摘要: 聚氨酯材料是由软段和硬段交替连接形成的嵌段共聚物，具有优异的结构可调控性和明显微相分离结构特点。引入生物质材料构建的生物基聚氨酯具有良好的生物相容性，在生物医用领域展现出巨大的应用潜力。然而，现有的生物基聚氨酯降解产物生物相容性不... 展开 聚氨酯材料是由软段和硬段交替连接形成的嵌段共聚物，具有优异的结构可调控性和明显微相分离结构特点。引入生物质材料构建的生物基聚氨酯具有良好的生物相容性，在生物医用领域展现出巨大的应用潜力。然而，现有的生物基聚氨酯降解产物生物相容性不佳，缺乏生物活性，且在组织修复过程中缺乏调控功能，从而导致治疗效果不理想。因此，生物基聚氨酯的功能化设计以及复合体系的结构化构建对生物基聚氨酯在医用研究领域的应用具有重大意义。 基于上述问题，本文选用具有生物活性的氨基酸（L-精氨酸和L-半胱氨酸）设计并合成了两种氨基酸封端的功能性生物基聚氨酯大分子，对其降解性能、生物活性和组织修复中的调控潜力进行了系统性地研究。在此基础上，本研究将功能化的生物基聚氨酯与改性明胶和改性壳聚糖生物大分子等进行双网络体系的构建，制备了具有生物学活性和对组织修复具有调控作用的生物基聚氨酯复合材料，并在急性伤口的止血、慢性伤口的护理和软骨微环境的调控以及组织补片领域展现出优异的应用性能，为生物基聚氨酯在临床应用提供重要理论和数据支持。取得的研究成果如下: (1)采用具有优异生物相容性和促伤口愈合性的L-精氨酸（L-Arg）与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等合成精氨酸封端的高黏附性生物基聚氨酯DLPU。通过将其与改性明胶GelMA进行复合构建多功能双网络水凝胶G-DLPUs。研究生物基聚氨酯双网络体系的综合性能，此外，复合材料对不同材料和干、湿界面可以实现超过100 KPa的黏附强度，展现出在黏附止血领域的巨大应用潜力。通过体外生物降解性测试证实生物基聚氨酯在降解过程中不会引发微环境的pH变化，随后证实了降解液优异的生物相容性。研究了降解液释放L-Arg的促细胞释放NO性和体内生物相容性后，通过大鼠肝脏出血模型和小鼠皮肤全层缺损模型对G-DLPU3的实际应用性能进行了全面地评估，结果表明G-DLPUs能有效减少71.5％的伤口出血量和显著促进伤口愈合。 (2)采用抗炎性的半胱氨酸(L-Cys)和β-环糊精(β-CD)等原料合成具有抗炎载药性生物基聚氨酯，与接枝了聚丙烯酰胺的聚乙烯醇复合，构建了功能化双相凝胶材料(LPU/PVA-PAMs)。该生物基聚氨酯双网络体系能够实现高达1510％的吸水率和91％的保水率等。复合材料中的环糊精负载绿色抗菌剂PHMB后，该双相凝胶被赋予了超过72 h的高效抗菌性能。通过体外细胞相容性验证了其具有优异的L929细胞相容性和红细胞相容性。进一步通过小鼠背部对称性皮肤全层缺损模型评估该复合材料作为慢性伤口敷料的实际性能，结果表明:LPU/PVA-PAMs具有优于商用3M敷料的促伤口愈合性能，能够诱导伤口周围的巨噬细胞从M1极化为M2亚型，显示出显著的抗炎性能。 (3)L-精氨酸基聚氨酯与甲基丙烯酰基壳聚糖复合，通过分子之间的氢键离子键等相互作用得到具有微环境调控性的双网络多孔支架(M-APUs)。通过对M-APUs的可控降解性，包括降解液的pH稳定性和生物相容性等进行了评估，验证了该复合体系显著的微环境pH调控性，能够使pH稳定在7.10～7.31范围。通过对M-APUs的骨髓干细胞的黏附、生长和迁移实验展示了其在软骨损伤处对干细胞募集的潜能。通过大鼠膝关节软骨损伤模型，对M-APUs软骨支架的微环境pH调控和促干细胞募集后的促软骨修复性能进行了系统性地评估，结果显示M-APUs具有显著的抗炎和促软骨修复效果，具体表现为不仅能诱导软骨下骨巨噬细胞极化成抗炎表型，还能促进软骨基质的合成，并最终实现骨-软骨界面完整性提升和关节功能显著恢复。 (4)将含有巯基的L-半胱氨酸基聚氨酯与甲基丙烯酰基壳聚糖在细菌纤维素膜(BC)上进行复合，通过生物基聚氨酯的巯基与改性壳聚糖的双键在BC纤维网络中进行“点击反应”得到具有抗组织粘连高力学性能的BC/LPU-MCs双网络复合膜。该复合材料中嵌于BC纤维网络的PU-MC涂层能够实现对补片材料亲疏水性和表面粗糙度等的有效调控。通过系统性地评估补片材料的力学性能，发现其具有优异的拉伸强度(213.9MPa)、缝合强度(3.18 N)和顶破强度(98.1 N)。通过成纤维细胞实验验证了其显著的抗细胞黏附效果。最后，通过大鼠腹壁缺损动物模型对其作为组织补片的医学应用潜力进行系统性地评估。研究表明，该组织补片具有优异的抗组织粘连性能和显著促腹膜组织修复性，治疗12周后腹膜完整度能达到95.2％，血管密度和胶原沉积量也得到了显著提升。 收起