高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体及其制备方法、回收方法、降解方法和外科手术线

1.本技术涉及材料领域，尤其涉及一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体及其制备方法、回收方法、降解方法和外科手术线。


背景技术：

2.传统的弹性体材料，比如橡胶，由于其良好的弹性和机械性能被广泛地应用于密封器件，轮胎，制动器以及医疗器件等方面。但是由于一些显著地缺点比如不可降解，抗破坏能弱和生物相容性差等方面，极大地限制了它的实际应用。
3.目前为了满足可持续发展战略，就制备可降解的弹性体材料主要是从原材料入手而去挑选一些可降解的前驱体材料，例如聚乙二醇，聚己内酯等等。而对于增强力学性能和抗破坏能力，常常引入起牺牲键作用的结构和相互作用力到高分子体系内，例如填料类、氢键、配位键、结晶结构以及双网络等。不可避免地，这使得对于这些材料的回收再利用也成为了较难的问题，因为一些不可逆牺牲结构的破坏，比如填料的相分离，双网络结构以及不可逆结晶将导致力学性能的急剧骤减。目前普遍的方法是引入离子键，氢键，配位键等可逆结构，通过破坏后的动态回复实现回收材料的力学性能完全回复。
4.与此同时，很多弹性体材料表现出很不抗撕裂的性能。一旦材料内部出现缺陷，裂纹就会很快的萌发生长，以至于材料的很快报废，例如天然橡胶，其抗撕裂能仅有10kj/m2,这将很难满足其日常需求，即使经过硫化交联后期抗撕裂数值也仅有几十千焦每平米的提升。
5.虽然通过动态网络的引入和结构的设计，使得材料的机械性能显著提高并且让材料的回收成为了可能。但由于相互作用弱，结构回复性的不足，制备过程相对繁琐以及引入结构的生物相容性差和不可降解性，所制备的弹性体材料往往不太理想。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体及其制备方法、回收方法、降解方法和外科手术线，以解决上述问题。
7.为实现以上目的，本技术采用以下技术方案：
8.一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，包括一个或多个如下所示的重复单元：
[0009][0010]
其中，r为h或者x-y；x为高分子长链二醇单元，y为二异氰酸酯单元；z为-cho或-cooh；
[0011]
优选地，所述高分子长链二醇单元包括聚己内酯二醇单元、聚醚二醇单元和聚醚胺二醇单元中的一种或多种，所述二异氰酸酯单元为六亚甲基己二异氰酸酯单元。
[0012]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的制备方法，包括：
[0013]
将包括高分子长链二醇、六亚甲基己二异氰酸酯和第一有机溶剂在内的原料进行聚合反应得到前驱液；
[0014]
将包括所述前驱液和扩链剂在内的物料进行扩链反应，然后加入铁源化合物进行配位反应得到反应产物溶液；
[0015]
将所述反应产物溶液干燥得到所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0016]
优选地，所述制备方法，满足以下条件中的至少一个：
[0017]
a.所述高分子长链二醇包括聚己内酯二醇、聚醚二醇和聚醚胺二醇中的一种或多种；
[0018]
b.所述扩链剂包括3,4-二羟基苯甲醛和/或3,4-二羟基苯甲酸；
[0019]
c.所述原料还包括催化剂，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或醋酸锡；
[0020]
d.所述铁源化合物包括氯化铁和/或硫酸铁；
[0021]
e.所述第一有机溶剂包括能溶解所述高分子长链二醇且不影响缩聚的溶剂；
[0022]
f.所述第一有机溶剂包括四氢呋喃和/或二甲基乙酰胺；
[0023]
优选地，所述高分子长链二醇、所述六亚甲基己二异氰酸酯、所述扩链剂和所述铁源化合物的质量比为1：(2-2.4)：(0.8-1.0)：(0.8-1.0)。
[0024]
优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0025]
g.所述聚合反应的温度为60-80℃，时间为4-24h；
[0026]
h.所述扩链反应的温度为60-80℃，时间为12-24h；
[0027]
i.所述配位反应的温度为60-80℃，时间为0.5-2h。
[0028]
优选地，所述干燥的温度为60-80℃，时间为6-24h。
[0029]
优选地，所述干燥之后还包括：
[0030]
将所述干燥之后的材料用酒精浸泡至酒精不再变色，然后重复所述干燥的过程。
