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1、综述生物医用高分子材料刘凯摘要：概述生物医用高分子材料当前的研究进展、制备方法、应用、新品种。关键词：进展 制备方法 应用 新品种一、当前生物高分子材料的研究进展生物医用高分子材料是现代临床医学发展的重要物质基础，其产业规模虽然不大，但知识密集，产出很高，因此世界各国对此均十分重视，其发展势头十分强劲。作为用于诊断、治疗和器官再生的材料，生物医用高分子材料的研究在生物技术、生命科学和医学等领域中占据着十分重要的位置，而生物医学的不同领域对于生物医用材料有不同的要求。我国长春应化所在“新型生物医用高分子材料的研究和应用”方面获重要进展，取得了整体达国际先进水平，部分属国际领先水平的研究成果，并荣
2、获2007 年度吉林省科技进步一等奖。该项目研发期间共发表学术论文 90 篇，全部被 SCI 收录，其中影响因子3 的 30 篇，获得和申请中国专利 45 项。二、生物医用高分子材料的制备主要包括基本有机合成、高分子合成、高分子成型加工三个过程。 高分子生产过程大型化的高分子合成生产，主要包括以下生产过程和完成这些生产过程的相应设备与装置。 原料准备与精制过程 包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备。 引发剂配制过程 包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程和设备。 聚合反应过程 包括聚合和以聚合釜为中心的有关设备及反应物料输送过程
3、和设备。 分离过程 包括将未反应单体、低聚物分离、脱除溶剂、引发剂等过程与设备。 聚合物后处理过程 包括聚合物的输送、干燥、造粒、储存、包装等过程与设备。 回收过程 主要是未反应单体和溶剂的回收和精制。 聚合过程聚合过程是高分子合成工业中最主要的化学反应过程，反应产物与一般的化学反应不同，它不是简单的一种成分，高分子化合物实际是分子量大小不等，结构亦非完全相同的同系物的混合物；其形态为坚硬的固体物、高粘度熔体或高粘度溶液；因此不能用一般的产品精制方法如蒸馏、结晶、萃取等方法进行精制提纯。又由于高分子化合物的平均分子量、分子量分布及其结构，对于高分子合成材料的物理机械性能产生重大影响，因此生产高
4、分子量聚合物时，对于聚合反应工艺条件和设备的要求很严格。不仅要求单体高纯度，且对所有分散介质（水、有机溶剂）和助剂的纯度都有严格要求，它们要不含有害于聚合反应的杂质、又要不含有影响聚合物色泽的杂质。合成高分子化合物的化学反应根据反应机理的不同，分为连锁聚合反应和逐步聚合反应。而连锁聚合反应又分为自由基聚合、离子聚合及配位聚合反应。逐步聚合反应主要是线型缩聚反应。在工业生产中不同的聚合反应机理对于单体和反应介质以及引发剂、催化剂等都有不同的要求，所以实现这些聚合反应的工业实施方法也有所不同。根据聚合反应的操作方式，可分为间歇聚合与连续聚合两种方式。它不仅关系到聚合过程的操作方式，而且整个生产流程
5、相应的被确定为间歇生产方式还是连续生产方式。此外由于生物医用高分子材料的特殊性，应提高人造器官的血液相容性，方法有：接枝亲水性长侧链；引入生物活性物质抑制血液与外源材料的相互作用；使材料具有微相分离结构以及在聚合物表面种植内皮细胞等。三、生物医用高分子材料的应用根据用途不同简单介绍几种生物医用高分子材料的应用。（1）与血液接触的高分子材料与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏瓣膜、人工心脏血囊、人工肺等的医用材料，要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性，并且具有与人体血管相似的弹性和延展性，以及良好的耐疲劳性等。（2）组织工程用高分子材料组织工程学是近十年来新兴的一门交叉学
6、科，它是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构 - 功能关系，以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学。细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究，使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。生物相容性材料的开发是组织工程核心技术之一。作为这种材料使用的聚合物主要有聚乳酸 ( PLA)、聚羟基乙酸 ( PGA) 及其共聚物 ( PL GA) 等。（3）药用高分子材料与低分子药物相比，药用高分子具有低毒、高效 、缓释、长效、可定点释放等优点。作为药用高分子必须具备下列条件：1) 本身及其分解产物应无毒，不会引起炎症和组织
