含氟聚氨酯/CNTs高效生物医用材料的构建及其性能研究

提出利用两种低表面物质（含氟聚氨酯和含氟高聚物修饰CNTs）的集成效应构建一种具有高效生物学特性的FPU/CNTs医用材料技术思路。首先借助等离子体接枝法在CNTs表面形成带-OH基的含氟高分子链，进而通过-OH基与异氰酸酯、软段侧链含氟聚醚多元醇反应，实现其与FPU共价连接。再将其与FPU原位聚合后得到一系列FPU/f-CNTs-FPU接枝复合材料。该复合材料具有优异的超低表面能特性、力学强度和生物学性能（包括抗凝血性、生物相容性、生物稳定性等）。重点研究FPU/f-CNTs-FPU复合材料的组成-结构-综合性能关系影响规律。通过实验、理论分析和计算机模拟等方法研究FPU/f-CNTs-FPU复合材料的分子间自组装机制及其微相分离结构的精确表征。该复合材料在生物医学领域具有潜在应用价值，可为制备具有高效生物学特性的新型医用PU材料提供理论指导和技术支撑。

以含氟聚氨酯为代表的聚氨酯弹性体作为一种新型生物医用材料，不仅具有低表面能、高弹性、高强度、高耐磨、可加工等优良特性，又具有与人体良好的抗凝血性和生物相容性等优点，被公认为综合性能最优的高分子生物医用材料。因而近年来围绕含氟聚氨酯的合成与生物性能（包括血液相容性、细胞相容性、生物稳定性等）研究日益成为热点。本项目在国家自然科学基金的资助下，主要围绕碳纳米管（CNTs）改性热塑性含氟聚氨酯弹性体，利用氟元素和碳纳米管的低表面能叠加特性，开展了一系列有意义的研究工作，实现了CNTs对热塑性含氟聚氨酯弹性体的生物性能调控，有效推动了CNTs基高分子复合材料制备及其生物增效等方面的研究。主要的研究成果如下：1、建立了软段侧链含氟聚醚多元醇的阳离子开环聚合方法，发现该聚醚多元醇具有低氟低成本特性，为新型含氟高分子材料的研究奠定了物质基础。2、以所合成的软段侧链含氟聚醚多元醇为软段，以二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和1, 4-丁二醇（BDO）为硬段，采用了两种热塑性聚氨酯弹性体合成方法（即本体聚合一步法和预聚体两步法）制备出软段侧链含氟热塑性聚氨酯（简称FTPU）弹性体，发现在低氟含量（<8wt%）下，该弹性体仍具有优异的血液相容性、细胞相容性、生物稳定性和力学性能等。3、再将低表面能物质CNTs作为改性剂，借助原位本体聚合一步法成功获得了CNTs/FTPU复合弹性体，并发现少量CNTs存在对FTPU弹性体具有生物增效特性；4、系统研究了CNTs表面改性方法对相应CNTs/FTPU复合弹性体的性能影响规律，总结了CNTs改性方法对体系性能影响规律，并对其生物增效机理进行了研究，基于此种增效行为，后续工作有望开展新型聚氨酯生物医用器官的设计研究。