綜述醫(yī)用高分子

1、綜述生物醫(yī)用高分子材料劉凱摘要：概述生物醫(yī)用高分子材料當前的研究進展、制備方法、應(yīng)用、新品種。關(guān)鍵詞：進展 制備方法 應(yīng)用 新品種一、當前生物高分子材料的研究進展生物醫(yī)用高分子材料是現(xiàn)代臨床醫(yī)學發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模雖然不大，但知識密集，產(chǎn)出很高，因此世界各國對此均十分重視，其發(fā)展勢頭十分強勁。作為用于診斷、治療和器官再生的材料，生物醫(yī)用高分子材料的研究在生物技術(shù)、生命科學和醫(yī)學等領(lǐng)域中占據(jù)著十分重要的位置，而生物醫(yī)學的不同領(lǐng)域?qū)τ谏镝t(yī)用材料有不同的要求。我國長春應(yīng)化所在“新型生物醫(yī)用高分子材料的研究和應(yīng)用”方面獲重要進展，取得了整體達國際先進水平，部分屬國際領(lǐng)先水平的研究成果，并榮

2、獲2007年度吉林省科技進步一等獎。該項目研發(fā)期間共發(fā)表學術(shù)論文90篇，全部被SCI收錄，其中影響因子>3的30篇，獲得和申請中國專利45項。二、生物醫(yī)用高分子材料的制備主要包括基本有機合成、高分子合成、高分子成型加工三個過程。 高分子生產(chǎn)過程大型化的高分子合成生產(chǎn)，主要包括以下生產(chǎn)過程和完成這些生產(chǎn)過程的相應(yīng)設(shè)備與裝置。 原料準備與精制過程 包括單體、溶劑、去離子水等原料的貯存、洗滌、精制、干燥、調(diào)整濃度等過程和設(shè)備。 引發(fā)劑配制過程 包括聚合用催化劑、引發(fā)劑和助劑的制造、溶解、貯存、調(diào)整濃度等過程和設(shè)備。 聚合反應(yīng)過程 包括聚合和以聚合釜為中心的有關(guān)設(shè)備及反應(yīng)物料輸送過程和設(shè)備。 分

3、離過程 包括將未反應(yīng)單體、低聚物分離、脫除溶劑、引發(fā)劑等過程與設(shè)備。 聚合物后處理過程 包括聚合物的輸送、干燥、造粒、儲存、包裝等過程與設(shè)備。 回收過程 主要是未反應(yīng)單體和溶劑的回收和精制。 聚合過程聚合過程是高分子合成工業(yè)中最主要的化學反應(yīng)過程，反應(yīng)產(chǎn)物與一般的化學反應(yīng)不同，它不是簡單的一種成分，高分子化合物實際是分子量大小不等，結(jié)構(gòu)亦非完全相同的同系物的混合物；其形態(tài)為堅硬的固體物、高粘度熔體或高粘度溶液；因此不能用一般的產(chǎn)品精制方法如蒸餾、結(jié)晶、萃取等方法進行精制提純。又由于高分子化合物的平均分子量、分子量分布及其結(jié)構(gòu)，對于高分子合成材料的物理機械性能產(chǎn)生重大影響，因此生產(chǎn)高分子量聚合物

4、時，對于聚合反應(yīng)工藝條件和設(shè)備的要求很嚴格。不僅要求單體高純度，且對所有分散介質(zhì)（水、有機溶劑）和助劑的純度都有嚴格要求，它們要不含有害于聚合反應(yīng)的雜質(zhì)、又要不含有影響聚合物色澤的雜質(zhì)。合成高分子化合物的化學反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)機理的不同，分為連鎖聚合反應(yīng)和逐步聚合反應(yīng)。而連鎖聚合反應(yīng)又分為自由基聚合、離子聚合及配位聚合反應(yīng)。逐步聚合反應(yīng)主要是線型縮聚反應(yīng)。在工業(yè)生產(chǎn)中不同的聚合反應(yīng)機理對于單體和反應(yīng)介質(zhì)以及引發(fā)劑、催化劑等都有不同的要求，所以實現(xiàn)這些聚合反應(yīng)的工業(yè)實施方法也有所不同。根據(jù)聚合反應(yīng)的操作方式，可分為間歇聚合與連續(xù)聚合兩種方式。它不僅關(guān)系到聚合過程的操作方式，而且整個生產(chǎn)流程相應(yīng)的被確定

5、為間歇生產(chǎn)方式還是連續(xù)生產(chǎn)方式。此外由于生物醫(yī)用高分子材料的特殊性，應(yīng)提高人造器官的血液相容性，方法有：接枝親水性長側(cè)鏈；引入生物活性物質(zhì)抑制血液與外源材料的相互作用；使材料具有微相分離結(jié)構(gòu)以及在聚合物表面種植內(nèi)皮細胞等。三、生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用根據(jù)用途不同簡單介紹幾種生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用。（1）與血液接觸的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、人工心臟瓣膜、人工心臟血囊、人工肺等的醫(yī)用材料，要求這種材料要有良好的抗凝血性、抗細菌粘附性，并且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。（2）組織工程用高分子材料組織工程學是近十年來新興的一門交叉學科，它是應(yīng)用

