新型改性聚己內(nèi)酯型聚氨酯彈性體的合成及性能

陳　超，包春燕，袁　敏，林秋寧，朱麟勇

（華東理工大學(xué)精細(xì)化工研究所，化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海200237）

新型改性聚己內(nèi)酯型聚氨酯彈性體的合成及性能

陳超，包春燕，袁敏，林秋寧，朱麟勇

（華東理工大學(xué)精細(xì)化工研究所，化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海200237）

用不同種類異氰酸酯［脂肪族六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和脂環(huán)族異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）］對聚己內(nèi)酯（PCL）進(jìn)行改性，得到兩端為羥基的異氰酸酯改性的PCL預(yù)聚體.將未改性和改性的PCL端羥基進(jìn)行磷酸化后［磷酸化組分PCL210磷酸酯（A）、PCL205／HDI磷酸酯（B）和PCL205／IPDI磷酸酯（C）］與雙官能度的環(huán)氧（1，4?丁二醇二縮水甘油醚，E）進(jìn)行開環(huán)交聯(lián)反應(yīng)，得到生物相容且可降解的聚己內(nèi)酯型聚氨酯彈性體材料（AE，BE和CE）.聚己內(nèi)酯型聚氨酶彈性體的力學(xué)性能、靜態(tài)水接觸角、體外降解／溶脹和細(xì)胞毒性測試結(jié)果表明，PCL異氰酸酯的改性有助于提高材料的強(qiáng)度、彈性、耐疲勞性和降解速率，同時未明顯提高材料的細(xì)胞毒性.

聚己內(nèi)酯；異氰酸酯改性；聚氨酯彈性體；生物可降解

生物醫(yī)用材料是指基于疾病診斷和臨床治療目的研發(fā)的具有良好組織相容性和生理功能的生物復(fù)合材料，是材料工程、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和藥物化學(xué)等學(xué)科綜合衍生的產(chǎn)物［1］.其中，生物可降解高分子材料是目前生物醫(yī)用材料研究領(lǐng)域的重要課題之一.生物可降解高分子材料是指在特定條件和特定時間內(nèi)，使高分子主鏈通過生物有機(jī)體內(nèi)的水解和酶解等作用發(fā)生斷裂，從而逐漸降低分子量，最終降解為可被生物體吸收代謝的單體、CO2和H2O，滿足相應(yīng)醫(yī)用需求的生物材料［2～4］.

生物可降解高分子材料按其原料來源可分為天然高分子材料、合成高分子材料和微生物發(fā)酵高分子材料［5，6］.人工聚酯材料聚己內(nèi)酯（PCL）由于含有大量重復(fù)的酯鍵結(jié)構(gòu)，使其具有生物可降解性、良好的力學(xué)性能和生物相容性.PCL材料已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于生物材料領(lǐng)域［7］.由于PCL本身存在結(jié)晶性偏高和親水性較差等問題，導(dǎo)致材料脆性過高和降解速率過慢，因此需要對PCL材料進(jìn)行改性修飾［8～10］，通常包括物理共混、化學(xué)嵌段和化學(xué)交聯(lián)等3種方法.目前，最常用的方法是利用化學(xué)交聯(lián)制備彈性體來改善PCL韌性差及降解速率慢的不足［11，12］.為了避免PCL交聯(lián)反應(yīng)時加入的引發(fā)劑或催化劑帶來的潛在毒性，無毒性添加的交聯(lián)反應(yīng)更適用于制備生物醫(yī)藥材料；同時，以可降解的酯鍵作為交聯(lián)點的交聯(lián)材料可以同時改善材料的韌性和生物降解性［13，14］.Liu等［15］以PCL為原料進(jìn)行磷酸單酯改性，在不使用任何添加劑的前提下，與不同官能度的縮水甘油醚（環(huán)氧組分）簡單共混，發(fā)生酸性磷酸酯和環(huán)氧的高活性開環(huán)反應(yīng)，于50℃固化2 h即得到具有良好降解性和細(xì)胞相容性的PCL彈性體材料，有效改善了PCL的彈性［16］.李邵雄等［17］發(fā)現(xiàn)，聚氨酯大分子結(jié)構(gòu)中氨基甲酸酯基可使所形成的彈性體在增加其強(qiáng)度和彈性的同時保持優(yōu)異的耐磨性和低溫性能.因此，PCL聚氨酯改性也獲得越來越廣泛的應(yīng)用.

