生物可降解材料及其在生物医学上的应用
生物可降解材料在生物医学中的应用

生物可降解材料在生物医学中的应用进入21世纪以来,随着环境保护意识的日益增强和可持续发展理念的不断提升,生态友好型、高效利用型材料的研究和应用已成为当务之急。
在此大背景下,生物可降解材料逐渐成为了各个领域的研究热点,生物医学领域中尤为突出,现成了一个新的焦点。
在生物医学制品中,生物可降解材料不仅具有良好的生物性能和生物相容性,而且其良好的可降解性可以防止材料残留在体内引起慢性毒性并降低患者二次手术风险,具有广阔的应用前景。
本文将重点介绍生物可降解材料在生物医学中的应用,并探究其特点、优势及其存在的问题。
一、1. 生物可降解材料在医疗器械领域中的应用据统计,全球每年手术所需的电子设备、注射器和其他器械消耗约5.9亿吨材料,大量的单次使用材料一次性使用后丢弃,不但浪费了材料资源,而且对人类社会与环境造成的污染也是不容忽视的。
与此同时,现代医疗器械与仪器的制造技术也在不断更新迭代,注重降低材料的成本、减轻患者的负担和降低对环境的污染。
也正是在这样的需求下,生物可降解材料逐渐成为医疗器械领域的主要原材料之一。
2. 生物可降解材料在骨再生和组织工程方面的应用与传统的人工植骨相比,生物可降解材料的可降解性货真价实,能快速嫁接于人体骨组织中,并最终与正常骨组织融合,具有更好的生物相容性和适应性。
在组织工程领域中,生物可降解材料可以用于构建人工血管、修复或重建骨骼或软骨,有望解决传统医学领域中难以解决的问题。
3. 生物可降解材料在牙科治疗方面的应用目前,生物可降解材料在牙科治疗与修复领域的应用取得了很大的进展。
通过将生物可降解材料应用于牙科根管治疗、牙体修复以及其他牙齿疾病的治疗,能够有效地避免牙龈疾病、龋齿等病症的复发。
因此,生物可降解材料在牙科治疗中的应用备受关注。
二、生物可降解材料的特点及优势1. 具有良好的生物相容性生物可降解材料通常是由生物大分子或其衍生物制成,其化学结构相对单一,适合在生物体内嫁接与正常的生物体系。
生物基可降解聚氨酯的合成、功能化改性及医学应用研究

生物基可降解聚氨酯的合成、功能化改性及医学应用研究摘要:生物基可降解聚氨酯作为一种优秀的生物材料,因其优良的可降解性、生物相容性以及可调控性等特点,已经在医学领域得到了广泛的研究和应用。
本文介绍了生物基可降解聚氨酯的合成方法、功能化改性及其在医学上的应用,包括纤维组织修复、药物递送、生物显微镜成像和人工血管等方面的研究进展,并对未来该领域的发展进行了展望。
关键词:生物基可降解聚氨酯;合成;功能化改性;医学应用1.绪论生物基可降解聚氨酯(Biodegradable Polyurethane,简称BDPU)是一类以生物源性和可降解原料为基础,通过聚氨酯化学反应制得的高分子材料。
BDPU不仅具有优良的可降解性、生物相容性以及可调控性等特点,而且其结构和性质可通过不同的合成方法和功能化改性来实现多样化的医学应用。
目前,BDPU已经在纤维组织修复、药物递送、生物显微镜成像和人工血管等方面得到了广泛的应用。
2.生物基可降解聚氨酯的合成方法生物基可降解聚氨酯可通过多种方法合成,其中最常用的方法是以环氧化油(Epoxidized Soybean Oil,简称ESO)为原料,通过开环聚合反应形成环氧化聚酯,然后将其与异氰酸酯(Isocyanate)基团在催化剂的作用下进行聚氨酯化学反应得到BDPU。
此外,还可以利用天然生物聚合物如淀粉、酪蛋白、明胶等来制备BDPU,也可以通过共聚反应或交联反应来获得BDPU。
3.生物基可降解聚氨酯的功能化改性为了实现BDPU在不同医学领域的应用,研究人员通过对BDPU进行功能化改性,使其具有更广泛的应用性能。
目前,常用的功能化改性方法包括控制聚氨酯链的长度和分子量、加入胶原蛋白等生物大分子、添加多肽链等生物活性物质、引入磁性基团、光敏基团以及化学修饰等方法。
