生物可降解形状记忆材料是一类新型智能材料,具有良好的生物降解性、形状记忆性,在外科微创手术以及医疗器械植入体方面具有重要的应用价值,是生物材料多功能化的研究热点。本文基于D,L-聚乳酸合成了一系列的生物可降解聚酯脲形状记忆聚合物(PDLLA-PUU SMPs),采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、多角激光光散射仪(MALLS)、核磁共振波谱仪(NMR)、差示扫描量热计(DSC)、力学拉伸载荷试验和常规化学分析方法等手段,对所合成的材料进行结构表征和记忆性能测试;考察了体外生物降解性、细胞相容性以及生物安全性;并研究了D,L-聚乳酸基形状记忆材料作为植入材料在动物体避孕方面的应用。主要研究内容和结论如下:1.以D,L-丙交酯为原料,Sn(Oct)2为引发剂,丁二醇为助引发剂,制备了端羟基D,L-聚乳酸,重点考察了助引发剂的用量及反应时间对端羟基D,L-聚乳酸分子量的影响,并且对其结构和热性能进行表征。①FTIR、1H NMR和13C NMR的分析结果表明,成功制备出端羟基聚乳酸;羟值分析、GPC-MALLS的检测结果表明,改变助引发剂的用量,可以制得不同分子量的端羟基聚乳酸。②反应时间影响着端羟基聚乳酸的分子量以及收率,反应24h收率可达90%且分子量分布较窄,DSC分析显示,端羟基聚乳酸的玻璃化转变峰值温度具有分子量依赖性,随分子量的增加,玻璃化温度可由14.27℃增至45.2℃。2.以端羟基D,L-聚乳酸为基质材料,辛酸亚锡为催化剂,1,6-六亚甲基二异氰酸酯和丁二胺为扩链剂加成聚合,制备了一系列嵌段聚酯脲形状记忆聚合物。研究了催化剂用量和反应温度对端羟基D,L-聚乳酸与异氰酸酯反应活性的影响,并对形状记忆材料的结构与热性能进行了表征。①FTIR、13C NMR的分析结果表明,端羟基聚乳酸与异氰酸酯发生反应,并经丁二胺成功扩链,制得高分子量的嵌段共聚物。改变软段分子量、软硬段的比例可以获得不同理化性能的形状记忆材料。②端羟基D,L-聚乳酸与异氰酸酯反应受到催化剂比例和反应温度的影响,反应的最佳条件是:反应温度为75℃,Sn(Oct)2/ PDLLA Diols的摩尔比为0.75%。③热重分析的结果表明,PDLLA-PUU SMPs属于一步分解,具有良好的碳化能力,热稳定性高于端羟基聚乳酸;DSC结果表明,SMPs的玻璃化温度范围为35~60℃。改变反应物的组分,可以获得玻璃化温度在体温附近的形状记忆聚合物,能够满足生物医用的必要条件。3.通过拉伸试验以及动态热机械分析,考察了软段分子量、软硬段的比例、变形量、变形温度、回复温度对于形状记忆固定率以及回复率对D,L-聚乳酸基形状记忆材料的力学特性以及形状记忆特性的影响。①PDLLA-PUU SMPs呈现良好的力学特性。随着硬段含量的增加,模量、最大应力随之增加,断裂伸长率呈相反趋势。动态热机械分析表明,SMPs存在玻璃态到高弹态的转变,在玻璃化转变温度以上,材料仍具有较高的弹性模量,这有利于形状记忆特性的维持。②PDLLA-PUU SMPs呈现良好的形状记忆特性,形状固定率回复率均可达到95%以上,形状记忆特性受软段分子、硬段含量的影响。随着软段分子量的增加,形状固定率略有下降趋势。形状回复率随着硬段含量的增加而下降,固定率呈上升趋势。③变形量、变形温度、回复温度对形状记忆特性的影响。随着变形量的增大,形状记忆特性有受到破坏的趋势,形变量为50%~200%时,记忆特性影响不大,但形变量为300%,形状回复率下降到85%左右;变形温度在玻璃化温度以上15℃具有较好的形状记忆特性,当变形温度升至玻璃化温度以上25℃时,形状回复率下降较快;回复温度越高,形状回复时间越短。