[0031]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的回收方法，包括：
[0032]
将所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体用第二有机溶剂加热溶解，然后将所得溶液加入模具中干燥得到回收弹性体材料；
[0033]
优选地，所述第二有机溶剂包括二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺。
[0034]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的降解方法，包括：
[0035]
将所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体用含有脂肪酶的磷酸缓冲液浸泡；
[0036]
优选地，所述磷酸缓冲液包括pbs；
[0037]
优选地，所述浸泡的过程中间隔12-72h更换浸泡溶液。
[0038]
本技术还提供一种外科手术线，其原料包括所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0039]
与现有技术相比，本技术的有益效果包括：
[0040]
本技术提供的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，为含有动态铁离子配位的聚氨酯弹性体材料，具有很强的抗撕裂能及强度，能够达到超过35mpa的拉伸强度,约372mj/m3的韧性以及约646kj/m2的抗撕裂能。同时，本发明中所制备的弹性体选用生物相容性好且能降解的高分子多元醇作为软段原材料，且加入扩链剂和铁离子反应后得到的材料未共价交联。所制备的弹性体在具有良好体内体外生物相容性的同时兼具了可回收和可降解的性能，且经过dmf溶液回收后所制备的弹性体，力学性能基本维持不变，且由3，4-二羟基苯甲醛的引入材料具有良好的抗热氧老化的能力。
[0041]
本技术提供的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的制备方法，操作简单方便，反应条件温和，得到的材料具有良好的力学性能，生物相容性以及防老性能，并且可回收，回收后材料性能基本不变。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对本技术范围的限定。
[0043]
图1为实施例1所得未进行铁配位物质的氢谱图；
[0044]
图2为实施例1所得未进行铁配位物质的碳谱图；
[0045]
图3为实施例各阶段产物的紫外波长-吸光度曲线；
[0046]
图4为不同天数伤口组织染色切片图；
[0047]
图5为3d至60d降解效果图；
[0048]
图6为40℃时预拉伸的弹性体由于温敏作用绷紧猪皮切口示意图。
具体实施方式
[0049]
如本文所用之术语：
[0050]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步
骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0051]
连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0052]
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0053]
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0054]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说a组分的质量份为a份，b组分的质量份为b份，则表示a组分的质量和b组分的质量之比a：b。或者，表示a组分的质量为ak，b组分的质量为bk(k为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0055]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。
[0056]
一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，包括一个或多个如下所示的重复单元：
[0057][0058]
其中，r为h或者x-y；x为高分子长链二醇单元，y为二异氰酸酯单元；z为-cho或-cooh；
[0059]
优选地，所述高分子长链二醇单元包括聚己内酯二醇单元、聚醚二醇单元和聚醚胺二醇单元中的一种或多种，所述二异氰酸酯单元为六亚甲基己二异氰酸酯单元。
