具有高強度和高韌性的彈性體由于其多樣化的應用一直被廣泛地研究,而在生物醫學應用方面經常需要具有生物可降解性和生物相容性的彈性體。如何制備具有極強機械性能的可生物降解的彈性材料供體內使用仍然是一個巨大的挑戰。
近日,西安交通大學張彥峰團隊設計了一種基于分層氫鍵相互作用的可生物降解聚氨酯彈性體。作者利用聚己內酯(PCL)、二異氰酸酯和 N,N-雙(2-羥乙基)乙酰胺(BHO)作為原料,通過無溶劑聚合的方法快速制備了這種無色透明的彈性體,其中豐富的氫鍵相互作用阻礙了PCL段的結晶,促進了在彈性體內部形成均勻分布的硬相微域,奇跡般地實現了極高的強度和韌性以及前所未有的高斷裂能,加之良好的生物相容性和降解性,可通過3D打印技術制成疝氣補片應用于生物醫學。此外,就機械性能而言,該彈性體在國防工業、柔性電子、緩沖吸能等方面同樣具有很大的應用潛力。
圖2 彈性體的拉伸性能。
圖3彈性體的斷裂能和耐穿刺性。
圖4 彈性體在疝氣補片中的應用。
最后,作者通過3D打印將PCL-IPDI-BHO彈性體加工成疝氣補片用于生物醫用。該補片繼承了彈性體優異的機械性能,且其優異的生物相容性和在一段時間內保持穩定后緩慢降解的特點與臨床需求吻合,可作為理想的疝氣補片材料用于體內生物應用。
以上相關工作以"Extremely Strong and Tough Biodegradable Poly(urethane) Elastomers with Unprecedented Crack Tolerance via Hierarchical Hydrogen-Bonding Interactions"為題在《Advanced Materials》上在線發表。文章第一作者為西安交通大學碩士生郭銳,通訊作者為西安交通大學張彥峰教授。該工作得到國家自然科學基金面上項目(NSFC 52173079)、國家重點研發計劃(2019YFA0706801)、陜西省國際科技合作項目(2020KW-062)等項目的資助。作者感謝西安交通大學分析測試共享中心和鄭州大學劉春太教授、邵春光教授在分析表征方面的支持,感謝西安交通大學王鐵軍教授在文章撰寫方面的幫助,楊孟博士在3D打印方面的指導,以及陜西省人民醫院段降龍教授的幫助。
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212130
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