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一种可自组装成 纳米管的聚氨酯材料的制备方法、产品及应用

阅读：233发布：2023-01-24

专利汇可以提供一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法、产品及应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法、产品及其应用。解决目前还没有出现可自组装成超细纳米管的聚氨酯材料用于生物医药方面的问题。本发明是通过乙二胺四乙酸 -2钠和聚乙二醇的酯化反应得到乙二胺四乙酸-二醇，其与聚己二酸 -1,4-丁二醇酯二醇作为软段，小分子多元醇和二异氰酸酯作为硬段，制备了抗凝血和可生物降解的多嵌段聚氨酯。该聚氨酯具有双亲性和良好的生物相容性，可在水中自组装成纳米微球和纳米管，应用于组织工程、药物载体和控制释放、纳米反应器、纳米催化剂等领域。，下面是一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法、产品及应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将乙二胺四乙酸-2钠、聚乙二醇-400在硫酸催化下进行酯化反应；然后减压蒸馏除去水分，过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，接着将过滤产物倾倒入溶剂A中洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥，即得乙二胺四乙酸-二醇；
（2）在有机锡催化下，将乙二胺四乙酸-二醇、聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇，及二异氰酸酯加入到溶剂B中进行聚合，再加入扩链剂，继续反应，然后将反应产物倾倒入模具中，并将其置于烘箱中熟化，即得可生物降解的聚氨酯材料；
（3）在搅拌条件下，将步骤（2）所得的聚氨酯材料溶于溶剂B中，再在超声条件下加入去离子水，得聚氨酯悬浮液，最后将所述聚氨酯悬浮液移至透析管中，在去离子水中进行透析，稀释后即得聚氨酯水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂A为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯为对苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、懒氨酸二异氰酸酯中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、1,3-二羟基丙酸、乙二胺、己二胺中的至少一种。
5. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂B为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲苯、二甲苯中的至少一种。
6. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为1000～5000g/mol。
7. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中乙二胺四乙酸-2钠与聚乙二醇-400的摩尔比为1:1～2。
8. 根据权利要求1所述的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中乙二胺四乙酸-二醇、聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、二异氰酸酯的质量比为3～42：3～42：15～26；所述扩链剂加入量为聚合反应所得产物中除溶剂B外总质量的0.5～2%。
9. 一种聚氨酯材料，其为由权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的可自组装成纳米管的聚氨酯材料。
10. 权利要求9所述的可自组装成纳米管的聚氨酯材料在组织工程、药物载体和控制释放、纳米反应器、纳米催化剂领域上的应用。

说明书全文

一种可自组装成 纳米管的聚氨酯材料的制备方法、产品及

应用

技术领域

[0001] 本发明具体涉及一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，属于生物医用功能高分子材料的制备领域。

背景技术

[0002] 在过去几十年间，因为可生物降解材料相对生物稳定材料具有优异的生物相容性，致使其在医药卫生领域（如体内缝合线、人体组织工程、基因治疗、再生医学、药物控制释放等）得到广泛应用。近些年来，生物材料的研发热点集中在对新型可生物降解聚合物及其衍生物（如聚酯类、聚氨酯类、聚己内酯类、聚酰胺类等）的发开上。其中，可生物降解的聚氨酯引起极大关注，因为它优异的力学性能、加工性能、血液相容性和易于合成的特性。聚氨酯由软段和硬段组成，软段通常由低聚物多元醇构成，硬段由二异氰酸酯和小分子扩链剂（如二胺和二醇）构成，可以通过调节软硬段的比例而合成出不同结构和性能的聚氨酯材料，以满足不同的应用范围。尤其是以具有良好生物相容性、无毒和可生物降解的低分子量聚乙二醇或聚己内酯作为软段制备的聚氨酯材料具有广阔的应用前景。

[0003] 与此同时，聚合物纳米结构（如纳米球、纳米纤维、纳米线、纳米管等）引起了人们极大兴趣，因为它们在纳米级别所具有的独特的功能性和物化特性。其中，空心聚合物纳米结构包括空心纳米球和纳米管成为研究热点。通常，有两种制备空心纳米结构的方法——模板法和非模板法。在模板法中，合成主要发生在微孔金属氧化物（如Al2O3，MoO3，VO2等）模板中，该法的优势是能在比较温和的反应条件下制备尺寸可控的单分散纳米材料。在非模板法中，可以通过双亲性多嵌段聚合物的自组装来制备空心纳米结构。在自组装过程中，所形成的纳米结构的尺寸和数目与亲水链段的长短、比重、结构等密切相关。

