用于人工髓核可体温快速固化的聚氨酯合成研究

人工髓核置换是治疗腰痛病的新方法。能够满足人工髓核苛刻性能要求的高分子弹性体材料是其中的关键。聚氨酯是最有希望用于人工髓核的材料，但是目前的聚氨酯在满足微创植入快速固化以及生物稳定性、力学耐疲劳性和X光可显影性等方面尚有差距。本项目为此设计了一种新的可体温快速固化聚氨酯弹性体材料，引入烷基聚硅氧烷结构以改善聚氨酯的生物稳定性，引入碘元素以赋予聚氨酯以X光可显影性。研究烷基聚硅氧烷型聚氨酯的快速固化以及硅氧烷结构对聚氨酯结构及性能的影响；合成两类新的含碘扩链剂（或交联剂）并制备出具有良好X光可显影性聚氨酯材料，解决聚氨酯微创植入及体内性能评价的难题。通过详细研究聚氨酯材料的设计合成过程以及聚氨酯材料的性能评价，最终制备出能够满足人工髓核性能要求的聚氨酯弹性体材料。本项目不仅会丰富聚氨酯人体植入领域的研究，而且会为人工髓核置换术的实际应用奠定坚实的基础，具有重要的科学意义和巨大的社会经济效益。

项目背景： 人工髓核置换（PDN）是近几年来发展的一种新的治疗椎间盘病变的方式。其中研制可原位聚合的人工髓核材料成为当前研究的关键。液体可体温固化聚氨酯被认为最有希望成为新一代人工髓核材料。但是，目前还没有一种已有的聚氨酯材料能够满足人工髓核苛刻的使用要求。因此本课题研究一类可体温固化、具有优异生物稳定性且X光可显影的聚氨酯（PU）材料。.主要研究内容：.1..可体温固化聚氨酯的合成及生物稳定性研究。采用本体聚合法，将含硅软段引入聚氨酯体系，合成不同软段配比和预聚物软硬段配比不同的交联聚醚型聚氨酯。研究这些聚氨酯材料的性能并评估其用于人工髓核的可能性；.2..X光可显影聚氨酯的合成研究。为了解决聚氨酯在人体内不能显影的难题，将碘元素以不同的方式（封端剂，扩链剂）引入到聚氨酯中，研究其X光显影性能以及对聚氨酯其他性能的影响；.3..生物稳定性含氟聚氨酯的合成研究。用Iniferter反应合成了多种多嵌段型含氟聚氨酯，研究氟元素的引入对聚氨酯合成和性能的影响。.重要研究结果：.1. 硅元素的引入可以有效提高聚氨酯的生物稳定性。采用端烷基PDMS和PTMG一起作为软段合成聚氨酯。研究发现在软段中PDMS含量增加，PU的硬度、压缩模量和屈服强度降低但在压缩后30分钟内可以回复到压缩前状态；该交联聚醚型聚氨酯对生理盐水的吸附量很小，样品的浸提液对细胞没有毒性，这些均符合人体髓核的要求。.2.以柔性扩链剂形式将碘引入到聚氨酯中，既可以保持聚氨酯的分子量及力学性能，而且碘含量也可以达到临床使用要求。设计了多种不同结构的单官能度和双官能度的含碘小分子，并将其合成到聚氨酯中。对比结果发现，以封端剂形式引入碘元素会明显降低聚氨酯的分子量，从而影响聚氨酯的力学性能；而以刚性的扩链剂引入碘元素，同样会降低聚氨酯的分子量，但对力学性能影响不明显；而以柔性扩链剂引入碘元素效果最佳。不仅不会明显影响聚氨酯的分子量，而且力学性能（拉伸强度和模量）还会大幅增加。.3.多嵌段型含氟聚氨酯存在有趣的聚合诱导自组装现象。用Iniferter反应将某些含氟单体插入到聚氨酯分子链中时，发现了聚合诱导自组装现象。控制聚合条件可以得到形态结构各异的纳米或微米结构。.科学意义：本课题为解决人工髓核用聚氨酯材料打下了坚实的基础。在生物稳定性及X光可显影聚氨酯分子设计、合成及性能评价方面取得显著进展。