醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用及其發(fā)展前景

1、生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用及發(fā)展前景摘要：由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)用高分子材料及其制品正以其特有的生物 相容性、無毒性等優(yōu)異性能而獲得越來越多的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用。本文主要介紹了醫(yī)用高分子材料的分類和應(yīng) 用,綜述醫(yī)用高分子材料在生物醫(yī)學(xué)上的研究進(jìn)展，并展望其研究前景。關(guān)鍵詞：生物醫(yī)用高分子材料；應(yīng)用；發(fā)展Application and Prospects of the Biopolymer MaterialsAbstract: Biomedical polymer materials and produets have increasingly found clinical

2、application owing to their excellent perfomences such as unique biological histocompatibility, and non-toxicity with the development of biomedical engineering, materials science and biotechnology.This article introduces biomedical polymer material development and the research achievement of biomedic

3、al polymer materials,.The trend of biomedical polymer materials in the future was also prospected.Keywords : Polymeric biomaterials; Application; Development醫(yī)用高分子材料是一門介于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和高分子科學(xué)之間的新興學(xué)科。它涉及到物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、病理學(xué)、血液學(xué)等多種邊緣學(xué)科。目前醫(yī)用高分子 材料的應(yīng)用已遍及整個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。1生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展。所謂生物醫(yī)用高分子材料(Polymeric biomaterials)是指在生理環(huán)境中使用

4、的 高分子材料1,它們中有的可以全部植入體內(nèi)，也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露 在體外，或置于體外而通過某種方式作用于體內(nèi)組織。生物醫(yī)用高分子材料分合成和天然兩大類，本文主要討論合成醫(yī)用高分子材料。生物醫(yī)用高分子材料的研究和臨床應(yīng)用已經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一代生物醫(yī)用高分子材料主要有硅橡膠、高分子量聚乙烯等有機(jī)高分子材 料。其最大特點(diǎn)是材料本身的-生物惰性II,它們在人體內(nèi)相對穩(wěn)定，不易分解或 生物降解；同時材料本身具有良好的生物相容性和理想的免疫反應(yīng)性，而且其力學(xué)強(qiáng)度和物理性能適宜,能與人體環(huán)境很好地相匹配,保證植入材料與生物組織 的形變相協(xié)調(diào)2。第二代生物醫(yī)用高分子材料有兩期。第一期，是醫(yī)用級

5、有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn)， 隨后乂發(fā)展了四種聚(®-氨)酯心血管材料，從此進(jìn)入了以分子工程研究為基礎(chǔ)的 發(fā)展時期。該階段的特點(diǎn)是在分子水平上對合成高分子的組成、配方和工藝進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì)，有目的地開發(fā)所需要的高分子材料。20世紀(jì)60年代，美國DuPont公司生產(chǎn)出熱塑性聚氨酯，它具有比硅橡膠更好的耐屈撓疲勞性，廣泛應(yīng)用于植 入生物體的醫(yī)用裝置及人造器官，如人工瓣膜3、人工心臟4、人工心臟輔助裝 置5、人工血管4, 6、介入導(dǎo)管7、人工關(guān)節(jié)8、人工軟骨9及人工輸尿管10等。第二期是生物降解性高分子材料及其他無機(jī)物材料。其特點(diǎn)是材料在機(jī)體中隨著主體器官的修復(fù)、組織的再生和傷口的愈合而逐漸被生物降解

6、和吸收，并最終為機(jī)體再生的組織和器官所替代。第三代生物醫(yī)用高分子材料在生物體內(nèi)能被降解，最終為機(jī)體所吸收，同時材料本身乂具有生物活性，能參與機(jī)體的生理活動，在分子水平上激活基因，刺 關(guān)細(xì)胞產(chǎn)生響應(yīng)，從而誘導(dǎo)組織和器官的形成，是細(xì)胞和基因的活性化材料 （Cell and Gene Activating Materials）'11。另一焦點(diǎn)是從尋找替代生物組織的合成材料轉(zhuǎn) 向研究一類具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織器官再生修復(fù)的新材料12。2生物醫(yī)用高分子材料的基本要求醫(yī)用高分子材料需長期與人體體表、血液、體液接觸 ，有的甚至要求永久性 植入體內(nèi)。除了作為材料在力學(xué)強(qiáng)度等方面的普遍要求之外， 生

