骨是自然界中一种复杂的生物材料,当骨组织因创伤、感染等原因需要实施手术剔除病变骨组织后,会造成大块骨缺损,仅仅依靠骨自身的修复能力已经无法愈合,需要通过骨移植手术,将合适的骨材料填充于缺损部位,以便新骨生成。在骨移植修复过程中,骨不连是热点问题之一。从骨不连发生的原因来讲,在植入体与机体之间存在的间隙,或不规则骨产生的不规则界面,导致骨修复过程中成骨细胞迁移能垒的存在,是其中一个重要的因素。本研究将形状记忆聚氨酯脲(SMPUU)用于骨修复过程中,探索形状记忆聚氨酯脲在骨不连预防方面的效果,目的是利用SMPUU的形状记忆性能,即SMPUU在体温作用下可以恢复至预设的形状,实现植入体与机体之间的空隙填充,降低上述成骨细胞迁移能垒的存在,从而降低了骨不连发生的几率。形状记忆聚氨酯/聚脲是能感知外界温度变化并发生形状改变的新型智能材料,因其良好的形状记忆功能而成为功能材料研究的热点之一,在生物医学领域,尤其是微创手术中具有重要的应用价值。本文基于SMPUU预聚体(HO-P(LA-co-PDO)-OH)合成了一系列的可生物降解SMPUU,并对SMPUU进行化学结构的表征,力学性能、形状记忆性能、体外生物降解性、体外细胞相容性、体内安全性的评价,最终采用兔下颌骨建立骨不连模型,对SMPUU在骨修复中的骨不连预防效果进行评价。主要研究内容和结论如下:1.以D,L-丙交酯、对二氧环己酮为原料,Sn(Oct)2为引发剂,乙二醇为助引发剂,制备了SMPUU预聚体(HO-P(LA-co-PDO)-OH),考察了D,L-丙交酯/对二氧环己酮的比例、助引发剂用量、制备方法对SMPUU预聚体的热性能及分子量的影响,并对助引发剂作用下两种单体的反应机理进行深入阐述。①红外与核磁共振结果表明,本研究中一步法与两步法均可制得SMPUU预聚体(HO-P(LA-co-PDO)-OH);其分子量可以通过控制合成方法、两种单体的比例、助引发剂的用量加以调节;②DSC结果表明,SMPUU预聚体的玻璃化转变温度具有单体比例依赖性,与其分子量也具有重要关系;一步法与两步法分别制得无规与嵌段的SMPUU预聚体。2.以SMPUU预聚体为软段,1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和丁二胺(BDA)为硬段,制备一系列的SMPUU,并深入研究了SMPUU合成的影响因素。①FTIR、1HNMR结果表明,SMPUU预聚体与异氰酸酯反应,丁二胺扩链后成功制得SMPUU;②改变软硬段比例、软段结构可以制得不同理化性能的SMPUU;③DSC分析结果表明,SMPUU的玻璃化转变温度、热塑性与其结构有重要关系,通过调节软/硬段比例、软段结构、软段的分子量,可以控制SMPUU的结构,从而调控其玻璃化转变温度,使其可以控制在合适的应用温度,包括体温附近;④SMPUU理化性能测试结果表明,采用亲水性溶剂和疏水性所合成的溶剂进行SMPUU的合成,所得的SMPUU化学结构基本相同,但力学性能、形状记忆功能完全不同;相对于常用的DMF体系,使用本研究中新型的甲苯-异丙醇体系,制得了具有优良性能的SMPUU。3.通过拉伸试验、压缩试验,考察了分子组成、软段分子量、软硬段的比例、变形量、变形温度、回复温度对于形状记忆性能的影响。①SMPUU具有良好的力学特性。硬段含量增加时,模量增加、断裂伸长率下降;②SMPUU呈现良好的形状记忆性能。在合适的操作条件下,固定率、回复率可稳定在95%以上;软段分子量提高,固定率下降;硬段含量提高,固形率上升,回复率下降;③形状记忆性能受变形量、变形温度、回复温度的影响。形变量为50%-200%时,回复率稳定在95%以上,但形变量为400%,回复率明显下降;变形温度高于玻璃化转变温度15℃时,回复率较高,但是当变形温度高于玻璃化转变温度25℃时,回复率显著下降;形状回复时间随着回复温度的增加而缩短;4.考察了SMPUU的亲/疏水性和降解性。在降解性考察过程中,本研究创新性的通过核磁共振氢谱法考察了SMPUU的降解位点。①SMPUU的静态水接触角、吸水率测试结果表明其亲水性优于PDLLA,并且随着硬段含量(酰胺基和脲基含量的增加)呈上升趋势;②体外降解实验结果表明,与PDLLA相比,SMPUU在降解前期,失重率、分子量变化、pH变化大,但是随后降解速率减缓,主要是由于降解后期SMPUU释放的碱性物质能够中和酸性物质,从而降低了酸致自催化作用,说明SMPUU的降解过程受到亲水性与降解产物两方面的影响;③SMPUU降解材料表面形貌表明,降解8周后,SMPUU膜材表面出现孔洞,且随着硬段含量的增加,孔洞的尺寸及数量呈下降趋势;④核磁共振氢谱分析结果显示,SMPUU的降解最先发生在硬段的酰胺基和脲基部位,然后发生在SMPUU的软段部分,或同时发生在SMPUU的硬段和软段部分,但软段的降解速率明显低于硬段。5.本研究从细胞生长行为和功能行为角度,对大鼠成骨细胞与PDLLA及SMPUU的细胞相容性进行了系统比较。并针对SMPUU的形状记忆性能,研究了SMPUU形状记忆变形过程对成骨细胞生长行为的影响。①与PDLLA相比,SMPUU不利于早期黏附与铺展,成骨细胞对SMPUU表面的适应期较长,因此进入分裂增殖期的时间也较晚;②SMPUU更能促进成骨细胞的分化、矿化,且并不缩短细胞的生长分化周期;③通过拉伸变形、固形、复形的方法制作具有形状记忆变形的SMPUU膜材,并通过细胞生长行为对形状记忆变形的响应进行考察,结果表明具有规则微结构的基底材料促进了细胞的黏附与增殖,并使细胞骨架重组,使细胞的生长具有一定的取向性,细胞尺寸均匀,这一结果为SMPUU在组织工程中的应用提供又一有利基础。6.通过全身急性毒性试验和皮肤致敏实验考察了SMPUU的体内安全性,并通过肌肉植入试验研究了SMPUU的体内生物相容性,最后在确定其体内安全性及生物相容性的基础上,通过在兔下颌骨建立的骨不连模型进行骨修复研究,从而确定具有形状记忆性能的SMPUU在骨修复中预防骨不连的效果。