聚胺酯形狀記憶材料之研究.doc

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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題以聚乳酸一聚甘醇酸的共聚合物(poly-D,L-lactide-co-glycoIide,PLGA)和不同的異輒酸酯(hexamethylenediisocyanate,HDI或4,4-

2、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構，所以改變其軟-硬鏈節段含量的比例，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，合成出線性聚胺基甲酸酯，並利用傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、微差熱掃描卡計(DSC)、微負荷萬能材料試驗機與形體記憶測試法，分析其熱性質及軟、硬鏈節段組成，及形狀記憶行為。本專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學研究領域上深具發展潛力。關鍵字：形狀記憶行為、聚胺酯、聚乳酸、聚甘醇酸前B近年來，隨著生醫材料與智慧型材料(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展變的極為重要

3、，若將形體記憶聚胺酯應用於人體中，想必具有非常大的市場與商業潛力，因此，如何以具生物相容與降解性之材料來合成可廣泛應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(amoiphous),在生物體中可經由水解形成lacticacid和glycolicacid,經代謝形成二氧化碳及水分子而排出體外，將生物降解性材料應用於人體中，可減少在人體中的負擔。本實驗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、硬鏈節段組成變化，深入探討形狀記憶聚胺酯的分子形態與形狀記憶效應關係。形狀記憶現象發生機構說明：1.

4、固定相及可逆相於加工前均在軟化狀態。2.選擇適當溫度使得可逆相仍為軟化狀態，而固定相因化學鍵結作用或冷卻固化，使其加工成形為形狀Ao3.不施加應力，再降溫使可逆相轉移至硬化狀態，此時形狀仍為形狀A。4.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Ao5.施加應力於該材料，而形變至形狀B。6.持續應力的施加，使形狀保持在形狀B,同時降低溫度使可逆相由軟化狀態轉移到硬化狀態，然後除去應力，此時因固化的可逆相，其強度足以抵抗凍結相的彈性回復力，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，阻礙固定相彈性回復之因素消失，而回復至形狀A。8•不施加應力，

5、降低溫度使回復至3的狀態。溫度控制型的形狀記憶材料，分子型態的結構可分為兩相，分別為固定相和可逆相，加熱處理至預先設計的溫度，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，可回複至原來的形狀(固定相)，因此，分子型態的結構、兩相的特性溫度與分子化學結構，決定了材料形狀記憶功能的發揮o形體記憶聚胺酯的合成是利用異氨酸酯的-NCO官能基與聚醇的-OH基，在氮氣下進行反應，產生聚胺酯所需特性官能基，並加入鏈延長劑，使聚胺酯硬段結構完整，達到所需之形狀記憶聚胺酯。研究目的基本上生醫材料係指天然來源或人工合成材料，其具有生物相容性而可被植入或結合入

6、活體系統中，用來取代或修補活體系統的一部分，或者直接與活體接觸而執行其生命功能，因此目前生醫材料的概念可延伸包括藥物傳輸系統所用的材料，生物感應器的材料，支持身體功能的體外醫療器材之材料。以生物降解性材料所製備之產品，為近年來學術界爭相研究的區塊，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強度，且適合於生物體中廣泛應用之形狀記憶聚胺酯，期望未來能幫助台灣在生醫材料的應用與落實。研究方法1.預聚合物(prepolymer)之合成依莫耳比例秤取PLGA和異氧酸酯,將適量之PLGA放入四口反應器內，氯仿為溶劑，通入氮氣

7、，以機械攪拌器攪拌，溫度固定50°C,秤取適量之異輒酸酯，緩慢滴入反應器內，反應適當時間後，將反應器內溫度逐漸升至609,以進行下一步驟的合成。2.線性(linear)PU之合成待上述之預聚合物達反應終點後，加入一倍溶劑，固定溫度60°C,持續攪拌。稱取適量之鏈延長劑，緩慢滴入反應器內，反應2小時後，以TR測定NCO吸收峰(2270cm1),以確定反應完全。3.灌模成型將合成好之PU膠體，置入609真空烘箱中以減壓方式除去少量溶劑約