专利名称：具有亲水性表面的体型聚合物生物材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子物质的处理或配料的工艺过程，尤其涉及一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料及其制备方法。
由于在现代医疗诊断，治疗及其修复和再造病体组织上的巨大应用，生物医用功能材料的研究已成为生物医用工程学中最为活跃的研究之一。作为植入或和生命活体直接相连的材料，在材料和生命活体接触表面通常会发生一系列不可控的不良反应，并导致发生免疫排斥、感染、凝血和细胞畸变等问题。通过对材料的表面改性改善材料的生物相容性，是生物医用高分子材料应用中的关键问题。
具有亲水性表面的材料，由于可降低材料和生物分子的非特异性相互作用，可有效改善材料的生物相容性。目前，尽管存在多种改善聚合物材料表面性能的表面修饰方法，但均存在表面修饰工艺复杂，修饰表面稳定性差，不适应于对沟槽、多孔的复杂体型材料的修饰等问题。尤其对于生物降解型聚合物材料，由于其聚合物表面是随降解不断变化的的动态界面，如何实现对动态界面的连续修饰，始终是生物医用高分子材料表面修饰技术一个悬而未决的难题。
本发明的目的是提供一种工艺简单、稳定性高、适用于复杂体型材料和可实现生物降解材料动态界面自修饰的具有亲水性表面的体型聚合物生物材料及其制备方法。
为了达到上述目的本发明采取下列措施具有亲水性表面的体型聚合物生物材料包括具有规则表面的简单三维体型和具有沟槽、多孔的复杂聚合物体型骨架，它具有两亲共聚物和疏水型聚合物的共混体系，其中两亲共聚物为具有两种或两种以上不同亲、疏水性单体的嵌段或接枝共聚物，数均分子量从1000～800000，其亲水段为聚氧乙烯，数均分子量从1000～20000；疏水段为线形疏水聚合物，亲水段重量百分比从1～80％，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～80∶20。
其制备方法为1)采用具有两种或两种以上不同亲、疏水性单体的两亲嵌段或接枝共聚物，数均分子量从1000～800000，其亲水段为聚氧乙烯，数均分子量从1000～20000；疏水段为线形疏水聚合物，亲水段重量百分比1～80％，和疏水型聚合物共混制备热力学均一的共混体系，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～80∶20；2)将共混体系制备成具有规则表面的简单三维体型材料和具有沟槽、多孔的复杂聚合物体型骨架，在30～100℃水中浸泡处理1～300小时，恒温干燥到恒重。
本发明的优点是1)材料亲水表面的制备是通过亲水组分在表面的自迁移实现的，该过程是一个热力学自发的过程。疏水段提供了两亲聚合物和疏水基质良好的相容性和稳定性。同时，基于获得最小界面自由能的热力学动力，亲水组分可自发向聚合物-水界面迁移，直接导致材料表面的两亲共聚物/疏水聚合物比明显高于材料本体的两亲共聚物/疏水聚合物比，可原位形成高亲水性聚合物富集的亲水性表面。该特点决定了该方法可适用于对多种复杂体型，如各种管内壁，体型沟槽，体型多孔支架的表面修饰。在多种具有复杂体型结构的生物医用装置，如医用导管内壁，和多孔组织工程骨架材料的表面修饰中显示良好的应用前景。
2)由于热力学自发的特点，其修饰的表面是一个热力学稳定的，不会发生如等离子体和光接枝修饰引起的表面组成随表面存放时间发生变化的现象。
3)由于自组织共混修饰是依据亲水链段在聚合物-水界面热力学自迁移实现的，而材料表面富集的亲水组分虽然在表面占主导。但由于其表面厚度远低于聚合物体形材料。其表面亲水组分只占材料总亲水组分的一部分，材料本体中始终存在一个大亲水组分“库”。在平衡表面的亲水层被破坏后，亲水组分有通过本体相向表面自迁移的‘自修复’特点，为实现对生物降解材料随降解产生的动态界面的连续动态修饰提供了有效手段。
下面结合实施例对本发明作详细说明。
本发明采用亲水-疏水两亲聚合物和疏水型聚合物共混技术及水界面后处理技术制备具有亲水性表面的体型聚合物生物材料。疏水段提供了两亲聚合物和疏水基质良好的相容性和稳定性，同时亲水组分可自发向聚合物-水界面迁移，直接导致材料表面的两亲共聚物/疏水聚合物比明显高于材料本体的两亲共聚物/疏水聚合物比，可原位形成高亲水性聚合物富集的亲水性表面。
上述两亲共聚物为聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物，分子量为3000～300000聚氧乙烯链长为1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量为1～80％，疏水聚合物为可生物降解的聚合物聚乳酸，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～50∶50，采用盐溶出技术制备可生物降解的多孔聚合物骨架材料，水处理条件为30～100℃，1～48小时。两亲共聚物为聚氯乙烯-接枝-聚氧乙烯，数均分子量30000～700000，聚氧乙烯接枝链长度1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量20～80％，疏水聚合物为医用聚氯乙烯，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～40∶60，采用溶液流延法制备聚合物膜，水处理条件为将聚合物膜放入50～70℃水中退火处理1～200小时，恒温干燥到恒重两亲共聚物为聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物，分子量10000～200000，聚氧乙烯链长1000～16000，其中聚氧乙烯重量百分比含量为4～80％，疏水聚合物为聚乳酸，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～70∶30，采用溶液流延法制备聚合物膜，水处理条件为放入大量37～100℃水中退火处理1～48小时，恒温干燥到恒重。
