 2 表面接枝修饰

为了改善内皮细胞在聚氨酯材料表面的粘附和生长, 人们设想使材料表面更生物化、更接近细胞生长的生理条件, 于是尝试在聚氨