4.考察了D,L-聚乳酸基形状记忆材料的亲/疏水性能和降解性能。其中,亲/疏水性的评价指标是静态水接触角和吸水率,降解性能的评价采用体外实时降解试验,评价指标为失重率和pH值变化,同时利用扫描电镜观察了降解过程中,样品表面形貌的变化。①PDLLA-PUU SMPs的静态水接触角小于对照组PDLLA,主要是由于亲水性的酰胺键和脲基的存在,能够与水分子形成更多的氢键,很好的改善了PDLLA的吸水性。随着硬段含量的增加,即HDI/丁二胺比重的加大,静态水接触角呈下降趋势。②体外降解实验表明,对照组PDLLA的失重率和pH值变化存在加速阶段,呈现明显的酸致自催化降解现象;但PDLLA-PUU SMPs在降解过程中,失重率和介质的pH值下降缓慢,酸致自催化降解现象减弱,说明PDLLA-PUU SMPs材料在降解过程中释放的碱性物质能够中和降解产物中的酸性物质。③降解过程中,PDLLA与PDLLA-PUU SMPs的吸水率逐渐变大,但PDLLA变化率要大于SMPs,这也表明PDLLA的降解速率要大于SMPs。同时,降解过程中,表面形貌观察可知,降解8周后,PDLLA表面变粗糙,出现大量裂纹;SMP3K1.1和SMP1K1.1也出现裂纹,但与PDLLA相比,裂纹较少,且尺寸较少,以上结果表明,丁二胺链段的引入能够调节SMPs的降解速度和pH值变化。5.将形状记忆材料与人脐静脉内皮细胞在体外复合培养,以考察材料的细胞相容性,检测指标主要包括细胞形态(HE染色观察)、增殖能力(MTT法测定)。同时,根据国家相关标准,采用内毒素试验、致敏试验、急性毒性试验、Ames试验、CHL细胞染色体畸变试验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核试验等一系列试验对D,L-聚乳酸基形状记忆聚合物进行安全性评定,结果表明:①与对照组聚乳酸相比,各项检测指标均显示人脐静脉内皮细胞与形状记忆材料具有良好的细胞相容性。这主要是因为HDI/BDA的引入,使得SMPs中出现了丰富的酰氨基与脲基,改善了材料表面的亲/疏水性和表面荷电性能,从而影响细胞的黏附和生长。②PDLLA-PUU SMPs生物安全性评价结果显示,内毒素含量符合标准;无致敏反应;Ames试验、CHL染色体畸变试验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核试验均未表现出明显的遗传毒性。表明PDLLA-PUU SMPs具有良好的生物安全性。6.考察了D,L-聚乳酸基形状记忆材料作为输卵管避孕植入体的应用研究。选择雌性新西兰兔为实验动物,将D,L-聚乳酸基形状记忆材料制成的输卵管避孕器,通过手术的方式植入兔输卵管内,观察植入避孕器后不同时间兔输卵管粘膜的病理变化,评价形状记忆材料与输卵管组织的相容性。①避孕器植入输卵管后2周观察,避孕器表面光滑,回复原始形状,输卵管粘膜轻度充血、水肿;术后4周、12周观察,粘膜无充血、水肿现象。②避孕器植入输卵管后2周电镜、HE染色观察,可见粘膜皱襞间质有少量淋巴细胞及中性白细胞浸润,无中毒颗粒,细胞空泡样变,细胞器明显肿胀。术后4周,少许淋巴细胞浸润,输卵管粘膜皱襞压扁,存在纤维细胞增生、线粒体的肿胀程度明显减轻。术后12周输卵管粘膜皱襞固有层纤维组织增生,细胞器未见空泡样变,可见分泌颗粒与成纤维细胞。这些结果表明炎性刺激是暂时的,随着植入时间的延长炎性反应消失。③避孕器植入输卵管后未见明显的细胞毒性,表明PDLLA-PUU SMPs具有良好的组织相容性,可以作为输卵管避孕植入体。