本文在PCL磷酸酯改性及環(huán)氧交聯(lián)的基礎(chǔ)上，采用不同種類異氰酸酯［六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）］對PCL進(jìn)行羥基封端的預(yù)聚改性；預(yù)聚物經(jīng)過加熱交聯(lián)、固化后得到可降解的聚己內(nèi)酯聚氨酯彈性體材料，研究了可降解聚己內(nèi)酯聚氨酯彈性體材料的機(jī)械性能、水接觸角、降解／溶脹和細(xì)胞毒性，初步證明異氰酸酯的引入可以進(jìn)一步有效增強(qiáng)PCL彈性體的彈性、韌性和耐疲勞性，提高材料的親水性和降解速率，同時使聚己內(nèi)酯聚氨酯彈性體具有良好的細(xì)胞相容性，在醫(yī)用彈性體領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.

1 實驗部分

1．1 試劑與儀器

六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和辛酸亞錫均為分析純，阿達(dá)瑪斯試劑有限公司；辛酸亞錫、五氧化二磷、多聚磷酸（PPA）、六甲基二硅氮烷、1，4?丁二醇、三羥甲基丙烷和環(huán)氧氯丙烷均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；PCL210二元醇羥基官能度為2，平均分子量為1000；PCL205二元醇羥基官能度為2，平均分子量為500；PEG400二元醇羥基官能度為2，平均分子量為400，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

Bruker Avance 500（400 MHz）型核磁共振（NMR）儀，Bruker Daltonics公司；Nicolet 5700型紅外光譜（IR）儀，Thermo Nicolet公司；GT?TCS?2000型電子萬能試驗機(jī)，高鐵科技股份有限公司；Powereach JC200A型靜滴接觸角測試儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司；HSX?150D型恒溫恒濕箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠；MCO?15AC型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，Sayan公司；Wellscan MK3型酶聯(lián)免疫檢測儀，Labsystems公司.

1.2 PCL異氰酸酯改性預(yù)聚體的合成

在500 mL帶有分水器和控溫裝置的三口瓶中加入100.0 g（0.2 mol）PCL205和200.0 mL干燥甲苯，逐步升溫至120℃并保持5 h，共沸回流除去反應(yīng)體系中的殘余水分，減壓蒸餾除去甲苯；降溫至40℃，加入0.1 mol二異氰酸酯（16.8 g HDI或22.2 g IPDI），1滴辛酸亞錫（約占體系總質(zhì)量的0.1％），攪拌下緩慢將反應(yīng)體系溫度升至75℃.采用G／T2409?92規(guī)定的二正丁胺法［18］測定游離NCO％含量達(dá)到理論值，停止反應(yīng)，得到羥基封端的PCL205／HDI及PCL205／IPDI聚氨酯預(yù)聚體.

1.3 PCL預(yù)聚體的磷酸化及環(huán)氧化組分1，4?丁二醇二縮水甘油醚（E）的合成

合成路線如Scheme 1所示.

Scheme 1 Synthetic routes of PCL 210 phosphoester（A），PCL 205／HDI phosphoester（B），PCL205／IPDI phosphoester（C）and 1，4?butanediol diglycidy ether（E）

