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1、高分子材料在医学中的应用摘要：本文简要介绍了高分子材料的医用情况，详细介绍了生物可降 解医用高分子材料的分类与应用现状，并简要介绍了生物降解高分子 材料的定义、分类和降解机理。关键词：高分子材料、医学领域应用 引言：合成高分子材料，特别是塑料、橡胶、纤维这三大合成材料 的发现与工业化生产，为人类提供了大量价廉易得而性能优异的新材 料，它们在人们的日常生活和社会经济开展中发挥着重要的作用。降解高分子材料是指在使用后的特定环境条件下，在一些环境 因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以与机械力等因素作用下，使其化学结构能在较短时间内发生明显变化，从而引起物性下降，最终被 环境所消纳的高分子材料。根据降
2、解机理1,2的不同，降解高分子材料 可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光-生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等，其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体与动物体内的组织细胞、 酶和体液的作用下，使其化学结构发生变化，致使分子量下降与性能发 生变化的高分子材料。1生物降解高分子材料的定义和分类生物降解高分子材料是指在一定的条件下，一定的时间内，能被 微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料 2。 生物降解的高分子材料具有以下特点：易吸附水，含有敏感的化学基 团，结晶度低,分子量低，分子链线性化程度高和较大的比外表积等3。按照来源，生物可降
3、解高分子材料可分为天然高分子和人工合成 高分子两大类；按照用途，分为医用和非医用生物降解高分子材料两 大类；按照原料组成和制造工艺不同可分为天然高分子合成材料、微 生物合成高分子材料和化学合成生物可降解高分子材料。【5,6价格低廉，特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素，年生物合成 量超过1010吨。利用它们制备的生物高分子材料可完全降解、具有 良好的生物相容性、安全无毒，由此形成的产品兼具天然再生资源的 充分利用和环境治理的双重意义。天然高分子材料虽然具有价格低廉、完全降解等诸多优点，但是它的热力学性能较差，不能满足工程高分子材料加工的性能要求。5,6,7微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳
4、源发酵制得的一类高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸与微生物多糖，产品特点是 能完全生物降解。微生物合成高分子材料有良好的降解性和热塑性，易加工成型，但 在耐热和机械强度方面还需改良，而且本钱较高，现在只在医药、电子 等附加值较高的行业得到广泛应用。8由于在自然界中酯基容易被微生物或酶分解，所以化学合成生物降解高分子材料大多是分子结构中含有酯基结构的脂肪族聚酯。聚酯与其共聚物可由二元醇和二元酸、羟基酸的逐步聚合来获得，也可由 内酯环的开环聚合来制备。缩聚反响因受反响程度和反响过程中产生 的水或其他小分子的影响，很难得到高分子量的产物。开环聚合只受 催化剂活性和外界条件的影响，可得到高分子量的
5、聚酯，相对分子量高 达106,单体完全转化聚合。因此，开环聚合成为内酯、乙交酯、丙交 酯的均聚和共聚合成生物降解高分子材料的理想聚合方法。合成高分子材料比天然高分子材料具有更多的优点，它可以从分 子化学的角度来设计分子主链的结构，从而来控制高分子材料的物理 性能，而且可以充分利用来自自然界中提取或合成的各种小分子单 体。不过在如何准确的通过设计分子结构控制其性能方面还有待进一 步的研究。【9掺混型高分子材料主要是指将两种或两种以上的高分子物共混 或共聚，其中至少有一种组分是可生物降解的，该组分多采用淀粉、纤 维素、壳聚糖等天然高分子。2生物降解高分子材料的降解机理一般高分子材料的生物降解可分为