7、物醫(yī)用高分子材 料的要求可以綜合概括為以下幾個方面13:（1）生物功能性：因各種生物材料的用途而異，但生物材料植入體內(nèi)都必須發(fā) 揮所期望的功能或誘發(fā)預(yù)期的反應(yīng)，如：作為緩釋藥物時，藥物的緩釋性能；（2）生物相容性：可概括為材料和活體之間的相互關(guān)系，主要包括血液相容（抗 凝血性）和組織相容性（無蠹性、無致敏性、無遺傳蠹性、無致癌性、無熱原反應(yīng)、 無免疫排斥反應(yīng)等）；（3）化學(xué)穩(wěn)定性：耐生物老化性（特別穩(wěn)定）或可生物降解性（可控降解）；在化 學(xué)上是不活潑的，不會因與體液或血液接觸而發(fā)生變化；（4）可加工性：能夠成型、消蠹（紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消蠹、 灑精消蠹等）。3生物醫(yī)用高分子材料的

8、分類及研究進(jìn)展3.1藥用高分子材料藥用高分子系指利用功能高分子聚合物的主鏈或支鏈，結(jié)合具有藥理活性的 某些藥物基團(tuán)，使其成為在體內(nèi)容易降解控釋，有足夠藥理活性的高分子藥物， 這類新型藥物具有低蠹、高效、長效、定向、控釋等特點(diǎn)。高分子藥物系指在藥 物制造過程中，根據(jù)功能高分子聚合物的物化特性，分別用于藥物的稀釋劑、粘 合劑、包埋材料、微型膠囊、包衣或內(nèi)外包裝材料等，其本身并不具有藥效，只 是在藥物成品過程中,起著不可缺少的從屆輔助作用或者強(qiáng)化作用。實(shí)際上兩者 并沒有嚴(yán)格界限14。根據(jù)藥用高分子結(jié)構(gòu)與制劑的形式， 可分三類：（l）具有藥理活性的高分子藥 物。（2）低分子藥物的高分子化。（3）藥用高

9、分子微膠囊。所用高分子材料有天然高分子，如骨膠、明膠、海藻酸鈉、瓊脂等；半合成 的高分子有纖維素衍生物等；合成高分子有聚葡萄糖酸、聚乳酸及乳酸與氨基酸 的共聚物等。包覆方法有原位聚合法、界面聚合法、相分離法和溶液十燥法等。國內(nèi)有許多單位在研究，如浙江大學(xué)的朱康杰等研究了聚電解質(zhì)、聚麟臘在藥物控釋中的應(yīng)用15, 16,天津大學(xué)的常津等研究了聚原酸酷載藥毫微囊的合成及體 外釋放機(jī)理等17, 18。3.2醫(yī)藥包裝用高分子材料近幾年，不同的高功能性和高分子材料被稱為程塑料II,在醫(yī)藥包裝方面 正逐年增加19。包裝藥物的高分子材料大體上可分為軟、硬兩種類型。硬型材 料如聚酷、聚苯乙烯、聚碳酸酷等，由于其

10、強(qiáng)度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密 性好，常用來代替玻璃容器和金屆容器，制造飲片和膠囊等固體制劑的包裝。新型聚醋聚蔡二甲酸乙二醇酷 (PEN)20除具有優(yōu)異的力學(xué)性能及阻隔性能外，還 有較強(qiáng)的耐紫外線性，可用于口服液、糖漿等的熱封裝?？上嫉陌b材料 HDPE、 LDPE、 PP、 PET、 PVC; 口服藥的包裝材料 PVC、 PE;普通醫(yī)藥和可 處理的包裝材料 PVC、PE、PP、PET、鋁箔、玻璃紙；軟型材料如聚乙烯、聚 丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯一醋酸乙烯共聚物等20,常加工成復(fù)合薄膜，主要用來包裝固體沖劑，片劑等藥物。而半硬質(zhì)聚氯乙烯片材則被用作片劑、膠囊的鋁 塑泡罩包裝的泡罩材料。至于藥

