具有高强度和高韧性的弹性体由于其多样化的应用一直被广泛地研究,而在生物医学应用方面经常需要具有生物可降解性和生物相容性的弹性体。如何制备具有极强机械性能的可生物降解的弹性材料供体内使用仍然是一个巨大的挑战。
近日,西安交通大学张彦峰团队设计了一种基于分层氢键相互作用的可生物降解聚氨酯弹性体。作者利用聚己内酯(PCL)、二异氰酸酯和 N,N-双(2-羟乙基)乙酰胺(BHO)作为原料,通过无溶剂聚合的方法快速制备了这种无色透明的弹性体,其中丰富的氢键相互作用阻碍了PCL段的结晶,促进了在弹性体内部形成均匀分布的硬相微域,奇迹般地实现了极高的强度和韧性以及前所未有的高断裂能,加之良好的生物相容性和降解性,可通过3D打印技术制成疝气补片应用于生物医学。此外,就机械性能而言,该弹性体在国防工业、柔性电子、缓冲吸能等方面同样具有很大的应用潜力。
图2 弹性体的拉伸性能。
图3弹性体的断裂能和耐穿刺性。
图4 弹性体在疝气补片中的应用。
最后,作者通过3D打印将PCL-IPDI-BHO弹性体加工成疝气补片用于生物医用。该补片继承了弹性体优异的机械性能,且其优异的生物相容性和在一段时间内保持稳定后缓慢降解的特点与临床需求吻合,可作为理想的疝气补片材料用于体内生物应用。
以上相关工作以"Extremely Strong and Tough Biodegradable Poly(urethane) Elastomers with Unprecedented Crack Tolerance via Hierarchical Hydrogen-Bonding Interactions"为题在《Advanced Materials》上在线发表。文章第一作者为西安交通大学硕士生郭锐,通讯作者为西安交通大学张彦峰教授。该工作得到国家自然科学基金面上项目(NSFC 52173079)、国家重点研发计划(2019YFA0706801)、陕西省国际科技合作项目(2020KW-062)等项目的资助。作者感谢西安交通大学分析测试共享中心和郑州大学刘春太教授、邵春光教授在分析表征方面的支持,感谢西安交通大学王铁军教授在文章撰写方面的帮助,杨孟博士在3D打印方面的指导,以及陕西省人民医院段降龙教授的帮助。
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212130
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