4.生物基可降解聚氨酯在医学应用中的研究进展4.1 纤维组织修复BDPU作为一种生物可降解材料,具有较好的生物相容性和可调控性,已经应用于人类组织工程和修复医学领域。
生物可降解材料在医学及生物工业领域的应用

生物可降解材料在医学及生物工业领域的应用随着人们对环境保护意识的日益增强,越来越多的人开始关注生物可降解材料。
生物可降解材料是一种可以被自然环境分解并不产生污染的材料,对环境和人类健康都有着极大的益处。
在医学及生物工业领域,生物可降解材料也有着广泛的应用。
一、生物可降解材料在医学领域的应用1. 生物医用材料生物医用材料是使用生物可降解材料制造的一种特殊医用材料。
由于其具有良好的生物相容性和可降解性,可以避免常规医用材料可能引起的排斥反应和二次手术,降低医疗费用。
生物医用材料广泛应用于口腔领域、骨科、神经外科、软组织修复等临床领域,既可以用于手术缝线、人工骨修复,也可以用于修复和替代软组织和器官。
2. 口腔修复材料生物可降解材料广泛应用于口腔修复材料中,例如可降解牙菌斑压片、可降解牙齿垫材料、可降解口腔修复材料等。
这些材料可以根据需要制成不同形状和大小,适用于各种口腔修复目的。
另外,由于其可降解性,这些材料不需要手术取出,减轻了患者的痛苦和医疗费用。
3. 药物缓释材料药物缓释材料是使用生物可降解材料制造的一种特殊材料,在医学领域中应用广泛。
这种材料可以将药物包裹起来,延长药物释放时间,增强药效,减少药物不良反应。
举个例子,生物可降解支架是应用最广泛的药物缓释材料之一,它在心血管治疗中有着重要的作用。
二、生物可降解材料在生物工业领域的应用1. 包装材料生物可降解材料也可以用于生物工业中的包装材料。
传统的塑料包装材料是难以降解的,容易造成环境污染,而使用生物可降解材料包装以后,可以降低对环境的影响。
例如,一种使用淀粉和木质纤维制成的生物可降解材料,可以制作成可降解的购物袋、餐具和盒子等。
2. 土壤改良剂由于生物可降解材料可以分解为营养物质,因此可以成为一种土壤改良剂。
将这种材料放在土壤中,可以增加土壤的肥力,改善土壤结构,提高土壤的保水保肥能力,从而提高农作物的产量。
3. 生物质能源在生物工业中,生物可降解材料也可以用于生物质能源的生产。
生物可降解材料和生物材料在医学和生命科学中的应用

生物可降解材料和生物材料在医学和生命科学中的应用随着环保意识的提高和对可持续发展的需求,生物可降解材料和生物材料成为了研究的热点。
在医学和生命科学领域,这些材料的应用有着广泛的前景。
今天,我们就来探讨一下这方面的一些应用和发展。
一、生物可降解材料生物可降解材料是指在人体内可以通过生物降解而得到自然的代谢产物的材料。
这类材料与传统的塑料材料不同,在使用过程中不会对环境造成污染。
目前的生物可降解材料主要有两种:聚乳酸(PLA)和聚酯类。
1. PLA聚乳酸是从植物淀粉或玉米中提取的异构体聚合而成的。
它是一种热塑性塑料,可以通过热塑性成型方法制造成各种形状,如瓶子、盒子、餐具、袋子等。
而且,这种材料也可以制成纤维和薄膜用于纺织和包装。
聚乳酸的最大优点是可降解性,其分解产物二氧化碳和水是天然存在的,不会对环境造成影响。
因此,聚乳酸可以作为一种代替传统塑料的生物降解材料,在塑料垃圾处理方面有很大的潜力。
2. 聚酯类聚酯类是由一些简单酯类单体经缩聚反应形成的高分子材料。
这些单体通常来自生物质,如植物油或木质纤维。
聚酯类有着与聚乳酸相似的可降解性,有望在医学和生命科学领域使用。
聚酯类可以作为药物脂质体的材料,可以用于穿刺和肿瘤注射、骨折修复、支架等医疗器械和生物材料的制备。
二、生物材料除了生物可降解材料外,生物材料也是一种广泛应用于医学和生命科学领域的材料。
生物材料是指可以与人体组织进行交互作用并且具有一定的生物兼容性的材料。
