王佳荷
摘 要:作為功能性材料中的一種,生物醫(yī)用材料被用于診斷和修復(fù)組織或器官,其不會(huì)對(duì)人體組織、器官和血液產(chǎn)生影響和副作用的特性使得生物醫(yī)用材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科研中占據(jù)越來(lái)越重要的地位,并具有良好的發(fā)展前景??山到獾纳锊牧贤哂辛己玫募嫒菪?、可控性和穩(wěn)定性,因此備受疾病治療領(lǐng)域的的關(guān)注?;谏鲜霰尘埃谖恼麻_(kāi)頭部分介紹了可降解生物醫(yī)用高分子材料的特性和種類(lèi),其次介紹了不同種類(lèi)的可降解的生物材料的優(yōu)劣勢(shì)和部分制作原理,再次介紹了目前可降解生物高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所展現(xiàn)的不同應(yīng)用,最后提出了對(duì)疾病治療領(lǐng)域內(nèi)生物可降解高分子的研究方向的見(jiàn)解。
關(guān)鍵詞:可降解 生物醫(yī)用材料 高分子材料
中圖分類(lèi)號(hào):R318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2018)10(a)-0094-02
作為功能性材料中的一種,生物醫(yī)用材料因?yàn)椴粫?huì)對(duì)人體組織、器官和血液產(chǎn)生影響和作用,生物醫(yī)用材料被廣泛應(yīng)用于診斷和修復(fù)組織或器官。隨著現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)科研發(fā)展,對(duì)分子層面的深入研究,使得醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域獲得了重大突破,目前人體中除了大腦以外的大部分組織器官都有其替代品。為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的高精準(zhǔn)醫(yī)療需求,生物醫(yī)學(xué)工程成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn),生物醫(yī)用材料研究也因此獲益。與一般的醫(yī)學(xué)材料不同,生物醫(yī)學(xué)材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)極其嚴(yán)格,因?yàn)槠渲苯幼饔糜谌梭w,稍有差錯(cuò)便會(huì)釀成大患。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)材料中,不可降解的生物材料不但會(huì)引起人體排異反應(yīng),而且取出過(guò)程較為麻煩。而可降解生物材料,不僅能與人體組織產(chǎn)生良好的相容性,而且降解后的小分子材料能被人體吸收或完全排出體外,不會(huì)在人體內(nèi)部組織或器官中蓄積,并且具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和便于加工的簡(jiǎn)易性。因此,可降解生物材料開(kāi)始成為人們重點(diǎn)研究發(fā)展方向。
基于以上背景,本文對(duì)可降解生物醫(yī)用高分子材料進(jìn)行介紹。
1 可降解生物醫(yī)用高分子材料的分類(lèi)
傳統(tǒng)醫(yī)用材料一直具有廣泛的性能,其良好的性能展現(xiàn)在了物理、機(jī)械、化學(xué)、生物等方面。但隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要,傳統(tǒng)的醫(yī)用材料已不能滿足當(dāng)下醫(yī)學(xué)需求,因此人們開(kāi)始展開(kāi)在分子水平上的研究,力圖在從分子層面上尋找出材料和機(jī)體間的相互作用和聯(lián)系,通過(guò)與生命組織的搭配,進(jìn)而使得本無(wú)生命的傳統(tǒng)材料突破了以往的界限,成為了生命組織的一部分。在這一背景下,可通過(guò)研究新型生物可降解高分子材料,使其具備與生物體內(nèi)的天然高分子高類(lèi)似度的化學(xué)結(jié)構(gòu),進(jìn)而在生物內(nèi)體環(huán)境中降解和被吸收。這一類(lèi)型的新型生物可降解高分子材料將會(huì)給疾病治療領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)新的突破。
按照不同的制造來(lái)源分類(lèi),有天然和人工合成兩類(lèi)可降解高分子材料。
1.1 天然可降解高分子材料
