【摘 要】
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随着现代临床治疗技术的进步,结合3D打印技术的定制式医用器材在临床上获得越来越多的普及。光敏树脂是常用于制造定制式医疗器械的材料之一,传统光敏树脂在原料方面制备存在单体容易挥发、生物毒性较大等问题,严重阻碍了光敏树脂在医疗上的应用。目前可用来3D成型的医用级光敏树脂研究较少,且被国外少数企业垄断。聚氨酯(PU)材料生物毒性较低以及力学性能优异,被认为是目前最好的医用材料之一,但常用PU材料的制备大
【基金项目】
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广东省自然科学基金区域联合基金重点项目(2020B1515120075); 广州市科技计划项目(202007020002); 东莞市社会发展重点项目(2019507163159)
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随着现代临床治疗技术的进步,结合3D打印技术的定制式医用器材在临床上获得越来越多的普及。光敏树脂是常用于制造定制式医疗器械的材料之一,传统光敏树脂在原料方面制备存在单体容易挥发、生物毒性较大等问题,严重阻碍了光敏树脂在医疗上的应用。目前可用来3D成型的医用级光敏树脂研究较少,且被国外少数企业垄断。聚氨酯(PU)材料生物毒性较低以及力学性能优异,被认为是目前最好的医用材料之一,但常用PU材料的制备大多采用含有异氰酸酯单体,其毒性较大。非异氰酸酯聚氨酯具有合成路线简单、单体原料来源环保、生物相容性以及力学性能可与传统聚氨酯相媲美等特点,近年来已成为研究的热点。本研究采用脂环族二元胺与碳酸丙烯酯进行Diels-Alder反应,在不使用任何催化剂以及溶剂的前提下,合成分子量较低的非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)单体,再由端羟基非异氰酸酯聚氨酯预聚物(NIPU)与甲基丙烯酰氯反应,合成非异氰酸酯聚氨酯甲基丙烯酸酯(NIPUMA)单体。采用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)作为改性材料,三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)作为交联剂和稀释剂,樟脑酮(CQ)和2-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯(DMAEMA)作为光引发剂制备非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)光敏树脂,并评价了其细胞毒性与血液相容性。研究结果显示,当PEGDA含量在6 wt.%~27 wt.%时光敏树脂无潜在细胞毒性,为低毒性NIPU光敏树脂,且当其含量为13 wt.%时拉伸、弯曲强度存在最佳值,分别为63.05 MPa、118 MPa。在此基础上进一步探究0 wt.%~24wt.%PEGDA含量下低毒性NIPU光敏树脂性能变化。结果显示,NIPU光敏树脂热变形温度在66.9℃~79.5℃之间,且随着PEGDA含量的增加,树脂的拉伸强度和弯曲强度先升高后降低,当PEGDA含量达到12wt.%时存在最佳值,分别为63.92 MPa和90.78MPa。此外,根据TGA分析、热变形温度分析和DMA分析结果可知,当PEGDA含量在12 wt.%~20 wt.%之间时,NIPU光敏树脂表现出较高的热稳定性,初始热分解温度约为254℃,热变形温度最高可达79.5℃,玻璃化转变温度最高为120.43℃;细胞毒性及溶血率评价结果表明,当PEGDA含量低于24 wt.%时,NIPU光敏树脂浸提液共培养的细胞存活率超过80%,溶血率低于0.2%,表明树脂无潜在细胞毒性及溶血性。本研究制备的光敏树脂具有较高的拉伸和抗弯强度、较好的热稳定性、低毒等特点,对于进一步推动定制式医疗器械在临床的应用,改善病人生活质量具有一定意义。
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