[发明专利]一种含磷酸胆碱的高强度聚氨酯水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物水凝胶领域，尤其是涉及一种含磷酸胆碱的高强度聚氨酯水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种由亲水性聚合物构成的能在水中溶胀并保持大量水分而不被溶解的交联网络，在生物医药、食品、化学化工、农业等领域有广泛用途。传统聚合物水凝胶由于体系中交联点分布无序容易造成应力集中，导致其机械强度通常较低(一般只能抵抗大约20～100kPa的压缩强度而且易被压碎，而拉伸强度仅为8～14kPa，断裂伸长率为20～50％)，严重影响了其在组织工程方面的应用。人体中的一些软组织(如韧带、肌腱、关节软骨等)也是由凝胶物质构成的，此类组织具有柔韧、抗压等优良特点(人体关节软骨的断裂压缩强度可达36MPa)。如制备出与人体软组织力学性能接近且具有良好生物相容性的水凝胶，可以拓展其在生物领域的应用。

聚氨酯具有优良的物理机械性能和良好的生物相容性，对人体具有良好的生理可接受性。聚氨酯及其水凝胶材料已被用作药物缓释系统、创伤敷料的载体基材、人工心脏、人工血管、角膜接触镜等生物医学材料。目前，大多数聚氨酯水凝胶或通过先制备大分子主链或侧链中含有强亲水基团或链段的聚氨酯大分子，然后在水中充分溶胀得到水凝胶(Acta Biomater.，2012，8，2233-2242；Macromolecules，2010，43，7637-7649；Colloids Surf.B：Biointerfaces，2009，70，132-141)；或通过先制备含可聚合双键的亲水性聚氨酯预聚体，再聚合交联或与其他水溶性烯类单体共聚得到水凝胶(J.Bioact.Compat.Polym.，2011，26，114-129；J.Biomed.Mater.Res.，2007，82A，637-650)。中国专利CN102898593A公开了一种用含双键的水性聚氨酯乳胶粒子作为交联剂的高强度丙烯酰胺水凝胶的制备方法。所制备水凝胶的力学性能(拉伸强度30～50kPa，断裂伸长率1100～2400％)虽然较传统丙烯酰胺类水凝胶有了很大提高，但仍然不能完全满足作为关节软骨修复材料的需要。在上述聚氨酯水凝胶中，聚氨酯大分子链上的亲水基团或链段将优先与水分子形成氢键而在水中溶胀，从而阻碍了聚氨酯本身硬段与硬段之间、硬段与软段之间多重氢键的形成，不利于形成微相分离结构。因此，聚氨酯水凝胶的力学性能与聚氨酯本体材料相比大幅降低，限制了其在软骨修复等组织工程领域的实际应用。目前，抗压强度超过30MPa的聚氨酯水凝胶尚未见报道。

磷酸胆碱是构成细胞膜的基本单元(如卵磷脂等)的亲水端基，直接影响生物体细胞与外界发生作用。磷酸胆碱基团含有季铵基团和磷酸基团，是一种同时带有正、负两种电荷的两性离子。引入磷酸胆碱基团，可以通过模仿细胞外磷脂双层膜的构造，使材料不易吸附蛋白质、血小板，阻止血栓形成，从而提高其生物相容性。甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)具有极强的亲水性、优异的组织相容性及抗蛋白质吸附性能。将MPC作为成胶组分，既能提高水凝胶的生物相容性，又能起到调节体系亲水／疏水平衡的作用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高强度聚氨酯水凝胶及其制备方法，该水凝胶不仅生物相容性好，而且具有很强的抗压缩和抗拉伸能力。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含磷酸胆碱的高强度聚氨酯水凝胶，该聚氨酯水凝胶由含双键封端的聚氨酯嵌段共聚物、甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、烯类共聚单体通过自由基聚合共聚而成，

所述的双键封端的聚氨酯嵌段共聚物与甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱的质量比为4～12；含双键封端的聚氨酯嵌段共聚物、甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、烯类共聚单体的总加入量占反应体系总质量的10～15％。

所述的双键封端的聚氨酯嵌段共聚物由包括二异氰酸酯类化合物、聚酯二醇、1，4-丁二醇、甲基丙烯酸羟乙酯通过逐步加成聚合制备，具体采用以下方法：

将二异氰酸酯类化合物、聚酯二醇、1，4-丁二醇及二月桂酸二辛基锡在氩气保护下80～85℃搅拌反应4～5小时，加入N，N-二甲基乙酰胺，降温至40～50℃，缓慢加入甲基丙烯酸羟乙酯和4-甲氧基苯酚后升温，在70～75℃反应1小时，80～85℃反应2小时，降至室温得到淡黄色透明溶液，置于去离子水中透析3天，冷冻干燥得到白色固体产物即为双键封端的聚氨酯嵌段共聚物，