11、膏、洗劑、配劑等外用藥液的包裝，則用耐腐蝕 性極強(qiáng)且綜合性能優(yōu)良的聚四氟乙烯來擔(dān)任。3.3與血液接觸高分子材料與血液接觸的高分子材料是指用來制造人工血管、人工心臟血囊、人工心瓣 膜、人工肺等的生物醫(yī)用材料，要求這種材料要有良好的抗凝血性、抗細(xì)菌粘附 性，即在材料表面不產(chǎn)生血栓、不引起血小板變形，不發(fā)生以生物材料為中心的 感染。此外，還要求它具有與人體血管相似的彈性和延展性以及良好的耐疲勞性 等。人工血管用材料有尼龍、聚酷、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨醋等。人工心臟 材料多用聚酰氨酷和硅橡膠等。人工肺則多用聚四氟乙烯、硅橡膠、超薄聚 (涂 在多孔PP膜上)、超薄乙基纖維(涂在PE無紡布或多孔PP膜上

12、)等材料。人工腎 用材料除要求具備良好的血液相容性外，還要求材料具有足夠的濕態(tài)強(qiáng)度、有適 宜的超濾滲透性等，可充當(dāng)這一使命的材料有乙酸纖維素、銅氨再生纖維素、尼 龍、聚研及聚酰研等。3.4組織工程用高分子材料組織工程 (Tissue Engineering)是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理，在正確 認(rèn)識哺乳動物正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)關(guān)于修復(fù)、維護(hù)和促進(jìn)人體各種組織器官功能和形態(tài)的一門新學(xué)科21。組織工程中的生物材料主要發(fā)揮下列作用22: (1)提供組織再生的支架或三維結(jié)構(gòu)。 (2)調(diào)節(jié)細(xì)胞生理功能及氣管的修復(fù)。作為這種材料使用的聚合物主要有聚乳酸 (PLA)

13、、聚輕基乙酸(PGA)及其共聚物(PLGA)等23-25。2.5醫(yī)療器件用高分子材料高分子材料制的醫(yī)療器件有一次性醫(yī)療用品（注射器、輸液器、檢查器具、護(hù)理用具、麻醉及手術(shù)室用具等）、血袋、尿袋及矯形材料等26。一次性醫(yī)療用 品多采用常見高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基-1-戊烯制造。血袋一般由軟 PVC或LDPE制成。由PU制的繃帶固化速度快，質(zhì)輕層薄，不易使皮膚發(fā)炎，可取 代傳統(tǒng)的固定材料一石膏用于骨折固定。硅橡膠、聚酷、聚四氟乙烯、聚酸配及 聚乙烯醇等都是性能良好的矯形材料27-29,己廣泛用于假肢制造及整形外科等領(lǐng) 域。4生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展方向醫(yī)用高分子的發(fā)展巳有50多年的歷史，其應(yīng)

14、用領(lǐng)域巳滲透到整個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 取得的成果是十分顯赫的。但距離隨心所欲地使用高分子材料及其人工臟器來植 換人體的病變臟器尚很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，因此尚需作深入的研究探索。就目前來說，醫(yī)用 高分子將在以下幾個方面進(jìn)行深入的研究：（1）人工臟器的生物功能化、小型化、 體植化。（2）高抗血栓性材料的研制。（3）發(fā)展新型醫(yī)用高分子材料。（4）推廣 醫(yī)用高分子的臨床應(yīng)用。5結(jié)語高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解決一切醫(yī)學(xué)問題，但通過分子 設(shè)計(jì)的途徑，合成出具有生物醫(yī)學(xué)功能的理想醫(yī)用高分子材料的前景是十分廣闊 的。有人預(yù)計(jì)，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將進(jìn)入一個全新的時代。除了大腦之外， 人體的所有部位和臟器都可用高分

15、子材料來取代。仿生人也將比想象中更快地來到世上。參考文獻(xiàn)1 Wen B Y. Polymeric biomaterials and its applicationsJ. New chemical Materials, 2001,29（19）:28-32.2 Hench L L. BiomaterialsJ. Science, 1980, 208:826-831.3 Chandran K B, Kim S H, Han G. Stress distribution on the cusps of a polyurethane trileaflet heart valve prosthesis i

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