酶是一種生物體里具有重要的催化降解作用的物質(zhì)。生物體內(nèi)大多數(shù)天然生物高分子,如多糖、核苷酸等,可以被酶有效地降解。這些天然生物可降解高分子盡管通常與人體組織有著相近的結(jié)構(gòu),但是諸多缺陷限制了天然生物可降解高分子材料的進(jìn)一步應(yīng)用,例如,因?yàn)槊冈谌梭w內(nèi)不同組織不同部位的濃度往往各不相同,使得人體內(nèi)的物質(zhì)降解速率無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算,而人體又會(huì)因?yàn)樘烊簧锟山到飧叻肿拥纳砘钚蕴珡?qiáng)而排斥這些物質(zhì)。
1.2 合成可降解高分子材料
合成生物可降解醫(yī)用高分子材料制備的過(guò)程中,可以通過(guò)控制生產(chǎn)條件,產(chǎn)生不同種類(lèi)的產(chǎn)品以滿足各類(lèi)醫(yī)療需求。比起傳統(tǒng)的天然高分子材料,合成可降解高分子材料根據(jù)不同的生產(chǎn)需求,通過(guò)簡(jiǎn)單的物理或化學(xué)方式處理,能具備不同的性能。因此具有良好廣泛適用性的合成可降解高分子材料在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域是極佳的研究對(duì)象。
1.2.1 脂肪聚酯
目前在醫(yī)用領(lǐng)域中,被廣泛應(yīng)用的可降解高分子合成材料里最為重要的合成原料就是脂肪聚酯,其主要被應(yīng)用于化學(xué)方法合成的高分子材料。在選擇這些脂肪聚酯合成材料時(shí),研究者往往會(huì)選取那些低毒性和低免疫性的物質(zhì)作為目標(biāo),因此具備上述兩點(diǎn)特性的聚羥基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚ε-已內(nèi)酯(PCL)及其共聚物就成為了重點(diǎn)研究對(duì)象。聚羥基乙酸是最簡(jiǎn)單的脂肪聚酯。早在20世紀(jì)70年代就已實(shí)現(xiàn)了聚羥基乙酸縫合線的商業(yè)化。在短期傷口愈合的外科手術(shù)中,聚羥基乙酸因?yàn)榫邆溆H水性和在人體內(nèi)迅速降低的機(jī)械強(qiáng)度被作為傷口縫線材料的最佳選擇之一。聚乳酸有幾種不同邢臺(tái)的聚合物,適用于外科糾正材料和藥物控釋載體。聚己內(nèi)酯室溫下為橡膠態(tài),現(xiàn)被作為骨釘材料應(yīng)用于臨床。
1.2.2 聚原酸酯
聚原酸酯是一種疏水型聚合物,由人工合成。通過(guò)加入酸性或堿性賦形劑影響聚原酸酯分子的主鏈上的原酯鍵,可控制聚原酸酯降解釋藥行為。在當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,有4種主要的聚原酯酸被廣泛應(yīng)用。其中一種聚原酯酸以酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)為基礎(chǔ),利用乙基四氫呋喃和二元醇為原料合成,是一種聚原酸酯類(lèi)型的控釋載體,能夠用于人體燒傷部位的處理。但是這類(lèi)聚原酸酯因?yàn)橹苽溥^(guò)程需要長(zhǎng)時(shí)間處于真空及高溫環(huán)境,制備條件過(guò)于苛刻。另一種聚原酯酸能夠在室溫內(nèi)合成,是一種軟膏狀聚合物,其具有良好的穩(wěn)定性,不會(huì)因?yàn)樽詣?dòng)催化而影響增快降解速率,目前被廣泛應(yīng)用于多肽藥物的控釋
1.2.3 聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯
聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯常被應(yīng)用于藥物控釋體系。例如具有高效抗凝血性能的鏈段化聚醚氨酯。在開(kāi)環(huán)共聚合反應(yīng)的基礎(chǔ)上,以丙交酯與己內(nèi)酯為原材料,同樣能夠制備出具有藥物緩釋效果的生物降解高分子。
1.2.4 聚對(duì)二氧六環(huán)酮
與聚乳酸和聚羥基乙酸相比,對(duì)聚對(duì)二氧六環(huán)酮的研究時(shí)間較晚,直到20世紀(jì)70年代末,才第一次合成出了聚對(duì)二氧六環(huán)酮。盡管應(yīng)用于臨床的時(shí)間比聚乳酸和聚羥基乙酸晚了數(shù)年,但是聚對(duì)二氧六環(huán)酮卻是被作為目前醫(yī)學(xué)界中骨折內(nèi)固定材料的第一選擇。獨(dú)特的物理和生物特性使得聚對(duì)二氧六環(huán)酮與其他合成可降解高分子材料相比有著許多優(yōu)勢(shì):首先,可吸收性。由聚對(duì)二氧六環(huán)酮制作成的固定材料能夠被骨組織完全,吸收,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的降解,新生骨頭與由聚對(duì)二氧六環(huán)酮制作的固定材料融合。其次,無(wú)殘留性。聚對(duì)二氧六環(huán)酮的降解物不會(huì)在人體內(nèi)部任何部位、器官產(chǎn)生蓄積,并且排出方式多樣,不但可以從呼吸道排出,還能從尿液及糞便中排出。此外,可根據(jù)實(shí)際不同的需求,改變制作過(guò)程中的結(jié)晶度、熔融溫度等條件,已達(dá)到控制聚對(duì)二氧六環(huán)酮在人體內(nèi)的降解速度。聚對(duì)二氧六環(huán)酮先已被用于下頜角部骨折的固定材料和修復(fù)眶底骨折的墊片材料。
