馬喜峰

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

前 言

近年來(lái)，我國(guó)生物醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展如火如荼，且取得了令人矚目的成果。期間，聚乳酸復(fù)合材料快速地進(jìn)入了人們的視野，以驚人的優(yōu)勢(shì)入駐生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步和革新提供了無(wú)限動(dòng)力和支持，受到了不少業(yè)內(nèi)人士的好評(píng)。

聚乳酸（PLA）是以木薯、玉米等農(nóng)作物為原材料，經(jīng)微生物發(fā)酵、提煉為乳酸，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚等流程生成的聚合物。通常對(duì)聚乳酸進(jìn)行親水改性、pH相應(yīng)改性、分支結(jié)構(gòu)改性等，生成聚乳酸復(fù)合材料，可以滿足對(duì)聚乳酸熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等個(gè)性化的應(yīng)用需求。依托自身較強(qiáng)的可生物降解性能，聚乳酸復(fù)合材料成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的“寵兒”，骨釘、血管移植、工程支架等方面都可以見(jiàn)到聚乳酸復(fù)合材料的“身影”。正確與全面認(rèn)知聚乳酸復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，有助于挖掘聚乳酸更多潛力，從而造福更多患者，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 聚乳酸復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)

聚乳酸復(fù)合材料作為生物科技不斷發(fā)展情況下的復(fù)合產(chǎn)物，具有較多優(yōu)勢(shì)，受到了人們的一致認(rèn)可，這也是其成功融入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要緣由。探索聚乳酸復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，有助于其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域充分、全面地應(yīng)用。有關(guān)聚乳酸復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，可從以下內(nèi)容進(jìn)行了解。

1.1 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

聚乳酸是一種生物降解材料，使用原材料為木薯、玉米等常見(jiàn)農(nóng)作物，由農(nóng)作物的淀粉原料得到葡萄糖，在葡萄糖和一定菌種發(fā)酵的條件下，提煉出高純度乳酸，再經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)，最終形成聚乳酸[1-3]。為了擴(kuò)大聚乳酸的應(yīng)用范圍，通常以聚乳酸為基體，使用各種纖維或無(wú)機(jī)納米材料等與之復(fù)合，得到聚乳酸復(fù)合材料。由于聚乳酸復(fù)合材料的主體材料仍然為聚乳酸，因此聚乳酸的各種自有性能在其復(fù)合材料中可得以充分表現(xiàn)。聚乳酸具有良好的生物可降解性，將其使用在各行各業(yè)，不用擔(dān)心降解問(wèn)題，降解產(chǎn)物即是水和二氧化碳，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成威脅和影響，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有較大益處。目前，聚乳酸及其復(fù)合材料已經(jīng)成為世界公認(rèn)的環(huán)保材料，其降解在土壤等自然環(huán)境中即可完成，無(wú)須過(guò)多的能源干涉，避免了溫室效應(yīng)的進(jìn)一步加劇。

1.2 機(jī)械性能和物理性能令人滿意

聚乳酸復(fù)合材料加工簡(jiǎn)單且便捷，適用于吹塑、熱塑等加工方法，也使得該材料有廣泛的應(yīng)用空間。從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，遍布聚乳酸復(fù)合材料的應(yīng)用，如農(nóng)用織品、抹布、保健織物、帳篷布、地墊等，且未來(lái)有較大的開(kāi)發(fā)空間。

1.3 相容性、可降解性良好

聚乳酸復(fù)合材料在醫(yī)療領(lǐng)域中有較大程度的應(yīng)用，像一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，都用到了聚乳酸復(fù)合材料，且低分子聚乳酸復(fù)合材料還可作為藥物緩釋包裝劑使用，備受市場(chǎng)認(rèn)可。

1.4 較強(qiáng)抗拉強(qiáng)度及延展度

聚乳酸復(fù)合材料可以滿足各式各樣的加工方式，包括吹膜成型、射出成型等等，與常見(jiàn)的聚合物在成型上有一定相似性[4～6]。另外，它具備與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能，也正因如此，才使得聚乳酸復(fù)合材料得以滿足不同行業(yè)的不同生產(chǎn)需求，可保障產(chǎn)品多種多樣。

