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文檔簡(jiǎn)介
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(wú)毒性等優(yōu)異性能而獲得越來(lái)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(lèi)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 app
2、lication 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 biomedical
3、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(mén)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(gè)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)境中使用的高分子材
4、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(guò)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(lèi),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(gè)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”,它們?cè)谌梭w內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定,不易分解或生物降解;同時(shí)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(jí)有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn),隨后
5、又發(fā)展了四種聚(醚-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(shí)期。該階段的特點(diǎn)是在分子水平上對(duì)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(kāi)發(fā)所需要的高分子材料。20世紀(jì)60年代,美國(guó)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(wú)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和吸收,并最終為機(jī)體再生的組織和器官所替代
6、。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(shí)材料本身又具有生物活性,能參與機(jī)體的生理活動(dòng),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(lèi)具有主動(dòng)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(zhǎng)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,生物醫(yī)用高分子材料的要求可以綜合概括為以下幾個(gè)方面13:(l)
7、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(shí),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(wú)毒性、無(wú)致敏性、無(wú)遺傳毒性、無(wú)致癌性、無(wú)熱原反應(yīng)、無(wú)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(huì)因與體液或血液接觸而發(fā)生變化;(4)可加工性:能夠成型、消毒(紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒等)。3 生物醫(yī)用高分子材料的分類(lèi)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
8、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?zhuān)凶銐蛩幚砘钚缘母叻肿铀幬?,這類(lèi)新型藥物具有低毒、高效、長(zhǎng)效、定向、控釋等特點(diǎn)。高分子藥物系指在藥物制造過(guò)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(guò)程中,起著不可缺少的從屬輔助作用或者強(qiáng)化作用。實(shí)際上兩者并沒(méi)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(lèi):(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
9、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、相分離法和溶液干燥法等。國(guó)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)、聚膦腈在藥物控釋中的應(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(chēng)為“工程塑料”,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(lèi)型。硬型材料如聚酷、聚苯乙烯、聚碳酸酷等,由于其強(qiáng)度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密性好,常用來(lái)代替玻璃容器和金屬容器,制造飲片和膠囊等固體制
10、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??上镜陌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(lái)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(lái)?yè)?dān)任。3.3與血液接觸高分子材料與血液接觸
11、的高分子材料是指用來(lái)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醚氨酷和硅橡膠等。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(wú)紡布或多孔PP膜上)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
12、維素、銅氨再生纖維素、尼龍、聚礬及聚醚礬等。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(shí)哺乳動(dòng)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(kāi)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(mén)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)、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
13、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(jiàn)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)用領(lǐng)域巳滲透到整個(gè)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(lái)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
14、目前來(lái)說(shuō),醫(yī)用高分子將在以下幾個(gè)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(yǔ)高分子材料雖然不是萬(wàn)能的,不可能指望它解決一切醫(yī)學(xué)問(wèn)題,但通過(guò)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(gè)全新的時(shí)代。除了大腦之外,人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來(lái)取代。仿生人也將比想象中更快地來(lái)到世上。參考文獻(xiàn)1 Wen B Y. Polymeric biomaterials and its applicationsJ.
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