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生物医用聚氨酯因具有嵌段式的特殊化学结构,良好的力学性能和生物相容性及可降解性,在医用生物材料中扮演着重要的角色。目前研究最广泛的聚氨酯材料主要是热塑性聚氨酯弹性体,其弹性模量低(通常低于100 MPa),使得其应用多集中于心脏瓣膜、人造皮肤等软组织修复领域。为了进一步将聚氨酯的应用向骨组织等硬组织的固定和修复中,开发高模量、高强度的聚氨酯材料是十分有必要的。本课题组在前期研究中研发了一种以聚乙二醇(PEG400)助引发D,L-丙交酯(D,L-Lactide)形成的乳酸基大分子二醇(PDLLA-PEG400-PDLLA)经1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)偶联、哌嗪(PPZ)扩链后制得线性嵌段聚氨酯脲(PEG400-PUU-PPZ),由于PEG400的增韧作用和PPZ环状刚性结构的增强作用,使得PEG400-PUU-PPZ具有明显优于同类聚氨酯脲的力学性能,提示该材料可望在骨组织修复中有良好的应用前景。但前期研究只关注了PEG400-PUU-PPZ合成的可行性,而未对合成工艺,尤其是温度和时间等工艺参数进行优化。本研究拟对PEG400-PUU-PPZ的合成工艺进行优化,以进一步提高PEG400-PUU-PPZ的力学性能,并评价材料的力学性能、形状记忆性能和生物相容性,以推进该材料的医学应用进程。主要研究内容和结论如下:①以D,L-Lactide、PEG400、HDI、PPZ等为原料,辛酸亚锡(Sn(Oct)2)为催化剂,合成线性嵌段PEG400-PUU-PPZ。FTIR和1H NMR结果表明,本研究已成功制备了以PDLLA-PEG400-PDLLA为软段,PPZ和HDI为硬段的PEG400-PUUPPZ。②以特性黏度([η])为指标,在考察了扩链温度和时间对PEG400-PUU-PPZ分子量的影响的基础之上,开发了一套梯度升温扩链的新工艺,即:30oC反应1h,40oC反应1 h,50oC反应2 h。凝胶渗透色谱(GPC)分析显示,与恒温工艺相比,采用该工艺制得的PEG400-PUU-PPZTD的数均分子量(Mn)最高(9.14×104)且分子量分布指数(PDI)最低。③差示扫描量热计(DSC)结果显示,PEG400-PUU-PPZTD的玻璃化转变温度(Tg)为46.63°C,考虑到体液中水的增塑作用会降低PEG400-PUU-PPZ的Tg,使其Tg与体温接近,提示PEG400-PUU-PPZTD可望成为一种在体内环境具有形状记忆效应的聚氨酯材料。④采用拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、剪切试验考察PEG400-PUU-PPZTD的力学性能。结果显示,PEG400-PUU-PPZTD的拉伸模量(Et)约为1.02 GPa,拉伸屈服强度(σy)约为35.51 MPa,断裂伸长率(εf)约为60%;压缩模量(Ec)约为1.17 GPa,压缩屈服强度(σc)为96.83 MPa;弯曲模量(Ef)约为1.23 GPa,最大弯曲强度(σfM)为27.13 MPa;剪切模量(Es)为0.31 GPa,剪切屈服强度(σs)为33.62 MPa。与对照组聚乳酸(PDLLA,Mn=10×104)相比,PEG400-PUU-PPZTD的韧性明显更好;与恒温扩链所得PEG400-PUU-PPZ的力学性能(Et=0.85 GPa;σy=30.11 MPa)相比,弹性模量约提高20%,强度也提高18%左右,表明经工艺优化明显提高了PEG400-PUU-PPZ的力学性能。⑤采用形状固定率(Rf)、形状回复率(Rr)和回复应力(σr)为指标考察了PEG400-PUU-PPZTD板材和柱材分别在拉伸和压缩状态下的形状记忆性能。结果显示,PEG400-PUU-PPZTD在拉伸和压缩状态下的Rf均高于95%;拉伸状态下Rr在75%左右,压缩状态下Rr在65%左右;拉伸状态下σr为1.25 MPa,压缩状态下σr为0.42 MPa。结果表明,PEG400-PUU-PPZTD具有较好的形状记忆性能。⑥采用细胞铺展、增殖及细胞毒性实验考察了PEG400-PUU-PPZTD的生物相容性。结果表明PEG400-PUU-PPZTD生物相容性良好,符合医用生物材料的要求。综上所述,梯度升温扩链工艺明显提高了PEG400-PUU-PPZ的分子量,所得PEG400-PUU-PPZTD的力学性能更好,且具有较好的形状记忆性能和良好的生物相容性,可望应用于骨组织等硬组织修复领域。工艺优化推进了PEG400-PUU-PPZTD的医学应用进程。