1.5 透氣性、透氧性、透二氧化碳性較佳

這意味著聚乳酸復(fù)合材料可以有效地阻隔氣味、抑菌和抗霉，可安全、放心地使用，可發(fā)揮其他材料不能企及的效果，便于現(xiàn)實(shí)問(wèn)題較好地解決。

1.6 安全性能較強(qiáng)

雖然聚乳酸復(fù)合材料不需要焚燒來(lái)消除，但即使在焚燒中，也不會(huì)向外釋放氮化物、硫化物等有害毒氣。將其進(jìn)行改性后，可向無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)腐蝕的環(huán)保方向發(fā)展[7]。

2 聚乳酸復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

聚乳酸復(fù)合材料是一種人工合成的、由微生物充分降解的熱塑性脂肪族聚酯，其自身具備環(huán)保特性，無(wú)毒無(wú)害、可再生和良好的生物相容性，使得聚乳酸順利融入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域并為其服務(wù)。有關(guān)于聚乳酸復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，可重點(diǎn)歸納為以下幾點(diǎn)。

2.1 外科手術(shù)縫合線

聚乳酸與其共聚物，都是最早的外科手術(shù)縫合線，至今，依舊在延用。透過(guò)熔融紡絲和溶液紡絲，可將聚乳酸制成手術(shù)需要的縫合線，強(qiáng)度、細(xì)度和韌性都滿足縫合線標(biāo)準(zhǔn)，可以縫合傷口并與機(jī)體融為一體，省去了拆線的麻煩，患者接受率和好評(píng)度均較高[8]。這種縫合線，好處是不用拆線、不用二次手術(shù)，不足是聚乳酸復(fù)合材料如何在快速愈合傷口、摻入抑菌消炎藥物等方面發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，還存在較多阻礙和不足，需要花費(fèi)較多精力去摸索。

李學(xué)兆[9]研究聚乳酸羥基乙酸手術(shù)縫合線用于食管癌切除后消化道重建吻合，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，平均吻合時(shí)間從18min降至13min，吻合口潰瘍發(fā)生率從9.1%降低至2.39%，吻合口狹窄從11.3%降至4.39%，胃液返流從8.3%降至3.39%，兩組吻合口瘺發(fā)生率相近（分別為1.1%、2.34%），可見(jiàn)吸收縫線逢合安全，簡(jiǎn)便，可靠，省時(shí)。美國(guó)強(qiáng)生公司，早在2002年就將PLA與乙醇酸（GA）按一定比例共聚，制得抗菌可吸收醫(yī)用縫合線“薇喬抗菌縫線”[10]，并將其商品化。

2.2 藥物控制釋放

控制釋放，可以理解為將藥物或其他生物活性物質(zhì)和基材結(jié)合，使得藥物通過(guò)擴(kuò)散等方式，在一定期限內(nèi)以某一速率釋放在環(huán)境中。理想的藥物控釋體系需要具備以下幾項(xiàng)特質(zhì)：①具備控制釋放功能，保障血藥濃度維持在合理區(qū)間內(nèi)；②具備靶向釋放功能，保障藥物可以精準(zhǔn)輸送到指定部位；③補(bǔ)藥量較少；④毒副作用低；⑤服用便捷，患者接受度較高；⑥具備化學(xué)和物理雙重穩(wěn)定性。

藥物控釋材料，即是保障藥物以恒定速度于一定時(shí)間內(nèi)從材料中脫離并達(dá)到指定部位發(fā)揮藥性的材料，可以保障藥物在血液中維持對(duì)疾病治療所需的最低濃度，則可避免濃度偏高造成的藥物中毒問(wèn)題的產(chǎn)生，也解決了濃度偏低形成的治療無(wú)效問(wèn)題[11]。一般而言，藥物載體會(huì)盡可能采用高分子材料，選用聚乳酸復(fù)合材料也未嘗不可。在聚乳酸材料替代普通高分子材料后，可在患者體內(nèi)生物降解，預(yù)期共聚物的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生緊湊、疏松的持續(xù)變化，可有效控制藥物釋放速率，生物降解高分子載體結(jié)構(gòu)的變動(dòng)幅度也會(huì)被控制，對(duì)減少藥物溶解、擴(kuò)散阻力有較為突出的成效，便可保障藥物的持續(xù)、穩(wěn)定釋放[12-13]。

