生物医用高分子材料——聚乳酸

生物医用高分子材料——聚乳酸
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生物医用高分子材料——聚乳酸
摘要：聚乳酸由于其突出特点如可降解、生物相容性好且对人无毒等而备受重视，并且在生物医学领域的应用中得到了良好的效果。

本文对聚乳酸的发展史、现状、性能、优缺点及其等做了简介，并对其未来应用前景做了展望。

关键词：聚乳酸；性能；展望
聚乳酸在医学领域中的发展史
聚乳酸（PLA）是一种具有优良生物相容性和可生物降解的合成高分子材料，它是美国食品和药物管理局(FDA)认可的一类生物医用材料。

20世纪50年代,由丙交酯(LA)开环聚合制得了高分子量的聚乳酸,但由于这类脂肪族聚酯对热和水比较敏感,长时间未引起人们的足够重视。

直到20世纪60年代,科学工作者重新研究PLA对水敏感这一特性时,发现聚乳酸适合作为可降解手术缝合线材料。

1966年,Kulkarni等提出:低分子量的PLA能够在体内降解,最终的代谢产物是CO2和H2O,中间产物乳酸也是体内正常代谢的产物,不会在体内积累,因此PLA在生物体内降解后不会对生物体产生不良影响。

随后报道了高分子量的PLA 也能在人体内降解,由此引发了以这类材料作为生物医用材料的开端。

聚乳酸性能、优缺点
PLA的制备以乳酸为原料进行，较为成熟的方法有两种：一种是乳酸直接缩聚法，另一种是先由乳酸合成丙交酯，再在催化剂的作用下开环聚合。

PLA无毒、无刺激性、具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，强度高、不污染环境，可塑性好，易于加工成型。

如：在体内，PLA分解成乳酸，再经
酶的代谢生成CO
2和H
2
O，由人体排出，没有发现严重的急性组织反应和毒性反
应。

但PLA仍会导致一些温和的无菌性炎症反应。

如颧骨固定术后3年产生了无痛的局部肿块，皮下组织出现了缓慢降解的结晶PLLA颗粒引发的噬菌作用，产生组织反应的真正原因没有定论。

Sugonuma认为PLA降解所产生的碎片是导致迟发性无菌炎症反应的根本原因。

植入部位也决定组织反应类型和强度，皮下植入时炎症发生率较高，在吞噬细胞较少的髓内固定组织反应发生率较低。

所以PLA具有以下缺点：1、降解不完全、且降解周期难以控制；2、PLA中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其他物质的生物相容性；3、聚合物所得产物的相对分子量分布过宽，聚乳酸本身为线型聚合物，这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低抗冲击性差；4、价格太贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。

而它的诸多优点就是以上提到的一系列性能。

聚乳酸在医学领域中的现状应用
1、聚乳酸及其共聚物在缓释药物中的作用
聚乳酸及其共聚物被用作一些半衰期短、稳定性差、易降解及毒副作用大的药物控释制剂的载体，有效的拓宽了给药的途径，减少了给药的次数和给药量，提高了药物的生物利用度，最大限度的减少药物对全身特别是肝、肾的毒副作用。

高相对分子量聚乳酸用作缓释药物制剂的载体可分为两种:一是使用聚乳酸制作药物胶囊，可有效抑制吞噬细菌的作用，让药物定量持续释放以保持血药相当平稳，如：广谱抗生素、抗麻醉剂等等；另一种是作为-囊膜材料用于药物酶制剂、生物制品微粒及微球的微型包覆膜，更有效控制药物剂量的平稳释放。

聚乳酸作为释放剂的优点：熔融温度低，且易溶于溶剂中；聚乳酸水解产物为乳酸，对人体无害；低聚乳酸容易制备。

2聚乳酸在骨内固定及组织工程方面的应用
用聚乳酸材料代替钢板、钢针用于骨内固定，避免了金属固定物的几个缺点：弹性模量不匹配，产生应力遮挡。

大量证据表明，坚硬接骨加压内固定时骨折发生愈合的同时，可诱发局部骨质疏松。

由于固定骨板，皮质骨空隙过度增加，壁变薄，骨力学性能下降，因而在固定骨板取出之后，固定骨板有再骨折的可能。

有些报道表明，再骨折发生率甚至高达20%；生物相容性差。

金属钢板可破坏骨折愈合及再塑性，可降解材料可随时间的增加而逐渐失去强度，使正常的应力沿骨干传递；金属腐蚀的例子产生无菌性炎症反应。

金属、合金等固定物腐蚀释放的金属离子与局部组织的炎症反应及疼痛密切相关。

所以，骨修复材料选择组织相容性好且可免除手术摘除的可降解高分子材料是理想的
选择，而聚乳酸具有此优势。

3聚乳酸作为外科手术缝合线的应用
用聚乳酸，尤其是PLA树脂通过熔融纺丝或溶液拉丝，可制作成纤维缝合材料，其断裂强度单线可达 2.0一3.0g/d，复丝 4.5 ~ 6.0g/d，断裂拉伸率为20 ~ 40 %，已能达到一般合成纤维的力学性能。

