硅橡胶在医学上的应用

硅橡胶在医学上的应用
摘要：硅橡胶是硅、氧及有机根组成的单体经聚合而成的一族有机聚硅氧烷,具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、对人体组织的反应极小、较好的物理和机械性能等特点，符合医用高分子材料的要求，成为医用高分子材料中最为典型的有机硅高分子材料。

在医疗卫生领域的应用越来越广泛。

关键词：硅橡胶医用高分子材料改性生物相容性
Abstract: Silicone rubber is an elastomer (rubber-like material) compose of silicone—itself a polymer—containing silicon together with carbon, hydrogen, and oxygen.Silicone rubbers are. Silicone rubber is generally non-reactive, stable, and resistant to extreme environments while still maintaining its useful properties, and has become the most typical medical polymer material of organic silicon polymer materials.
Key wards: Silicone rubber，Medical Polymer Materials, Modification, Biocompatibility
随着化学工业的发展，高分子材料日益代替过去的金属材料（如金、银、铂及其他钢等）及生物性材料（如骨、软骨等）在临床上得到了广泛的应用，人体医用硅橡胶就是高分子材料中的一种。

医用级硅橡胶是制备人工器官、医疗器械及其配件、各种医用管材、片材、型材的基本原料。

硅橡胶除了可满足医用高分子材料的基本要求外,还具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、对人体组织的反应极小、较好的物理和机械性能等特点，符合医用高分子材料的要求，成为医用高分子材料中最为典型的有机硅高分子材料。

在医疗卫生领域的应用越来越广泛
硅橡胶的医用特性发现于1945年。

进入20世纪60年代，国外相继出现了不少有关硅橡胶作为人体植入材料和医疗制品应用的报道。

特别是硅橡胶在心脏起搏器、心脏瓣膜中的应用，不仅使成成千上万的患者获得了新生，而且也为其他医用制品的开发起到了很大的促进作用。

20世纪60-70年代，国外已有许多医用硅橡胶制品（硅橡胶乳房、指关节、眼眶底托、气管插管、耳廓、脑积水引流管、腹膜透析管、带气囊分道导管、导尿管等）投入了临床应用。

我国对医用硅橡胶制品的研发和应用始于20世纪60年代，但大量的基础研究及产品试制工作还是在70年代后进行的。

特别是近几十年来，硅橡胶作为生物适应性材料的研究已取得了很大的进展，并且有许多功能化、系列化的医用硅橡胶制品投入了临床应用。

一、目前供人体医用的硅橡胶有四种类型：
固体型：有软硬两种，色乳白，不透明，硬质如骨，软质者中等硬度，具有弹性，易于加工塑性。

泡沫型（海绵型）：呈细孔海绵状，质软，色白或淡黄，有较大的弹性和伸展性。

薄膜型：为透明或半透明的薄膜，色淡黄或呈乳白色，弹性较大。

液态型：又称硅油，为粘稠的液体，色微黄或呈白色乳胶状。

二、硅橡胶的改性方法
2.1表面改性
表面改性是既能提高材料的生物相容性和抗凝血性，又不改变聚合物本身优良性质的有效途径。

表面改性后的硅橡胶生物弹性体需达到如下要求：1、良好的生物相容性；2、良好的抗凝血性；3、适宜的表面亲水-疏水平衡；4、较强的消除非特异性识别能力。

等离子表面改性方法主要采用等离子聚合，等离子体聚合是将高分子材料暴露于聚合性气体中，在高分子材料表面沉积一层较薄的聚合物膜。

该方法可以在材料表面引入磷酸基、羟基等官能团，改善材料与生物环境的相互作用。

等离子技术用于改性硅橡胶表面国内外已经有大量的报道。

国外资料报道在4种不同的气体介质中研究了等离子处理的硅橡胶稳定性以及等离子处理对界面血液相容性的影响。

结果发现，在4种不同的气体介质中，经处理的硅橡胶表面都有不同程度的刻蚀，导致吸水性相应增加，并且用O2和Ar处理的硅橡胶表面血液相容性下降，而用N2和NH3处理的硅橡胶表面抗凝血性提高。