生物材料目前主要包括金属、无机材料和聚合物。
1. 金属材料金属材料已经成为了临床医学中的重要材料,它主要应用于骨折和人工关节等医疗器械。
金属材料有着高端、牢固、耐用等特点,可以承受人体运动带来的高压力。
然而,金属材料也存在着一些问题,如可能存在过敏性反应、不耐腐蚀等问题。
此外,金属材料的生物相容性差,术后可能会有异物反应和纤维化。
2. 无机材料无机材料包括氧化钙、羟基磷灰石和钛等。
先进的无机材料主要应用于修复和重建组织和器官,例如羟基磷灰石可以用于修复骨质。
生物可降解高分子材料的应用研究

生物可降解高分子材料的应用研究一、综述随着环境问题的日益严重,生物可降解高分子材料的研究与应用受到了广泛关注。
生物可降解高分子材料是一类能够在自然环境中被生物分解为水、二氧化碳和生物质的高分子材料。
本文将对生物可降解高分子材料在各个领域的应用进行综述,包括环境保护、生物医学和包装材料等。
在环境保护方面,生物可降解高分子材料可以有效减少塑料垃圾的产生,降低其对环境的污染。
这类材料在废水处理和土壤改良中也发挥了一定的作用。
研究者们通过改变聚合物的结构、组成和功能基团等方法来优化生物可降解高分子材料的性能,以提高其在环境中的降解速率和效率。
在生物医学领域,生物可降解高分子材料具有良好的生物相容性和生物活性,可用于药物载体、组织工程和生物支架等方面。
聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)等生物相容性较好的聚合物已被广泛应用于药物传递和细胞培养中。
一些具有生物活性的高分子材料还可用于生物传感和生物成像等领域。
在包装材料方面,生物可降解高分子材料具有可降解性、可重复使用的优点,可以替代传统的塑料包装材料。
PLA和淀粉基聚合物等生物可降解高分子材料可用于食品包装、购物袋和快递包装等领域。
这些材料的使用不仅有利于减少塑料垃圾的产生,还有利于提高消费者的环保意识。
生物可降解高分子材料作为一种具有广阔应用前景的新型材料,对于解决当前的环境问题具有重要意义。
通过不断改进合成方法和改性手段,有望实现生物可降解高分子材料在更多领域的广泛应用。
1. 生物可降解高分子材料的重要性随着现代社会对环境保护意识的不断增强,生物可降解高分子材料在保护环境方面的作用逐渐引起了广泛关注。
与传统的高分子材料相比,生物可降解高分子材料因其具有可降解性而具有重要意义。
从资源利用的角度来看,生物可降解高分子材料具有可再生性。
它们来源于可再生的生物资源,如植物淀粉等,不仅来源广泛,而且生长周期短,可持续供应。
传统的高分子材料如石油化工产品等是不可再生的,其资源有限,使用过程中产生的废弃物难以处理,对环境的压力较大。
生物可降解材料在医学领域中应用前景

生物可降解材料在医学领域中应用前景随着全球环保意识的增强,对可持续发展的需求越来越高。
在此背景下,生物可降解材料成为一个备受关注的话题。
生物可降解材料作为一种环保的替代品,其在医学领域的应用前景也逐渐展现出来。
本文将探讨生物可降解材料在医学领域中的应用前景,并分析其中的挑战和机遇。
生物可降解材料是一类能够在自然环境中逐渐分解并被生物降解的材料。
与传统的塑料和金属材料相比,生物可降解材料具有许多优势。
首先,生物可降解材料可以降低对环境的污染。
传统材料在被废弃后需要经过长时间才能分解,给环境带来了巨大的压力,而生物可降解材料能够在较短的时间内自然降解,减少了对环境的影响。
其次,生物可降解材料对人体有良好的生物相容性。
人体组织对生物可降解材料的反应相对轻微,并能够逐渐吸收和代谢这些材料,降低了对人体的副作用。
因此,生物可降解材料在医学领域中被广泛应用。
在医学领域中,生物可降解材料被应用于医疗器械、药物传递系统、组织工程等方面。
首先,生物可降解材料在医疗器械领域中具有巨大的潜力。