[0004] 作为医用材料必须满足无毒、无刺激性、无诱变性、抗原性、不引起溶血和凝血等条件，才能与组织相容而不引起病变。而以乙二胺四乙酸-二醇为软段组成之一制备的聚氨酯兼具抗凝血的功效。目前，还没有关于可自组装成超细纳米管的聚氨酯材料用于生物医药方面的研究报道，制备超细单分散聚合物纳米管仍是一项巨大挑战。因此，开发一种新型的、可生物降解的聚氨酯纳米管是十分必要的。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术不足而提出的一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，其特点是通过调节硬段和软段中EDTA-diol的含量而自组装得到一系列具有不同纳米结构（如纳米微球、纳米管、同心圆状纳米管聚集体）的聚氨酯材料，实现了微观结构可控。

[0006] 本发明通过下述技术方案实现：一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将乙二胺四乙酸-2钠、聚乙二醇-400按摩尔比1：1～2在硫酸催化下进行酯化反应；其反应温度为120～200℃，反应时间为4～8h。然后减压蒸馏除去水分，过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，接着将过滤产物倾倒入大量溶剂A中洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥，即得乙二胺四乙酸-二醇；
（2）在有机锡催化下，将乙二胺四乙酸-二醇、聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇，及二异氰酸酯按质量比3～42：3～42：15～26加入到溶剂B中进行聚合，其反应温度为50～80℃，反应时间为1～4h，然后加入除溶剂B外质量0.5～2%的扩链剂，继续反应1～2h，接着将反应产物倾倒入聚四氟乙烯模具中，并将其置于60～80℃烘箱中熟化8～10h，即得抗凝血的可生物降解的聚氨酯材料；
（3）在搅拌条件下，将步骤（2）所得的聚氨酯材料溶于溶剂B中，可得质量分数为3～
7%的溶液，再在超声条件下逐滴加入大量去离子水于此溶液中，得到浓度为1～3mg/mL的聚氨酯悬浮液，最后将所述聚氨酯悬浮液移至透析管中，在去离子水中进行透析2天，稀释-4
后即得浓度为10 ～1mg/mL的可自组装成不同尺寸纳米微球和纳米管的聚氨酯水溶液。

[0007] 进一步地，所述溶剂A为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。

[0008] 再进一步地，所述二异氰酸酯为对苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、懒氨酸二异氰酸酯中的至少一种。

[0009] 更进一步地，所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、1,3-二羟基丙酸、乙二胺、己二胺中的至少一种。

[0010] 另外，所述溶剂B为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲苯、二甲苯中的至少一种。

[0011] 作为一种优选，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为1000～5000g/mol。

[0012] 作为一种优选，所述乙二胺四乙酸-2钠、聚乙二醇-400的摩尔比1：1.35。

[0013] 本发明的制备方法制得的可自组装成纳米管的聚氨酯材料。

[0014] 本发明的可自组装成纳米管的聚氨酯材料在组织工程、药物载体和控制释放、纳米反应器、纳米催化剂领域上的应用。

[0015] 本发明具有以下优点及有益效果：（1）本发明所制备的聚氨酯材料不但可自助装成纳米管结构，还具有优良的可生物降解性和生物相容性。

[0016] （2）本发明所制备的聚氨酯材料以乙二胺四乙酸-二醇为软段，无毒无害，兼具抗凝血的功效。

[0017] （3）本发明所制备的聚氨酯材料可通过调节软、硬段含量实现微观结构从纳米微球到空心纳米管聚氨酯材料的转换。

[0018] （4）本发明所制备的聚氨酯材料在水介质中具有较低的临界胶束浓度，在药物控制释放领域有较大应用价值。附图说明

[0019] 图1为聚氨酯纳米管的自助装机理示意图。

[0020] 图2为乙二胺四乙酸-二醇含量对聚氨酯纳米管形成浓度（CMC）的影响。

[0021] 图3为同心圆状聚氨酯纳米管的透射电镜形貌图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

[0023] 实施例1如图1～3所示，一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在自带加热及搅拌装置的四口烧瓶中依次加入33.6g乙二胺四乙酸-2钠、54g聚乙二醇-400、0.85g硫酸。在140℃反应8h，并在同等温度下减压蒸馏除去水分，所得混合物经过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，将所得产物倾倒入大量丙酮中以洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥后即得乙二胺四乙酸-二醇。

[0024] （2）将3g乙二胺四乙酸-二醇、7g聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、2.8g赖氨酸二异氰酸酯、适量有机锡催化剂依次加入N,N-二甲基乙酰胺中进行聚合，反应温度为50℃，反应时间2h，然后向体系中加入0.15g乙二醇，继续反应1h，将产物倾倒入聚四氟乙烯模具中，并将其置于60℃烘箱中熟化10h，即得抗凝血的可生物降解聚氨酯材料。