【1】
2.2表面接枝
表面接枝主要有辐射（紫外光辐射、激光辐射、X射线及γ射线辐射）引发接枝、等离
子引发接枝及臭氧引发接枝等方法。

辐射接枝是利用高能辐射在聚合物表面产生活性点（自由基或离子），再由该活性点引发单体接枝聚合。

辐射接枝所用的单体主要是一些亲水性的化合物，如N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸β、羟基酯（HEMA）、丙烯酸（Acc）、丙烯酰胺（AAm）等。

随着组织工程的发展，对材料的表面要求也越来越高，为了抑制非特异性相互作用，使细胞在类似体内细胞外基质中发挥其功能，人们又试图在聚合物表面接枝天然高分子材料。

国外资料报道利用辐射接枝法将邻-丁酰基壳聚糖（OBCS）接枝到硅橡胶表面，结果发现，在该接枝硅橡胶表面血小板附着量明显减少。

用简单等离子处理过的硅橡胶表面，在放置一段时间后会出现亲水性的恶化，用等离子引发接枝则可以避免此现象。

利用等离子引发接枝的研究已有很多报道。

接枝聚合物所用的单体有亲水性物质，如HEMA、AAm、Acc等，以及天然高分子物质。

磷酸胆碱（MPC）是生物细胞膜的主要成分，将它固定到聚合物表面，可以有效提高材料的生物相容性。

臭氧引发接枝是一种新型表面改性技术，该技术易于操作，可以处理形状复杂的硅橡胶表面，而且成本较低。

它是将聚合物置于臭氧气体中，在聚合物表面形成过氧基团，这些过氧基团有引发聚合乙烯基单体的能力,通过臭氧接枝后,医用硅橡胶材料表面的亲水性和血液相容性都大大提高了。

【2】
2.3表面涂层
表面涂层的方法主要有喷涂法、浸涂法、表面镀金法、等离子沉积法及仿生合成法。

按照形成涂层的物质可分为亲水性聚合物涂层、天然高分子涂层、金属涂层和特殊功能的涂层（如药物等）。

按涂层的功能又可以分为抗菌性涂层、具有生理功能的涂层及药物释放涂层等。

抗菌性涂层可以抑制细菌的黏附，降低植入物的感染率；而具有生理功能的涂层则充当了能与生物活性体相适应的过渡层，为材料表面的细胞提供更好的生长环境。

国内研究人员利用浸涂法在硅橡胶表面形成几丁聚糖涂层，提高了硅橡胶的生物相容性和抗菌性。

黏液素涂层所具有的独特性质可用来减少微生物感染。

MPC作为生物材料的仿生涂层并得到认可已有10多年的历史，这类涂层膜含有MPC细胞膜的天然性质，有抗血栓、抗炎症性和低的体细胞及细菌黏附性。

仿生合成技术是20世纪90年代以来出现的模仿生物矿化中在有机物调制下形成无机物的新合成方法。

国内科研人员通过仿生合成的方法在硅橡胶表面制得了羟基磷灰石（HA）微晶涂层。

【3】
2.4本体改性
硅橡胶本体改性的目的是通过设计其本体结构而赋予它新的表面组成或特定性能。

暨南大学研究人员通过共混法制备出透明质酸/硅橡胶复合生物材料，其撕裂强度和拉伸强度与未改性的硅橡胶相比均提高了，并且具有良好的生物相容性。

IPNs是将两种或两种以上聚合物紧密结合在一起的一种方式，其中至少一种聚合物是在其他聚合物存在的前提下合成或交联的。

IPNs的主要类型有同时形成型、梯度型、热塑性、乳液型以及半互穿聚合物网络。

国外资料报道带有极性端基（如硅羟基、羟基、酰氯基等）的硅低聚物具有表面活化作用，尤其是在实际中具有促进皮肤渗透的作用，这为硅橡胶生物弹性体的改性提供了新方法，即端基功能化。

GE公司最新推出的Tufel牌有机硅橡胶是一种双组份铂硫化硅橡胶，用于蠕动泵管道时具有出色回弹性，低压缩变形性，明显提高流量精度，在医用过程中如定量输液泵、肠道泵和携带式泵等，能够精确为病人输液和输药。

以硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出，增加了使用者的痛苦和花费，因此引发了可生物降解型皮下避孕埋植剂的研究，目前关于具有生物降解性和甾体药
物通透性的聚合物研究代替硅橡胶作为释放孕激素的载体研究成为热点，国内外都相继开发了可生物降解的埋植剂，如中国医学科学院生物医学工程研究所研制的具有可生物降解性的皮下避孕埋植剂CaproF，前期研究和实验已经结束，准备进入临床阶段。

【4】
三、硅橡胶的医学用途
硅橡胶按照在医疗、医药及卫生行业的应用可以大致归纳为：长期留置于人体内的器官或组织代用品、短期留置人体内的医疗器械、整形医疗器械、药物缓释体系、体外用品等几个方面，下面分别论述。

3.1长期留置于人体内的器官或组织代用品
这类器官或组织包括脑积水引流装置、人工肺、视网膜植入物、人工脑膜、喉头、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印模及托牙组织面软衬垫、人工心脏瓣膜附件等。

脑积水引流装置是最早的硅橡胶植入物，1955年美国道康宁公司生产出世界上第一套硅橡胶脑积水引流装置，可把脑积水引到胸腔或腹腔内，效果甚佳；至今仍被成功地应用于医疗方面，而且至今为止，硅橡胶仍是这一装置的唯一材料。

1953年起，国内外就开始采用各种材料制作人工腱，作为肌腱的永久性替代物，人工肌腱必须满足以下条件：植入后无异物反应，可屈性和绕弯性好、不变形，可与受体腱牢固结合，结合部与肌腱本身都能承受一定拉力而不断裂，与周围组织不发生粘连，容易消毒，筛选了多种材料后，发现用硅橡胶管作为人工腱材料修复屈肌腱的可行性较大；这是由于包裹硅橡胶管形成的假鞘能防止受体腱与周围组织粘连，使病人很快恢复功能。

【5】
3.2短期留置人体内的辅助医疗器械
硅橡胶制品作为人体内的辅助医疗器械课短期留置体内，起到补液、抢救、引流注入、防粘连或消泡作用，这类器械包括静脉插管、导尿管、动静脉外瘘管、腹部透析管、接触眼镜、输血管、泄压管、胸腔引流管、胃镜套管、中耳炎通气管、导液管和鼻插管等。

3.3医疗器械上的关键部件
这些部件包括人工心肺输血泵管、膜式人工心肺机、胎儿吸引器和人工血液循环装置等。

3.4在整容和修复方面的应用
近20年来，硅橡胶在整容和修复术方面也取得了广泛的应用，例如：用硅橡胶修补面容的缺陷，治疗外耳的缺损，进行颅骨和胸部的整容手术以及修补内脏等，还有现在争议很大的人工乳房。

【6】
人工乳房是安全性争议最大的产品，国外将人工乳房植入体内已有30多年的历史，也发生了一些问题（如渗漏、异物反应）；目前我国对这一制品的前途也采取了较谨慎的态度，但除去美容作用外，对于先天性乳房发育不良者或者因病造成缺陷者仍具有较强的吸引力。

3.5在药物缓释体系中的应用
延长药物的疗效和提高药物作用的专一性和安全性是药物研究中的一个重要课题。

1957年硅橡胶材料开始用作控制释放药物的包裹材料，1964年Folkman和Long首先证明，在封闭的硅橡胶管内，药物可以缓慢释放出来，而且在相当长的一段时间里可在体内维持一定的药物浓度，随着研究的深入，人们发现硅橡胶具有良好渗透性及透过性，是理想的药物缓释材料；药物正是利用了硅橡胶的这种特性，透过硅橡胶进行有效的控制释放和缓慢扩散。

利用硅橡胶控制药物释放的方式主要有两种：一是包封型，即以药物为核心，外用硅橡胶薄膜包封；这种载药方式相当于将高分子膜囊作为药物的“仓库”，因此也称为储库剂或膜制剂。