參照文獻(xiàn)［19］方法合成PCL磷酸化組分PCL210磷酸酯（A）、PCL205／HDI磷酸酯（B）和PCL205／IPDI磷酸酯（C）.在500 mL裝有機(jī)械攪拌和控溫裝置的三口瓶中加入100.0 g（0.1 mol）PCL210或116.8 g（0.1 mol）羥基封端的PCL205／HDI或122.2 g（0.1 mol）PCL205／IPDI聚氨酯預(yù)聚體，然后分次加入10.2 g多聚磷酸PPA（含0.12 mol P），保證體系溫度低于42℃，緩慢加入5.68 g五氧化二磷（含0.08 mol P），控制反應(yīng)溫度低于59℃，待溫度穩(wěn)定后逐步升溫至85℃，反應(yīng)11 h，停止反應(yīng)；用乙酸乙酯和飽和食鹽水多次萃取、洗滌除去游離磷酸，直到將水相滴加到飽和氯化鈣溶液中沒有明顯渾濁時停止洗滌，合并有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，分別得磷酸化組分A，B和C.組分A：產(chǎn)率85.19％，1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ：4.28～4.04（16.25H），4.01～3.82（3.98H），2.48～2.32（16.76H），1.77～1.61（33.69H），1.58～1.34（17.30H），1.05～0.93（6.00H）；31P NMR（CDCl3，400 MHz），δ：－8.90（phosphate diester，1.00P），－17.23（phosphate mo?noester，12.83P）.組分B：產(chǎn)率87.45％，1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ：7.04～6.78（2.05H），4.09～3.98（16.84H），3.80～3.62（7.98H），3.18～3.07（4.00H），2.38～2.25（16.32H），1.70～1.57（33.16H），1.55～1.20（24.67H），0.91～0.76（11.87H）；31P NMR（CDCl3，400 MHz），δ：－8.90（phos?phate diester，1.00P），－17.23（phosphate monoester，13.88P）.組分C：產(chǎn)率81.20％，1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ：8.04～7.92（1.97H），4.14～3.96（16.86H），3.88～3.79（8.13H），3.43～3.35（1.07H），3.23～3.13（1.07H），2.95～2.81（1.09H），2.36～2.23（16.23H），1.76～1.64（33.87H），1.48～1.35（20.92H），1.30～1.22（0.97H），1.20～1.15（3.03H），1.05～0.96（6.00H），0.92～0.84（12.00H）；31P NMR（CDCl3，400 MHz），δ：－9.00（phosphate diester，1.00P），－17.23（phosphate monoester，10.23P）.

參照文獻(xiàn)［20］方法合成環(huán)氧化組分E.在500 mL裝有機(jī)械攪拌和控溫裝置的三口瓶中加入45.06 g（0.5 mol）l，4?丁二醇和0.75 g（體系總質(zhì)量的0.4％）三氟化硼乙醚并升溫至60℃，然后逐滴滴加97.14 g（1.05 mol）環(huán)氧氯丙烷，保證體系溫度低于65℃；待體系溫度穩(wěn)定后，于60℃回流反應(yīng)5 h；停止反應(yīng)，待體系冷卻到室溫后加入150 mL甲苯和42.0 g 40％氫氧化鈉溶液（含1.05 mol NaOH），于45℃保溫反應(yīng)5 h；反應(yīng)結(jié)束后，分出水相，用乙酸乙酯萃取3次，合并有機(jī)相.將有機(jī)相用飽和食鹽水洗至中性，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后過濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，減壓蒸餾除去環(huán)氧氯丙烷，即得產(chǎn)物E.產(chǎn)率83.25％，1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ：3.71～3.68（1.98H），3.52～3.44（4.04H），3.37～3.32（1.96H），3.14～3.10（1.89H），2.80～2.75（2.72H），2.78～2.76（1.94H），2.60～2.58（1.96H），1.61～1.69（4.00H）.