这种聚乳酸缝合线，既能满足缝孔强度要求，又能随伤口愈合而被机体缓慢分解吸收，无需拆线，尤其适合人体深部组织的缝合。

为了改善PLA应用性能，日本三井东压化学公司在聚合物中加入适量增塑剂，使得缝合线更另柔润；在对纺丝纤维进行“退火”处理，可使缝合线的尺寸稳定性增加，收缩率降低。

另一公司则研制出用PLA一5 轻基乙酸共聚制成缝合线。

它通过调节两者之间的比例来控制缝合线在体内的降解速度。

4聚乳酸作为眼科材料的应用
视网膜脱离是严重致盲性的眼病，通常是通过手术，在眼巩膜表面植入填充物，传统方法用硅橡胶和硅胶海绵作填充物，但这两种物质不能被降解，容易引起异物反应，而利用聚乳酸作为填充材料，可有效地解决上述问题。

如采用乳酸丙交酯在异辛酸亚锌引发下聚合得到的聚乳酸，制成膜片用于临床试验，结果表明，这种膜片在组织中既有一定的降解性，又符合视网膜脱落修复手术对巩膜维持支撑时间的要求，是一种非常理想的眼科材料。

5聚乳酸在其他方面的应用
聚乳酸的无毒、可生物降解吸收及必要的强度，可使它在医药医疗部门获得十分广泛的应用。

如除上述介绍的以外，还可以作为夹具、粘结剂、止血剂、韧带、血管、皮肤、防粘膜、涂覆材料等。

聚乳酸未来应用前景之我见
尽管高分子聚乳酸，由于其不仅能符合医用要求，而且还有助于损伤机体的康复，自身治愈后能被人体逐步分解吸收等特点，在医药及医疗用品方面的应用于开发受到了国内外高度重视。

但其实如若能对其性能进行改造，它将会有更广阔的发展空间。

1、虽然PLA原料是丰富的，但是在形成PLA的过程价格是昂贵的，这也限制
了其广泛应用的原因之一。

假如我们对其进行改性：比如将聚乳酸与价格和耐久性等方面具有优势的物质共混，让生物降解性这个优势继续保持，更重要的是达到共混物成本的降低。

假如真能实现，那么成本的降低将会为PLA的广泛应用打下了坚实的基础。

2、由于PLA亲水性差，所以假如我们能更改它的共聚改性，在亲脂性的乳酸主链上引入一些亲水的性链段如聚乙二醇等，形成具有两亲性的共聚物，这样应用的领域更加广泛，比如：我觉得可以用作药物胶囊的外壳，既具有亲水性又具有亲脂性，完全可以溶于人体，而且也可以进行稍加改造来控制药物释放的时间。

又如可制成与血液接触的表面和组织粘合剂，让它在溶解时可释放出出亲水性大分子药物如多肽、蛋白质药物，增加它在血液中的寿命。

3、PLA质硬而韧性较差，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变性，因此，假如我们进行增塑改性、复合改性，将PLA中加入某些增塑剂、或其他材料，既可提高其力学性能、柔韧性，又可以克服其脆性达到增强的目的，我觉得真能成功的话，那它在作为骨折内固定物方面将会更大力度的推广，而且也更完善了作为这种材料的功能。

4、就其安全性而言，改变聚乳酸的合成方法已经迫在眉睫，虽然它是绿色化学中目标产物绿色化的典型代表，但是在制备过程中还是存在着安全隐患，如：聚乳酸合成中催化剂的安全性问题，有悖绿色化学的原则。

PLA还存在：在剂型研制过程中，药物生物活性下降及药物突释效应；容易引起机体的炎性反应及免疫反应、个别缓释材料仍存在降解不均匀、不完全，其降解速度与组织生成速度不协调的现象等一系列问题，倘若我们能够将它一一解决，它必将成为最重要的生物高分子材料之一。

而且也有望取代聚烯烃类聚合物现有的可降解塑料，并具有与聚烯烃类聚合物相竞争的能力，因此，除了在医药领域很有前景外，在其他方面也很有开发的价值。

比如：假如提高聚乳酸的耐热性，凭借它本身较好的阻气阻水性、透明性及印刷性，且又对人体无毒无害，所以在食品包装市场无疑将会有很多的用武之地，可以制造成一次性饭碗筷子、一次性杯子等等；根据资料，PLA与纤维相结合产物聚乳酸纤维具有：不易静电、舒适性好、透气性、手感好等优点，而且还具有防火性、耐候性、抗菌性等性能，所以我觉得PLA未来在服装市场、
家用及装饰市场、非织造布市场等领域也具有潜在的应用前景；此外，由于PLA有羧基，所以我觉得他可以和含羟基的高分子醇类反应制取聚乳酸树脂，而根据聚乳酸树脂具有如：不溶、不熔性，而且韧性、耐候性、耐热性、耐燃性、耐化学腐蚀性等等都非常强的特性。

因此，我觉得它将在汽车、电子电器行业、建筑市场将会有更广阔的应用；此外，根据PLA的一些特性，我觉得经过某些方面的改造，增加它的保水功能，又加上它自己对人体的无毒无害性，或许在化妆品方面也将会有一席之地，也许以后还会进展到食品行列。

总结
总之，相信在不久的将来，在国内外学者的共同努力下，随着聚乳酸的合成方法、生产工艺改性的不断深入研究及其生产成本的大幅度降低，它不仅会在医用方面很有前景，而且也将会在农林业、食品工业、包装、服饰、汽车行业等方面展现出广阔的应用前景。

因此，聚乳酸类生物材料势必成为21世纪最重要的生物高分子材料之一！。