生物可降解材料及其在生物医学上的应用

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。