[0060]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的制备方法，包括：
[0061]
将包括高分子长链二醇、六亚甲基己二异氰酸酯和第一有机溶剂在内的原料进行聚合反应得到前驱液；
[0062]
将包括所述前驱液和扩链剂在内的物料进行扩链反应，然后加入铁源化合物进行配位反应得到反应产物溶液；
[0063]
将所述反应产物溶液干燥得到所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0064]
在一个可选的实施方式中，所述制备方法，满足以下条件中的至少一个：
[0065]
a.所述高分子长链二醇包括聚己内酯二醇、聚醚二醇和聚醚胺二醇中的一种或多种；b.所述扩链剂包括3,4-二羟基苯甲醛和/或3,4-二羟基苯甲酸；
[0066]
扩链剂可以任意选择含有邻苯二酚结构的化合物。
[0067]
c.所述原料还包括催化剂，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或醋酸锡；
[0068]
d.所述铁源化合物包括氯化铁和/或硫酸铁；
[0069]
三价可溶性铁盐均可用。
[0070]
e.所述第一有机溶剂包括能溶解所述高分子长链二醇且不影响缩聚的溶剂；
[0071]
f.所述第一有机溶剂包括四氢呋喃和/或二甲基乙酰胺；
[0072]
在一个可选的实施方式中，所述高分子长链二醇、所述六亚甲基己二异氰酸酯、所述扩链剂和所述铁源化合物的质量比为1：(2-2.4)：(0.8-1.0)：(0.8-1.0)。
[0073]
可选的，所述高分子长链二醇、所述六亚甲基己二异氰酸酯、所述扩链剂和所述铁源化合物的质量比可以为1：2：0.8：0.8、1：2.2：0.8：0.8、1：2.4：0.8：0.8、1：2：0.9：0.8、1：2：1.0：0.8、1：2：1.0：0.8、1：2：1.0：0.9、1：2：1.0：1.0、1：2.4：1.0：1.0或者1：(2-2.4)：(0.8-1.0)：(0.8-1.0)之间的任一值。
[0074]
在一个可选的实施方式中，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：
[0075]
g.所述聚合反应的温度为60-80℃，时间为4-24h；
[0076]
h.所述扩链反应的温度为60-80℃，时间为12-24h；
[0077]
i.所述配位反应的温度为60-80℃，时间为0.5-2h。
[0078]
可选的，所述聚合反应的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或者60-80℃之间的任一值，时间可以为4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h或者4-24h之间的任一值；所述扩链反应的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或者60-80℃之间的任一值，时间可以为12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h或者12-24h之间的任一值；所述配位反应的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或者60-80℃之间的任一值，时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h或者0.5-2h之间的任一值。
[0079]
在一个可选的实施方式中，所述干燥的温度为60-80℃，时间为6-24h。
[0080]
可选的，所述干燥的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或者60-80℃之间的任一值，时间可以为6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h或者6-24h之间的任一值。
[0081]
在一个可选的实施方式中，所述干燥之后还包括：
[0082]
将所述干燥之后的材料用酒精浸泡至酒精不再变色，然后重复所述干燥的过程。
[0083]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的回收方法，包括：
[0084]
将所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体用第二有机溶剂加热溶解，然后将所得溶液加入模具中干燥得到回收弹性体材料；
[0085]
在一个可选的实施方式中，所述第二有机溶剂包括二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺。