例如,可降解的支架材料可以用于血管、骨骼和脏器的修复与替代。
这些材料能够提供必要的支撑和机械强度,同时逐渐分解并为组织重新生长提供空间。
其次,生物可降解材料在药物传递系统中的应用也呈现出良好的前景。
例如,生物可降解纳米颗粒能够有效地将药物输送到靶位点,并在完成药物释放后逐渐降解,减少对人体的副作用。
此外,在组织工程领域中,生物可降解材料可以用来构建人工器官和组织,帮助病人恢复功能。
然而,生物可降解材料在医学领域应用中仍然面临一些挑战。
首先,材料的性能稳定性和可控性需要进一步提高。
由于生物可降解材料需要在人体内部承受各种外界环境和力学应力的影响,因此需要具备足够的强度和稳定性。
其次,生物可降解材料的加工工艺和生产成本也是一个问题。
目前,大规模生产生物可降解材料仍然具有一定的困难和成本,在加工工艺和生产技术上需要进一步改进。
尽管面临一些挑战,生物可降解材料在医学领域的应用前景依然广阔。
生物可降解材料及其在医学领域的应用

生物可降解材料及其在医学领域的应用随着人们环保意识的增强,可降解材料在日常生活和医疗领域中的应用越来越广泛。
其中,生物可降解材料更是备受关注。
它可以自然降解,避免对环境造成污染,同时也可以被人体接受和吸收,使其在医疗领域中具有广泛的应用前景。
一、生物可降解材料的概念和特点生物可降解材料是一种能够被生物体分解并转化为无害物质的高分子材料。
生物可降解材料可以分为天然与合成两类。
天然生物可降解材料如纤维素、壳聚糖等,合成生物可降解材料则包括聚乳酸、聚己内酯、聚可降解聚酯等。
与传统塑料材料相比,生物可降解材料具有许多优势,主要包括:1. 环保:生物可降解材料不会对环境造成污染,不会对海洋生物产生威胁。
2. 可降解:生物可降解材料可以被微生物和酶等物质分解为水、二氧化碳和其他无毒物质。
3. 安全:生物可降解材料可以被生物体吸收和分解,不会对人体和动物造成危害。
二、生物可降解材料在医学领域的应用生物可降解材料在医学领域应用广泛,主要包括医用材料和药物递送系统两个方面。
1. 医用材料生物可降解材料在医用材料方面的应用主要包括支架材料、骨修复材料、人工心脏瓣膜等。
其中,生物可降解支架材料应用最为广泛。
由于传统金属支架材料可能导致血管狭窄和术后感染等问题,生物可降解支架材料因其自身具有可吸收降解的性质而备受欢迎。
目前,聚乳酸、聚羟基烷酸酯和聚酰胺酯等已经应用于冠状动脉支架、气管支架、肝内瘤治疗支架、尿道扩张嵌段等临床医用支架材料。
2. 药物递送系统生物可降解材料在药物递送系统中,可以充当药物载体,可以通过改变药物的结构使其更容易被人体吸收。
常见的生物可降解材料载体包括明胶、羟基磷灰石、聚羟基酸等。
与传统药物递送系统相比,生物可降解材料药物递送系统具有较长的药物释放时间、良好的生物相容性和低毒性等优点。
目前,生物可降解材料药物递送系统已经应用于癌症、心血管病等领域。
三、不足和展望生物可降解材料作为一种新型材料,仍然存在一些不足之处。
生物材料在医用领域中的创新应用

生物材料在医用领域中有许多创新应用,以下是一些例子:
1. 生物可降解支架:生物可降解支架是一种用于血管重建的医用器械,它能够暂时提供支撑,并逐渐降解为无害的物质。
这种支架可以替代传统金属支架,减少了长期的并发症风险,并促进了血管自身的再生和修复。
2. 组织工程与再生医学:生物材料被广泛用于组织工程和再生医学领域。
通过使用生物材料作为支架或基质,结合干细胞、生长因子等生物活性物质,可以构建人工组织或促进组织再生。
例如,生物材料可用于修复骨骼缺损、肌肉和神经组织重建,甚至在器官移植中扮演重要角色。
3. 包裹和控释药物:生物材料可用于制造药物包裹系统,可以延缓药物的释放速度和提高生物利用率。
这些包裹系统可以应用于局部药物治疗、肿瘤靶向治疗等领域。
