具有形狀記憶功能的D，L-聚乳酸基輸卵管避孕材料的制備與研究.pdf

1、生物可降解形狀記憶材料是一類新型智能材料，具有良好的生物降解性、形狀記憶性，在外科微創(chuàng)手術(shù)以及醫(yī)療器械植入體方面具有重要的應(yīng)用價值，是生物材料多功能化的研究熱點。本文基于D,L-聚乳酸合成了一系列的生物可降解聚酯脲形狀記憶聚合物(PDLLA-PUU SMPs)，采用傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)、多角激光光散射儀(MALLS)、核磁共振波譜儀(NMR)、差示掃描量熱計(DSC)、力學(xué)拉伸載荷試驗和常規(guī)化學(xué)分析方法等手段，對所合成的材料

2、進行結(jié)構(gòu)表征和記憶性能測試；考察了體外生物降解性、細胞相容性以及生物安全性；并研究了D,L-聚乳酸基形狀記憶材料作為植入材料在動物體避孕方面的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1.以D,L-丙交酯為原料，Sn(Oct)2為引發(fā)劑，丁二醇為助引發(fā)劑，制備了端羥基D,L-聚乳酸，重點考察了助引發(fā)劑的用量及反應(yīng)時間對端羥基D,L-聚乳酸分子量的影響，并且對其結(jié)構(gòu)和熱性能進行表征。
　　 ①FTIR、1HNMR和13C NM

3、R的分析結(jié)果表明，成功制備出端羥基聚乳酸；羥值分析、GPC-MALLS的檢測結(jié)果表明，改變助引發(fā)劑的用量，可以制得不同分子量的端羥基聚乳酸。
　　 ②反應(yīng)時間影響著端羥基聚乳酸的分子量以及收率，反應(yīng)24h收率可達90％且分子量分布較窄，DSC分析顯示，端羥基聚乳酸的玻璃化轉(zhuǎn)變峰值溫度具有分子量依賴性，隨分子量的增加，玻璃化溫度可由14.27℃增至45.2℃。
　　 2.以端羥基D,L-聚乳酸為基質(zhì)材料，辛酸亞錫為催化劑，

4、1，6-六亞甲基二異氰酸酯和丁二胺為擴鏈劑加成聚合，制備了一系列嵌段聚酯脲形狀記憶聚合物。研究了催化劑用量和反應(yīng)溫度對端羥基D,L-聚乳酸與異氰酸酯反應(yīng)活性的影響，并對形狀記憶材料的結(jié)構(gòu)與熱性能進行了表征。
　　 ①FTIR、13C NMR的分析結(jié)果表明，端羥基聚乳酸與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，并經(jīng)丁二胺成功擴鏈，制得高分子量的嵌段共聚物。改變軟段分子量、軟硬段的比例可以獲得不同理化性能的形狀記憶材料。
　　 ②端羥基D,L-聚

5、乳酸與異氰酸酯反應(yīng)受到催化劑比例和反應(yīng)溫度的影響，反應(yīng)的最佳條件是：反應(yīng)溫度為75℃，Sn(Oct)2/PDLLA Diols的摩爾比為0.75％。
　　 ③熱重分析的結(jié)果表明，PDLLA-PUU SMPs屬于一步分解，具有良好的碳化能力，熱穩(wěn)定性高于端羥基聚乳酸；DSC結(jié)果表明，SMPs的玻璃化溫度范圍為35～60℃改變反應(yīng)物的組分，可以獲得玻璃化溫度在體溫附近的形狀記憶聚合物，能夠滿足生物醫(yī)用的必要條件。
　　 3.

6、通過拉伸試驗以及動態(tài)熱機械分析，考察了軟段分子量、軟硬段的比例、變形量、變形溫度、回復(fù)溫度對于形狀記憶固定率以及回復(fù)率對D,L-聚乳酸基形狀記憶材料的力學(xué)特性以及形狀記憶特性的影響。
　　 ①PDLLA-PUU SMPs呈現(xiàn)良好的力學(xué)特性。隨著硬段含量的增加，模量、最大應(yīng)力隨之增加，斷裂伸長率呈相反趨勢。動態(tài)熱機械分析表明，SMPs存在玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，材料仍具有較高的彈性模量，這有利于形狀記憶特性的維

7、持。
　　 ②PDLLA-PUU SMPs呈現(xiàn)良好的形狀記憶特性，形狀固定率回復(fù)率均可達到95％以上，形狀記憶特性受軟段分子、硬段含量的影響。隨著軟段分子量的增加，形狀固定率略有下降趨勢。形狀回復(fù)率隨著硬段含量的增加而下降，固定率呈上升趨勢。
　　 ⑨變形量、變形溫度、回復(fù)溫度對形狀記憶特性的影響。隨著變形量的增大，形狀記憶特性有受到破壞的趨勢，形變量為50％～200％時，記憶特性影響不大，但形變量為300％，形狀回復(fù)率

