[发明专利]一种聚氨酯材料及其制备方法和在人工半月板材料上的应用

说明书

本发明涉及一种聚氨酯材料及其制备方法和在人工半月板材料上的应用。解决现有技术中用于人工半月板的聚氨酯材料在植入膝关节后摩擦系数高的技术问题。本发明的聚氨酯材是磷酰胆碱改性聚氨酯材料，是由聚碳酸酯二醇、二异氰酸酯和扩链剂反应后得到；扩链剂为小分子二醇化合物和双羟基磷酰胆碱化合物的混合物。本发明通过聚氨酯主链引入磷酰胆碱基团和调控分子结构，可使材料在体液环境下长期维持与天然半月板相近的力学强度和摩擦系数。同时，本发明的聚氨酯材料没有细胞毒性，满足人工半月板植入材料的要求。从材料植入膝关节后保护关节软骨的角度考虑，本发明制备的磷酰胆碱改性聚碳酸酯型聚氨酯综合性能优于商业聚碳酸酯型聚氨酯。

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种磷酰胆碱改性的聚氨酯材料及其制备方法和在人工半月板材料上的应用。

背景技术

半月板是位于股骨髁与胫骨平台之间的一对半月状纤维软骨，起到稳定膝关节、传导负荷、吸收震荡和润滑关节等重要作用。据统计，每年有近200万人需要进行半月板损伤手术，且多发生于40岁以下年轻人和65岁以上老年人。半月板重建术(异体移植、自体移植、人工替代物)是临床治疗半月板损伤常用的方法之一，其中人工半月板因无免疫原性、来源充足、价格低廉而成为研发热点。目前，人工半月板材料主要分为天然材料(如胶原蛋白、细菌纤维素、丝素蛋白等)和合成材料(如聚氨酯、聚己内酯和聚乳酸等)。聚氨酯因具有优异的力学性能和良好的生物相容性已被制成人工半月板(和)应用于临床半月板损伤治疗。然而，有研究指出，这些人工半月板材料在模拟膝关节摩擦时具有比天然半月板更高的摩擦系数，这也就意味着，将聚氨酯人工半月板植入膝关节后将会加速关节软骨磨损，从而易引发关节软骨退行性病变，使患者产生痛感而难以行走。

磷酰胆碱基团存在于关节软骨表面，其可通过与关节润滑液中的透明质酸、活性磷酰胆碱、蛋白等相互作用而提升关节润滑性。此外，磷酰胆碱也是细胞膜的组成部分，将其引入高分子聚合物中可以降低材料的细胞毒性和减少炎症等免疫反应。因此，将磷酰胆碱基团引入聚氨酯中，可以大幅降低材料在关节内对关节软骨的摩擦，提高材料生物相容性，从而达到替代半月板组织同时保护关节软骨的目的。

在现有技术中，将含有磷酰胆碱基团的聚合物通过物理共混方式改性聚氨酯材料(李琳,等.高分子材料科学与工程,2012,28,5-8)，但改性后的材料在体液环境下会大大降低机械强度；将磷酰胆碱基团接枝在聚氨酯膜表面(CN101967235A)，此种方法仅适合部分聚氨酯，且表面改性的材料并适用于长期处于摩擦磨损状态下的人工半月板；将双氨基的磷酰胆碱化合物引入到聚醚型聚氨酯或聚酯型聚氨酯侧链(CN106674484A，CN106674486A)，改性后的材料虽然可降低蛋白吸附量，但其长期植入体内后会发生降解，不适合用作人工半月板替代材料；将双羟基的磷酰胆碱作为扩链剂引入到聚醚型聚氨酯主链上(J.N.Baumgartner et al.Biomaterials,1997,18,831-837；L.L.Yung etal.Biomaterials,1988,19,31-40)，改性后的材料作为植入材料会在体内发生氧化，无法有效保护关节软骨。

发明内容

本发明要解决现有技术中用于人工半月板的聚氨酯材料在植入膝关节后摩擦系数高的技术问题，提供一种在体液环境下可长期满足人工半月板力学性能，且具有与天然半月板相似摩擦系数的聚氨酯材料及其制备方法和在人工半月板材料上的应用。本发明通过将磷酰胆碱基团引入到聚碳酸酯型聚氨酯主链上，降低材料在膝关节处的摩擦，再通过调控聚氨酯的分子链结构和凝聚态，进而使其在体液环境下长期维持足够的机械强度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种聚氨酯材料，其是磷酰胆碱改性聚氨酯材料，是由聚碳酸酯二醇、二异氰酸酯和扩链剂反应后得到；所述扩链剂为小分子二醇化合物和双羟基磷酰胆碱化合物的混合物。

在上述技术方案中，优选的是，所述聚碳酸酯二醇、二异氰酸酯、扩链剂的摩尔比为1：(2-6)：(1-5)。