生物可降解材料及在生物醫學上的應用范文

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《人與生物圈》2017年第z1期

摘要：生物多樣性水平是一個地區生態環境建設的重要標志之一。在分析大同市生物多樣性現狀的基礎上，提出了生物多樣性保護的對策，使生物多樣性得到切實保護，實現大同市生態系統的良性循環和發展。

【關鍵詞】生物可降解；降解機理；生物醫學；高分子材料

生物上可作為醫用的原料與人們康健有著緊密聯系，有良好的相容性，不會使機體、血液產生不適應反應；根據醫療為基礎，用來診斷病癥、救治和修復人體機體或替換壞死的系統，可以增長機能的無生命材料，主要有金屬類、有機類和無機類等三大類材料。醫用原料議定三代改革，對產品原料的要求具有多功能性且極為復雜和嚴格，大都金屬和無機材料無法符合這一條件。是以，具有良好的物理化學性能的可降解聚合高分子原料因與生物體有著相像的化學構造，一定的生物可容性及制造簡易，使其在生命體和醫學范疇上占上風。由于對環境的保護和避免醫用材料長期植入人體組織導致炎癥或其他癥狀的發生及避免患者二次手術痛苦的需求。在人們或動物碰傷導致骨斷裂時，關于穩定骨質料在藥理使用范圍所須要的醫用高聚物原料，希望可以在一定物理機械性能和相容性的前提下，具備可分化性，以便愈合時被機體消化或排泄出體外，是以生物醫用可用高聚物原料分化的研究受到巨大的重視。

1生物可降解材料的降解原理

細菌體吸附于質料表面，在特定的前提和必然的自然環境下，釋放或滲出相應的酶使之分化。

2生物可降解材料的分類

根據原料來源以及工藝的不同可分為：可降解天然高分子材料、可降解合成高分子材料和可降解微生物合成高分子材料。

2.1天然高分子可降解材料自然形成的可分化原料活性過強，易發生排斥反應；因人體各部位的酶含量有差異，比較困難評價其機體內的分化速度和天然高聚物可降解原料強度機能差等不足使其在運用方面受到限制。

2.2合成高分子可降解材料合成高聚物可降解原料是按照需要設計生產，運用簡易的物化改變其結構獲得性能廣泛的質料，改性過程中將具有酯基構造的脂肪族（共）聚酯引入化學結構中，易被分化降解。是以，對合成高聚物原料的探究更為廣泛普遍，運用更廣。

2.2.1脂肪聚酯脂肪聚酯中PGA，PLA，PCL及其共聚物等因含毒量少和抵抗力差，在醫用領域得到普遍使用。為高聚物時，有高性能強度和降解遲緩，可作鞏固骨的原料；但低聚物時，分化速度快，適用于輸送藥物系統。此外，PGA、PLA、PCL可以與生物相容，可被接收和完全分解。已運用于生物醫用高分子、紡織和包裝等行業[11]，常做醫用縫合線、外科矯正材料和骨釘。

2.2.2聚原酸酯聚原酸酯是一種人工合成的含有酸敏感的酯鍵聚合物，屬于非均相異構體。通過水解反應，使原酸酯鍵水解成可溶于水的小物質，易被機體吸收排泄。目前，美國Alzamer公司通過酯基轉移反應，在真空和加熱條件下將二乙基四氫呋喃和二元醇研制出Alzamer產品，用作控釋載體和燒傷部位處理材料；同樣，美國SRI公司在常溫下通過一系列反應制得第2種聚原酸酯以及Miller等制成的第3代聚原酸酯。聚合物為軟膏狀，適用于藥物的控釋。

2.2.3聚對二氧六環酮（PDS）PDS因為其獨特的特性，被選用為骨折內固定材料。在骨組織中，PDS作為穩定物是可全部消化分解的，分化過程中，新骨在固定物內長出，其分化產物通過尿道排放或呼吸道呼出，不會產生蓄積。

2.2.4生物陶瓷類以磷酸鈣（TCP）生物陶瓷的應用較為普遍，β-TCP的孔隙（1~1000un）決定其力學性質和降解快慢，是類似松質骨的粒狀或塊狀合成材料，適用于骨部位的修復，誘導新骨生長后被分化吸收。另外，PC、聚酸酐[12]、聚磷酸酯以及其共聚物等常聚合為降解高聚物原料，應用于藥學治理方面。然而，合成高分子可降解材料降解緩慢，植入人體導致細菌感染，并發炎癥等難題的解決不容遲緩。