8、下降到85％左右；變形溫度在玻璃化溫度以上15℃具有較好的形狀記憶特性，當變形溫度升至玻璃化溫度以上25℃時，形狀回復(fù)率下降較快；回復(fù)溫度越高，形狀回復(fù)時間越短。
　　 4.考察了D,L-聚乳酸基形狀記憶材料的親/疏水性能和降解性能。其中，親/疏水性的評價指標是靜態(tài)水接觸角和吸水率，降解性能的評價采用體外實時降解試驗，評價指標為失重率和pH值變化，同時利用掃描電鏡觀察了降解過程中，樣品表面形貌的變化。
　　 ①PDLLA

9、-PUU SMPs的靜態(tài)水接觸角小于對照組PDLLA，主要是由于親水性的酰胺鍵和脲基的存在，能夠與水分子形成更多的氫鍵，很好的改善了PDLLA的吸水性。隨著硬段含量的增加，即HDI/丁二胺比重的加大，靜態(tài)水接觸角呈下降趨勢。
　　 ②體外降解實驗表明，對照組PDLLA的失重率和pH值變化存在加速階段，呈現(xiàn)明顯的酸致自催化降解現(xiàn)象；但PDLLA-PUU SMPs在降解過程中，失重率和介質(zhì)的pH值下降緩慢，酸致自催化降解現(xiàn)象減弱，說

10、明PDLLA-PUU SMPs材料在降解過程中釋放的堿性物質(zhì)能夠中和降解產(chǎn)物中的酸性物質(zhì)。
　　 ③降解過程中，PDLLA與PDLLA-PUU SMPs的吸水率逐漸變大，但PDLLA變化率要大于SMPs，這也表明PDLLA的降解速率要大于SMPs。同時，降解過程中，表面形貌觀察可知，降解8周后，PDLLA表面變粗糙，出現(xiàn)大量裂紋；SMP3K1.1和SMP1K1.1也出現(xiàn)裂紋，但與PDLLA相比，裂紋較少，且尺寸較少，以上結(jié)果表明

11、，丁二胺鏈段的引入能夠調(diào)節(jié)SMPs的降解速度和pH值變化。
　　 5.將形狀記憶材料與人臍靜脈內(nèi)皮細胞在體外復(fù)合培養(yǎng)，以考察材料的細胞相容性，檢測指標主要包括細胞形態(tài)(HE染色觀察)、增殖能力(MTT法測定)。同時，根據(jù)國家相關(guān)標準，采用內(nèi)毒素試驗、致敏試驗、急性毒性試驗、Ames試驗、CHL細胞染色體畸變試驗、小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核試驗等一系列試驗對D,L-聚乳酸基形狀記憶聚合物進行安全性評定，結(jié)果表明：
　　 ①與

12、對照組聚乳酸相比，各項檢測指標均顯示人臍靜脈內(nèi)皮細胞與形狀記憶材料具有良好的細胞相容性。這主要是因為HDI/BDA的引入，使得SMPs中出現(xiàn)了豐富的酰氨基與脲基，改善了材料表面的親/疏水性和表面荷電性能，從而影響細胞的黏附和生長。
　　 ②PDLLA-PUU SMPs生物安全性評價結(jié)果顯示，內(nèi)毒素含量符合標準；無致敏反應(yīng)；Ames試驗、CHL染色體畸變試驗、小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核試驗均未表現(xiàn)出明顯的遺傳毒性。表明PDLLA-P

13、UU SMPs具有良好的生物安全性。
　　 6.考察了D,L-聚乳酸基形狀記憶材料作為輸卵管避孕植入體的應(yīng)用研究。選擇雌性新西蘭兔為實驗動物，將D,L-聚乳酸基形狀記憶材料制成的輸卵管避孕器，通過手術(shù)的方式植入兔輸卵管內(nèi)，觀察植入避孕器后不同時間兔輸卵管粘膜的病理變化，評價形狀記憶材料與輸卵管組織的相容性。
　　 ①避孕器植入輸卵管后2周觀察，避孕器表面光滑，回復(fù)原始形狀，輸卵管粘膜輕度充血、水腫；術(shù)后4周、12周觀察，

14、粘膜無充血、水腫現(xiàn)象。
　　 ②避孕器植入輸卵管后2周電鏡、HE染色觀察，可見粘膜皺襞間質(zhì)有少量淋巴細胞及中性白細胞浸潤，無中毒顆粒，細胞空泡樣變，細胞器明顯腫脹。術(shù)后4周，少許淋巴細胞浸潤，輸卵管粘膜皺襞壓扁，存在纖維細胞增生、線粒體的腫脹程度明顯減輕。術(shù)后12周輸卵管粘膜皺襞固有層纖維組織增生，細胞器未見空泡樣變，可見分泌顆粒與成纖維細胞。這些結(jié)果表明炎性刺激是暫時的，隨著植入時間的延長炎性反應(yīng)消失。
　　 ③避孕器