[0086]
本技术还提供一种所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的降解方法，包括：
[0087]
将所述高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体用含有脂肪酶的磷酸缓冲液浸泡；
[0088]
在一个可选的实施方式中，所述磷酸缓冲液包括pbs；
[0089]
在一个可选的实施方式中，所述浸泡的过程中间隔12-72h更换浸泡溶液。
[0090]
本技术还提供一种外科手术线，其原料包括所述的高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0091]
所获得的弹性体材料做出线消毒杀菌后可直接用于外科伤口的缝合。在手术线的应用过程中，若要利用弹性体材料的温敏性能绷紧伤口，则需预拉伸弹性体并且在低温条件下冷冻定型。
[0092]
下面将结合具体实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0093]
实施例1
[0094]
本技术提供一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，其制备方法如下所述：
[0095]
(1)将12g干燥后的聚己内酯二醇，2g六亚甲基己二异氰酸酯，0.1g二月桂酸二丁基锡溶解在200ml四氢呋喃(thf)中，在60℃油浴反应24小时后得到前驱液。反应完成后，将0.82g扩链-3，4-二羟基苯甲醛(pa)溶解于20mlthf中，再加入到前驱液中在70℃条件下继续反应24小时，后加入0.8g氯化铁搅拌0.5小时得到反应溶液；
[0096]
(2)将上述得到的反应溶液倒入玻璃模具中，放置烘箱70℃烘干24h，风干得到弹性体材料，再将弹性体材料浸入酒精除杂直至酒精不再变色后，取出重复烘干过程，得到高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0097]
所得弹性体的结构式为：
[0098][0099]
其中，x为：
[0100][0101]
m和n均为2000(m、n根据高分子长链二醇来确定)；
[0102]
y为：
[0103][0104]
z为-cho。
[0105]
未进行铁配位物质(pcl-pa)的氢谱图如图1所示，未进行铁配位物质(pcl-pa)碳谱图如图2所示，pcl、pcl-pa及所得弹性体(pcl-pa-fe)的紫外波长-吸光度曲线如图3所示。
[0106]
图3表明加入铁后形成二配位。
[0107]
该高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的回收方法如下：
[0108]
将制备的弹性体通过二甲基甲酰胺(dmf)加热溶解，得到溶解于dmf的高分子溶液，之后重复上述步骤(2)中的操作。
[0109]
该高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体的降解方法如下：
[0110]
采用脂肪酶在磷酸缓冲液(pbs)中对弹性体进行降解,并且每24h更换溶液。
[0111]
实施例2
[0112]
本技术提供一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，其制备方法如下所述：
[0113]
(1)将12g干燥后的聚己内酯二醇，2g六亚甲基己二异氰酸酯，0.1g二月桂酸二丁基锡溶解在200ml四氢呋喃(thf)中，在60-80℃油浴反应4-24小时后得到前驱液，之后加入扩链-3，4-二羟基苯甲醛(pa)继续反应12-24小时，后加入氯化铁搅拌0.5-2小时；反应过程中原料质量配比为：聚己内酯二醇1份，己二异氰酸酯2-2.4份，3，4-二羟基苯甲醛0.8-1.0份，氯化铁0.8-1.0份；
[0114]
(2)将上述过程中得到的反应溶液倒入玻璃模具中，放置烘箱60-80℃烘干6-24h，风干得到弹性体材料，再将弹性体材料浸入酒精除杂直至酒精不再变色后，取出重复烘干过程，得到高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0115]
实施例3
[0116]
本技术提供一种高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体，其制备方法如下所述：
[0117]
(1)将12g干燥后的聚己内酯二醇，2g六亚甲基己二异氰酸酯，0.1g二月桂酸二丁基锡溶解在200ml四氢呋喃(thf)中，在60-80℃油浴反应4-24小时后得到前驱液，之后加入扩链-3，4-二羟基苯甲醛(pa)继续反应12-24小时，后加入氯化铁搅拌0.5-2小时；反应过程中原料质量配比为：聚己内酯二醇1份，己二异氰酸酯2-2.4份，3，4-二羟基苯甲醛0.8-1.0份，氯化铁0.8-1.0份；
