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1、聚胺酯形狀記憶材料之研究林鴻儒*、陳靖良、王泰元中文摘要本專(zhuān)題以聚乳酸-聚甘醇酸的共聚合物(poly-D,L-lactide-co-glycolide,PLGA)和不同的異氧酸酯(hexamethylenediisocyanate,HD1或4,4-diphenylmethenediisocyanate,MDI)與鏈延長(zhǎng)劑(1,4-butancdiol,BDO)聚合成具形狀記憶功能之聚胺基甲酸酯。聚胺基甲酸酯經(jīng)不同單體的選擇，其物理性質(zhì)具有橡膠及塑膠的特性，在形狀記憶材料的發(fā)展頗具潛力。形狀記憶聚胺基甲酸酯具溫度感受
2、變化性強(qiáng)之特質(zhì)，因此可使聚胺基甲酸酯在受加熱作用後，恢復(fù)到原來(lái)的形狀。形狀記憶聚胺基甲酸酯具有固定相與可逆相之兩相分離的結(jié)構(gòu)，所以改變其軟■硬鏈節(jié)段含量的比例，可控制聚胺基甲酸酯之形狀記憶行為。本研究依微相分離之特性，合成出線(xiàn)性聚胺基甲酸酯，並利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線(xiàn)光譜儀(FTIR)、微差熱掃描卡計(jì)(DSC)、微負(fù)荷萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)與形體記憶測(cè)試法，分析其熱性質(zhì)及軟、硬鏈節(jié)段組成，及形狀記憶行為。本專(zhuān)題所選用之基材為具生物相容性與生物降解性佳之PLGA,因此所合成之形狀記憶聚氨酯於生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域上深具發(fā)展?jié)摿?。關(guān)鍵字
3、:形狀記憶行為、聚胺酯、聚乳酸、聚甘醇酸前言近年來(lái)，隨著生醫(yī)材料與智慧型材料(如形狀記憶材料)研究的崛起，具生物相容與降解型材料之發(fā)展變的極為重要，若將形體記憶聚胺酯應(yīng)用於人體中，想必具有非常大的市場(chǎng)與商業(yè)潛力，因此，如何以具生物相容與降解性之材料來(lái)合成可廣泛應(yīng)用於人體的形狀記憶聚胺酯，已成為極重要的課題。PLGA為生物相容與降解型材料之聚乳酸與聚甘醇酸的共聚合物，屬不定形材料(amorphous),在生物體中可經(jīng)由水解形成lacticacid和glycolicacid,經(jīng)代謝形成二氧化碳及水分子而排出體外，將生物
4、降解性材料應(yīng)用於人體中，可減少在人體中的負(fù)擔(dān)。本實(shí)驗(yàn)研究方向即利用此材料合成出一系列之形狀記憶聚胺酯，並利用聚胺酯的軟、硬鏈節(jié)段組成變化，深入探討形狀記憶聚胺酯的分子形態(tài)與形狀記憶效應(yīng)關(guān)係。形狀記憶現(xiàn)象發(fā)生機(jī)構(gòu)說(shuō)明：1?固定相及可逆相於加工前均在軟化狀態(tài)。2.選擇適當(dāng)溫度使得可逆相仍為軟化狀態(tài)，而固定相因化學(xué)鍵結(jié)作用或冷卻固化，使其加工成形為形狀A(yù)o3.不施加應(yīng)力，再降溫使可逆相轉(zhuǎn)移至硬化狀態(tài)，此時(shí)形狀仍為形狀A(yù)o4.升高至某一溫度，使可逆相軟化，但不致使固定相軟化，故仍保持在形狀A(yù)。5.施加應(yīng)力於該材料，而形變至
5、形狀B。6.持續(xù)應(yīng)力的施加，使形狀保持在形狀B,同時(shí)降低溫度使可逆相由軟化狀態(tài)轉(zhuǎn)移到硬化狀態(tài)，然後除去應(yīng)力，此時(shí)因固化的可逆相，其強(qiáng)度足以抵抗凍結(jié)相的彈性回復(fù)力，形狀得以保持在形變的形狀B。7.將溫度上升至得以軟化可逆相的硬化狀態(tài)，阻礙固定相彈性回復(fù)之因素消失，而回復(fù)至形狀A(yù)o&不施加應(yīng)力，降低溫度使回復(fù)至3的狀態(tài)。溫度控制型的形狀記憶材料，分子型態(tài)的結(jié)構(gòu)可分為兩相，分別為固定相和可逆相，加熱處理至預(yù)先設(shè)計(jì)的溫度，然後將其做變形處理，待其冷卻後，變形體即可維持其新的形狀(可逆相)；但若將此變形體再行升溫處理，可回複
6、至原來(lái)的形狀(固定相)，因此，分子型態(tài)的結(jié)構(gòu)、兩相的特性溫度與分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，決定了材料形狀記憶功能的發(fā)揮o形體記憶聚胺酯的合成是利用異氧酸酯的-NCO官能基與聚醇的-OH基，在氮?dú)庀逻M(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生聚胺酯所需特性官能基，並加入鏈延長(zhǎng)劑，使聚胺酯硬段結(jié)構(gòu)完整，達(dá)到所需之形狀記憶聚胺酯。研究目的基本上生醫(yī)材料係指天然來(lái)源或人工合成材料，其具有生物相容性而可被植入或結(jié)合入活體系統(tǒng)中，用來(lái)取代或修補(bǔ)活體系統(tǒng)的一部分，或者直接與活體接觸而執(zhí)行其生命功能，因此目前生醫(yī)材料的概念可延伸包括藥物傳輸系統(tǒng)所用的材料，生物感應(yīng)器的材料，
7、支持身體功能的體外醫(yī)療器材之材料。以生物降解性材料所製備之產(chǎn)品，為近年來(lái)學(xué)術(shù)界爭(zhēng)相研究的區(qū)塊，於是本研究利用具生物相容與生物降解性佳之材料(PLGA),製備具形狀記憶功能之聚胺基甲酸酯，並深入探討與合成其具有適當(dāng)強(qiáng)度，且適合於生物體中廣泛應(yīng)用之形狀記憶聚胺酯，期望未來(lái)能幫助臺(tái)灣在生醫(yī)材料的應(yīng)用與落實(shí)。研究方法1.預(yù)聚合物(prepolymer)之合成依莫耳比例秤取PLGA和異氨酸酯，將適量之PLGA放入四口反應(yīng)器內(nèi)，氯仿為溶劑，通入氮?dú)?，以機(jī)械攪拌器攪拌，溫度固定50°C,秤取適量之異輒酸酯，緩慢滴入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)
8、適當(dāng)時(shí)間後，將反應(yīng)器內(nèi)溫度逐漸升至60°C,以進(jìn)行下一步驟的合成。2.線(xiàn)性⑴near)PU之合成待上述之預(yù)聚合物達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)後，加入一倍溶劑，固定溫度60°C,持續(xù)攪拌。稱(chēng)取適量之鏈延長(zhǎng)劑，緩慢滴入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)2小時(shí)後，以IR測(cè)定NCO吸收峰(227()cm1),以確定反應(yīng)完全O3.灌模成型將合成好之PU膠體，置入60°C真空烘箱中以減壓方式除去少最溶劑約4