2)在聚合物溶液中添加9倍量的粒径为100～200纳米的氯化钠，静止消泡后倒入四氟乙烯模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入大量100℃水中退火处理48小时，恒温干燥到恒重。
采用将1厘米长宽和0.2厘米厚的改性聚乳酸多孔支架材料浸入水中5分中，取出，去除表面水分，称量，聚乳酸多孔支架材料增重大于1.2克。而同时仅采用聚乳酸按2制备的材料增重小于0.2克。表面聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物改性制备聚乳酸多孔支架材料明显改良了支架材料孔内表面的亲水性，利于水的浸润。
2)静止消泡后倒入四氟乙烯模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入70℃水中退火处理100小时，恒温干燥到恒重。X-射线光电子能谱和水接触角试验结果显示，表面聚氧乙烯组分含量大于60％，水接触角小于30度。
采用超薄切片除去聚合物膜表面层后，表面聚氧乙烯组分含量小于20％，水接触角大于60度。对聚合物膜70℃水中退火处理100小时后，表面聚氧乙烯组分含量大于60％，水接触角小于30度。表明聚合物表面具有自修复的功能。
2)静止消泡后倒入四氟乙烯模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入大量100℃水中退火处理3小时，恒温干燥到恒重。
采用X-光电子能谱显示在膜生物材料表面的聚氧乙烯重量百分比含量大于本体含量10倍以上。表明两亲聚合物聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物在该工艺处理下，在材料表面发生“自组织”迁延，成功地获得了亲水聚氧乙烯修饰的生物降解型膜生物材料。
2)在聚合物溶液中添加九倍量的粒径为100～200纳米的氯化钠，静止消泡后倒入四氟乙烯模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入大量37℃水中退火处理30小时，恒温干燥到恒重。采用将1厘米长宽和0.2厘米厚的改性聚乳酸多孔支架材料浸入水中5分中，取出，去除表面水分，称量，聚乳酸多孔支架材料增重大于1.2克。而同时仅采用聚乳酸按2，3制备的材料增重小于0.2克。表面聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物改性制备聚乳酸多孔支架材料明显改良了支架材料孔内表面的亲水性，利于水的浸润。
1)聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物(分子量为3000～300000，聚氧乙烯链长为1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量为1～80％)和聚乳酸，混合溶解于氯仿溶液中，其中聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物和聚乳酸重量比为0.1∶99.9～50∶50，聚合物溶液浓度为1g/100ml～40g/100ml。
2)在聚合物溶液中添加19倍量的粒径为100～200纳米的氯化钠，静止消泡后倒入不锈钢模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入大量50～70℃水中退火处理1～48小时，恒温干燥到恒重。
结果显示，聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物改性制备聚乳酸多孔支架材料明显改良了支架材料孔内表面的亲水性，利于水的浸润。
2)热力学吹塑成膜。将聚合物膜放入50℃水中退火处理300小时，恒温干燥到恒重。
X-射线光电子能谱和水接触角试验结果显示，表面聚氧乙烯组分含量大于本体10倍以上，水接触角小于30度。表明两亲聚合物聚氯乙烯-接枝-聚氧乙烯在该工艺处理下，在材料表面发生“自组织”迁延，成功地获得了亲水聚氧乙烯修饰的聚氯乙烯膜材料。
2)热力学挤出成为导管。将聚合物导管放入70℃水中退火处理100小时，恒温干燥到恒重。
X-射线光电子能谱和水接触角试验结果显示，表面聚氧乙烯组分含量大于本体10倍以上，水接触角小于30度。表明两亲聚合物聚氯乙烯-接枝-聚氧乙烯在该工艺处理下，在材料表面发生“自组织”迁延，成功地获得了亲水聚氧乙烯修饰的聚氯乙烯导管。
2)静止消泡后倒入四氟乙烯模具中流延成膜，于室温中挥发干燥成膜。将聚合物膜放入大量100℃水中退火处理30小时，恒温干燥到恒重。
2)采用注射成型制备生物医用骨钉，将聚合物骨钉放入大量37～100℃水中退火处理30小时，恒温干燥到恒重。
采用X-光电子能谱显示在骨钉表面的聚氧乙烯重量百分比含量大于本体含量9倍以上。表明两亲聚合物聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物在该工艺处理下，在材料表面发生“自组织”迁延，成功地获得了亲水聚氧乙烯修饰的生物降解型生物医用骨钉。
权利要求