韓永濤[14]采用乳化-溶劑揮發(fā)法，以聚乳酸為載體，制備了阿奇霉素聚乳酸微球，結(jié)果表明，微球粒徑范圍窄,分散性好,包封率較高且具有緩釋效果。馬喜峰[15]以聚乳酸為載體，加入多柔比星和納米Fe3O4制成了聚乳酸/納米Fe3O4載多柔比星緩釋微球，結(jié)果表明，微球包覆效果高、釋藥緩慢而持久，可滿足臨床應(yīng)用要求。

目前，聚乳酸已經(jīng)被應(yīng)用到多種藥物的控制釋放中，包括抗癌物、抗生素、麻醉劑、避孕藥等，在醫(yī)療市場(chǎng)中占據(jù)較大比重。

2.3 組織工程支架材料

組織工程，可理解為對(duì)人體器官的組織和修復(fù)，是生物醫(yī)學(xué)中的重要工程，也是生物醫(yī)學(xué)的追求目標(biāo)。在組織工程不斷發(fā)展的過(guò)程中，聚乳酸復(fù)合材料受到了極大關(guān)注，且對(duì)組織工程有著重要應(yīng)用意義。

具體說(shuō)來(lái)，應(yīng)用于人體的組織工程支架材料，必須具備極佳的生物相容性和無(wú)毒性，這是支架材料生產(chǎn)、應(yīng)用的基本要求，方可更安全、放心地于臨床中應(yīng)用[16]。聚乳酸復(fù)合材料，除了本身的無(wú)毒性，其生物相容性也有目共睹，從而使得聚乳酸成為組織工程支架材料的首選，且在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該材料的操作靈活性較高，已經(jīng)可以滿足臨床中的不同需求。

當(dāng)前制造業(yè)，可以輕松生產(chǎn)出包覆纖維和多空海綿體的醫(yī)療材料，可以與組織細(xì)胞融合，并可植入生物體內(nèi)為細(xì)胞提供氣體交換、獲取營(yíng)養(yǎng)等必要場(chǎng)所，協(xié)助生物形成新的形態(tài)、新的功能、新的組織器官，便于患者重獲新生[17]。與此同時(shí)，聚乳酸復(fù)合材料有較強(qiáng)親水性，可為組織工程提供必要支持。

郭紅延[18]等將兔牙乳頭作為種子細(xì)胞接種至支架材料聚乳酸羥基乙酸共聚物輔以海藻酸鈉中，采用裸鼠體內(nèi)移植方法進(jìn)行組織工程牙根的構(gòu)建，8周后，聚乳酸羥基乙酸大部分降解，已接近自然生長(zhǎng)的牙根組織，獲得了具有牙本質(zhì)特性及正常牙根形態(tài)的組織工程牙根，為進(jìn)一步進(jìn)行復(fù)合牙周膜的功能性牙根的組織工程構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

2.4 骨折內(nèi)固定材料

早在20世紀(jì)70年代，就已有學(xué)者研究將聚乳酸作為骨折內(nèi)固定材料，為當(dāng)前聚乳酸復(fù)合材料成為骨折內(nèi)固定材料做出了不可小覷的貢獻(xiàn)[19]。當(dāng)前，以聚乳酸式的骨釘、骨固定板較為常見(jiàn)，在骨折治療中起到了關(guān)鍵性作用，讓患者的恢復(fù)進(jìn)程加快，大大減輕了患者的痛苦，且術(shù)后無(wú)須取出，避免了二次手術(shù)。

從以往來(lái)看，骨折內(nèi)固定材料多為不銹鋼、鈦及合金構(gòu)成，這類(lèi)固定材料不能隨著人體骨骼的恢復(fù)、成長(zhǎng)而有所變化，與人的骨骼有著較大差異，不能較好地在患者體內(nèi)保持正確的骨骼生長(zhǎng)位置。不可忽略的是，它也在影響和破壞患者原有骨骼的應(yīng)力分布環(huán)境，容易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、骨萎縮等問(wèn)題。而相較于這類(lèi)材料，聚乳酸，明顯更加人性化，且安全系數(shù)較高，它與人體骨骼有較強(qiáng)的相容性，可以更好地適配當(dāng)前骨折患者的醫(yī)治環(huán)境[20]。將聚乳酸材料置入患者骨折部位，患者不會(huì)產(chǎn)生不適、也不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)，會(huì)逐漸契合患者體內(nèi)的骨骼生長(zhǎng)環(huán)境。值得一提的是，這類(lèi)材料也會(huì)按照病愈時(shí)間調(diào)整骨折內(nèi)固定器降解速率，因此，適用于當(dāng)前大多數(shù)骨折患者，可確保骨折患者更快、更好地康復(fù)。