6、完全生物降解机理和光一生物降解机理【10。完全生物降解机理大致有三种途径：生物物理作用： 由于生物细胞增长而使聚合物组分水解，电离质子化而发生机械性 的毁坏，分裂成低聚物碎片；生物化学作用：微生物对聚合物作用 而产生新物质（CH4、C02和 出0）;酶直接作用：被微生物侵蚀局部 导致材料分裂或氧化崩裂。而从化学角度考虑，聚合物的降解存在如下3种机制11:疏水 性聚合物通过主链上不稳定键的水解变成低相对分子质量、水溶性分 子。不溶于水的聚合物通过侧链基团的水解、离子化或质子化，变 成水溶性聚合物。不溶于水的聚合物水解掉不稳定的交联链变成可 溶于水的线型高分子。3生物降解高分子材料的应用生物降解高
7、分子材料具有无毒、可生物降解与良好的生物相容性 等优点，所以应用极为广泛，可用于医药、农业、园林、包装卫生、 化妆品等领域，研究最热的当推医用生物降解高分子材料。13,14为了使药物达到最优的治疗效果，必须使药物在指定的时间内按预定 的速度释放到指定的治疗部位。用可降解高分子材料制成的纳米颗粒 作为药物/基因控制释放系统是目前的研究热点。在药物控制释放体系中，药物载体一般是由高分子材料来充当 的，它们可分别用在不同的控制释放体系中，如凝胶控制释放、微球 和微胶囊控制释放、体内埋置控制释放、靶向控制释放等等。由于这 些聚合物具有被人体吸收代谢的功能，与不可降解的药物载体聚合 物相比，具有缓释速率
8、对药物性质的依赖性小、更适应不稳定药物的 释放要求与释放速率更为稳定等优点。初期的药物控制释放体系是将 活性物质加载到高分子基质中，然后再输入人体。在该体系中，药物释 放主要是由扩散驱动，而后高分子基质本体水解。这方面用得较好的 是DLLA（无规右、左旋乳酸）/GA（乙交酯）共聚物。PGA是高度 结晶的高分子，具有很高的降解速率。而 PDLLA是无定形材料，药 物渗透性低，降解速率高14。作为药物控制释放载体被广泛研究的生 物降解高分子有聚乳酸、乳酸-己内酯共聚物、乙交酯-丙交酯共聚 物等脂肪族聚酯以与天然高分子材料甲壳素/壳聚糖与其衍生物。 药物/基因纳米载体优点是：具有高度靶向、药物控制释
9、放、提高难 溶药物的溶解率和吸收率、减少了给药量和给药次数、提高了药物的 利用效率，而且很大程度上减少了药物对全身，特别是对肝、肾的毒 副作用。15,13生物降解性手术缝合线既可以缝合伤口，又可在伤口愈合后自动降解，不需再拆除，所以开展越来越快。最初采用的生物吸收性缝 合线是肠线16,肠线的初期弹性率小，平滑性优良，结节部位稳定性 好，但同时也存在机械强度损失快，处理不方便，必须用湿的缝合线 缝合伤口，易引起组织发炎，分解速度过快等缺点。现改良采用聚乙 交酯、聚L-丙交酯（PLLA）与其共聚物制成的外科缝合线，目前已 商业化。由于PGA、PLLA等单丝缝合线太硬，强度小，所以现阶段 的研究热点
10、是如何提高缝合线的柔软性和机械强度，同时参加增塑剂增加线的韧性和调节降解速度。研究发现，用甲壳质制成的手术线 不但机械性能良好，打结不易滑脱，而且无毒性。用改良工艺制成的 单根甲壳质纤维缝合线在使用初始1015天中有很大的强度，而此后强度迅速下降，有利于生物体的迅速吸收13。17,18骨内固定材料的应用包括两个方面 ，一是要求植入聚合物在创伤愈合过程中缓慢降解，主要用于骨折内固定高分子材料 ，如骨夹 板、骨螺钉等；另一类要求在相当时间内聚合物缓慢降解，在初期或 一定时间内在高分子材料上培养组织细胞，让其生长成组织、器官， 如软骨、肝、血管、皮肤等。14,19将聚乳酸与其共聚物用作支撑材料，在其
