可預(yù)防骨不連的骨修復(fù)用新型形狀記憶聚氨酯-脲的研究.pdf

1、骨是自然界中一種復(fù)雜的生物材料，當(dāng)骨組織因?yàn)閯?chuàng)傷、感染等原因需要實(shí)施手術(shù)剔除病變骨組織后，會(huì)造成大塊骨缺損，僅僅依靠骨自身的修復(fù)能力已經(jīng)無(wú)法愈合，需要進(jìn)行骨移植手術(shù)，將合適的骨材料填充缺損部位，以便于新骨生成。在骨移植修復(fù)過(guò)程中，骨不連是熱點(diǎn)問(wèn)題之一。從骨不連發(fā)生的原因來(lái)講，在移植物與機(jī)體之間存在的間隙，或不規(guī)則骨修復(fù)過(guò)程中存在的不規(guī)則界面，導(dǎo)致骨修復(fù)過(guò)程中成骨細(xì)胞遷移能壘的存在，是其中一個(gè)重要的因素。本研究將形狀記憶聚氨酯脲(SMPU

2、U)用于骨修復(fù)過(guò)程中，探索形狀記憶聚氨酯脲在骨不連預(yù)防方面的效果，目的是利用SMPUU的形狀記憶性能填充植入體與機(jī)體之間的空隙。
　　 形狀記憶聚氨酯/聚脲是能感知外界溫度變化并發(fā)生形狀改變的新型智能材料。因其良好的形狀記憶功能而成為功能材料研究的熱點(diǎn)之一，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其是微創(chuàng)手術(shù)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文基于SMPUU預(yù)聚體(HO-P(LA-co-PDO)-OH)合成了一系列的可生物降解SMPUU，并對(duì)SMPUU進(jìn)行化學(xué)結(jié)

3、構(gòu)的表征；力學(xué)性能、形狀記憶性能、體外生物降解、體外細(xì)胞相容性、體內(nèi)安全性的評(píng)價(jià)，最終采用兔下頜骨建立骨不連模型，對(duì)SMPUU在骨修復(fù)中的骨不連預(yù)防效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1.以D，L-丙交酯、對(duì)二氧環(huán)己酮為原料，Sn(Oct)2為引發(fā)劑，乙二醇為助引發(fā)劑，制備了SMPUU預(yù)聚體(HO-P(LA-co-PDO)-OH)，考察了D，L-丙交酯/對(duì)二氧環(huán)己酮的比例、助引發(fā)劑用量、制備方法對(duì)SMPUU預(yù)聚體的熱性

4、能及分子量的影響，并對(duì)助引發(fā)劑作用下兩種單體的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行深入闡述。
　　 ①紅外與核磁共振結(jié)果表明，本研究中一步法與兩步法可以制得SMPUU預(yù)聚體(HO-P(LA-co-PDO)-OH)；其分子量可以通過(guò)控制合成方法、兩種單體的比例、助引發(fā)劑的用量加以調(diào)節(jié)；
　　 ② DSC分析表明，SMPUU預(yù)聚體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度具有單體比例依賴(lài)性，與其分子量也具有重要關(guān)系；另外可知，一步法與兩步法分別制得無(wú)規(guī)與嵌段的SMPUU預(yù)聚

5、體。
　　 2.以SMPUU預(yù)聚體為軟段，1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和丁二胺為硬段，制備一系列的SMPUU，并深入研究了SMPUU合成的影響因素。
　　 ① FTIR、1HNMR結(jié)果表明，SMPUU預(yù)聚體與異氰酸酯反應(yīng)，丁二胺擴(kuò)鏈后成功制得SMPUU；
　　 ②改變軟硬段比例、軟段結(jié)構(gòu)可以制得不同理化性能的SMPUU；
　　 ③ DSC分析，SMPUU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱塑性與其結(jié)構(gòu)有重要關(guān)系，