李力等[21]采用溶液澆鑄技術(shù)制備β－磷酸三鈣/聚乳酸復(fù)合材料，對(duì)手術(shù)造成的白兔右股骨髁部直徑8mm腔洞狀骨缺損進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)8周后新生骨痂將缺損修復(fù)，16周后骨痂塑性良好，術(shù)后8周和16周材料降解率分別是30.3%和52.2%。結(jié)論：以聚乳酸、β－磷酸三鈣制備的骨修復(fù)材料對(duì)骨缺損具有良好的修復(fù)作用、緩釋作用，可滿足骨折內(nèi)固定的要求。

廖立等[22]采用“兩步模壓法”制備β-偏磷酸鈣（β-CMP）/聚乳酸（PLLA）復(fù)合骨折內(nèi)固定材料,經(jīng)過(guò)細(xì)胞安全性研究表明，β-CMP/PLLA復(fù)合材料對(duì)成骨細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)沒(méi)有抑制作用，反而有利于成骨細(xì)胞的增殖，復(fù)合材料具有良好的細(xì)胞相容性，可以滿足骨折內(nèi)固定的要求。

其實(shí)，聚乳酸材料與其他金屬材料在治療骨折中起到的效果無(wú)太大差別，只要結(jié)合實(shí)際加以選擇即可，但是在安全性上和治療成本上，建議多選用聚乳酸式的骨折內(nèi)固定材料，日后將成為替代金屬材料首選，有較大開(kāi)發(fā)與應(yīng)用空間[23]。

2.5 基因治療載體

聚乳酸也可為基因治療提供服務(wù)，屬于最新研究成果?；蛑委熗枰高^(guò)病毒載體、非病毒載體和基因墻三種途徑將目的基因?qū)虢M織細(xì)胞中，由于聚乳酸材料具有較強(qiáng)穩(wěn)定性且化學(xué)結(jié)構(gòu)和粒度大小合適，因此，成為基因治療載體的不二之選，可以為基因治療提供必要的支持和協(xié)助，且基于聚乳酸材料的載體可以較好地控制基因的釋放速度，優(yōu)越性顯而易見(jiàn)[24]。

DNA將以物理形式存在于微球中，可保持自身活性，采用聚乳酸材料的微球儲(chǔ)存DNA，可以直接靶向作用于吞噬細(xì)胞，使細(xì)胞死亡，則可達(dá)成治療目的，目前市場(chǎng)上已存有這類(lèi)治療藥物，今后開(kāi)發(fā)將備受期待。

杜懷棟等[25]利用GDNF(膠質(zhì)神經(jīng)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子)基因轉(zhuǎn)染的雪旺氏細(xì)胞和PLGA(聚乳酸/聚乙醇酸共聚物)管共同培養(yǎng)構(gòu)建神經(jīng)導(dǎo)管復(fù)合體，結(jié)果表明，GDNF基因轉(zhuǎn)染的雪旺氏細(xì)胞可與PLGA管共同構(gòu)建神經(jīng)導(dǎo)管復(fù)合體，有利于神經(jīng)的再生。

王湛等[26]研究聚乙二醇（PEG）/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）-2納米基因復(fù)合物及載基因仿生骨與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）對(duì)骨缺損修復(fù)的共同作用，結(jié)果表明，PEG-BMP-2-PLA/PCL可以實(shí)現(xiàn)基因的體內(nèi)緩慢表達(dá)，對(duì)骨缺損修復(fù)具有良好的效果。

2.6 眼科植入材料

視網(wǎng)膜脫落是非常嚴(yán)重的疾病，很容易致盲，在手術(shù)治療中有非常大的操作難度，傳統(tǒng)手術(shù)顯然在治療視網(wǎng)膜脫落疾病中存在較大局限性[27]。當(dāng)前，出現(xiàn)一類(lèi)新的治療手段，即將聚乳酸材料的填充物取代傳統(tǒng)手術(shù)中的硅橡膠或硅橡膠海綿填充物，植入患者眼部，則可憑借自身的生物降解性和生物相容性較好地滿足視網(wǎng)膜脫落疾病的材料應(yīng)用需求，排異問(wèn)題將大大減少、減輕，術(shù)后患者將不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的不適反應(yīng)。