[0118]
(2)将上述过程中得到的反应溶液倒入玻璃模具中，放置烘箱60-80℃烘干6-24h，风干得到弹性体材料，再将弹性体材料浸入酒精除杂直至酒精不再变色后，取出重复烘干过程，得到高强度抗撕裂可降解的温敏聚氨酯弹性体。
[0119]
对比例1
[0120]
常规医用缝合线做对照(苏州嘉盛医疗用品产的泰丝1604-51型号蚕丝线)。
[0121]
以同样的比例进行了不同高分子二醇为原料进行合成并测试了拉伸性能，其中包
括聚乙二醇(mn＝2000)和聚醚二醇。同时对比了pcl二元醇做原料的前提下不加铁离子的影响。
[0122]
表1不同原料二醇合成的弹性体的力学性能
[0123]
pcl二醇pcl二醇未加铁peg二醇聚醚二醇32.4mpa12.5mpa17.6mpa20.7mpa～2100％形变～1750％形变～1500％形变～1000％形变
[0124]
将实施例1所得弹性体切成0.4mm左右的细线，并对材料进行0％、50％以及100％形变的预拉伸，之后对小鼠进行手术缝合。
[0125]
纯剪切测试时候，控制夹具间距5mm，样品25mm，中间用刀片平行划10mm的缺口，并取最大值。
[0126]
具体实验方法如下：
[0127]
1.体内体外生物相容性及伤口缝合实验：采用1.1cck-8法和live/dead荧光染色检测材料体外细胞相容性，而体内组织相容性则是将无菌样品植入小鼠背部两侧的皮下一定时间后，解剖小鼠背部皮肤拍照观察。并取出样品周围组织，石蜡包埋后通过he染色观察是否引发炎症反应。
[0128]
2.缝合实验：
[0129]
麻醉小鼠，用手术刀在皮肤上开出1cm长度的伤口，采用所制备的不同预拉伸长度的弹性体线与商用蚕丝缝合线进行伤口恢复效果对比。
[0130]
第一组：用普通医用缝合线缝合伤口(control样品为对比例1)；
[0131]
第二组：用未拉伸缝合线缝合伤口(pcl-pa-fe-0％)；
[0132]
第三组：用50％预拉伸缝合线缝合伤口(pcl-pa-fe-50％)；
[0133]
第四组：用100％预拉伸缝合线缝合伤口(pcl-pa-fe-100％)。
[0134]
使用前测量线的长度，4组选取相同长度的线，缝合结束后再次测量剩余的线长度。
[0135]
7、14天拍照观察伤口愈合情况，看缝合线收缩是否会促进组织伤口愈合，第14天取样he、masson染色观察，结果如图4所示。
[0136]
3.力学、防老以及老化测试：用万能试验机在30mm/min的条件下拉伸，抗撕裂能采用纯剪切方法测试，老化过程采用热氧老化机在100℃对材料进行老化实验，采用元素分析仪测试碳氧含量变化。
[0137]
4.降解试验：采用脂肪酶在磷酸缓冲液(pbs)中对弹性体进行降解，并用叠氮化钠抑制细菌的滋生,且每24h更换溶液。
[0138]
所得结果如下表2和表3所示：
[0139]
表2弹性体的力学性能
[0140]
拉伸强度回收后拉伸强度老化后拉伸强度32.4mpa31.9mpa29.7mpa
[0141]
表3弹性体老化前后碳氧含量对比
[0142][0143]
如图4所示，从缝合线动态变化可以看出缝合线1,2,3组(第二、三、四组)因为具有拉伸性能所以比医用缝合线更耐用，缝合一次伤口用的线长更少。但是缝合线1,2,3之间区别不大，没有因为预拉伸处理而发生明显的长度变化，缝合伤口需要的线长大致相同。第7天、第14天取样he、masson染色结果可以看出，第7天样品1,2,3缝合的伤口均结痂并且痂下形成了完整的表皮，而对照组医用缝合线缝合的伤口还未形成完整表皮，并且能看到伤口处的断裂，还未完全被胶原纤维填充。这说明样品1,2,3缝合能够更快促进伤口愈合，这可能与缝合线的拉伸性能有关，能使缝合更加紧凑。第14天所有处理组伤口都已愈合，但是样品2,3组新生皮肤更加平整，胶原纤维排列也更加致密规则，这说明样品2,3缝合的恢复效果可能更好预拉伸能够促进伤口的恢复。
[0144]
如图5所示，所得弹性体在3d至60d内发生明显的降解，表明其具有较好的可降解性能。
[0145]
图6为40℃时预拉伸的弹性体由于温敏作用绷紧猪皮切口示意图。由图6可知，本技术提供的弹性体具有很明显的温敏效应。
[0146]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
[0147]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本技术的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。