采用酚酞／甲基紅混合指示劑法定量分析磷酸化組分.在100 mL三角燒瓶中加入1.0 g磷酸化組分A，B或C，用40 mL乙醇溶解，在體系中加入1～2滴甲基紅指示劑.首先，用0.1 mol／L氫氧化鉀（KOH）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈金黃色，此時變色包括體系內(nèi)磷酸雙酯、單酯和游離磷酸的一級電離，記錄KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量V1；然后向體系內(nèi)補(bǔ)加2滴酚酞指示劑，繼續(xù)滴定使溶液顏色轉(zhuǎn)變?yōu)殚偌t色，此時變色包括體系內(nèi)磷酸單酯和游離磷酸的二級電離，記錄KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液用量V2；最后，向燒瓶內(nèi)加入10 mL飽和氯化鈣（CaCl2）溶液，讓磷酸鹽轉(zhuǎn)變成鈣鹽，使磷酸釋放出H＋離子，繼續(xù)滴定至溶液褪色為金黃色，此時變色為體系內(nèi)游離磷酸的三級電離，記錄KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液用量V3.每個樣品平行滴定3組，結(jié)果取平均值.磷酸單酯（w磷酸單酯，％）、磷酸雙酯（w磷酸雙酯，％）及游離磷酸（w游離磷酸，％）的相對含量計算如下：

式中：V1（mL）為第一次指示劑變色時KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量；V2（mL）為第二次指示劑變色時KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量；V3（mL）為第三次指示劑變色時KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量.

采用高氯酸?四乙基溴化銨滴定法測定環(huán)氧化組分E的環(huán)氧值.在100 mL三角燒瓶中加入1.0 g環(huán)氧化組分E，用40 mL二氯甲烷溶解，加入10 mL 2.5 g／mL四乙基溴化銨?冰醋酸溶液及1滴0.1％結(jié)晶紫指示劑，用0.1 mol／L高氯酸?冰醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至體系顏色由紫色變?yōu)槟G色，記錄消耗的高氯酸?冰醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V，進(jìn)行對照空白實驗，記錄消耗滴定溶液體積為V0.每個樣品平行滴定3組，取平均值.縮水甘油醚的環(huán)氧值（e）計算公式如下：

式中：m（g）為縮水甘油醚的質(zhì)量；V（mL）為實驗組消耗的高氯酸?冰醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積；V0（mL）為空白組消耗的高氯酸?冰醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積；c（mol／L）為高氯酸?冰醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度.

1.4 PCL聚氨酯交聯(lián)彈性體的制備

參照文獻(xiàn)［21］方法，按n（P?OH）∶n（E）＝2∶3的比例分別稱取磷酸化組分（A～C）和環(huán)氧化組分（E），混合均勻后澆鑄到模具中，于60℃固化2 h，即得PCL聚氨酯彈性體AE，BE和CE.合成路線見Scheme 2.

Scheme 2 Synthetic route of AE，BE and CE elastomers

2 結(jié)果與討論

2．1 磷酸酯預(yù)聚體的合成及結(jié)構(gòu)表征

首先通過酸堿滴定法［21］對合成的磷酸化組分進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征.由酸堿滴定計算得到磷酸化組分A～C中單酯／雙酯摩爾比分別為12.09∶1，13.39∶1和10.67∶1.圖1給出了磷酸化組分A～C的1H NMR譜圖.由圖1可見，各組分氫譜都顯示了各特征基團(tuán)的化學(xué)位移，積分值證實PCL已成功異氰酸酯化，且摩爾比為2∶1，證明PCL的2個端羥基都實現(xiàn)了封端改性.

Fig．11H NMR spectra of PCL 210 phosphoester（A），PCL 205／HDI phosphoester（B）and PCL205／IPDI phosphoester（C）

用31P NMR譜確定了磷酸化后磷酸酯的組成，測試前需加入等摩爾六甲基二硅氮烷［22］并于室溫超聲5 min，使待測磷酸酯硅烷化，結(jié)果見圖2.圖2中δ－8.9處的為磷酸雙酯的化學(xué)位移，約δ－17.2處為磷酸單酯的化學(xué)位移.可見，磷酸化組分A～C中磷酸單酯／磷酸雙酯的摩爾比分別為12.83∶1，13.88∶1和10.30∶1，與混合酸堿滴定結(jié)果基本相符，說明合成了以磷酸單酯為主體的磷酸化預(yù)聚體.

