一种温磁响应复合材料及其制备方法和用途

本发明属于医疗复合材料，具体涉及一种温磁响应复合材料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、微针（microneedles, mns）是一种介于皮下注射和透皮贴剂之间的新型给药技术，在医学领域展现出广泛的应用前景。其通过机械穿刺方式在皮肤上形成微米级通道，在不触及真皮层痛觉神经的前提下有效穿透角质层，从而显著提高药物的透皮递送效率。现有技术中，针对微针的形式衍生出实心微针、空心微针、涂层微针、可溶微针及水凝胶微针等多种类型。近年来，随着精准医疗和个性化治疗需求的日益增长，具有环境响应特性的智能微针逐渐成为研究前沿，其中温度响应型和磁场响应型微针因其非接触式、远程可控的调控方式而备受关注。因此，开发更多适用于智能微针的材料，并开发更多智能微针的调控方式，这已经是针对微针领域重要的研究课题。

2、形状记忆聚合物（shape memory polymer, smp）是一类能够在外界刺激（如热、光、磁、电、溶剂等）作用下从临时形状回复至永久形状的智能高分子材料。在微针应用中，形状记忆功能赋予微针独特的“主动穿刺”或“可控形变”能力，有助于解决传统微针穿刺深度不可控、给药后针体残留及组织损伤等问题。

3、将磁性纳米颗粒（如fe3o4、γ-fe2o3等）引入聚合物基体中，可赋予复合材料磁致形变能力，从而实现远程、非侵入式的驱动控制，在生物医学领域具有独特的应用优势。

4、将温度响应与磁场响应相结合，构建温磁双响应复合材料，是实现微针多模式智能调控的潜在策略。现有技术中，实现该技术的瓶颈主要包括：

5、1、填料与基体的界面相容性问题。fe3o4纳米颗粒表面能高、易团聚，与有机聚合物基体的界面结合力弱，导致复合材料力学性能下降、磁响应均匀性差。虽然表面修饰可在一定程度上改善分散性，但修饰剂种类、链长及接枝密度对界面结合的影响机制尚不明确，难以实现磁性能和力学性能的协同优化。

6、2、微针结构设计与功能实现的矛盾。传统直形微针在穿刺过程中存在在皮肤形变、肢体活动及表皮微应力与扰动作用下易发生整体滑移或脱离，无法实现长效组织内留置的问题；而具有弯曲或倒刺结构的微针虽可增强组织锚定和药物滞留，但其复杂几何形状对于微针力学性能带来的影响较为复杂，因此，如何结合材料的力学性能设计微针的形状和尺寸，这是实现温磁双响应的微针的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种温磁响应复合材料及其制备方法和用途。

2、一种温磁响应复合材料，由如下重量份的组分复合而成：

3、油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒 1-15份、

4、形状记忆聚氨酯材料 85-99份。

5、优选的，由如下重量份的组分复合而成：

6、油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒 3-13份、

7、形状记忆聚氨酯材料 87-97份。

8、优选的，所述形状记忆聚氨酯材料是玻璃化转变温度37~45 °c的无定型聚合物或熔点为37~45 °c的半结晶型聚合物，它由二异氰酸酯、软段聚合物和按照摩尔比1.2-8 : 1 : 0.2-7聚合而成的线性聚合物，其分子量为30000-150000；

9、所述软段聚合物是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚多元醇或其中两种及以上的共聚物。

10、优选的，所述形状记忆聚氨酯材料结构式如式ⅰ所示：

11、

12、式ⅰ

13、其中，x选自1-10，y选自1-10；

14、为所述软段聚合物的重复单元；

15、为二异氰酸酯的重复单元，或二异氰酸酯与的共聚物的重复单元。

16、优选的，所述软段聚合物为乳酸和多元醇的聚合物；

17、和/或，所述软段聚合物的结构式如式ⅱ所示：

18、式ⅱ

19、其中，m、n分别独立选自4-50，r选自1-20；

20、和/或，所述二异氰酸酯选自脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯，所述脂肪族二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或其中两种及以上的混合物，所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或其中两种及以上的混合物。

21、本发明还提供上述温磁响应复合材料的制备方法，包括如下步骤：

22、将所述油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒制成分散液a，将所述形状记忆聚氨酯材料制成溶液b，将所述分散液a和溶液b按比例混合，挥发溶剂、干燥，即得。

23、优选的，所述分散液a的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、二甲苯、正己烷、正庚烷、环己烷、四氢呋喃、乙酸乙酯中的至少一种，浓度为5-50 mg/ml；

24、所述溶液b的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n-n二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、环己酮、丙酮、乙酸乙酯、六氟异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的至少一种，浓度为5%-40% w/v。

25、本发明还提供上述温磁响应复合材料用于制备微针的用途，所述微针具有形状记忆调控功能，所述形状记忆调控功能包括如下变化过程：

26、初始微针能够在加热状态下由玻璃态转变为高弹态；

27、所述高弹态的微针能够在磁场诱导下定向形变；

28、保持外部磁场约束不变的状态下，冷却，使得微针维持定向形变的状态；

29、在需要回复形态时，对维持定向形变的微针进行加热，使微针能够回复初始的形状。

30、优选的，所述微针的形状为包括圆柱段和圆锥段的一体式弯曲结构，形状和尺寸参数包括：

31、圆柱段直径为100 μm至200 μm；圆柱段高度为250 μm至1500 μm；圆锥段高度为50μm至600 μm；微针轴线与基底平面的夹角为10°至55°，所述微针轴线为针尖与底部圆心连接形成的直线。

32、优选的，微针最优参数配置为：圆柱段直径为100 μm，圆柱段高度为750 μm，圆锥段高度为150 μm，微针轴线与基底平面的夹角为30°。

33、优选的，圆柱段高度与圆锥段高度之和与圆柱段直径之比不大于8；圆柱段直径为100 μm，圆柱段高度为600 μm，圆锥段高度为150 μm，微针轴线与基底平面的夹角为30°。

34、优选的，所述微针的制备方法包括如下步骤：

35、将所述温磁响应复合材料预热至充分软化，施加压力将软化的温磁响应复合材料填充至微针的模具中，自然冷却后脱模，即得。

36、本方法提出一种温磁响应复合材料及其在智能微针中的应用。该复合材料以油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒为功能填料，以形状记忆聚氨酯为基体材料，通过优化两者的复配比例，旨在解决磁性纳米颗粒在聚合物基体中的分散均匀性问题，提升界面结合强度，提升压缩强度，实现磁致形变与形状记忆效应的高效协同。基于该复合材料制备的弯曲微针，创新性地构建了“加热软化-磁场定向形变-冷却定型-加热回复”的完整形状记忆调控循环，从而提供了对微针进行智能调控的应用场景。例如，在一些场景中，使微针能够在穿刺前保持直形以利于刺入皮肤，在体温作用下回复弯曲以增强组织锚定和药物控释。

37、在优选的方案中，本发明结合该温磁响应复合材料的性能，提供了对微针形状和尺寸参数的设计方案，获得了具有最佳弯曲性能的微针，能够实现整体均匀偏转（偏转具有一致性），且在最大偏转角度下，微针结构内部应力分布均匀，未发现明显的应力集中点及尖端形变异常，满足临床给药及生物信号检测的柔性需求。

38、本发明的技术方案为智能微针的多功能化设计和精准经皮给药提供了新的材料基础和结构范式。

39、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

40、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。