[0025] （3）在搅拌条件下，将上述聚氨酯材料溶于N,N-二甲基乙酰胺中，得到质量分数为5%的溶液，在超声条件下逐滴加入大量的去离子水于此溶液中，得到浓度为2mg/mL的聚氨酯悬浮液，将该悬浮液转移至透析管中，在去离子水中透析2天，并用去离子水稀释成浓-4度为10 mg/mL的可自助装成不同尺寸纳米微球和纳米管的聚氨酯水溶液。

[0026] 其中，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为2000g/mol。

[0027] 实施例2一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在自带加热及搅拌装置的四口烧瓶中依次加入33.6g乙二胺四乙酸-2钠、54g聚乙二醇-400、0.85g硫酸。在180℃反应4h，并在同等温度下减压蒸馏除去水分，所得混合物经过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，将所得产物倾倒入大量乙酸丁酯中以洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥后即得乙二胺四乙酸-二醇。

[0028] （2）将5g乙二胺四乙酸-二醇、5g聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、2.72g甲苯二异氰酸酯、适量有机锡催化剂依次加入二甲基亚砜中进行聚合，反应温度为80℃，反应时间1h，然后向体系中加入0.58g乙二胺，继续反应1h后，将产物倾倒入聚四氟乙烯模具中，并将其置于70℃烘箱中熟化9h，即得抗凝血的可生物降解聚氨酯材料。

[0029] （3）在搅拌条件下，将上述聚氨酯材料溶于二甲基亚砜中，得到质量分数为5%的溶液，在超声条件下逐滴加入大量的去离子水于此溶液中，得到浓度为2mg/mL的聚氨酯悬浮液，将该悬浮液转移至透析管中，在去离子水中透析2天，并用去离子水稀释成浓度为-210 mg/mL的可自助装成不同尺寸纳米微球和纳米管的聚氨酯水溶液。

[0030] 其中，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为5000g/mol。

[0031] 实施例3一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在自带加热及搅拌装置的四口烧瓶中依次加入33.6g乙二胺四乙酸-2钠、54g聚乙二醇-400、0.85g硫酸。在160℃反应6h，并在同等温度下减压蒸馏除去水分，所得混合物经过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，将所得产物倾倒入大量乙酸乙酯中以洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥后即得乙二胺四乙酸-二醇。

[0032] （2）将0.5g乙二胺四乙酸-二醇、4.5g聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、2g甲苯二异氰酸酯、适量有机锡催化剂依次加入N,N-二甲基甲酰胺中进行聚合，反应温度为60℃，反应时间2h，然后向体系中加入0.42g1,4-丁二醇，继续反应1h后，将产物倾倒入聚四氟乙烯模具中，并将其置于80℃烘箱中熟化8h，即得抗凝血的可生物降解聚氨酯材料。

[0033] （3）在搅拌条件下，将上述聚氨酯材料溶于N,N-二甲基甲酰胺中，得到质量分数为5%的溶液，在超声条件下逐滴加入大量的去离子水于此溶液中，得到浓度为2mg/mL的聚氨酯悬浮液，将该悬浮液转移至透析管中，在去离子水中透析2天，并用去离子水稀释成浓度为1mg/mL的可自助装成不同尺寸纳米微球和纳米管的聚氨酯水溶液。

[0034] 其中，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为1000g/mol。

[0035] 实施例4一种可自组装成纳米管的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在自带加热及搅拌装置的四口烧瓶中依次加入33.6g乙二胺四乙酸-2钠、54g聚乙二醇-400、0.85g硫酸。在130℃反应7h，并在同等温度下减压蒸馏除去水分，所得混合物经过滤除去未反应的乙二胺四乙酸-2钠，将所得产物倾倒入大量乙酸甲酯中以洗去未反应的聚乙二醇-400及其低聚物，最后离心、干燥后即得乙二胺四乙酸-二醇。

[0036] （2）将4g乙二胺四乙酸-二醇、10g聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、4.1g甲苯二异氰酸酯、适量有机锡催化剂依次加入N,N-二甲基甲酰胺中进行聚合，反应温度为50℃，反应时间4h，然后向体系中加入0.42g二甲苯，继续反应1h后，将产物倾倒入聚四氟乙烯模具中，并将其置于75℃烘箱中熟化9h，即得抗凝血的可生物降解聚氨酯材料。

[0037] （3）在搅拌条件下，将上述聚氨酯材料溶于二甲苯中，得到质量分数为5%的溶液，在超声条件下逐滴加入大量的去离子水于此溶液中，得到浓度为2mg/mL的聚氨酯悬浮液，将该悬浮液转移至透析管中，在去离子水中透析2天，并用去离子水稀释成浓度为1mg/mL的可自助装成不同尺寸纳米微球和纳米管的聚氨酯水溶液。

[0038] 其中，所述聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇的分子量为4000g/mol。

[0039] 值得说明的是本发明的产品可应用于组织工程、药物载体和控制释放、纳米反应器、纳米催化剂等领域，且效果极佳。

[0040] 应当说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

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