6、工程學和生命科學的原理和方法來了解正常和病理的哺乳類組織的結(jié)構(gòu) - 功能關(guān)系，以及研制生物代用品以恢復(fù)、維持或改善其功能的一門科學。細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的日臻成熟和生物相容性材料的開發(fā)與研究，使得創(chuàng)造由活細胞和生物相容性材料組成的人造生物組織或器官成為可能。生物相容性材料的開發(fā)是組織工程核心技術(shù)之一。作為這種材料使用的聚合物主要有聚乳酸 ( PLA)、聚羥基乙酸 ( PGA) 及其共聚物 ( PL GA) 等。（3）藥用高分子材料與低分子藥物相比，藥用高分子具有低毒、高效 、緩釋、長效、可定點釋放等優(yōu)點。作為藥用高分子必須具備下列條件：1) 本身及其分解產(chǎn)物應(yīng)無毒，不會引起炎癥和組織變異反應(yīng)，無

7、致癌性；2) 進入血液系統(tǒng)的藥物不會引起血栓；3) 具有水溶性，能在體內(nèi)水解為具有藥理活性的基團；4) 能有效到達病灶處，并積累一定濃度；5) 口服藥劑的高分子殘基能通過排泄系統(tǒng)排出體外；對于導(dǎo)入方式進入循環(huán)系統(tǒng)的藥物，聚合物主鏈必須易降解，使之有可能排出體外或被人體吸收。（4）醫(yī)藥包裝用高分子材料包裝藥物的高分子材料可分為軟、硬兩種類型。硬性材料（如：聚醋等）的特點是強度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密性好，可替代玻璃容器和金屬容器。軟性材料（如：聚乙烯、聚丙烯等）可加工成復(fù)合薄膜。（5）眼科用高分子材料主要制品有隱形眼鏡、人工角膜、人工晶狀體等。（6）醫(yī)用粘合劑與縫合線醫(yī)用粘合劑可粘合各種組織

8、，例如可進行牙齒粘合，血管、組織、肌肉粘合，腦動脈瘤表面補強、防止破裂粘合，及骨粘合等。常用的粘合劑有- 氰基丙烯酸烷基酯類，甲基丙烯酸甲酯 - 苯乙烯共聚物及亞甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。手術(shù)用縫合線可分為非吸收型和可吸收型兩大類。非吸收類包括天然纖維 (如蠶絲、木棉、麻及馬毛等) 和合成纖維 (如 PET、PA、PP、PE 單絲、PTFE及 PU 等) 。可吸收類包括天然高分子材料 (如羊腸線、骨膠原、纖維蛋白等) 和合成高分子材料 (如聚乙烯醇、聚羥乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羥基乙酸等) 。其中，由聚乳酸和聚羥基乙酸或兩者的共聚物制成的縫合線因性能優(yōu)越而倍受關(guān)注。這種縫合線強度可靠，

9、對創(chuàng)口縫合能力強，又可生物降解而被肌體吸收，是一種理想的醫(yī)用縫合線。（7） 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、護理用具、麻醉及手術(shù)室用具等) 、血袋、尿袋及矯形材料等。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 石膏用于骨折固定。硅橡膠、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矯形材料，已廣泛用于假肢制造及整形外科等領(lǐng)域。三、生物醫(yī)用高分子新品種 中科院長春應(yīng)化所陳

10、學思、景遐斌研究員帶領(lǐng)生物課題組的科研人員，于2000年承擔了“新型生物醫(yī)用高分子材料的研究和應(yīng)用探索”項目。他們從可生物降解的高分子材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，制備了不同種類的生物醫(yī)用高分子材料，并對其基本性能、功能化、材料制備、生物學評價和臨床應(yīng)用進行了研究。經(jīng)通過調(diào)控主鏈微觀結(jié)構(gòu)獲得了功能化高分子材料，合成了新的可生物降解導(dǎo)電高分子材料等，取得了一系列突破性進展。 該項目從生物醫(yī)用高分子材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備出發(fā)，首次合成了立體選擇度高達90%以上的席夫堿烷基/烷氧基鋁配合物，得到熔點高達201的聚乳酸（PLA）材料；創(chuàng)造性地利用POM和微區(qū)紅外光譜詳細研究了雙結(jié)晶性聚乙二醇聚e-己內(nèi)酯

11、（PEO-PCL）嵌段共聚物同心球晶的形成過程，建立了雙結(jié)晶性高分子結(jié)晶行為的基本研究方法，解釋了對各種結(jié)晶行為的影響因素；首次采用了高選擇性的立體嵌段聚乳酸為材料，與蛋白質(zhì)藥物胰島素進行立體復(fù)合，得到了通過立體復(fù)合作用結(jié)合的高載藥量聚乳酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物；創(chuàng)造性地提出了“乳液電紡技術(shù)”，實現(xiàn)了兩種溶解性不同的藥物同時擔載和可控釋放，使藥物和載體聚合物品種的組合和搭配不再受“共同溶劑”的限制，完成了多種藥物緩釋劑的臨床前實驗；首次建立了全新的方法對HA/PLGA 復(fù)合材料進行化學接枝改性，使復(fù)合材料拉伸強度和韌性得到了極大的提高；制備了可用于神經(jīng)修復(fù)和心臟支架材料的電活性可降解高分子材料和用于骨修復(fù)的納米粒子增強脂肪族聚酯復(fù)合材料等。體內(nèi)外實驗結(jié)果表明該材料具有組織相容性好、降解時間長、機械性能衰減慢，無毒、無免疫及致突變反應(yīng)。納米羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料在骨折內(nèi)固定和骨修復(fù)材料方面具有重要應(yīng)用價值。聚e-己內(nèi)酯和聚乳酸類溫敏性塑形骨外固定板已經(jīng)吉林大學第一醫(yī)院康復(fù)醫(yī)療學科和骨科臨床試用，使用效果良好，未發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景和競爭優(yōu)勢。