生物材料还可以用于制备具有特定释放特性的微球、纳米粒子等载体,用于靶向输送药物或基因。
4. 人工器官和植入物:生物材料在制造人工器官(如人工心脏瓣膜、人工角膜等)和植入物(如关节假体、牙科种植体等)方面发挥着重要作用。
生物材料可以提供良好的生物相容性和机械特性,以确保植入物与人体组织的良好适应性和长期稳定性。
除了上述应用,生物材料还在药物传输、助听器、人工皮肤等领域有着广泛的创新应用。
随着科学技术的不断进步,生物材料的设计和功能也在不断改进,将为医疗领域带来更多创新和突破。
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伴随着医疗技术的不断发展和人们生活水平的日益提高,多种类型的医用材料开始在人体组织中得到广泛应用,医用材料与人体组织之间的相容性、血液相容性和可降解性等问题越来越受到人们的重视。
以下围绕生物可降解材料在生物医学领域中的应用问题进行系统分析与探讨,首先就生物可降解材料的降解原理进行初步分析,然后根据工艺以及来源标准对生物医学领域中常见的生物可降解材料进行分类,并介绍部分典型材料在生物医学上应用情况。
一、生物可降解材料降解原理生物可降解材料通过与其接触的体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素的生物学环境相互作用,经水解、酶解、氧化等一系列反应,逐渐降解成低分子量化合物或单体。
再经过吸收、消化以及代谢反应后,降解产物被排出体外或参加体内正常新陈代谢被人体吸收的方式完成降解过程。
如体液从组织进入生物材料内部或生物材料的某种组分溶解于体液中,材料就会因体积增加而发生膨胀,同时渗出自身物质,这一过程破坏了材料本身的氢键和范德华力均会使材料产生裂缝或空隙,最终材料在生物学环境下逐步发生化学降解。
在临床中,人们希望植入的生物可降解材料同样按照该流程,在生物组织治疗期内全部完成分化降解反应,以免因植入材料而导致机体产生炎症或应激性反应。
我们知道,皮肤组织治疗时间通常在3~10d内,内脏组织治疗时间通常在1~2个月之间,而大器官组织治疗时间则往往需要6个月甚至更长。
可降解生物材料植入人体内后,其降解性能及降解产物对生物学环境、材料反应及人体反应都造成了非常大的影响,降解速率慢或降解产物滞留时间长,易使人体组织产生炎症、血栓等不良反应。
有研究[6]显示:多数生物可降解材料的降解过程和进度与最佳预期效果是不相符合的。
因此,在生物可降解材料的研究和临床应用中,必须谨慎对待生物可降解材料的降解相关问题,尤其是降解速率和降解产物。
二、生物可降解材料基本分类与应用生物可降解材料用于人体,从材料本身和对人体效应2方面需满足严格条件: 易于加工,价格低廉,便于消毒灭菌,确定的降解时间,生物稳定性和力学性能满足植入部位的需要,良好的组织相容性、血液相容性和力学相容性,无热源反应、遗传毒性、致畸性和致癌性,无刺激性和致敏性。
目前生物可降解材料可以根据工艺以及来源的不同进行分类,包括天然高分子可降解材料、微生物合成可降解高分子材料、以及化学合成可降解高分子材料这几种类型[39]。
具体分类和应用概述如下:1. 天然高分子可降解材料目前,在生物医学领域中应用较多的天然高分子可降解材料主要包括明胶、胶原、多糖、丝素蛋白几种类型。
(1)明胶材料明胶多来源于哺乳动物皮肤、骨、肌腱、尾巴等组织中,其最显著特点是水溶性高分子、吸水后会缓慢膨胀并软化,具备生物相容性、凝胶化、生物可降解性。
利用明胶凝胶化、易成型、能被酶降解、易于被人体吸收等特性,可作为缓释材料应用在药物载体、赋型剂或缓释壳层等方面;因其具备良好的透气和透水性,作为伤口敷料、人造皮肤材料,可预防创面液体流出或继发性感染症状的产生;另外,明胶类血浆替代品具备了可降解性、大量输入无毒性、无免疫原性等非常多的临床优势。