2.3微生物合成高分子可降解材料

通過微小生物體的發酵以及一系列復雜過程，將碳源有機物合成可分化聚合物原料。較為普遍的有生物聚酯（PHA）和聚羥基丁酯（PHB）[13]兩種，此中微生物聚酯（PHA）方面的研究較多[14]。

3生物降解材料在醫學領域的應用現狀

綠色環保已成為新世紀的健康生活方式和追求，可持續能源發展占重要地位，生物可降解材料的發展秉承了綠色環保可持續的觀念。

3.1手術縫合線現多數使用甲殼素、殼聚糖、聚乳酸和聚乙醇酸制成的手術縫合線，完全降解周期為2-6周。此類高分子手術線[15]的應用，可被人體吸收或所代謝，傷口愈合無需拆線，避免再度感染，操作簡便。

3.2外科用粘合劑外科用粘合劑用于創傷愈合前的粘合，作用期短暫，能在粘合后快速分解，被機體吸收或排泄，起修復作用。聚氨酯黏膠的親膚性良好，生物相容性好，可被分化吸收，適用做傷口敷料。當有粘著液、血液等滲出時，聚氨酯系膠黏劑迅速發生復雜交聯反應，將高反應性異氰酸基轉化，在很短的時間內產生較大的軟粘彈性體生成物[16]。

3.3人工皮膚由于皮膚壞死或者大面積燒傷，人工皮膚[17]的應用較為廣泛，其中常用的已被商業使用的人造皮膚有膠原蛋白、聚L.亮氨酸、甲殼素、絲素蛋白等生物可降解高分子材料，可抗菌消炎，能制造成柔軟的膜制品，加速痊愈，在燒傷治理、換皮、包扎等方面運用較多。

3.4骨固定材料因金屬材料強度大，使用壽命長，在傳統醫治骨折病人時，多數采用其作為內固定物。但是，金屬合金與骨的剛性不匹配，在愈合時容易導致金屬與骨頭的磨損，不利于骨質恢復，甚至導致炎癥。金屬無法降解，需要再次手術摘除，易造成感染。因此，人們發現聚乳酸、甲殼素、β-磷酸三鈣生物陶瓷[18]等可作為骨科材料，對其進行分子設計、采用工程組織方法進行軟骨修建和重建，既可以作為缺損填充材料，還具有骨的傳導和誘導新骨生成作用[19]。

3.5藥物緩釋材料藥用物材控釋產品大多為聚合物，可降解吸收性。尤其是可吸收性較好的聚乙酸、可恒速降解的聚酸酐及良好相容性的多聚糖等聚合物[20]。可用聚乳酸（PLA）-聚乙二醇（PEG）等作為載體工具，制備包封率較高的疫苗微球，可載藥和緩慢釋放，作用效果顯著[21]。用于治療癌癥、心臟病、高血壓等疾病的藥用物材緩釋原料有甲殼素、膠原、PLA以及聚已內酯等。

3.6組織工程支架伴隨著新的骨支架聚合物原料和制造技術的進步，組織工學日漸崛起，在幫助人們康健和醫療中充當必不可少的角色[22、23]。有學者指出，聚羥基丁酸/聚羥基戊酸共聚物，聚乙醇胺/聚乳酸共聚物均具有優異的物理機械性和生物相容性，可進行設計構建為心臟瓣膜支架[24]。膠原、透明質酸、甲殼素、殼聚糖、生物陶瓷均用作常見支撐材料。在支架分解中，細胞發生分裂分化作用，生成新的機體。這些機體繼承了原有細胞的部分結構和特殊性能，來達到創傷修復和功能重新建立的目的[25]。

4展望

可見生物可降解材料在醫用領域的用途普遍，更符合現代生物醫學的進展要求。但是可降解材料仍存在價格昂貴，使用周期往往與治療周期不符，使用范圍受到限制，臨床應用相對不普遍。

作者：伍李云；張美庭；張曉珊；任星姚；陳長政 單位：五邑大學紡織材料與工程學院