將聚乳酸材料應(yīng)用于眼科視網(wǎng)膜脫落手術(shù)中，具備多重優(yōu)勢(shì)，除了本身的密度和粘度性能較好，還具備較為優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，彈性模量甚至可以高達(dá)3000～4000MPa，彎曲模量也可達(dá)到100～150MPa，這些性能保障了聚乳酸材料具備驚人的熱穩(wěn)定性和抗溶劑性，憑借于此，使得聚乳酸材料成為視網(wǎng)膜脫落手術(shù)中的不二之選[28]。同時(shí)，聚乳酸材料的強(qiáng)悍抗異性，也深受患者滿意，為今后眼科大量、頻繁地應(yīng)用聚乳酸材料奠定基礎(chǔ)。

陳鵬飛等[29]研究玻璃體腔注射塞來(lái)昔布-聚乳酸羥基醋酸共聚物緩釋微（CEL-PLGA-MS）對(duì)視網(wǎng)膜的安全性，與對(duì)照組塞來(lái)昔布（celecoxib）相比，CEL-PLGA-MS組內(nèi)網(wǎng)狀層微絲排列紊亂、微管擴(kuò)張、線粒體少許空泡化，而celecoxib組細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化輕微，表明玻璃體腔注射CEL-PLGA-MS對(duì)視網(wǎng)膜安全性優(yōu)于玻璃體腔注射celecoxib。

當(dāng)然，除了可以采用聚乳酸材料于眼部植入解決視網(wǎng)膜脫落問(wèn)題，還可解決青光眼、白內(nèi)障等眼科問(wèn)題，未來(lái)發(fā)展?jié)摿Σ豢尚∮U。

3 聚乳酸復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景

在環(huán)境污染嚴(yán)重、資源面臨枯竭問(wèn)題的嚴(yán)峻現(xiàn)狀面前，想要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必然依托更環(huán)保、更具功能性的新材料，這意味著聚乳酸材料未來(lái)的發(fā)展空間較大，可以緩解現(xiàn)代科技造成的環(huán)境污染問(wèn)題和資源枯竭問(wèn)題，同時(shí)，也為綠色發(fā)展帶去新的希望，其應(yīng)用和發(fā)展具有極其重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義[30]。當(dāng)前時(shí)代是追求節(jié)能環(huán)保的時(shí)代，聚乳酸憑借其自身的超強(qiáng)生物降解性，可在未來(lái)成為各國(guó)關(guān)注的生產(chǎn)材料，為市場(chǎng)產(chǎn)品多樣化帶去支持和輔助力量。

有專(zhuān)家預(yù)言，未來(lái)全球聚乳酸聚合物和纖維的生產(chǎn)規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大，擴(kuò)大規(guī)模甚至?xí)_(dá)到不可想象的高度，在聚乳酸原料生產(chǎn)成本降低的視域下，可以想象其價(jià)值會(huì)趨向PET纖維發(fā)展，使用途徑會(huì)更加廣泛，經(jīng)濟(jì)效益將逐漸顯露。日本尤尼奇卡公司已經(jīng)與豐田工業(yè)大學(xué)展開(kāi)合作，致力于研究尼龍納米復(fù)合材料和聚乳酸樹(shù)脂技術(shù)，已取得部分成果，如注塑機(jī)聚乳酸納米復(fù)合材料新產(chǎn)品[31]。

今后，相信會(huì)看到更多的綠色高分子材料的蓬勃發(fā)展，相信會(huì)給我們帶來(lái)解決環(huán)境污染問(wèn)題的全新希望，聚乳酸的未來(lái)發(fā)展依舊可期，我們也將在先進(jìn)的科技面前享受到更貼心、更便利、更人性化的服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，聚乳酸復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有較廣泛應(yīng)用，透過(guò)此次研究，我們看到了聚乳酸復(fù)合材料身上的潛力和優(yōu)勢(shì)，也讓我們對(duì)其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展更為期待。不置可否的是，聚乳酸復(fù)合材料會(huì)在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，會(huì)有更大進(jìn)步、有更多突破，必將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域“大展拳腳”。也希望此次研究對(duì)聚乳酸復(fù)合材料今后深入、全面滲透生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供助力。