6、通過(guò)調(diào)節(jié)軟/硬段比例、軟段結(jié)構(gòu)、軟段的分子量，可以控制SMPUU的分子量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使其可以控制在合適的應(yīng)用溫度，包括體溫附近；
　　 ④ SMPUU理化狀態(tài)測(cè)試，采用親水的溶劑和疏水的溶劑進(jìn)行SMPUU的合成，所得的SMPUU化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同，但力學(xué)性能、形狀記憶功能完全不同；相對(duì)于常用的DMF體系，使用本研究中新型的甲苯-異丙醇體系，制得了具有優(yōu)良性能的SMPUU。
　　 3.通過(guò)拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)，考察了分子

7、組成、軟段分子量、軟硬段的比例、變形量、變形溫度、回復(fù)溫度對(duì)于形狀記憶性能的影響。
　　 ① SMPUU具有良好的力學(xué)特性。硬段含量增加時(shí)，模量增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降；
　　 ② SMPUU呈現(xiàn)良好的形狀記憶性能。在合適的操作條件下，固定率、回復(fù)率可穩(wěn)定在95％以上；軟段分子量提高，固定率下降；硬段含量提高，固形率上升，回復(fù)率下降；
　　 ③形狀記憶性能受變形量、變形溫度、回復(fù)溫度的影響。形變量為50％-200％時(shí)

8、，回復(fù)率穩(wěn)定在95％以上，但形變量為400％，回復(fù)率明顯下降；變形溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度15℃時(shí)，回復(fù)率較高，但是當(dāng)變形溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度25℃時(shí)，回復(fù)率顯著下降；形狀回復(fù)時(shí)間隨著回復(fù)溫度的增加而縮短；
　　 4.考察了SMPUU的親/疏水性和降解性能。另外本研究創(chuàng)新性的通過(guò)核磁共振氫譜法考察了SMPUU的降解位點(diǎn)。
　　 ① SMPUU的靜態(tài)水接觸角、吸水率測(cè)試結(jié)果表明其親水性?xún)?yōu)于PDLLA，并且SMPUU的親水性

9、隨著硬段含量(酰胺基和脲基含量的增加)呈上升趨勢(shì)；
　　 ②體外降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與PDLLA相比，SMPUU在降解前期，失重率、分子量變化、pH變化大，但是隨后降解速率減緩，主要是由于SMPUU的降解過(guò)程受其親水性和降解過(guò)程中釋放堿性物質(zhì)兩方面的影響，降解后期SMPUU釋放的堿性物質(zhì)能夠中和酸性物質(zhì)，從而降低酸致自催化作用造成的影響；
　　 ③ SMPUU降解材料表面形貌表明，降解8周后，SMPUU膜材表面出現(xiàn)孔洞，且

10、隨著硬段含量的增加，孔洞的尺寸及數(shù)量呈下降趨勢(shì)；
　　 ④核磁共振氫譜分析結(jié)果顯示，SMPUU的降解最先發(fā)生在硬段的酰胺基和脲基部位，然后發(fā)生在SMPUU的軟段部分，或同時(shí)發(fā)生在SMPUU的硬段和軟段部分，但軟段的降解速率明顯低于硬段。
　　 5.本研究從細(xì)胞生長(zhǎng)行為和功能行為角度，對(duì)大鼠成骨細(xì)胞與PDLLA及SMPUU的細(xì)胞相容性進(jìn)行了系統(tǒng)比較。并針對(duì)SMPUU的形狀記憶性能，研究了SMPUU形狀記憶變形過(guò)程對(duì)成骨細(xì)胞

11、生長(zhǎng)行為的影響。
　　 ①與PDLLA相比，SMPUU不利于早期黏附與鋪展，成骨細(xì)胞對(duì)SMPUU表面的適應(yīng)期較長(zhǎng)，因此進(jìn)入分裂增殖期的時(shí)間也較晚；
　　 ②SMPUU更能促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化、礦化能力，且并不縮短細(xì)胞的生長(zhǎng)分化周期；
　　 ③通過(guò)拉伸變形、固形、復(fù)形的方法制作具有形狀記憶變形的SMPUU膜材，并通過(guò)細(xì)胞生長(zhǎng)行為對(duì)形狀記憶變形的影響進(jìn)行考察，結(jié)果表明具有規(guī)則微結(jié)構(gòu)的基底材料促進(jìn)了細(xì)胞的黏附與增殖，并使