二是颗粒分散型，即药物以微粒形式分散在硅橡胶基质中，它随药物释放速度的加快及时间的增长而变小；但制造比较简单，只需将药物和硅橡胶混匀、成型即可。

【7】在药物缓释体系中的应用包括硅橡胶胶囊、长效避孕药具、基质型药物缓释制剂、皮肤吸收型制剂等。

3.6用作体外用品
由于硅橡胶薄膜具有良好的透氧、透二氧化碳特性及与人体皮肤水分蒸发量相近的透湿性，对人体无毒、无害、不过敏、不易引起异物反应或排斥反应等优点，在经尼龙、聚酯纤维等增强后可用作人工皮肤。

此外，加成型硅橡胶可用于非手术的女性输卵管粘堵绝育，这种方法比较理想；目前已成为接受永久性绝育的妇女可选择的重要方法，在硫化前，硅橡胶粘度小，便于注射；硫化后，硅橡胶硬度适中、近似软骨，具有伸展性，对周围组织无刺激作用，不会引起炎症和异物反应。

【8】
3.7其它应用医用
硅橡胶除了上述应用外．还应用于生物医学工程领域。

主要包括医疗用装置、医用电极、生物植入传感器的外包装材料。

腹腔内化疗输药装置是一种全硅胶植入式腹腔内化疗导管系统。

该装置以医用硅橡胶为原料．由储药盒和导管组成.医用电极(板)与人体接触，因此要求材料柔软、舒适、呈生理惰性、对人体无毒、对皮肤无刺激、透气性能好。

在使用过程中还要承受高温高压、溶剂消毒，且性能不受影响。

要满足上述要求,硅橡胶作为基材较为合适.【9】
生物传感器应用广泛，不仅在基础研究、临床医学、食品发酵、环境保护等方面显示了美好的前景，而且在活体应用方面也已成为可能。

其中．两种生物传感器——生物医学电极和植入传感器是活体应用较为典型的例子。

供移植使用的生物传感器外面通常需要一层包装材料．用来隔开周围的生理环境。

因此，活体应用尤其是植入人体的生物医学设备对材料的可靠性、耐久性、生物相容性等提出了更高的要求。

而硅橡胶具有弹性好、生物相容性佳等特点．因此在电极外的硅橡胶层可以很薄．水和其它小分子可以自由通过。

这种硅橡胶可
【10】以作为一种葡萄糖敏感电极的外包装。

用来监控和调节糖尿病人血液中的葡萄糖水平。

四、医用硅橡胶的发展方向
随着生物医学工程、组织工程的发展，对材料的技术和性能要求日益提高，就硅橡胶而言，如何使其充分应用于生物工程和组织工程是今后研究工作的主要方向。

如生物传感器是当今引入瞩目的一项生物技术，生物传感器的微型化、与生物体的适应性等，将成为与人工脏器相关的重要研究课题，作为人工脏器的主要材料硅橡胶，未来发展潜力巨大。

目前我国医用硅橡胶发展落后，今后要加快发展步伐，首先应建立医用有机硅材料产业化生产基地；重点突破植入人体的医用有机硅材料及装置性能、质量评价技术；拓展硅橡胶的应用领域；促使我国医用硅橡胶材料形成系列化、高档化、规模化、标准化经营模式。

参考文献
【1】医用硅橡胶表面的亲水改性，曲祥军魏志勇任振俶齐民，功能材料，2011（10）20-23
【2】硅橡胶的表面亲水性接枝聚合研究，程杰，眼科新进展，2002（9）15-16
【3】硅橡胶表面导电涂层的研究，刘俊杰，桂泰江李秀玲杨帅詹茂盛，涂料工业.2011（4）18-20【4】医用硅橡胶生物相容性改性研究进展，张一鸣王科樊东力，重庆医学，2005，35（3）274-276 【5】硅橡胶在医学上的应用现状，橡塑化工时代.2006,18(11) 11-12
【6】医用硅橡胶应用广泛，张承焱，有机硅氟资讯.2002(12) 13-14
【7】医用硅橡胶：提升人类生存质量，有机硅氟资讯.2002(11) 23-24
【8】抗菌型有机硅橡胶在医疗领域中的应用，倪克钒，中国医疗器械信息.2009,15(11) 20-22
【9】医用硅橡胶球囊多腔导管，化工科技市场.2005,28(4).67
【10】医用硅橡胶的最新进展，刘爱堂高桂芝，特种橡胶制品.2003,24(2).60-61。