聚氨酯水凝胶

聚氨酯水凝胶

水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物,它在水中能够吸收大量的水分溶胀,并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。由于具有三维网络结构,水凝胶可以达到很大的相对分子质量,其网络结构由交联的化学键、氢键或范德华力形成。在溶胀时,溶液可以扩散到交联键之间的空间内。交联密度越大,三维网络间的空间就越小,水凝胶在溶胀时吸收的水分也越少。水凝胶的表面蛋白质粘附及细胞粘附很小,所以在与血液、体液及人体组织相接触时,表现出良好的生物相容性,同时由于含有大量的水,水凝胶柔软而类似生物体组织,作为人体植入物可减少不良反应,因而被作为优良的生物医学材料得到了广泛的应用。聚氨酯(PU)具有良好的生物相容性和优良的物理机械性能。对人体具有良好的生理可接受性,并且可以保持长期人体植入的稳定性。聚氨酯是由多元醇、小分子扩链剂与异氰酸酯聚合形成的共聚物,其分子链由软段和硬段组成,多元醇

(聚醚、聚酯等)构成软段,异氰酸酯和小分子扩链剂(二胺或二醇)构成硬段。通过改变分子链中软硬段的组成成分及其比率可以改变聚氨酯的物理化学性能[5]。因此人们开始研究聚氨酯水凝胶,并已经在生物医学领域得到良好的应用。

由于聚氨酯水凝胶与其他类型水凝胶相比具有良好的生物相容性。血液相容性及机械性能,早在1974年,Blair等人就提出将亲水性聚氨酯应用于接触眼镜中。之后Gould等人研究了用于接触眼镜的含有亲水性聚氨酯的聚氨酯2聚丙烯酸互穿网络水凝胶体系。

LaiYC[6,7,8]等人用新戊二醇(NPG)、聚丙二醇和IPDI反应得到商品名为INP4H的预聚物,后与亲水性单体经紫外光固化得到聚氨酯薄膜,在缓冲溶液中溶胀至恒重得到PU水凝胶。亲水性单体可以是甲基丙烯酸二羟乙酯(HEMA)、N2乙烯基吡咯烷酮(NVP)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GM)、三甲基硅氧烷2甲基丙烯酸丙氧基硅烷(TRIS)等。对不同亲水性单体制得的聚氨酯水凝胶进行氧渗透率、含水量评价,发现在INP4H2HEMA水凝胶体系中,随着亲水性单体HEMA含量的增加,其含水量增高,氧渗透率下降。在INP4H2NVP水凝胶体系中,随亲水性单体NVP含量的增加,水含量增高,氧渗透率先下降后回升到初值。INP4H2HEMA2 TRIS体系中随亲水性单体TRIS含量的增加,其氧渗透率上升。INP4H通过紫外光固化制得的PU水凝胶的水接触角都在30~40(b)之间,与用于制造接触眼镜的其他水凝胶相同,并表现出良好的抗蛋白质粘附性"HaschkeL[9]等人用聚乙二醇和聚丙二醇与4,4.2亚甲基双环己基二异氰酸酯(H12MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯制备了用于接触眼镜的非离子型聚氨酯水凝胶,所用扩链剂为乙二醇(EG),交联剂为三羟甲基丙烷(TMP)及聚氧化丙烯醚三醇(Pluracol726,Mn=2900)。PPG引入到PEG软段中,减少了PEG链段的对称性,降低了结晶程度,异氰酸酯采用H12MDI和IPDI的混合物,由于IPDI具有不对称的结构,同样也减小了硬段的结晶性,从而提高了水凝胶的溶胀性和含水率,并具有足够的透明度。另外由于扩链剂和交联剂的存在,使水凝胶的机械性能得到了提升。作为接触眼镜使用的材料,除了要求具备高含水量和高透明度及良好的机械性能之外,还必须具有良好的氧渗透性,否则易导致角膜炎[10]。为了提高聚氨酯水凝胶的氧渗透性,LaiYC[8]等人在PU水凝胶分子链中引入了含硅链段,既具有优良的含水性和吸湿性,同时又具备较高的氧渗透率和机械性能,具有很好的应用前景。