對于縮水甘油醚類環(huán)氧組分E，主要采用GB／T 4612?2008規(guī)定的高氯酸?四乙基溴化銨滴定法［23］和核磁共振方法進(jìn)行表征.高氯酸?四乙基溴化銨法是利用高氯酸和四乙基溴化銨生成的溴化氫與環(huán)氧進(jìn)行定量開環(huán)反應(yīng)來間接測定環(huán)氧化組分的環(huán)氧值小.通過環(huán)氧滴定得到本文所合成的環(huán)氧組分的環(huán)氧值為0.8943 mol／100 g，與核磁積分計算相符（圖3），推算出平均每個環(huán)氧化組分含有約2個縮水甘油環(huán)氧結(jié)構(gòu)，表明制備了雙官能度縮水甘油醚環(huán)氧化組分E.

Fig．231P NMR spectra of PCL 210 phosphoester（a），PCL 205／HDI phosphoester（b）and PCL205／IPDI phosphoester（c）

Fig．31H NMR spectrum of 1，4?butanediol diglycidy ether

2.2 交聯(lián)PCL聚氨酯彈性體的結(jié)構(gòu)表征

根據(jù)環(huán)氧開磷酸單酯最佳交聯(lián)密度比例（根據(jù)楊氏模量大?。?5，16］，將磷酸化組分A～C分別與環(huán)氧組分E按照n（P?OH）∶n（E）＝2∶3的比例混合均勻.圖4給出了升溫、交聯(lián)固化后AE，BE和CE彈性體材料的全反射紅外光譜.圖4中AE，BE和CE體系中2267 cm－1處異氰酸酯伸縮振動信號的消失及1735 cm－1處氨基甲酸酯羰基基團(tuán)的伸縮振動峰的出現(xiàn)表明，PCL205二元醇的異氰酸酯改性完全；908 cm－1處的環(huán)氧基團(tuán)的伸縮振動峰的減少甚至消失，證實磷酸化和環(huán)氧化組分反應(yīng)完全.

Fig．4 ATR?IR spectra of E（a），AE（b），BE（c）and CE（d）elastomers

Fig．5 Tensile（A）and compression（B）tests of AE（a），BE（b）and CE（c）elastomers

2.3 交聯(lián)PCL聚氨酯彈性體的力學(xué)性能

對PCL聚氨酯彈性體AE，BE和CE進(jìn)行了拉伸和壓縮性能測試.100 N荷重元感應(yīng)器的拉伸速度設(shè)定為5.0 mm／min，交聯(lián)材料尺寸為30.0 mm×4.2 mm×1.5 mm；20 kN荷重元感應(yīng)器的壓縮速度設(shè)定為2.0 mm／min，壓縮模量以10％形變處為計算標(biāo)準(zhǔn)，交聯(lián)材料尺寸為10 mm×5 mm，每個樣品測試5組平行樣，結(jié)果取平均值.圖5（A）給出了AE，BE和CE彈性體的應(yīng)力?應(yīng)變曲線.由圖5（A）可見，異氰酸酯改性的體系（BE和CE）的拉伸模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率均比未改性體系（AE）高，說明異氰酸酯的引入有助于改善PCL的強(qiáng)度和韌性，提高了PCL的力學(xué)性能.在壓縮測試［圖5（B）］中，異氰酸酯改性的體系（BE和CE）的壓縮模量、壓縮強(qiáng)度和破裂壓縮率均比未改性體系（AE）高，說明異氰酸酯的引入有助于改善PCL的強(qiáng)度和彈性，提高了PCL的力學(xué)性能.

對PCL聚氨酯彈性體材料的耐疲勞性進(jìn)行了循環(huán)壓縮測試.20 kN荷重元感應(yīng)器的壓縮速度設(shè)定為2.0 mm／min，最大形變量為30％，反復(fù)壓縮次數(shù)為25次，壓縮模量以10％形變處為計算標(biāo)準(zhǔn)，交聯(lián)材料尺寸為10 mm×5 mm.循環(huán)次數(shù)設(shè)定為25次，最大壓縮形變量為30％，壓縮模量以壓縮形變量10％處的計算為準(zhǔn).圖6分別給出AE和BE（CE與BE相似）的循環(huán)壓縮曲線，從圖6（A）和（B）可以看出，未引入異氰酸酯的AE體系隨著循環(huán)次數(shù)的增多，最大壓縮應(yīng)力逐漸降低，且每次壓縮、回彈曲線的重合性較差，說明AE體系的耐疲勞性較差；而對于異氰酸酯改性后的體系（BE和CE）［圖6（C）和（D）］，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，最大壓縮強(qiáng)度無明顯降低，曲線重合性較好，說明異氰酸酯的引入可以顯著改善材料的耐疲勞性.

