【摘要】：生物可降解高分子材料是指能夠以安全、可靠、經(jīng)濟(jì)且生理相容的方式在結(jié)構(gòu)或功能上代替身體部分組織或器官功功能,且降解產(chǎn)物對(duì)機(jī)體無毒副作用的一種高分子材料,主要包括天然、微生物合成和化學(xué)合成三個(gè)來源,其中化學(xué)合成高分子材料結(jié)構(gòu)可控性強(qiáng)、性能優(yōu)異,具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。聚氨酯是分子主鏈中含有重復(fù)的氨基甲酸酯基團(tuán)的一種高分子聚合物,具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐彎曲性,且分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度大,作為醫(yī)用材料很早就受到人們的重視。而聚氨酯材料不能天然被降解,生物可降解聚氨酯的合成,主要是將生物可降解組分或基團(tuán)通過共混或共聚的方法作為軟段,或以擴(kuò)鏈劑的形式作為硬段引入到聚氨醋分子結(jié)構(gòu)中,通過調(diào)節(jié)軟硬段的結(jié)構(gòu)和比例,從而可以調(diào)節(jié)聚氨酯的性能。本文通過選用三種來源不同的原料如天然物基的蓖麻油(CO)、微生物發(fā)酵的聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)和化學(xué)合成的聚乙烯醇(PVA),替代常規(guī)石油化工原料合成的多元醇,制備了三種不同類型的新型生物基聚氨酷材料,主要研究了不同生物基聚氨酷材料的制備方法以及分子結(jié)構(gòu)與不同性能(力學(xué)性能、降解性能、生物相容性)間的相互作用關(guān)系和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用探討等。本文通過預(yù)聚物法將蓖麻油、聚乙二醇和聚異氰酸酯為原料,制備了蓖麻油基聚氨酯多孔海綿。并研究了不同發(fā)泡劑和催化劑對(duì)聚氨酯泡沫海綿制備工藝上的影響。通過調(diào)控蓖麻油的含量,我們可以發(fā)現(xiàn)隨著蓖麻油含量的增加,其分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵和氨基甲酸酯官能團(tuán)的含量會(huì)減少;交聯(lián)密度會(huì)隨著蓖麻油含量的增加而增加,而孔隙率會(huì)隨著蓖麻油含量增加而降低;海綿的微觀形貌和孔徑也會(huì)發(fā)生變化;其親水性和吸水率會(huì)隨著蓖麻油基含量的增加而減小;拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、壓縮回彈率和楊氏模量會(huì)隨著蓖麻油含量的增加而提高,斷裂伸長率會(huì)隨著蓖麻油含量增加而下降。又系統(tǒng)比較了蓖麻油基聚氨酯海綿和石油基聚氨酯海綿的降解性能,研究發(fā)現(xiàn)蓖麻油基聚氨酯海綿的降解性能好于石油基聚氨酯,且無細(xì)胞毒性。我們還選用最佳配比的聚氨酯海綿,通過復(fù)合不同抗菌劑聚賴氨酸、殼聚糖和納米Ag,研究比較了其抗菌性能,研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合聚賴氨酸和納米Ag的抗菌性能好于殼聚糖。本文首次采用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的PHBV和聚乙二醇(PEG)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為原料,以辛酸亞錫為催化劑成功設(shè)計(jì)了一系列的嵌段PHBV基聚氨酯,考察了 PHBV的不同含量對(duì)聚氨酯性能的影響。結(jié)果表明,通過控制PHBV的含量,我們得到了具有不同微觀結(jié)構(gòu)的聚氨酷材料,隨著PHBV含量的增加,分子內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)增多,軟硬段熱力學(xué)不相容,促進(jìn)了微相分離程度。故通過引入不同含量的PHBV可以調(diào)控聚氨酯的表面形態(tài)及微相分離程度,進(jìn)而調(diào)控其性能。隨著PEG的引入,材料表面的親水性得到提高,改善了聚氨酷的親水性。隨著PHBV含量的增加對(duì)材料的力學(xué)性能有很大的影響,力學(xué)強(qiáng)度和斷裂伸長率明顯提高。隨著PHBV含量的增加,PHBV基聚氨酯的的降解能力提高,探討其降解機(jī)理主要為水解作用,主要是通過分子鏈段中醋基的水解來完成。此外,我們還驗(yàn)證了具有微相分離結(jié)構(gòu)的PHBV基聚氨酯具有優(yōu)異的抗凝血性且有利于細(xì)胞的粘附和增殖。PHBV基聚氨酯材料在抗凝血材料方面有潛在的生物醫(yī)學(xué)價(jià)值,可用于組織血管工程。本文還制備了納米級(jí)水性聚氨酯溶液(WPU),并首次將水性聚氨酯溶液與聚乙烯醇溶液通過冷凍-解凍的物理方法交聯(lián),成功合成了 PVA基聚氨酯水凝膠材料。通過FTIR紅外光譜證實(shí)了 PVA基聚氨酯水凝膠的分子結(jié)構(gòu);隨著水性聚氨酯溶液的含量增加,材料表面孔的數(shù)目增多;隨著WPU含量的增加其熱穩(wěn)定性提高;隨著WPU含量的增加,其吸水能力明顯增強(qiáng),力學(xué)性能明顯提高。骨髓干細(xì)胞的細(xì)胞增殖和細(xì)胞毒性測試證明PVA基聚氨酯水凝膠材料具有良好的細(xì)胞相容性。通過以上的研究發(fā)現(xiàn),本文制備的CO基聚氨酯多孔海綿、PHBV基聚氨酯薄膜材料和PVA基聚氨酯水凝膠和能夠從原料來源綠色環(huán)保、生物相容性好等方面克服了傳統(tǒng)聚氨酯的缺點(diǎn),為新型生物基聚氨酯材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用奠定了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ323.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2286299