(2)胶原蛋白胶原蛋白是结缔组织的主要成分,约占动物体内蛋白质含量的1/3,主要存在于动物组织、皮肤、韧带以及软骨中等,具有支撑机体器官,维持机械稳定性、弹性和强度等功能。
作为一种天然的生物资源,具备良好生物相容性、低免疫原性和生物可降解性等特性;临床使用显示,胶原蛋白对缺损组织的修复、再生及重建有着显著促进作用;但缺乏足够的机械强度,可通过交联改性或与其他生物材料复合使用来改善]。
目前,胶原蛋白已被广泛应用于生物可降解缝合线制备、止血剂与创面敷料、生物补片、骨修复材料、血液透析膜、止血剂、药物释放载体及作为组织工程支架、各种眼科治疗装置等方面。
但鉴于临床问题的复杂性及产品的升级换代需求,胶原蛋白的应用研究仍有许多亟待解决的难题,比如异种源胶原蛋白潜在的免疫反应、残留交联剂可能带来的细胞毒性、植入类胶原蛋白产品的机械强度与降解可控性等。
(3)多糖材料多糖材料多来源于淀粉、透明质酸、肝素、甲壳质等成分中,生物相容性以及生物可降解性均非常理想。
自然界中,甲壳质含量丰富,是除纤维素以外的一大类重要多糖,无毒性和任何副作用,对人体细胞有良好的亲和性,不会产生排斥反应,具备良好的生物相容性和可降解性。
此外,还具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、促进伤口愈合以及较强的吸附能力等特性。
因甲壳质含氢键等极性基团多,结晶度高,不溶于酸碱,也不溶于水,很难被人体利用。
但将甲壳质经脱乙酰基成壳聚糖后能溶于稀酸和体液中,可被人体所利用。
甲壳质和壳聚糖具有高化学反应活性,经过酰胺化、羧基化、氰基化、酸化等改性后的衍生物被广泛应用于医药领域,如止血剂、絮凝剂、可吸收外科缝线、人造皮肤、伤口敷料、抗癌药或化疗药物的缓释剂、固定酶载体、分离膜材料等。
(4)丝素蛋白丝素蛋白多来源于蚕丝,内部含有非常丰富的氨基酸成分,故生物相容性良好,且经证实无致敏性、致癌性,具有优良的透明度和透气性,有良好的成膜效果。
但受丝素蛋白分子结构影响,丝素蛋白亲水性和成膜后的力学性能欠佳,通过共混改性方法,混入的大分子与丝素之间形成的氢键和其他作用力以诱导丝素分子改变结构,可有效地改善丝素蛋白材料力学性能、热性能以及水溶性等。
目前生物医学领域中,在创面包覆材料、人造皮肤、人工肌腱韧带、隐形眼镜、药物载体、人工血管载体等领域中有着广泛应用。
2. 微生物合成可降解高分子材料微生物合成可降解高分子材料是指以某些有机物(如葡萄糖或淀粉类)为食物源,在微小生物体发酵等一系列复杂反应作用下,将碳源有机物合成为具有可分化特点的聚酯或聚糖类高分子。
目前临床实践中应用较为广泛的微生物合成高分子可降解材料主要包括生物聚酯(PHA)和聚羟基丁酯(PHB)这2种类型。
以PHB为例,PHB 是微生物细胞合成的一种高分子聚合物,其结构与性能不同于天然高分子可降解材料,而更类似于脂肪族聚酯类高分子,具备天然和化学合成可降解高分子的优点,降解产物最终经代谢以二氧化碳和水排出体外,不含任何化工原料合成可能产生的有毒物质。
此外,汤苏阳等研究显示PHB具备优异的生物相容性。
目前,在可吸收外科缝线、骨科材料、药物控制体系中均得到了相当广泛的应用。
3. 化学合成可降解高分子材料相对于天然高分子而言,采用化学方法合成的生物可降解高分子材料,可根据实际应用的需要,通过选择合适的单体,或通过控制合成过程中反应条件,或进行简单、低成本的物理或化学改性等,对其结构和性能进行设计和调整,达到合成目标材料的目的。
如通过化学控制方法,改善高分子材料强度、降解速度、微孔结构和渗透性等,以扩大应用领域。
目前开发研究的化学合成生物降解高分子中,主链上一般含有可水解的酯基、酰氨基或脲基。
下面就在目前临床生物医学实践中研究最多、应用最广的一类化学合成可降解高分子材料—脂肪族聚酯类材料,如聚乙交酯(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)等进行介绍。