Fig．6 Stress?strain（A，C）and stress?time（B，D）curves of AE（A，B）and BE（C，D）systems

2.4 PCL聚氨酯彈性體材料的體外溶脹／降解性能

為了研究材料的親疏水性和體外降解情況，測試了各PCL聚氨酯彈性體材料的靜態(tài)水接觸角和在pH＝7.4的PBS緩沖溶液（0.01 mol／L，0.05％NaN3）中，37℃下的體外水溶脹性和降解情況.接觸角實驗結(jié)果表明，異氰酸酯的引入在一定程度上改善了PCL的親水性，水接觸角從AE的68.24°分別降低到BE的59.47°和CE的64.20°；結(jié)合熱塑性PCL8w材料靜態(tài)水接觸角約80°，可知磷酸酯鍵和異氰酸酯基團(tuán)的引入改善了PCL的親水性.選用常規(guī)水解測試方法即依據(jù)質(zhì)量變化分析評估了PCL磷酸酯交聯(lián)體系體外降解能力.制備尺寸為10 mm×5 mm的標(biāo)準(zhǔn)交聯(lián)材料，原始質(zhì)量記為m0，于37℃浸沒于新配制的含0.05％NaN3的PBS緩沖溶液（0.01 mol／L，pH＝7.4）中.按預(yù)設(shè)時間，將固體材料從PBS溶液內(nèi)取出，用濾紙將材料表面液體除去后稱重，記為m1.為降低材料產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對降解的自催化作用，測試期間定期檢測浸泡PBS緩沖溶液的pH值，若超出6.9～7.9范圍，則棄去原浸泡液并更換新鮮PBS緩沖溶液.每個樣品做3組平行樣，結(jié)果取平均值.材料的溶脹／降解率［w（％）］計算如下：

式中：m1（g）為每次取出的殘余材料質(zhì)量；m0（g）為材料的原始質(zhì)量.圖7（A）給出了彈性體的溶脹降解數(shù)據(jù)，相對于AE體系，BE和CE體系在降解初期出現(xiàn)較明顯的溶脹現(xiàn)象，后期降解速率較快.進(jìn)一步印證了異氰酸酯基團(tuán)的引入可在一定程度上改善PCL的親水性從而加快其降解速率，其中脂肪族異氰酸酯HDI改善最明顯，脂環(huán)族IPDI次之.

Fig．7 Mass?change curves（A）and cytotoxicity in vitro（B）of AE，BE and CE elastomers in PBS

2.5 PCL聚氨酯彈性體的體外細(xì)胞毒性

采用噻唑藍(lán)（MTT）比色法進(jìn)行了體外細(xì)胞毒性測試，根據(jù)ISO 10993?5［24］要求，將待測材料置于無血清α?MEM溶液（5.0 g／mL）內(nèi)，在37℃，濕度95％及5％CO2條件下浸泡24 h，取上層清液過膜（Millipore，0.22 μm）并殺菌，于4℃低溫環(huán)境保存.將傳代48 h的L929細(xì)胞用無血清α?MEM培養(yǎng)液制備成1×105Cell／mL的細(xì)胞懸液，接種于96孔板（100 μL／孔）中，置于37℃，濕度95％及含5％CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng).4 h細(xì)胞貼壁生長后，實驗組用4℃低溫保存的上層清液替換原培養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)1和3 d；對照組用新鮮細(xì)胞培養(yǎng)液替換原培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)1和3 d.培養(yǎng)結(jié)束后，棄去培養(yǎng)液，加入定量MTTDMSO溶液，振蕩10 min，通過酶標(biāo)儀檢測其在490 nm波長下的吸光度值，計算細(xì)胞相對增殖度（RGR）.