1.2.5 聚α-氨基酸
聚α-氨基酸具有特異性靶向治療效果。這種治療效果主要依靠聚α-氨基酸將藥物分子連接到聚合物的羥基或側(cè)鏈上實(shí)現(xiàn)。
2 可降解生物醫(yī)學(xué)高分子材料的應(yīng)用
在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,生物可降解高分子被普遍用作手術(shù)縫合線材料,外科用粘合劑和人工皮膚制作原料等,廣泛的應(yīng)用范圍使得生物可降解高分子材料具有巨大的醫(yī)療價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
已得到了廣泛應(yīng)用,體現(xiàn)出了巨大的發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益。
2.1 手術(shù)縫合線
聚羥基乙酸和聚乳酸等脂肪聚酯,因?yàn)槠浔憬菪?,無(wú)需拆線和易于縫合,被廣泛應(yīng)用與手術(shù)縫合線的制作。
2.2 外科用粘合劑
α-氰基丙烯酸酯作為目前唯一用于臨床治療的的粘合劑,其主要作用是粘合愈合前的傷口,促使人體組織恢復(fù)機(jī)能,并且能夠在粘合傷口后的短時(shí)間內(nèi)被迅速分解和吸收。
2.3 人工皮膚
在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,用于皮膚修復(fù)的材料主要分為兩種,一種是包括自然皮、異體皮的天然皮膚和包括胎盤(pán)、腹膜的動(dòng)物組織;另一種是由天然高分子合成的人工皮膚。
2.4 藥物緩釋材料
目前在醫(yī)藥領(lǐng)域,以可降解生物醫(yī)學(xué)高分子材料作為藥物在人體內(nèi)的運(yùn)載載體已經(jīng)是眾多制藥公司的第一選擇。與傳統(tǒng)藥物在人體內(nèi)自然分解不同,這一類(lèi)藥物載體,能夠控制藥物在人體內(nèi)的釋放速率,以使得人體血液中的藥物濃度在一定時(shí)間內(nèi)維持正常穩(wěn)定的藥效水平,進(jìn)而達(dá)到治療目的。
3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)ι锟山到飧叻肿硬牧系男枨蠓较?/p>
(1)更好的機(jī)械性能。為提高生物可降解高分子材料的機(jī)械性能,應(yīng)選擇無(wú)毒且高效的聚乳酸的材料作為研究方向。
(2)控制降解速度?,F(xiàn)行的降解速度方案是通過(guò)控制接觸面積來(lái)調(diào)整,而未來(lái)應(yīng)該選擇通過(guò)親水性的不同和調(diào)整工具比例來(lái)調(diào)節(jié)降解速度。
(3)良好的生理活性。通過(guò)引入酶等生理活性物質(zhì)增強(qiáng)聚羥基烯酸增強(qiáng)的生理活性。
4 結(jié)語(yǔ)
基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展需求下的醫(yī)用生物材料背景,在本文開(kāi)始部分介紹了可降解生物醫(yī)用高分子材料的特性和種類(lèi),其次介紹了不同種類(lèi)的可降解的生物材料的優(yōu)劣勢(shì)和部分制作原理,再次介紹了目前可降解生物高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所展現(xiàn)的不同應(yīng)用,最后提出了對(duì)疾病治療領(lǐng)域內(nèi)生物可降解高分子的研究方向的見(jiàn)解。本文目的是為人們介紹相關(guān)知識(shí),希望通過(guò)閱讀本文,進(jìn)一步了解可降解生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 梁慧剛,黃可.生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].新材料產(chǎn)業(yè),2016(2):12-15.
[2] 楊立群,張黎明.天然生物醫(yī)用高分子材料的研究進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息,2009,15(5):21-27.
[3] 魯手濤,沈?qū)W紅,周超,等.可降解高分子材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用,2014,42(7):109-113.