11、上移植器官、组织的生 长细胞，使其形成自然组织，称为外科替代疗法，即组织工程。采用 具有生物降解性与生物相容性的高分子作为组织工程的的植入物，其优势在于可防止非降解材料长期存在造成的免疫排斥与其综合症，可使新生组织逐渐生长渗入植入物并完全取代植入的细胞支架，长成预定形状的组织。目前已在肝细胞、皮肤细胞、软骨、血管修复、神经 修复等方面应用。聚酯，特别是聚a-羟基酯如聚乳酸、聚乙醇酸与 聚 -己内酯等组织工程领域得到了广泛的应用。 近年来，由于合成 生物可降解高分子具有比天然高分子更优越的性质，合成高分子PLLA、PGA和PLGA作为支架材料，其适宜的性质、适宜的降解 速率已获得了美国食物与药物
12、管理局（FDA）的认可。PLLA的物理化 学性能能让它作为象肝这样的软组织,象软骨和骨骼这样的硬组织 的支架材料；PGA被用作细胞移植和器官再生的人造支架；PLGA被 用于肠和肝的再生以与骨组织工程上。组织工程学是近10年来新兴的一门交叉科学，它是应用工程学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织结构-功能关系，以与研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学20。组织工 程等技术的创立标志着生物医学材料科学的开展进入了一个崭新的 阶段。组织工程的核心是建立由细胞和生物材料所构成的三维复合 体，其中由生物材料所构成的细胞支架的作用是为细胞增殖提供空 间，使细胞按照生物材料支架的构形分化、增
13、殖，最终成为所要求的 组织或器官。因此，细胞支架不但应使细胞能进展气体交换、排除代 谢废物，同时还能为细胞增殖提供营养物质21。组织引导再生（guided tissue rege neratio n, GTR）是近几年开展起来的一项促进组织再生性愈 合的新理论与新技术，医用组织引导再生材料的研究是国内外生物材 料研究的热点之一。我们所期待的降解材料是先选择性地引导组织再 生，当这一过程完成时，材料完全降解或被组织吸收。据Fleisher、Magnusson Blumenthal等的研究报道22，乳酸与乙交酯共聚物膜、 聚乳酸膜和胶原膜等是一类较理想的GTR材料。孙毅23等报道聚吡咯在神经组织、
14、皮肤、肝脏、肾上腺、骨和血管中都有广泛的应用。 此外，聚乙交酯（PGA）、聚乳酸（PLA）与乳酸与乙交酯的共聚物（PLGA） 用于组织工程进展肝的再生，具有很好的生物适应性24。25目前在临床中得到应用的皮肤修复材料分为两大类：一类是天然 皮肤（包括自体皮、异体皮或异种皮）或动物组织（羊膜、胎盘、腹膜等）; 另一类是人工皮肤，原料取自于天然高分子（胶原、甲壳素等）或合成高 分子（尼龙、涤纶、硅橡胶等）。组成人工皮肤的材料如表-2所示。段-2人工廈默的俎硯材料if! 取甘料IS陀$廉机帘*確關高分子HiW水分薰发防止餐白质和电曹质拥总防止刪曲僅入中呕方H人工劇臟蜒命固定于織怔髀|违自面慎生岸棒性
15、岛分子?庭賀海丽怖1壳卑常|荻棗向交胡-己止聃：医学领域对生物可降解高分子材料的需求方向：更好的机械性能：较高分子量的聚乳酸等的合成是提高其机械性能 的努力方向之一，无毒高效催化体系的寻找是其关键所在。控制降 解速度:目前主要是制件的形状即与活体环境的接触面积来控制速度 以后的方向是通过亲水性功能的引入与共聚的比例和控制来调节降 解速度。良好的生理活性：目前最热门的聚羟基烯酸难以进一步功 能化,以引入生理活性物质如酶、药物等来增进其生理活性。药物 扩散速度的控制：通过聚丙交酯，聚已内酯嵌段共聚来达到降解和透过 性能兼容。完毕语：从环境保护、合理利用资源、合成新型材料等角度都说明可生物 降解高分子材料具有良好的开展前景，因此已成为化学家、生物学家 和环境学家共同感兴趣的一个研究领域。高分子材料的研究开发方兴未艾，任重道远。参考文献：1 贺爱军降解塑料的开发进展J.化工新型高分子材料，2002,30(3):17.2 王身国.可生物降解的高分子类型、合成和应用J.化学通报，1997,2:4548.3 钟世云，许乾慰，王公善编著.聚合物降解与稳定化M.:化学工业,2001.4 袁华，任杰，马广华.生物可降解高分子材料的研究与开展J.建