由圖7（B）可知，引入異氰酸酯后，BE和CE均具有較高的細(xì)胞（L929細(xì)胞）相對增殖率（RGR≥95％）；培養(yǎng)3 d后，RGR值略有降低，這可能與材料降解產(chǎn)生的少量酸性物質(zhì)不利于細(xì)胞增殖有關(guān).可見，磷酸基團(tuán)和各類異氰酸酯的引入對以PCL為主體的交聯(lián)材料的細(xì)胞毒性均無顯著提高，均達(dá)到細(xì)胞相容性一級標(biāo)準(zhǔn)（75％≤RGR≤99％），交聯(lián)體系具備良好的細(xì)胞相容性.

3 結(jié) 論

設(shè)計合成了基于磷酸酯鍵交聯(lián)的PCL聚氨酯彈性體材料.對PCL205分別用HDI和IPDI 2類異氰酸酯修飾改性，并經(jīng)磷酸化與雙官能環(huán)氧通過磷酸羥基和環(huán)氧基團(tuán)的高效開環(huán)反應(yīng)，制備了PCL聚氨酯彈性體材料.通過對材料進(jìn)行機(jī)械力學(xué)性能測試、靜態(tài)水接觸角測試、體外降解／溶脹測試和細(xì)胞毒性測試，初步證明PCL經(jīng)異氰酸酯改性修飾后，交聯(lián)體系的彈性、韌性和耐疲勞性等力學(xué)性能均有所提高；同時提高了體系的親水性和降解速率；改性材料具有良好的細(xì)胞相容性，使該類材料在組織工程支架領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值.

［1］ Nicolas A.P.，Robert L.，Science，1994，263（5154），1715—1720

［2］ Luo Y.，Zhuo R.X.，F(xiàn)an C.L.，Chem．J．Chinese Universities，1994，15（5），767—770（羅毅，卓仁禧，范昌烈.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，1994，15（5），767—770）

［3］ Serrano M.C.，Chung E.J.，Ameer G.A.，Adv．Funct．Mater．，2010，20（2），192—208

［4］ Schroeter M.，Wildemann B.，Lendlein A.，Biodegradable Materials，In Regenerative Medicine，Springer Press，Netherlands，2013，529—556

［5］ Williams D.F.，Biomaterials，2009，30，5897—5909

［6］ Yu H.Y.，Tang Z.H.，Song W.T.，Deng M.X.，Chen X.S.，Chem．J．Chinese Universities，2014，35（5），903—916（于海洋，湯朝暉，宋萬通，鄧明虓，陳學(xué)思.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2014，35（5），903—916）

［7］ Wang Y.C.，Tang L.Y.，Sun T.M.，Biomacromolecules，2008，9，388—395

［8］ Yeong W.Y.，Sudarmadji N.，Yu H.Y.，Chua C.K.，Leong K.F.，Venkatraman S.S.，Boey Y.C.F.，Tan L.P.，Acta Biomaterialia，2010，6（6），2028—2034

［9］ Bastioli C.，Cerutti A.，Guanella I.，Romano G.C.，Tosin M.，J．Environm．Polym．Degrad．，1995，3（2），81—95

［10］ Dash T.K.，Konkimalla V.B.，Molecul．Pharm．，2012，9（9），2365—2379

［11］ Yoshii F.，Darwis D.，Mitomo H.，Makuuchi K.，Rad．Phys．Chem．，2000，57（3—6），417—420

［12］ Guelcher S.A.，Srinivasan A.，Dumas J.E.，Didier J.E.，McBride S.，Hollinger J.O.，Biomaterials，2008，29（12），1762—1775