1.一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料，它包括具有规则表面的简单三维体型和具有沟槽、多孔的复杂聚合物体型骨架，其特征在于它具有两亲共聚物和疏水型聚合物的共混体系，其中两亲共聚物为具有两种或两种以上不同亲、疏水性单体的嵌段或接枝共聚物，数均分子量从1000～800000，其亲水段为聚氧乙烯，数均分子量从1000～20000；疏水段为线形疏水聚合物，亲水段重量百分比从1～80％，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～80∶20。
2.根据权利要求书1所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料，所说的两亲共聚物为聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物，分子量为3000～300000，聚氧乙烯链长为1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量为1～80％，疏水聚合物为可生物降解的聚合物聚乳酸，聚乙醇酸及其共聚物，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～50∶50。
3.根据权利要求书1所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料，所说的两亲共聚物为聚氯乙烯-接枝-聚氧乙烯，数均分子量30000～300000，聚氧乙烯接枝链长度1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量20～80％，疏水聚合物为医用聚氯乙烯，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～40∶60。
4.根据权利要求书1所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料，所说的两亲共聚物为聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物，分子量10000～200000，聚氧乙烯链长1000～16000，其中聚氧乙烯重量百分比含量为4～80％，疏水聚合物为聚乳酸，聚乙醇酸及其共聚物，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～70∶30。
5.一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料的制备方法，其特征包括1)采用具有两种或两种以上不同亲、疏水性单体的两亲嵌段或接枝共聚物，数均分子量从1000～800000，其亲水段为聚氧乙烯，数均分子量从1000～20000；疏水段为线形疏水聚合物，亲水段重量百分比1～80％，和疏水型聚合物共混制备热力学均一的共混体系，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～80∶20；2)将共混体系制备成具有规则表面的简单三维体型材料和具有沟槽、多孔的复杂聚合物体型骨架，在30～100℃水中浸泡处理1～300小时，恒温干燥到恒重。
6.根据权利要求书5所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料的制备方法，所说的两亲共聚物为聚氧乙烯-聚环氧丙烷嵌段共聚物，分子量为3000～300000聚氧乙烯链长为1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量为1～80％，疏水聚合物为可生物降解的聚合物聚乳酸，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为0.1∶99.9～50∶50，采用盐溶出技术制备可生物降解的多孔聚合物骨架材料，水处理条件为30～100℃，1～48小时。
7.根据权利要求书5所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料的制备方法，所说的两亲共聚物为聚氯乙烯-接枝-聚氧乙烯，数均分子量30000～700000，聚氧乙烯接枝链长度1000～20000，聚氧乙烯重量百分比含量20～80％，疏水聚合物为医用聚氯乙烯，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～40∶60，采用溶液流延法制备聚合物膜，水处理条件为将聚合物膜放入50～70℃水中退火处理1～200小时，恒温干燥到恒重
8.根据权利要求书5所述的一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料的制备方法，所说的两亲共聚物为聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物，分子量10000～200000，聚氧乙烯链长1000～16000，其中聚氧乙烯重量百分比含量为4～80％，疏水聚合物为聚乳酸，其中两亲共聚物和疏水聚合物的重量比为1∶99～70∶30，采用溶液流延法制备聚合物膜，水处理条件为放入大量37～100℃水中退火处理1～48小时，恒温干燥到恒重。
全文摘要
本发明公开了一种具有亲水性表面的体型聚合物生物材料及其制备方法。其方法为采用两亲共聚物和疏水型聚合物共混,制备具有规则表面的简单三维体型材料和具有沟槽、多孔的复杂聚合物体型骨架,经水处理得到两亲共聚物表面含量明显大于本体共混组成的亲水性体型聚合物生物材料。本发明工艺简单、稳定性高、适用于复杂体型材料和可实现生物降解材料动态界面自修饰。
文档编号C08J3/00GK1363620SQ0110271
公开日2002年8月14日 申请日期2001年1月3日 优先权日2001年1月3日
发明者计剑, 封麟先, 朱惠光, 高长有, 沈家骢 申请人:浙江大学