可降解聚氨酯型组织工程多孔支架材料的制备

作者:姚响;庹新林;王晓工 刊名:化学进展 上传者:黄伟

【摘要】本文在可降解型聚氨酯分子设计,聚氨酯型组织工程支架制备方法,可降解聚氨酯多孔支架的生物学性能及可降解聚氨酯多孔支架在组织工程中的应用等几个方面对可降解聚氨酯型组织工程支架的最新研究进展作了综述。重点讨论了静电纺丝、冷冻干燥、相分离等几种聚氨酯多孔支架制备方法以及聚氨酯型组织工程支架的生物降解性质、生长因子嵌入、生物力学性能、生物相容性等生物学性能。目前的研究表明通过聚氨酯分子设计与各种支架制备方法结合可制得满足各种生物学性能的支架材料且这类材料已被证实在血管、软骨、硬质骨等各类组织工程中有重要的应用价值。但如何进一步提高聚氨酯支架材料的力学强度以使其能更好地与硬组织的力学性能相匹配以及如何降低或消除聚氨酯对人体的毒性仍是需要进一步研究的问题。

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Contents1Themoleculardesignofbiodegradablepolyurethane2Thefabricationmethodsofpolyurethanetissueengineeringscaffold2.1Electrospun2.2Freezedrying2.3Phaseseparation3Biologicalpropertiesofbiodegradablepolyurethanescaffold3.1Biodegradabilty3.2Incorporationofgrowthfactor3.3Biomechanics3.4Biocompatibity4Conclusionandprospects生物组织工程用材料在近年来得到广泛的关注和研究。作为组织工程用材料最基本的要求是能够与细胞外基质及组织发生相互作用从而引导细胞在其中分化及增殖[1]。可降解型聚氨酯由于具有很好的生物相容性及可降解性而成为一种重要的组织工程用材料,此外,聚氨酯具有较强的分子结构可设计性,易于加工成型,力学性能优异,通过将分子设计与先进多孔制备技术相结合便可制得理想的组织工程材料。本文就可降解聚氨酯组织工程材料最近数年的研究进展进行综述。1可降解型聚氨酯分子设计聚氨酯通常是由多元醇和异氰酸酯进行加成反应,再加扩链剂扩链制得的一类含有氨基甲酸酯基团的高分子材料。从分子结构看,聚氨酯是一种由柔性的软段和刚性的硬段交替共聚的聚合物。软段由长链二元醇(聚酯或聚醚)组成,极性一般较弱,玻璃化温度低于室温,构成材料的连续相;硬段由二异氰酸酯和扩链剂组成,极性较强,分子间易形成大量氢键,构成材料的分散相。通过聚氨酯软段及硬段的分子设计可得到各种不同力学强度和降解性能的聚氨酯材料。在软段设计方面,为了实现聚氨酯的生物可降解性,目前通常的方法是以生物可降解脂肪族聚酯作为聚氨酯分子的软段,如聚-己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLA)等。PCL是一类常见的生物可降解塑料,具有很好的生物相容性和较好的力学性能,因此,利用PCL作软段的聚氨酯在近年得到大量研究。比如以PCL和1,4-丁烷二异氰酸酯(BDI),以及1,4丁二胺为原料制备出的柔性聚氨酯可用于软组织工程材料[2]。但是PCL型聚氨酯在体内的降解仍然比较慢,降解时间长达两年之久[3]。近年出现了一些新的改进方法来加速聚氨酯的降解。一是在软段部分引入其他组分。比如将聚氧乙烯醚(PEG)引入软段[4]。PEG是亲水性高聚物,将PEG单元引入聚氨酯中可以提高聚合物的含水量,从而加速PCL酯键的水解。Woodhouse等[5]将以PCL和PEG作软段的聚氨酯共混来提高聚氨酯材料的水解速率。研究表明共混导致聚氨酯初期降解速率大大加快。以PEG和PCL嵌段共聚物作软段的聚氨酯体外降解速率也会明显提高[4]。但是,PEG的加入会导致聚氨酯材料的强度和韧性降低[5]。二是用比PCL更易降解的聚合物作软段。近年来对以聚丁内酯(PHB)为软段的聚氨酯材料的研究逐渐增多。由于PHB与PCL有着相似的力学性能,但降解时间更短,将PHB作为软段代替PCL便可合成出更适于组织工程的聚氨酯材料。而且生物发酵法合成的PHB具有优良的生物相容性。一些研究者通过酯交换法将PHB降解成两端含羟基的预聚物,进而用二异氰酸酯与聚乙二醇、聚-己内酯等偶联制备柔性的聚氨酯[6]。但是PHB具有脆性的缺点,Li等[7]发现随着PHB或聚乙二醇链段长度的增加,聚氨酯材料的杨氏模量和断裂强度增加,而断裂应变随着聚乙二醇链段长度的增加或

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