［13］ Yang J.，Webb A.R.，Ameer G.A.，Adv．Mater．，2004，16（6），511—516

［14］ Yang J.，Webb A.R.，Pickerill S.J.，Hageman G.，Ameer G.A.，Biomaterials，2006，27（9），1889—18989

［15］ Liu Z.X.，Wang L.，Bao C.Y.，Cao L.，Dai K.R.，Zhu L.Y.，Biomacromolecules，2011，12（6），2389—2395

［16］ Yuan M.，Liu Z.X.，Dong，S.F.，Lin Q.N.，Bao C.Y.，Zhu L.Y.，Acta Polymerica Sinica，2016，1，53—60（袁敏，劉趙興，董珊鳳，林秋寧，包春燕，朱麟勇.高分子學(xué)報，2016，1，53—60）

［17］ Li S.X.，Liu Y.J.，Polyurethane Resin and It’s Application，Chemical Industry Press，Beijing，2002（李邵雄，劉益軍.聚氨酯樹脂及其應(yīng)用，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002）

［18］ Wang X.C.，Lu X.B.，Qiang T.T.，West Leather，2009，31（5），18—19（王學(xué)川，盧先博，強(qiáng)濤濤.西部皮革，2009，31（5），18—19）

［19］ Tracy D.，Reierson R.，J．Surfactants Deterg．，2002，5（2），169—172

［20］ Wang S.M.，Zhou L.W.，Liu Y.J.，Duan T.，Guangzhou Chemical Industry and Technology，2011，39（14），53—55（王樹民，周偉良，劉躍佳，段濤.廣州化工，2011，39（14），53—55）

［21］ Tian X.，Dong W.Z.，Textile Auxiliaries，2000，17（3），29—30（田欣，董文增.印染助劑，2000，17（3），29—30）

［22］ Penczek S.，Kaluzynski K.，Pretula J.，J．Appl．Polym．Sci．，2007，105（1），246—254

［23］ GB／T 4612?2008，Epoxy Determination of Plastic and Epoxy Compounds，Standard Press of China，Beijing，2008（GB／T 4612?2008.塑料、環(huán)氧化合物環(huán)氧當(dāng)量的測定，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008）

［24］ ISO 10993?5.Biological Evaluation of Medical Devices—Part 5：Test for in Vitro Cytotoxicity，International Standard，2009

（Ed.：W，Z，K）

?Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos.21373084，51273064）.

Synthesis and Performance of Novel Modified Polycaprolactone Polyurethane Elastomers?

CHEN Chao，BAO Chunyan?，YUAN Min，LIN Qiuning，ZHU Linyong?
（Institute of Fine Chemical Engineering，School of Chemistry and Molecular Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）

Polycaprolactone（PCL）is a kind of excellent histocompatible and biodegradable materials due to the presence of amounts of esters that can be hydrolyzed by water or enzyme，which made PCL as one of Pure Food and Drug Administration（FDA）certified medical materials.However，the high crystallinity and poor hydrophility of polycaprolactone induce slow biodegradation rate，poor tenacity and fatigue durability although it has high mechanical strength.Therefore，modification on polycaprolactone was necessary.Herein，we used isocyanates［hexamethylene diisocyanate（HDI）and isophorone diisocyanate（IPDI）］to modify polycaprolac?tone and the phosphorylated prepolymers were reacted with bifunctional epoxy to form crosslinked and biode?gradable elastomers.The test and analysis of mechanical properties，water contact angle，degradation／swelling and cell cytotoxicity in vitro indicated that the introduction of isocyanate helped to improve flexibility，fatigue resistance and degradation rate of the elastomers with no increased cytotoxicity.

Polycaprolactone；Isocyanate modification；Polyurethane elastomer；Biodegradable

O633.14

A

10.7503／cjcu20160528

2016?07?21.網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016?11?18.

國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：21373084，51273064）資助.

聯(lián)系人簡介：包春燕，女，博士，教授，主要從事智能生物材料研究.E?mail：baochunyan＠ecust.edu.cn

朱麟勇，男，博士，教授，主要從事生物可降解智能材料研究.E?mail：linyongzhu＠ecust.edu.cn