(1)聚乙交酯(PGA)PGA是结构最简单的线性脂肪族聚酯,以羟基乙酸为基本来源,原料来源广泛,以甜菜、未成熟葡萄汁以及甘蔗等为主。
在现有可生物降解聚合物中,PGA的降解速度较快尤其是短时间内强度衰减快。
PGA是第1种应用于可吸收手术缝合线的生物降解高分子材料,其降解产物羟基乙酸的代谢产物最终能完全排出体外而不对人体造成伤害。
有文献显示,PGA缝合线在体内留置2个星期后,拉伸强度可减半,体内4个月左右可达到完全降解吸收状态。
经羟基乙酸所制备PGA材料,分子量在一万以上的可用于手术缝合线。
但因其有较高的结晶度(46%~50%),具有难加工、强度低、降解速度快等缺点,却不能达到植入性材料的性能要求。
因此,人们通过多种方法对其进行改性,优化其理化性能以扩大其使用领域。
如通过共聚改性形成综合二者性能的共聚物,以改善PGA的降解性、生物相容性、机械性能等;或实施共混改性,通过加入自身聚合物纤维或添加剂等形成共混物,来改善PGA的强度等性能。
当前,改性PGA已大量应用于可吸收缝线、组织工程、药物控制系统、可吸收骨钉、骨板、以及外科校正材料等方面。
(2)聚乳酸(PLA)1966年,Kulkarni等研究发现低分子量和高分子量PLA具备优良生物相容性,最终降解产物是H2O和CO2,中间产物乳酸也是体内正常的糖代谢产物,不会对生物体产生任何不良影响,由此引发了PLA作为生物医用材料的研究与应用[29-30]。
1997年PLA得到FDA认可,作为药用辅料、医用缝合线等在临床上使用。
PLA是乳酸单体的均聚物,因丙交酯(LA)是手性分子存在有2种旋光体因此PLA相应也有左旋聚乳酸 (PLLA)、右旋聚乳酸 (PDLA)、消旋化聚乳酸 (PDLLA)这3种立体构型。
其中 PLLA和PDLA是半结晶聚合物,拉伸强度高,降解速度慢,是外科整形材料、手术缝合线及内植材料等的理想材料;而PDLLA是非晶态共聚物,强度低,降解速率快,常应用于药物运输载体和低强度组织再生支架。
但PLA降解速率难控、较脆、抗冲击性能差等缺点,严重限制了其应用范围。
近年来,人们通过共聚改性、制备成自增强聚乳酸或与其它物形成复合材料等不同的改性方法,来控制降解速率和改善PLA的柔韧性,以不断开拓其应用领域。
如聚乳酸是疏水性聚合物,这就限制了它在药物载体方面的应用。
因此,人们通过聚乳酸与亲水性物质(如聚乙二醇、聚羟基乙酸、聚环氧乙烷等)共聚而改善其亲水性。
目前,PLA/PLGA植入剂作为抗肿瘤药物、多肽、蛋白药物、中药等的缓控释载体己广泛应用。
此外,PLA及改性PLA被广泛应用于眼科材料、外科手术缝合线、骨折内固定材料以及组织工程修复等方面。
(3)聚己内酯(PCL)PCL是一种半结晶线性聚酯,具有较低的熔点和玻璃化转变温度,拉伸强度很低 (23 MPa),断裂伸长率很高(700%),易溶于很多有机溶剂,可与多种高分子共聚,具备良好的热塑性和成型加工性;另外,PCL原料易得,降解速率慢,具备优异的药物透过性、生物相容性。
因此,被广泛用作手术缝合线、内植骨固定装置类医疗器材、生物降解性控释载体等方面。
此外,采用对PLA进行改性,改善其亲水性和降解速率,可进一步扩大其应用范围,如器官修复材料、人工皮肤、手术防粘连膜及组织和细胞工程等。
三、结语生物可降解材料表现出了良好的理化性质、生物性能以及生物力学性能,且可根据实际情况进行调控与加工,最大限度的满足了生物医学的功能需要,使其在生物医学多个领域中得到广泛应用,现阶段,生物可降解材料在生物医学领域上的研究热点已经开始自缝合、固定转移至组织工程支架材料等较复杂领域中。
然而,在实际应用中,生物可降解材料仍然因成本高昂而对其基层推广产生了以一定影响,尤其把可适宜不同对象降解速率进行控制问题亟待解决。