7、变异反应，无致癌性；2) 进入血液系统的药物不会引起血栓；3) 具有水溶性，能在体内水解为具有药理活性的基团；4) 能有效到达病灶处，并积累一定浓度；5) 口服药剂的高分子残基能通过排泄系统排出体外；对于导入方式进入循环系统的药物，聚合物主链必须易降解，使之有可能排出体外或被人体吸收。（4）医药包装用高分子材料包装药物的高分子材料可分为软、硬两种类型。硬性材料（如：聚醋等）的特点是强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好，可替代玻璃容器和金属容器。软性材料（如：聚乙烯、聚丙烯等）可加工成复合薄膜。（5）眼科用高分子材料主要制品有隐形眼镜、人工角膜、人工晶状体等。（6）医用粘合剂与缝合线医用粘合剂可
8、粘合各种组织，例如可进行牙齿粘合，血管、组织、肌肉粘合，脑动脉瘤表面补强、防止破裂粘合，及骨粘合等。常用的粘合剂有 - 氰基丙烯酸烷基酯类，甲基丙烯酸甲酯 - 苯乙烯共聚物及亚甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维 (如蚕丝、木棉、麻及马毛等) 和合成纤维 (如 PET、PA、PP、PE 单丝、PTFE 及 PU 等) 。可吸收类包括天然高分子材料 (如羊肠线、骨胶原、纤维蛋白等) 和合成高分子材料 (如聚乙烯醇、聚羟乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羟基乙酸等) 。其中，由聚乳酸和聚羟基乙酸或两者的共聚物制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种
9、缝合线强度可靠，对创口缝合能力强，又可生物降解而被肌体吸收，是一种理想的医用缝合线。（7） 医疗器件用高分子材料高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品(注射器、输液器、检查器具、护理用具、麻醉及手术室用具等) 、血袋、尿袋及矫形材料等。一次性医疗用品多采用常见高分子材料如聚丙烯和聚 4- 甲基 - 1 - 戊烯制造。血袋一般由软 PVC 或 LDPE 制成。由 PU 制的绷带固化速度快， 质轻层薄， 不易使皮肤发炎， 可取代传统的固定材料 石膏用于骨折固定。硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料，已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。三、生物医用高分子新品种中科院长春
10、应化所陈学思、景遐斌研究员带领生物课题组的科研人员，于2000 年承担了“新型生物医用高分子材料的研究和应用探索”项目。他们从可生物降解的高分子材料的结构设计出发，制备了不同种类的生物医用高分子材料，并对其基本性能、功能化、材料制备、生物学评价和临床应用进行了研究。经通过调控主链微观结构获得了功能化高分子材料，合成了新的可生物降解导电高分子材料等，取得了一系列突破性进展。 该项目从生物医用高分子材料的结构设计和制备出发，首次合成了立体选择度高达 90%以上的席夫碱烷基/烷氧基铝配合物，得到熔点高达 201的聚乳酸（PLA）材料；创造性地利用 POM 和微区红外光谱详细研究了双结晶性聚乙二醇聚
11、e-己内酯（PEO-PCL）嵌段共聚物同心球晶的形成过程，建立了双结晶性高分子结晶行为的基本研究方法，解释了对各种结晶行为的影响因素；首次采用了高选择性的立体嵌段聚乳酸为材料，与蛋白质药物胰岛素进行立体复合，得到了通过立体复合作用结合的高载药量聚乳酸-蛋白质复合物；创造性地提出了“乳液电纺技术” ，实现了两种溶解性不同的药物同时担载和可控释放，使药物和载体聚合物品种的组合和搭配不再受“共同溶剂”的限制，完成了多种药物缓释剂的临床前实验；首次建立了全新的方法对 HA/PLGA 复合材料进行化学接枝改性，使复合材料拉伸强度和韧性得到了极大的提高；制备了可用于神经修复和心脏支架材料的电活性可降解高分
12、子材料和用于骨修复的纳米粒子增强脂肪族聚酯复合材料等。体内外实验结果表明该材料具有组织相容性好、降解时间长、机械性能衰减慢，无毒、无免疫及致突变反应。纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料在骨折内固定和骨修复材料方面具有重要应用价值。聚 e-己内酯和聚乳酸类温敏性塑形骨外固定板已经吉林大学第一医院康复医疗学科和骨科临床试用，使用效果良好，未发现不良反应，具有广阔的市场应用前景和竞争优势。参考文献【1】白毅 我国新型生物医用高分子材料研究获重要进展 2008 年 4 月 【2】林思聪 高分子生物材料分子工程研究进展 1997 年 1 月 【3】凤兆玄；戚国荣 医用高分子 1989 年 【4】徐海忠 生物医用材料将展翅欲飞？ 2003 年 6 月 【5】温变英 生物医用高分子材料及其应用 2001 年 【6】沈健 生物医用高分子材料的研究进展 2005 年
