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